WO2012035620A1 - フォトニック結晶面発光レーザ、該レーザを用いたレーザアレイ、該レーザアレイを用いた画像形成装置 - Google Patents

フォトニック結晶面発光レーザ、該レーザを用いたレーザアレイ、該レーザアレイを用いた画像形成装置 Download PDF

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photonic crystal
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emitting laser
laser
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靖浩 長友
祥一 川島
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キヤノン株式会社
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    • H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region

Definitions

  • the present invention relates to a photonic crystal surface emitting laser, and more particularly to a photonic crystal surface emitting laser using lateral growth for improving crystal quality.
  • Patent Document 1 discloses a surface emitting laser light source in which an active layer containing a light emitting material is provided and a two-dimensional photonic crystal is formed in the vicinity of the active layer.
  • This is a kind of distributed feedback (DFB) laser and has a resonance mode in the in-plane direction of the substrate.
  • DFB distributed feedback
  • cylindrical holes are periodically provided in the semiconductor layer, and the refractive index distribution has a two-dimensional periodicity. Due to this periodicity, light of a specific wavelength among the light generated in the active layer resonates and forms a standing wave to oscillate. Further, light is extracted in the direction perpendicular to the surface by the first-order diffraction, and operates as a surface emitting laser.
  • photonic crystal surface emitting lasers have been experimentally produced using various compound semiconductor material systems, and photonic crystal surface emitting lasers formed of nitride semiconductors are also being studied.
  • ELO Epiaxial Lateral Overgrowth
  • Patent Document 2 A structure in which the ELO method is applied to an edge-emitting semiconductor laser is disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an edge-emitting semiconductor laser structure disclosed in Patent Document 2.
  • 1110 is a substrate
  • 1120 is a selective growth mask provided for performing the ELO method
  • 1150 is an active layer.
  • the resonance direction 1192 of the laser light and the emitted light 1190 are limited to the in-plane direction of the substrate 1110, and no light is emitted in the substrate direction. Therefore, the optical characteristics of the selective growth mask 1120 used in the ELO method do not affect the characteristics of the laser element.
  • the resonance direction 192 is the in-plane direction of the substrate 110, but the emitted lights 190 and 191 are directed in the direction perpendicular to the substrate 110.
  • the outgoing light 191 to the substrate side reaches the selective growth mask 120 provided for performing the ELO method, and reflection, diffraction, and the like are generated by the concavo-convex structure constituted by the substrate 110 and the selective growth mask 120. Therefore, the optical characteristics of the concavo-convex structure greatly affect the characteristics of the laser element. Specifically, light is diffracted by the concavo-convex structure, and reflected light is generated in a direction oblique to the substrate. The reflected light in the oblique direction becomes stray light, which leads to deterioration of laser characteristics.
  • an object of the present invention is to provide a laser structure that reduces the influence of the concavo-convex structure on laser characteristics when an ELO method is applied to a photonic crystal surface emitting laser.
  • the photonic crystal surface emitting laser according to the present invention has an active layer and a photonic crystal having a resonance mode in the in-plane direction of the substrate, and oscillates at a wavelength ⁇ , and has a first refractive index.
  • the present invention it is possible to provide a laser structure that reduces the influence of the concavo-convex structure on the laser characteristics when the ELO method is applied to a photonic crystal surface emitting laser.
  • Example 2 of this invention It is a schematic diagram explaining the photonic crystal surface emitting laser in Example 2 of this invention. It is a schematic diagram explaining the photonic crystal surface emitting laser in Example 2 of this invention. It is a schematic diagram explaining the image forming apparatus in Example 3 of this invention. It is a schematic diagram explaining the image forming apparatus in Example 3 of this invention. It is a schematic diagram explaining the advancing direction of the light in an edge-emitting semiconductor laser.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a photonic crystal surface emitting laser to which the present invention is applied.
  • the substrate side of the laser element is defined as the lower side, and the side opposite to the substrate is defined as the upper side.
  • a mask structure 120 has a second refractive index and is used as a mask for selective growth.
  • striped members are periodically arranged in the in-plane direction.
  • Reference numeral 130 denotes a third layer having a third refractive index, which is arranged so as to embed the first layer 110 and the mask structure 120 by the ELO method.
  • the first layer 110 and the mask structure 120 form an uneven structure.
  • Reference numeral 140 denotes a cladding layer
  • 150 denotes an active layer
  • 155 denotes an optical waveguide layer
  • 160 denotes a photonic crystal.
  • light of a specific wavelength is combined with a resonance mode that resonates in the in-plane direction 192 due to the distributed feedback effect in the photonic crystal 160, and forms a standing wave to oscillate.
  • part of the light is extracted in the direction perpendicular to the surface by the first-order diffraction effect by the photonic crystal 160 and operates as a surface emitting laser.
  • the lattice shape of the photonic crystal 160 in this embodiment is not particularly limited as long as it can form a standing wave by the distributed feedback effect and can oscillate the laser, and may be a one-dimensional lattice or a two-dimensional lattice. .
  • a stripe structure known as a general diffraction grating can be used.
  • a square lattice, a triangular lattice, a graphite lattice, or the like can be used.
  • the shape of each lattice point is a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a hexagon, or the like.
  • the pitch of the grating is designed to be an integral multiple of the oscillation wavelength ⁇ in terms of the optical path length.
  • the laser light is divided into outgoing light 190 on the upper side and outgoing light 191 on the lower side.
  • the outgoing light 191 to the lower side reaches the concavo-convex structure and causes reflection and diffraction.
  • the concavo-convex structure works as a diffraction grating, so that light is strongly reflected in a specific direction.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a reflection state when incident light 291 is incident from the photonic crystal through the member 230 to the concavo-convex structure constituted by the substrate 210 and the member 220 from a direction perpendicular to the substrate.
  • incident light 291 enters the concavo-convex structure, not only the component that reflects in the vertical direction with respect to the substrate surface, but also the component that reflects in an oblique direction with a certain angle from the vertical direction due to diffraction. Arise.
  • the order of the diffracted light is defined such that the light reflected in the direction perpendicular to the substrate surface is 0th order, ⁇ 1st order, ⁇ 2nd order in order of closeness.
  • Fig. 3 shows the calculation results of several uneven structures and reflection spectra.
  • the electromagnetic wave simulation by the transfer matrix method is used for calculation of the reflection spectrum in this specification.
  • FIG. 3A shows a member 310 having a stripe structure 320 arranged in a member 310.
  • the member 310 has a refractive index of 2.55, and the member 320 has a refractive index of 1.47, a pitch of 6 ⁇ m, and a height of 900 nm.
  • FIG. 3B shows a member 321 having a stripe structure disposed immediately above the member 311, and the member 311 and the member 321 are embedded with the member 331.
  • the member 311 has a refractive index of 1.79
  • the member 321 has a refractive index of 1.47, a pitch of 6 ⁇ m, and a height of 900 nm.
  • the member 331 has a refractive index of 2.55.
  • FIG. 3C shows an uneven structure formed by processing the member 312.
  • the member 312 has a refractive index of 1.79, and the stripe structure formed by the member 312 has a pitch of 6 ⁇ m and a height of 900 nm.
  • the member 332 has a refractive index of 2.55.
  • FIG. 3D, FIG. 3E, and FIG. 3F are reflection spectra in the structures of FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C, respectively, and show the reflectivity of each diffraction order.
  • the calculation result of the minus order is omitted.
  • the reflection peak wavelengths of the 0th-order diffracted light and the + 1st-order diffracted light match (for example, around 410 nm).
  • the reflection peak wavelengths of the 0th-order diffracted light and the + 1st-order diffracted light are substantially shifted by a half cycle.
  • the 0th-order diffracted light of the reflected light can be reused to improve the light utilization efficiency. Therefore, it is desirable not to reduce the 0th-order diffracted light. On the other hand, since higher-order diffracted light of ⁇ 1st order or more becomes stray light, it is desired to reduce it as much as possible.
  • FIG. 3D, FIG. 3E, and FIG. 3F show that the second-order or higher-order diffracted light is very small and can be ignored. That is, in this case, it is understood that only the 0th order and ⁇ 1st order diffracted light need be considered.
  • the photonic crystal surface emitting laser is configured such that the reflection peak wavelengths of the 0th-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light are different.
  • a structure in which a mask material is periodically arranged directly on the substrate as shown in FIG. 3B may be used, or a structure in which the substrate itself is processed as shown in FIG. 3C. There may be.
  • the ⁇ first-order diffracted light can be reduced by setting the conditions in which the 0th-order diffracted light is strengthened in the light reflected by the concave and convex portions of the concavo-convex structure.
  • the reflection intensity of the 0th-order diffracted light has a peak if the optical path difference of the light reflected in the direction perpendicular to the substrate is adjusted by the concave and convex portions to be an integral multiple of the wavelength. . For this reason, it is necessary to adjust the height of the mask structure 120 shown in FIG.
  • a value obtained by multiplying twice the height of the mask structure 120 by the third refractive index and a value obtained by converting a difference in phase change during light reflection between the convex and concave portions of the concave and convex structure into a wavelength.
  • the 0th-order diffracted light is weakened and the ⁇ 1st-order diffracted light is strengthened. That is, if the relationship between the wavelength and the film thickness is appropriately designed, it is possible to determine which of the 0th-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light is to be increased.
  • the optical path difference between the reflected light of the concave portion and the convex portion is an integral multiple of the wavelength
  • the 0th-order diffracted light is strong
  • the optical path difference is shifted from the integral multiple of the oscillation wavelength ⁇ by half wavelength
  • the ⁇ 1st-order diffracted light is strong.
  • the integer multiple of the wavelength ⁇ means that it is substantially an integral multiple of the oscillation wavelength ⁇ , and even if there is a variation in manufacturing error or the like, it is within the scope of the present invention.
  • FIG. 4 shows a comparative example when the height of the concavo-convex structure is changed.
  • 4A is a reflection spectrum calculation result when the height of the concavo-convex structure is 500 nm and FIG. 4B is 900 nm in height.
  • FIG. 4A was calculated as a structure similar to FIG. 3B except for the height of the concavo-convex structure.
  • the height of the concavo-convex structure was also calculated using the same structure as in FIG. 3B. Therefore, FIG. 4B is identical to FIG. 3E.
  • the optical path difference of the reflected light between the concave portion and the convex portion becomes an integral multiple of the wavelength.
  • the wavelength range of the graph when the height of the concave-convex structure is 500 nm, the wavelength is 364 nm, 425 nm.
  • the wavelengths are 353 nm, 382 nm, and 417 nm. These wavelengths coincide with the wavelengths at which the 0th-order diffracted light has a reflection peak in the graphs shown in FIGS. 4A and 4B with high accuracy.
  • the surface emitting laser according to the present embodiment that reuses the 0th-order diffracted light is effective not only for improving the light utilization efficiency but also for controlling the Q value of the photonic crystal.
  • the concavo-convex structure is not necessarily arranged periodically.
  • the concavo-convex structure is an aperiodic structure, various scattered light and diffracted light are generated, and it becomes very difficult to control reflected light in a specific direction. Therefore, in the present embodiment, it is desirable that the concavo-convex structure is periodic.
  • “periodic” is only required to be periodic within a range in which the effect of the present embodiment is produced, and there may be a manufacturing error or the like.
  • FIGS. 5A to 5D show the calculation results when the uneven pitch is changed to 1 ⁇ m, 2 ⁇ m, 4 ⁇ m, and 6 ⁇ m, respectively.
  • a duty ratio what divided the width
  • the structure other than the pitch is the same as that shown in FIG. 3B.
  • the pitch becomes smaller than a certain size as shown in FIG. 5A, the spectrum shows a complicated behavior, and the second-order or higher-order diffracted light becomes too large to be ignored. Further, it is considered that the polarization dependence increases as the pitch decreases. For this reason, it is desirable that the uneven pitch be sufficiently large from the standpoint of element design that is simple and resistant to fabrication errors. Specifically, it is desirable to set a pitch that is one digit larger than the oscillation wavelength ⁇ .
  • the duty ratio may affect the optical characteristics in addition to the pitch.
  • FIG. 6 shows the result of calculating the duty ratio dependency with the pitch of the irregular periodic structure fixed at 6 ⁇ m.
  • FIG. 6A shows the calculation results when the duty ratio is 25%
  • FIG. 6B shows the calculation results for 50%
  • FIG. 6C shows the calculation results for 60%.
  • the structure other than the duty ratio is the same as that shown in FIG. 3B. From these comparisons, it can be seen that the duty ratio affects the reflectance value but does not affect the peak wavelength position.
  • the uneven structure pattern is not limited to the stripe structure described above.
  • the openings may be arranged two-dimensionally as long as there is no problem when performing the ELO method. That is, in the mask structure in this embodiment, the member having the second refractive index is periodically arranged in the in-plane direction, and the opening in the member having the second refractive index is in the in-plane direction. It is arranged periodically.
  • the cross-sectional shape of the concavo-convex structure does not necessarily need to be flat if there is no problem when performing the ELO method.
  • a rounded shape or a triangle may be used.
  • FIG. 7 shows a result of calculating a reflection spectrum by changing the refractive index of the member 321 in the concavo-convex structure shown in FIG. 3B.
  • FIG. 7A shows the calculation result when the refractive index is 1.47
  • FIG. 7B shows the refractive index 1.70
  • FIG. 7C shows the refractive index 1.90
  • FIG. 7D shows the refractive index 2.10. From these calculation results, it is confirmed that even if the refractive index changes, the peak wavelength of the reflection spectrum hardly changes. That is, even if the refractive index of the convex portion of the concavo-convex structure changes, it can be said that the effect of this embodiment is not greatly affected.
  • the ELO method is a technology that can be used without being limited to a specific material system, but in reality, it is often used in a nitride semiconductor.
  • the GaN substrate is generally very expensive, and this is because the ratio of using a different type of substrate is larger than that of other compound semiconductors.
  • a sapphire substrate, Si substrate, SiC substrate, or the like is used.
  • the concavo-convex structure is formed by patterning after depositing SiO 2 or etching the substrate itself.
  • the concavo-convex structure can be produced using general photolithography, lift-off, wet etching, dry etching, and the like.
  • the first layer 110 located immediately below the uneven structure is not necessarily a substrate. That is, a structure in which a material different from that of the substrate is formed on the substrate and a concavo-convex structure is formed directly thereon may be used. For example, an AlGaN layer was grown on the GaN substrate, after patterning the SiO 2 uneven on its surface, or a structure such as by applying the ELO method for embedding the SiO 2 in GaN.
  • one used for a general semiconductor laser can be used.
  • a multiple quantum well structure using a material such as GaAs / AlGaAs, GaInP / AlGaInP, or GaN / InGaN.
  • the surface emitting laser according to the present embodiment can operate at an arbitrary wavelength.
  • the surface emitting laser according to the present embodiment can be driven by an optical excitation method or a current injection method.
  • electrodes are omitted.
  • a plurality of surface emitting lasers according to the present embodiment can be arranged on the same plane and used as an array light source.
  • the surface emitting laser and the surface emitting laser array according to the present embodiment can also be used as a light source for performing drawing on a photosensitive drum included in an image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer.
  • FIG. 8A is a schematic diagram illustrating the laser structure.
  • a SiO 2 stripe structure 820 having a width of 3 ⁇ m and a height of 900 nm is periodically arranged at a pitch of 6 ⁇ m.
  • GaN 830 grown by the ELO method is arranged so as to bury it.
  • an Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 840, an active layer 850, and a two-dimensional photonic crystal 860 are disposed.
  • the two-dimensional photonic crystal 860 is formed by two-dimensionally arranging cylindrical holes.
  • the lattice shape is a square lattice, the lattice constant is 165 nm, and the hole shape is circular.
  • the active layer 850 is composed of three cycles of In 0.09 Ga 0.91 N / In 0.02 Ga 0.98 N multiple quantum wells.
  • a p-electrode 870 and an n-electrode 880 are arranged on the surface of the laser structure, and laser oscillation occurs when current is injected from these electrodes.
  • This laser structure is designed to oscillate at a wavelength of 415 nm.
  • FIG. 8B shows the reflectance calculation result of the SiO 2 stripe structure 820 in this laser structure.
  • the reflectance at a wavelength of 415 nm is 6.1% for the 0th order diffracted light, 0.3% for the + 1st order diffracted light, 0.0% for the + 2nd order diffracted light, and 0.0% for the + 3rd order diffracted light. Is effectively reduced.
  • FIG. 9A is a schematic diagram for explaining the laser structure.
  • a sapphire substrate 910 is processed to form a striped uneven structure 920, and GaN 930 is grown thereon.
  • the pitch of the unevenness is 4 ⁇ m
  • the duty ratio is 50%
  • the height of the convex part is 900 nm.
  • the method of forming a concavo-convex structure by processing a substrate in this way and performing lateral growth is not an ELO method but also a LEPS (Lateral Epitaxy on Patterned Substrate) method.
  • the configuration other than the concavo-convex structure is the same as that of the first embodiment, and is designed to oscillate at a wavelength of 415 nm.
  • FIG. 9B shows the reflectance calculation result of the uneven structure 920 in this laser structure.
  • the reflectance at the concavo-convex structure 920 at a wavelength of 415 nm is 2.7% for the 0th-order diffracted light and 0.0% for the + 1st-order diffracted light, and it was confirmed that the same effect as in Example 1 was obtained.
  • Example 3 An image forming apparatus using a surface emitting laser array light source configured by arranging a plurality of the surface emitting lasers described above will be described with reference to FIG.
  • FIG. 10A is a plan view of the image forming apparatus
  • FIG. 10B is a side view of the apparatus.
  • 1000 is a photosensitive drum (photoconductor), 1002 is a charger, 1004 is a developing device, 1006 is a transfer charger, 1008 is a fixing device, 1010 is a rotary polygon mirror, and 1012 is a motor.
  • Reference numeral 1014 denotes a surface emitting laser array light source, 1016 denotes a reflecting mirror, 1020 denotes a collimator lens, and 1022 denotes an f- ⁇ lens.
  • a motor 1012 drives the rotary polygon mirror 1010 to rotate.
  • the surface emitting laser array 1014 serves as a recording light source, and is configured to be turned on or off according to an image signal by a driver.
  • the laser light thus modulated is irradiated from the surface emitting laser array 1014 toward the rotary polygon mirror 1010 via the collimator lens 1020.
  • the rotating polygon mirror 1010 rotates in the direction of the arrow, and the laser light output from the surface emitting laser array 1014 is reflected as a deflected beam that continuously changes the emission angle on the reflecting surface as the rotating polygon mirror 1010 rotates. Is done. This reflected light is subjected to correction of distortion by the f- ⁇ lens 1022, is irradiated to the photosensitive drum 1000 through the reflecting mirror 1016, and is scanned on the photosensitive drum 1000 in the main scanning direction.
  • the photosensitive drum 1000 is charged by a charger 1002 in advance, and is sequentially exposed by scanning with a laser beam to form an electrostatic latent image. Further, the photosensitive drum 1000 is rotated in the direction of the arrow, and the formed electrostatic latent image is developed by the developing device 1004, and the developed visible image is transferred to the transfer paper by the transfer charger 1006.
  • the transfer paper on which the visible image has been transferred is conveyed to a fixing device 1008, and after being fixed, is discharged out of the apparatus.

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Abstract

　フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供する。　フォトニック結晶から、第１の層とマスク構造体とで構成された凹凸周期構造に入射する光に対して、０次回折光の反射ピーク波長と、１次回折光の反射ピーク波長とが異なるように、マスク構造体の高さが構成されている。また、発振波長λにおいて、凹凸周期構造における０次回折光の反射強度が１次回折光の反射強度よりも大きい。

Description

フォトニック結晶面発光レーザ、該レーザを用いたレーザアレイ、該レーザアレイを用いた画像形成装置
　本発明は、フォトニック結晶面発光レーザに関し、特に、結晶品質向上のために横方向成長を利用したフォトニック結晶面発光レーザに関する。
　近年、フォトニック結晶を半導体レーザに適用した例が多く報告されている。特許文献１には、発光材料を含む活性層を設け、その活性層の近傍に２次元フォトニック結晶を形成した面発光レーザ光源が開示されている。これは分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの一種であり、基板の面内方向に共振モードを有する。この２次元フォトニック結晶は、半導体層に円柱状の空孔が周期的に設けられ、屈折率の分布が２次元的な周期性を持っている。この周期性により、活性層で生成される光のうち特定の波長のものが共振し、定在波を形成してレーザ発振する。また、１次回折により面垂直方向に光が取り出され、面発光レーザとして動作する。
　上述したフォトニック結晶面発光レーザは、これまでに様々な化合物半導体材料系で試作が行われており、窒化物半導体で形成されたフォトニック結晶面発光レーザも検討されている。
　窒化物半導体レーザにおいて、コスト低減を図る場合、高価なＧａＮ基板ではなく安価なサファイア基板等の異種基板を使用した方が有利である。しかしながら、異種基板上にそのまま結晶成長を行うと、転移の少ない良質な結晶を得ることは難しい。そこで、結晶品質向上のためにＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法と呼ばれる技術を利用する場合がある。ＥＬＯ法は、基板上や化合物半導体層中に何らかの凹凸構造を設けて横方向に成長を行い、転移の少ない結晶を得る技術である。
　ＥＬＯ法を端面発光型の半導体レーザに適用した構造は、特許文献２に開示されている。
特開２０００－３３２３５１号公報 特開２０００－０２１７８９号公報
　ＥＬＯ法をフォトニック結晶面発光レーザに適用しようとする場合、上記した特許文献２に開示された端面発光レーザの構成では生じなかった以下のような課題が生じる。
　図１１に、特許文献２に開示された端面発光型の半導体レーザ構造を説明するための模式図を示す。ここで、１１１０は基板、１１２０はＥＬＯ法を行うために設けた選択成長用マスク、１１５０は活性層である。図１１に示すような端面発光レーザの場合は、レーザ光の共振方向１１９２および出射光１１９０が基板１１１０の面内方向に限られており、基板方向には光は出射されない。そのため、ＥＬＯ法に用いる選択成長用マスク１１２０の光学特性はレーザ素子の特性に影響を与えない。
　一方、フォトニック結晶面発光レーザは、図１に示すように共振方向１９２は基板１１０の面内方向であるが、出射光１９０および１９１は基板１１０に垂直な方向を向く。基板側への出射光１９１は、ＥＬＯ法を行うために設けた選択成長用マスク１２０にまで到達し、基板１１０と選択成長用マスク１２０で構成された凹凸構造により反射や回折等が生じる。そのため、凹凸構造の光学特性がレーザ素子の特性に大きく影響を与えてしまう。具体的には、凹凸構造で光が回折され、基板に対して斜めの方向に反射光が生じる。斜め方向の反射光は迷光となるのでレーザ特性悪化につながってしまう。
　そこで、本発明は、上記課題に鑑み、フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供することを目的とする。
　本発明に係るフォトニック結晶面発光レーザは、活性層と、基板の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを有し、波長λで発振するものであって、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層の上に形成されており、第２の屈折率を有する部材が前記基板の面内方向に周期的に配されているか、または、第２の屈折率を有する部材に開口部が前記基板の面内方向に周期的に配されているマスク構造体と、前記第１の層と前記マスク構造体の上に形成され、前記第１の屈折率および前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する第３の層と、前記第３の層の上に形成された前記フォトニック結晶と、を有し、前記フォトニック結晶から、前記第１の層と前記マスク構造体とで構成された前記凹凸周期構造に入射する光に対して、０次回折光の反射ピーク波長と、１次回折光の反射ピーク波長とが異なるように、前記マスク構造体の高さが構成され、前記波長λにおいて、前記凹凸周期構造における０次回折光の反射強度が１次回折光の反射強度よりも大きいことを特徴とする。
　本発明によれば、フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供することができる。
本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図である。 本発明の実施形態における凹凸構造での光反射の様子を説明する模式図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の形状と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の高さと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の高さと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のピッチと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のピッチと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のピッチと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のピッチと反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のデューティ比と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のデューティ比と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造のデューティ比と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の屈折率と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の屈折率と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の屈折率と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施形態における凹凸構造の屈折率と反射スペクトルを説明する図である。 本発明の実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図である。 本発明の実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図である。 本発明の実施例２におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図である。 本発明の実施例２におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図である。 本発明の実施例３における画像形成装置を説明する模式図である。 本発明の実施例３における画像形成装置を説明する模式図である。 端面発光型の半導体レーザにおける光の進行方向を説明する模式図である。
　以下に、本発明の実施形態について説明する。
　図１に、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図を示す。なお本明細書中では、レーザ素子の基板側を下側、基板と反対側を上側と定義する。
　１１０は第１の屈折率を有する第１の層である。１２０は第２の屈折率を有し、選択成長用のマスクとして利用されるマスク構造体である。ここでは、ストライプ状の部材が面内方向に周期的に配されている。１３０は第３の屈折率を有する第３の層であり、ＥＬＯ法により第１の層１１０とマスク構造体１２０を埋設するように配置されている。また、第１の層１１０、マスク構造体１２０により凹凸構造が構成されている。１４０はクラッド層、１５０は活性層、１５５は光導波層、１６０はフォトニック結晶である。
　活性層１５０で発生した光のうち、特定の波長の光はフォトニック結晶１６０での分布帰還効果により、面内方向１９２で共振する共振モードと結合し、定在波を形成してレーザ発振する。また、フォトニック結晶１６０による１次回折効果により光の一部が面垂直方向に取り出され、面発光レーザとして動作する。
　本実施形態におけるフォトニック結晶１６０の格子形状は、分布帰還効果により定在波を形成してレーザ発振が可能なものであればよく、１次元格子であっても２次元格子であっても良い。１次元格子の形状としては、一般的な回折格子として知られるストライプ構造を使用することができる。２次元格子の形状としては正方格子、三角格子、グラファイト格子などを使用することができる。各格子点の形状は円形、楕円形、三角形、四角形、六角形などである。格子のピッチは、光路長に換算して発振波長λの整数倍になるように設計される。
　（凹凸構造の高さ）
　フォトニック結晶での１次回折は上側だけでなく下側に向けても起こるため、レーザ光は上側への出射光１９０と下側への出射光１９１に分かれる。下側への出射光１９１は凹凸構造に到達し、反射や回折を起こす。
　基板上の部材を周期的に配置した場合、凹凸構造は回折格子として働くので、特定の方向に強く光が反射される。
　図２に、基板に垂直な方向から基板２１０と部材２２０で構成された凹凸構造にフォトニック結晶から入射光２９１が部材２３０を介して入射した場合の反射の様子を説明する模式図を示す。図２に示すように、凹凸構造に入射光２９１が入射すると、基板面に対して垂直方向に反射する成分だけでなく、回折によって垂直方向からある程度の角度を持った斜め方向に反射する成分が生じる。本明細書中では、図２に示すように、基板面に対して垂直方向に反射する光を０次、それに近い順に±１次、±２次というように回折光の次数を定義する。
　図３に、いくつかの凹凸構造と反射スペクトルの計算結果を示す。なお、本明細書中の反射スペクトルの計算には、転送行列法による電磁波シミュレーションを使用している。
　図３Ａは、部材３１０中にストライプ構造の部材３２０を配したものである。部材３１０は、屈折率２．５５であり、部材３２０は、屈折率１．４７、ピッチ６μｍ、高さ９００ｎｍである。
　図３Ｂは、部材３１１の直上にストライプ構造の部材３２１を配したものであり、部材３１１と部材３２１は部材３３１で埋設されている。部材３１１は、屈折率１．７９であり、部材３２１は、屈折率１．４７、ピッチ６μｍ、高さ９００ｎｍである。部材３３１は屈折率２．５５である。
　図３Ｃは、部材３１２が加工されることにより、凹凸構造が形成されているものである。部材３１２は、屈折率１．７９であり、部材３１２により形成されているストライプ構造は、ピッチ６μｍ、高さ９００ｎｍである。また、部材３３２は、屈折率２．５５である。
　図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆはそれぞれ図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの構造における反射スペクトルであり、各回折次数の反射率を示している。なお、今回計算した構造は左右対称なのでマイナスの次数の計算結果は省略している。
　図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆのうち、図３Ｄだけが０次回折光と＋１次回折光の反射ピーク波長が一致している（例えば、４１０ｎｍ付近）。一方、図３Ｅ及び図３Ｆは０次回折光と＋１次回折光の反射ピーク波長がほぼ半周期ずれている。
　フォトニック結晶面発光レーザでは、反射光のうち０次回折光は再利用して光利用効率向上を図ることができる。したがって、０次回折光は低減しない方が望ましい。一方、±１次以上の高次回折光は迷光となるので可能な限り低減したい。
　図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆの計算結果を見ると、いずれも２次以上の高次回折光は非常に小さく、無視できる程度である。つまり、この場合０次と±１次の回折光のみを考慮すればよいことがわかる。
　ここで、０次と±１次の反射率のピーク波長が一致していると、０次回折光を残して±１次回折光だけを弱めることが困難である。一方、０次と±１次の反射ピーク波長がずれていると、適切な波長において±１次回折光を非常に小さくして０次回折光のみを残すことができる。つまり、フォトニック結晶面発光レーザにおいては、０次回折光と±１次回折光の反射ピーク波長とが異なるように構成することが望ましい。
　検討の結果、０次回折光と±１次回折光の反射ピーク波長をずらすために重要なことは、凹凸構造の凹部でも凸部でも光反射を起こすことであることが分かった。つまり、図１の構造で説明すると、第１の層１１０と第３の層１３０との界面（凹部）、マスク構造体１２０と第３の層１３０との界面（凸部）で光反射が起きることが、図３Ｅや図３Ｆの結果を示す前提となる。すなわち、前記第１の屈折率と前記第３の屈折率が異なり、且つ前記第２の屈折率と前記第３の屈折率が異なることが必要となる。
　凹凸構造の凹部でも凸部でも反射を起こすには、図３Ｂのように基板直上にマスク材を周期的に配置した構造であってもよいし、図３Ｃのように基板そのものを加工した構造であってもよい。
　ここで、凹凸構造の凹部と凸部における反射光において、０次回折光が強めあう条件にすることで、±１次回折光を低減できる。具体的には、凹部と凸部でそれぞれ基板に対して垂直な方向に反射される光の光路差を調整して波長の整数倍となるようにすれば０次回折光の反射強度がピークを持つ。このため、図１で示したマスク構造体１２０の高さを調整することが必要となる。
　例えば、マスク構造体１２０の高さの２倍に前記第３の屈折率を乗じた値と、前記凹凸構造の凸部と凹部での光反射時の位相変化の差を波長に換算した値との和（光路差）が、発振波長λの整数倍に近いほど０次回折光を強める作用を持つ。
　逆に、上記した光路差が波長の整数倍から半波長分ずらすようにマスク構造体１２０の高さが調整されていると、０次回折光が弱まり、±１次回折光が強まる。つまり、波長と膜厚の関係を適切に設計してやれば、０次回折光の反射強度と±１次回折の反射強度のどちらを強くさせるかを決めることができる。
　上記より、凹部と凸部の反射光の光路差が波長の整数倍であれば０次回折光が強まり、光路差が発振波長λの整数倍から半波長分ずれていると±１次回折光が強まることがわかる。すなわち、０次回折光が強まり、±１次回折光が弱まる条件は、凹部と凸部の反射光の光路差Ｌが以下の場合である。
　ｎλ－（λ／４）＜Ｌ＜ｎλ＋（λ／４）　（ｎは整数）
　また、上記の検討より、発信波長λの整数倍、すなわち、光路差Ｌはｎλ（ｎは整数）であることがより好ましい。
　なお、上記で波長λの整数倍とは、実質的に発振波長λの整数倍になっていることをいい、作製誤差等のばらつきがあっても本願発明の範囲内となる。
　図４に凹凸構造の高さを変えた場合の比較例を示す。図４Ａが凹凸構造の高さ５００ｎｍ、図４Ｂが高さ９００ｎｍとした場合の反射スペクトル計算結果である。図４Ａは、凹凸構造の高さ以外は図３Ｂと同様の構造として計算した。図４Ｂは凹凸構造の高さも図３Ｂと同様の構造で計算した。したがって、図４Ｂは図３Ｅと同一である。
　反射時の位相変化も考慮すると、凹部と凸部での反射光の光路差が波長の整数倍になるのは、グラフの波長範囲においては、凹凸構造の高さ５００ｎｍの場合は波長３６４ｎｍ、４２５ｎｍであり、高さ９００ｎｍの場合は波長３５３ｎｍ、３８２ｎｍ、４１７ｎｍとなる。これらの波長は、図４Ａおよび図４Ｂに示したグラフにおいて０次回折光が反射ピークを持つ波長と精度よく一致している。
　なお、０次回折光を再利用する本実施形態にかかる面発光レーザは、光利用効率向上だけでなく、フォトニック結晶のＱ値の制御を目的とする場合においても有効である。
　（凹凸構造の周期性）
　結晶成長だけを考慮すると、凹凸構造は必ずしも周期的に配置されている必要は無い。しかしながら、凹凸構造が非周期的な構造である場合は、様々な散乱や回折光が生じて、特定の方向の反射光を制御することは非常に難しくなる。そのため、本実施形態においては、凹凸構造は周期的であることが望ましい。なお、ここでの「周期的」とは、本実施形態の効果を生じる範囲において周期的であればよく、作製誤差等があってもよい。
　（凹凸構造のピッチ、デューティ比、形状等）
　凹凸構造が周期構造の場合、そのピッチが光学特性に影響を及ぼす場合がある。図５Ａ～Ｄに、凹凸のピッチをそれぞれ１μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍと変化させて計算した結果を示す。なお、凹凸周期構造の凸部の幅を凹凸のピッチで割ったものをデューティ比と定義し、デューティ比は５０％に固定して計算を行った。ピッチ以外の構造は図３Ｂに示したものと同様である。
　図５Ｂ～Ｄのように比較的ピッチが大きい場合は、ピッチの変化によるスペクトル形状の変化はほとんど見られない。また、２次以上の高次回折光は非常に小さい。
　しかし、図５Ａのようにピッチがある程度の大きさより小さくなると、スペクトルが複雑な振る舞いを示すようになり、２次以上の高次回折光も無視できないほどに大きくなる。また、ピッチが小さいほど偏光依存性も大きくなってくると考えられる。そのため、シンプルで作製誤差に強い素子設計の観点では、凹凸のピッチは十分大きくする事が望ましい。具体的には、発振波長λより一桁程度大きいピッチに設定することが望ましい。
　周期構造の場合、ピッチ以外にデューティ比が光学特性に影響を与える場合もある。凹凸周期構造のピッチを６μｍに固定してデューティ比依存を計算した結果を図６に示す。図６Ａはデューティ比２５％、図６Ｂは５０％、図６Ｃは６０％の場合の計算結果である。デューティ比以外の構造は図３Ｂに示したものと同様である。これらの比較から、デューティ比は反射率の値には影響を及ぼすが、ピーク波長位置には影響しないことが分かる。
　凹凸構造のパターンは、前述したストライプ構造に限らない。ＥＬＯ法を行う際に支障が無ければ、例えば開口部が２次元的に配置されたものであっても良い。すなわち、本実施形態におけるマスク構造体は、第２の屈折率を有する部材が面内方向に周期的に配置されているものと、第２の屈折率を有する部材に開口部が面内方向に周期的に配されているものである。
　また、凹凸構造の断面形状は、ＥＬＯ法を行う際に支障が無ければ、必ずしも平坦である必要は無い。例えば、丸みを帯びた形状や三角形であっても良い。
　（凹凸構造の屈折率依存性）
　凹凸構造の屈折率依存性について説明する。具体例として、図７に、図３Ｂに示した凹凸構造について部材３２１の屈折率を変化させて反射スペクトルを計算した結果を示す。
　図７Ａは屈折率１．４７、図７Ｂは屈折率１．７０、図７Ｃは屈折率１．９０、図７Ｄは屈折率２．１０とした場合の計算結果である。これらの計算結果より、屈折率が変化しても、反射スペクトルのピーク波長はほとんど変化しないことが確認される。つまり、凹凸構造の凸部の屈折率が変わっても、本実施形態の効果には大きな影響は与えないと言える。
　（凹凸構造の作製方法）
　ＥＬＯ法は特定の材料系に限らず使用可能な技術であるが、現実的には窒化物半導体で使用される場合が多い。現時点では、一般にＧａＮ基板が非常に高価であるため、異種基板を使用する割合が他の化合物半導体に比べて大きいことが原因である。
　窒化物半導体でＥＬＯ法を行う場合、基板はサファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板等を用いる。凹凸構造はＳｉＯ２を成膜した後にパターニングしたり、基板そのものをエッチング加工したりすることで構成される。
　凹凸構造は一般的なフォトリソグラフィー、リフトオフ、ウェットエッチングやドライエッチング等を使用して作製できる。
　凹凸構造の直下に位置する第１の層１１０は必ずしも基板でなくて良い。すなわち、基板上に基板とは別の材料を成膜し、その直上に凹凸構造を形成した構造であっても良い。例えば、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を成長し、その表面にＳｉＯ２を凹凸状にパターニングした後に、ＥＬＯ法を適用して前記ＳｉＯ２をＧａＮで埋設するような構造でも良い。
　（その他の実施形態）
　本発明の実施形態における活性層は、一般の半導体レーザに使用されるものを使用することができる。例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの材料を用いた多重量子井戸構造である。
　また、本実施形態に係る面発光レーザは任意の波長で動作することができる。
　また、本実施形態に係る面発光レーザは、光励起方式や電流注入方式により駆動することができる。なお、図１において電極は省略している。
　また、本実施形態に係る面発光レーザを同一平面上に複数配列してアレイ光源として使用することができる。
　また、本実施形態に係る面発光レーザおよび面発光レーザアレイは、複写機、レーザプリンタなどの画像形成装置が有する感光ドラムへ描画を行うための光源としても利用することができる。
　以下に、本発明の実施例について説明する。
　［実施例１］
　図８を用いて、本実施例におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する。
　図８Ａに本レーザ構造を説明する模式図を示す。サファイア基板８１０上に幅３μｍ、高さ９００ｎｍのＳｉＯ２のストライプ構造８２０がピッチ６μｍで周期的に配置されている。それを埋設するように、ＥＬＯ法で成長されたＧａＮ８３０が配置されている。さらにその上にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層８４０、活性層８５０、２次元フォトニック結晶８６０が配置されている。２次元フォトニック結晶８６０は、円柱状の空孔が２次元的に配置されて形成されている。格子形状は正方格子、格子定数は１６５ｎｍ、孔形状は円形である。
　活性層８５０は３周期のＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ多重量子井戸からなる。
　レーザ構造の表面にはｐ電極８７０およびｎ電極８８０が配置されており、それらの電極から電流を注入することによりレーザ発振する。
　本レーザ構造は波長４１５ｎｍでレーザ発振するように設計されている。
　図８Ｂに本レーザ構造おけるＳｉＯ２ストライプ構造８２０の反射率計算結果を示す。波長４１５ｎｍにおける反射率は０次回折光が６．１％、＋１次回折光が０．３％、＋２次回折光が０．０％、＋３次回折光が０．０％であり、０次以外の回折光の反射率が効果的に低減できている。
　したがって、本実施例のレーザ構造では、斜め方向に出射される余計な迷光である１次回折光を低減させることができる。
　［実施例２］
　図９を用いて、本実施例におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する。
　図９Ａに本レーザ構造を説明する模式図を示す。本実施例では、サファイア基板９１０を加工してストライプ状の凹凸構造９２０を形成し、その上にＧａＮ９３０を成長している。
　凹凸のピッチは４μｍ、デューティ比は５０％、凸部の高さは９００ｎｍである。
　このように基板を加工して凹凸構造を形成し横方向成長を行う手法は、ＥＬＯ法ではなくＬＥＰＳ（Ｌａｔｅｒａｌ　Ｅｐｉｔａｘｙ　ｏｎ　Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）法とも呼ばれる。
　本実施例では、凹凸構造以外の構成は実施例１と同様であり、波長４１５ｎｍでレーザ発振するように設計されている。
　図９Ｂに本レーザ構造おける凹凸構造９２０の反射率計算結果を示す。波長４１５ｎｍにおける凹凸構造９２０での反射率は０次回折光が２．７％、＋１次回折光が０．０％であり、実施例１と同様の効果が得られることが確認された。
　［実施例３］
　図１０を用いて、上記で説明した面発光レーザを複数配して構成された面発光レーザアレイ光源を用いた画像形成装置について説明する。
　図１０Ａは画像形成装置の平面図であり、図１０Ｂは同装置の側面図である。
　図１０において、１０００は感光ドラム（感光体）、１００２は帯電器、１００４は現像器、１００６は転写帯電器、１００８は定着器、１０１０は回転多面鏡、１０１２はモータである。また、１０１４は面発光レーザアレイ光源、１０１６は反射鏡、１０２０はコリメータレンズ及び１０２２はｆ－θレンズである。
　図１０において、モータ１０１２は回転多面鏡１０１０を回転駆動するものである。
　面発光レーザアレイ１０１４は、記録用光源となるものであり、ドライバにより画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ１０１４からコリメータレンズ１０２０を介し回転多面鏡１０１０に向けて照射される。
　回転多面鏡１０１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ１０１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡１０１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。この反射光は、ｆ－θレンズ１０２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡１０１６を経て感光ドラム１０００に照射され、感光ドラム１０００上で主走査方向に走査される。
　感光ドラム１０００は、予め帯電器１００２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム１０００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器１００４により現像され、現像された可視像は転写帯電器１００６により、転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器１００８に搬送され、定着を行った後に装置の外に排出される。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　１１０　第１の層
　１２０　マスク構造体
　１３０　第３の層
　１６０　フォトニック結晶
　１９０　出射光
　１９１　出射光
　１９２　共振方向

Claims (8)

  1. 　活性層と、基板の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを有し、波長λで発振するフォトニック結晶面発光レーザであって、
    　第１の屈折率を有する第１の層と、
    　前記第１の層の上に形成されており、第２の屈折率を有する部材が前記基板の面内方向に周期的に配されているか、または、第２の屈折率を有する部材に開口部が前記基板の面内方向に周期的に配されているマスク構造体と、
    　前記第１の層と前記マスク構造体の上に形成され、前記第１の屈折率および前記第２の屈折率とは異なる第３の屈折率を有する第３の層と、
    　前記第３の層の上に形成された前記フォトニック結晶と、を有し、
    　前記フォトニック結晶から、前記第１の層と前記マスク構造体とで構成された前記凹凸周期構造に入射する光に対して、０次回折光の反射ピーク波長と、１次回折光の反射ピーク波長とが異なるように、前記マスク構造体の高さが構成され、
    　前記波長λにおいて、前記凹凸周期構造における０次回折光の反射強度が１次回折光の反射強度よりも大きいことを特徴とするフォトニック結晶面発光レーザ。
  2. 　前記凹凸周期構造の凸部と凹部における反射光の光路差Ｌと前記波長λとが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
    　ｎλ－（λ／４）＜Ｌ＜ｎλ＋（λ／４）　（ｎは整数）
  3. 　前記凹凸周期構造の凸部と凹部における反射光の光路差Ｌが前記波長λの整数倍であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
  4. 　前記第３の層は、前記第１の層からエピタキシャル成長によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
  5. 　前記第１の屈折率と前記第２の屈折率とが異なることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
  6. 　前記第１の屈折率と前記第２の屈折率とが同一であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
  7. 　請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザが複数配置されているフォトニック結晶面発光レーザアレイ。
  8. 　請求項７に記載のフォトニック結晶面発光レーザアレイと、該フォトニック結晶面発光レーザアレイからのレーザ光が照射される感光体とを備えた画像形成装置。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107785776A (zh) * 2017-10-17 2018-03-09 中国科学院半导体研究所 弯曲锥形光子晶体激光器及阵列、阵列光源组
JP2018041832A (ja) * 2016-09-07 2018-03-15 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子及び発光装置
US10734786B2 (en) 2016-09-07 2020-08-04 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element and light emitting device including same
US11031751B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
US11031747B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
US11626709B2 (en) 2017-12-08 2023-04-11 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device and production method for same
US11637409B2 (en) 2017-03-27 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting module and control method therefor
US11646546B2 (en) 2017-03-27 2023-05-09 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns
US11686956B2 (en) 2017-06-15 2023-06-27 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6202572B2 (ja) * 2014-02-06 2017-09-27 国立大学法人京都大学 半導体レーザモジュール
CN108233163B (zh) * 2018-03-08 2020-04-28 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种声光移频反馈固体激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11135770A (ja) * 1997-09-01 1999-05-21 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体とその製造方法および半導体素子
JPH11251631A (ja) * 1998-03-03 1999-09-17 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2009111360A (ja) * 2007-10-12 2009-05-21 Canon Inc 面発光レーザ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3930161B2 (ja) 1997-08-29 2007-06-13 株式会社東芝 窒化物系半導体素子、発光素子及びその製造方法
JP3983933B2 (ja) 1999-05-21 2007-09-26 進 野田 半導体レーザ、および半導体レーザの製造方法
JP4027393B2 (ja) * 2005-04-28 2007-12-26 キヤノン株式会社 面発光レーザ
JP5037835B2 (ja) * 2006-02-28 2012-10-03 キヤノン株式会社 垂直共振器型面発光レーザ
JP5205034B2 (ja) * 2007-11-06 2013-06-05 ローム株式会社 面発光レーザダイオード

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11135770A (ja) * 1997-09-01 1999-05-21 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体とその製造方法および半導体素子
JPH11251631A (ja) * 1998-03-03 1999-09-17 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2009111360A (ja) * 2007-10-12 2009-05-21 Canon Inc 面発光レーザ

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11031751B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
US11031747B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
JP2018041832A (ja) * 2016-09-07 2018-03-15 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子及び発光装置
US10734786B2 (en) 2016-09-07 2020-08-04 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element and light emitting device including same
US11637409B2 (en) 2017-03-27 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting module and control method therefor
US11646546B2 (en) 2017-03-27 2023-05-09 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns
US11777276B2 (en) 2017-03-27 2023-10-03 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns
US11686956B2 (en) 2017-06-15 2023-06-27 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
CN107785776A (zh) * 2017-10-17 2018-03-09 中国科学院半导体研究所 弯曲锥形光子晶体激光器及阵列、阵列光源组
CN107785776B (zh) * 2017-10-17 2020-03-17 中国科学院半导体研究所 弯曲锥形光子晶体激光器及阵列、阵列光源组
US11626709B2 (en) 2017-12-08 2023-04-11 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device and production method for same

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