WO2016031965A1

WO2016031965A1 - Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser

Info

Publication number: WO2016031965A1
Application number: PCT/JP2015/074439
Authority: WO
Inventors: 野田　進; 北川　均; 永梁
Original assignee: 国立大学法人京都大学; ローム株式会社; 浜松ホトニクス株式会社; 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2016-03-03

Abstract

A two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser is provided which is well-suited to manufacture and which has modified refractive index region pairs which can obtain high optical output. This two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser 10 comprises: two-dimensional photonic crystals that are arranged on lattice points of a square lattice of periodic length a and that include, on a plate-shape base material 121, a modified refractive index region pair 122 comprising a main modified refractive index region 1221 having a refractive index different from that of the base material and an auxiliary modified refractive index region 1222, the planar shape of which has a surface area smaller than that of the main modified refractive index region; and an active layer 11 provided on one side of the base material 121, wherein the distance between the center of gravity G₁ of the main modified refractive index region 1221 and the center of gravity G₂ of the auxiliary modified refractive index region 1222 is 0.25-0.28a; the auxiliary modified refractive index region 1222 has a shape which would have an 80% or greater overlap region with the main modified refractive index region 1221 if said auxiliary modified refractive index region 1222 were translated so as to superimpose the center of gravity G₂ over the center of gravity G₁ of the main modified refractive index region 1221; and the planar shape of the main modified refractive index region 1221 is a triangle in which the greatest angle is greater than 60°.

Description

２次元フォトニック結晶面発光レーザTwo-dimensional photonic crystal surface emitting laser

　本発明は半導体レーザに関し、特に２次元フォトニック結晶を用いて光を増幅する２次元フォトニック結晶面発光レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser that amplifies light using a two-dimensional photonic crystal.

　半導体レーザは小型、安価、低消費電力、長寿命等の多くの利点を有し、光記録用光源、通信用光源、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、レーザポインタ等の幅広い分野で普及している。一方、レーザ加工の分野では、光出力が少なくとも1Wを超えるレーザが必要であるが、現在実用化されている半導体レーザは、以下の理由によりこの出力に達していない。そのため、現状では、レーザ加工の分野では半導体レーザではなく、炭酸ガスレーザ等のガスレーザが用いられている。 Semiconductor lasers have many advantages such as small size, low cost, low power consumption and long life, and are widely used in a wide range of fields such as light sources for optical recording, light sources for communication, laser displays, laser printers, laser pointers, and the like. On the other hand, in the field of laser processing, a laser whose optical output exceeds at least 1 W is required. However, semiconductor lasers currently in practical use have not reached this output for the following reasons. Therefore, at present, in the field of laser processing, a gas laser such as a carbon dioxide laser is used instead of a semiconductor laser.

　現在実用化されている半導体レーザにおける光出力が小さい理由は以下の通りである。半導体レーザの光出力を高くするためには、素子から出射するレーザビームの断面積（出射面積）が大きい方がよい。一方、加工精度を高くするためには、被加工物に照射するレーザビームの断面積（スポット面積）は小さい方がよい。従って、理想的には、レーザ源から出射されたレーザビームが広がることなくそのまま被加工物まで届くことが望まれる。しかし、半導体レーザでは、出射面積を大きくするほど、レーザビームの広がり角が大きくなり、しかも、レーザ光の波面が乱れる。レーザ光の波面が乱れると、光学系を用いて集光しても、スポット面積を小さくすることが難しい。そのため、現在実用化されている半導体レーザでは、広がり角を小さくしつつ高い光出力を得ることが難しい。 The reason why the light output in the semiconductor laser currently in practical use is small is as follows. In order to increase the optical output of the semiconductor laser, it is better that the cross-sectional area (emission area) of the laser beam emitted from the element is larger. On the other hand, in order to increase the processing accuracy, it is preferable that the cross-sectional area (spot area) of the laser beam applied to the workpiece is small. Therefore, ideally, it is desired that the laser beam emitted from the laser source reaches the workpiece as it is without spreading. However, in the semiconductor laser, the larger the emission area, the larger the spread angle of the laser beam, and the wavefront of the laser beam is disturbed. If the wave front of the laser beam is disturbed, it is difficult to reduce the spot area even if the laser beam is condensed using an optical system. For this reason, it is difficult to obtain a high light output while reducing the divergence angle in the semiconductor lasers currently in practical use.

　特許文献１には、半導体レーザの１種である２次元フォトニック結晶面発光レーザが記載されている。２次元フォトニック結晶面発光レーザは、板状の母材にそれとは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に配置された２次元フォトニック結晶と、活性層を有している。異屈折率領域は、典型的には母材に形成された空孔から成る。２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、活性層に電流が注入されることにより該活性層で生じる光のうち、異屈折率領域の周期に対応した所定の波長の光のみが増幅されてレーザ発振し、２次元フォトニック結晶に垂直な方向にレーザビームとして出射する。２次元フォトニック結晶面発光レーザは、２次元フォトニック結晶中の一定範囲内から発光（面発光）するため、端面発光形の半導体レーザよりも出射面積が大きく、光出力を高くし易いうえに広がり角も小さくすることができる。 Patent Document 1 describes a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, which is a kind of semiconductor laser. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser has a two-dimensional photonic crystal in which a different refractive index region having a refractive index different from that of a plate-like base material is periodically arranged, and an active layer. The different refractive index region is typically composed of holes formed in the base material. In a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, only light having a predetermined wavelength corresponding to the period of the different refractive index region is amplified from the light generated in the active layer when current is injected into the active layer, and laser oscillation is performed. The laser beam is emitted in a direction perpendicular to the two-dimensional photonic crystal. Since the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser emits light (surface emission) from within a certain range in the two-dimensional photonic crystal, the emission area is larger than that of the edge emitting semiconductor laser, and the light output is easily increased. The divergence angle can also be reduced.

　２次元フォトニック結晶は従来より、異屈折率領域の平面形状や配置等が異なる種々のものが知られているが、特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおける２次元フォトニック結晶では、主異屈折率領域（主空孔）と副異屈折率領域（副空孔）が所定の距離だけ離間して配置されて成る異屈折率領域が、正方格子状に配置されている。以下、このような主異屈折率領域と副異屈折率領域から成る異屈折率領域を、以下では「異屈折率領域対」と呼ぶ。特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、主異屈折率領域で反射される光と副異屈折率領域で反射される光が干渉により弱められ、それにより異屈折率領域対全体による光の反射率が低下するため、光が２次元フォトニック結晶内の一部領域に局在することが防止される。これにより、２次元フォトニック結晶全体で、隣接する異屈折率領域対で反射された光同士が干渉により強められ、光出力が高くなる。 Conventionally, various types of two-dimensional photonic crystals having different planar shapes and arrangements of different refractive index regions are known. Two-dimensional photonic crystals in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described in Patent Document 1 are known. In the crystal, different refractive index regions in which a main different refractive index region (main vacancies) and a sub different refractive index region (sub vacancies) are spaced apart by a predetermined distance are arranged in a square lattice pattern. . Hereinafter, such a different refractive index region composed of a main different refractive index region and a sub different refractive index region is referred to as a “different refractive index region pair”. In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described in Patent Document 1, the light reflected by the main different refractive index region and the light reflected by the sub different refractive index region are weakened by interference. Since the reflectance of the light as a whole decreases, it is possible to prevent light from being localized in a partial region in the two-dimensional photonic crystal. Thereby, in the whole two-dimensional photonic crystal, the lights reflected by adjacent pairs of different refractive index regions are strengthened by interference, and the light output is increased.

特開2008-243962号公報JP 2008-243962

　２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する際には多くの場合、CVD法等の堆積法を用いて母材を作製し、次いでフォトリソグラフィー及びエッチング法を用いて、異屈折率領域である空孔を形成することにより２次元フォトニック結晶を作製する。その後、２次元フォトニック結晶の上に隣接層を形成する。その際、隣接層を別途作製したうえで２次元フォトニック結晶と熱融着させるという手法もあるが、この手法では２次元フォトニック結晶が高温に加熱され、空孔全体が変形してしまうことがある。そこで、CVD法等の堆積法を用いて隣接層を作製する手法が多く採られているが、この場合には空孔内のうち隣接層の近傍に、隣接層の材料が侵入してしまう。その結果、空孔は、隣接層から遠いところでは平面形状がほぼエッチング法で形成された通りの大きさを有するのに対して、隣接層の近傍ではそれよりも平面形状が小さくなってしまう。従って、最終的に作製された空孔は、全体が隣接層に向かっていわゆる先細りとなる立体形状を有し、その体積はエッチング法で形成された時よりも小さくなる。 When manufacturing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, in many cases, a base material is prepared by using a deposition method such as a CVD method, and then, using a photolithography and an etching method, an empty space in a different refractive index region is formed. A two-dimensional photonic crystal is produced by forming holes. Thereafter, an adjacent layer is formed on the two-dimensional photonic crystal. At that time, there is a method of making the adjacent layer separately and then thermally fusing it with the two-dimensional photonic crystal. However, in this method, the two-dimensional photonic crystal is heated to a high temperature and the whole hole is deformed. There is. Therefore, many techniques for producing the adjacent layer by using a deposition method such as a CVD method are employed. In this case, the material of the adjacent layer enters the vicinity of the adjacent layer in the pores. As a result, the hole has a size that is almost the same as that formed by the etching method at a position far from the adjacent layer, whereas the plane shape becomes smaller in the vicinity of the adjacent layer. Therefore, the finally produced void has a three-dimensional shape that is so-called tapered toward the adjacent layer as a whole, and its volume is smaller than when it is formed by the etching method.

　２次元フォトニック結晶における異屈折率領域（空孔）の体積、より正確には２次元フォトニック結晶内において異屈折率領域が占める体積の比であるフィリングファクタは、２次元フォトニック結晶面発光レーザから放射されるレーザ光の強度等を左右するパラメータである。上述のように作製時の問題により空孔の体積が小さくなることから、フィリングファクタが最適になるように空孔を作製するためには、母材に空孔を形成する際に、空孔の大きさを最適な設計値よりも大きくする必要がある。しかし、特許文献１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて主異屈折率領域及び副異屈折率領域の空孔を大きくすると、両者が繋がってしまうおそれがある。主異屈折率領域と副異屈折率領域が繋がると、主異屈折率領域と副異屈折率領域で別々に反射される光同士が干渉するという作用が生じず、光出力が低下してしまう。また、主異屈折率領域と副異屈折率領域をある程度離して配置すれば、両者が繋がる可能性は低下させることができるものの、両者が離れすぎると、異屈折率領域対の周期性が損なわれ、異屈折率領域対として機能しなくなってしまう。 The filling factor, which is the ratio of the volume of the different refractive index region (hole) in the two-dimensional photonic crystal, more precisely the volume occupied by the different refractive index region in the two-dimensional photonic crystal, is the surface emission of the two-dimensional photonic crystal. It is a parameter that affects the intensity of the laser light emitted from the laser. As described above, since the volume of the pores is reduced due to a problem during production, in order to produce the pores so that the filling factor is optimized, when forming the pores in the base material, The size needs to be larger than the optimum design value. However, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described in Patent Document 1, if the holes in the main different refractive index region and the sub different refractive index region are enlarged, both may be connected. When the main different refractive index region and the sub different refractive index region are connected, the light reflected separately in the main different refractive index region and the sub different refractive index region does not interfere with each other, and the light output decreases. . Further, if the main different refractive index region and the sub different refractive index region are arranged to some extent apart from each other, the possibility that they are connected can be reduced, but if they are too far apart, the periodicity of the pair of different refractive index regions is impaired. As a result, it does not function as a pair of different refractive index regions.

　本発明が解決しようとする課題は、実際の製造に適しており、高い光出力が得られる異屈折率領域対を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having a pair of different refractive index regions suitable for actual manufacturing and capable of obtaining a high light output.

　上記課題を解決するために成された本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの第１の態様のものは、板状の母材に該母材とは屈折率が異なる主異屈折率領域及び該主異屈折率領域よりも面積が小さい平面形状を有する副異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期長aの正方格子の格子点上に配置された２次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
　前記主異屈折率領域の重心と前記副異屈折率領域の重心間の距離が0.25a～0.28aであり、
　前記副異屈折率領域が、該副異屈折率領域の重心を前記主異屈折率領域の重心に重ねるように該副異屈折率領域を平行移動したときに、80％以上の領域が該主異屈折率領域に重なる形状を有し、
　前記主異屈折率領域が、最大角の角度が60°よりも大きい三角形の平面形状を有する
　ことを特徴とする。 The first aspect of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is a plate-like base material having a main different refractive index different from that of the base material. A two-dimensional photonic crystal in which a pair of different refractive index regions each comprising a region and a secondary different refractive index region having a planar shape smaller in area than the main different refractive index region are arranged on lattice points of a square lattice having a period length a; A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having an active layer provided on one side of the base material,
The distance between the center of gravity of the main different refractive index region and the center of gravity of the sub different refractive index region is 0.25a to 0.28a,
When the sub-refractive index region is moved in parallel so that the center of gravity of the sub-refractive index region overlaps the center of gravity of the main different index of refraction region, 80% or more of the region is 80% or more. It has a shape that overlaps the different refractive index region,
The main different refractive index region has a triangular planar shape whose maximum angle is larger than 60 °.

　本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの第２の態様のものは、板状の母材に該母材とは屈折率が異なる主異屈折率領域及び該主異屈折率領域よりも面積が小さい平面形状を有する副異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期長aの正方格子の格子点上に配置された２次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
　前記主異屈折率領域の重心と前記副異屈折率領域の重心間の距離が0.25a～0.28aであり、
　前記副異屈折率領域が、該副異屈折率領域の重心を前記主異屈折率領域の重心に重ねるように該副異屈折率領域を平行移動したときに、80％以上の領域が該主異屈折率領域に重なる形状を有し、
　前記主異屈折率領域と前記副異屈折率領域が非相似形の平面形状を有する
　ことを特徴とする。 In the second embodiment of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention, the plate-like base material has a main different refractive index region having a refractive index different from that of the base material, and the main different refractive index region. A two-dimensional photonic crystal in which a pair of different refractive index regions each consisting of a sub-refractive refractive index region having a planar shape with a small area is arranged on a lattice point of a square lattice having a periodic length a, and provided on one side of the base material A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having an active layer formed,
The distance between the center of gravity of the main different refractive index region and the center of gravity of the sub different refractive index region is 0.25a to 0.28a,
When the sub-refractive index region is moved in parallel so that the center of gravity of the sub-refractive index region overlaps the center of gravity of the main different index of refraction region, 80% or more of the region is 80% or more. It has a shape that overlaps the different refractive index region,
The main different refractive index region and the sub different refractive index region have a dissimilar planar shape.

　本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザは、主異屈折率領域と副異屈折率領域から成る異屈折率領域対を有している。主異屈折率領域の重心と副異屈折率領域の重心間の距離は0.25a～0.28aとする。これは、活性層で生じた光のうち、２次元フォトニック結晶内において主異屈折率領域で反射される光と副異屈折率領域で反射される光を干渉により弱め、それにより、光が２次元フォトニック結晶内の一部に局在することを防止するためである。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention has a pair of different refractive index regions including a main different refractive index region and a sub different refractive index region. The distance between the center of gravity of the main different refractive index region and the center of gravity of the sub different refractive index region is 0.25a to 0.28a. This is because light generated in the active layer attenuates light reflected in the main different refractive index region and light reflected in the sub different refractive index region in the two-dimensional photonic crystal due to interference, so that the light is reflected. This is to prevent localized in a part of the two-dimensional photonic crystal.

　また、本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザは、副異屈折率領域の重心を主異屈折率領域の重心に重ねるように該副異屈折率領域を（仮想的に）平行移動したときに、副異屈折率領域のうち80％以上の領域が該主異屈折率領域に重なる形状を有する、という特徴を有する。このように副異屈折率領域を平行移動したときに主異屈折率領域と副異屈折率領域が重なる領域（以下、「重複領域」と呼ぶ）が大きい、言い換えれば両者が重ならない領域（以下、「非重複領域」と呼ぶ）が小さいことにより、主異屈折率領域と副異屈折率領域のうちのいずれか一方において非重複領域が他方の側に大きく張り出すことがない。そのため、作製時に主異屈折率領域と副異屈折率領域が繋がり難くなる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention, the sub-refractive index region is (virtually) translated so that the center of gravity of the sub-refractive index region overlaps the center of gravity of the main different refractive index region. In some cases, 80% or more of the sub-different refractive index regions have a shape overlapping the main different refractive index region. Thus, when the sub-refractive index region is translated, the region where the main different-refractive index region and the sub-refractive index region overlap (hereinafter referred to as “overlapping region”) is large, in other words, the region where both do not overlap (hereinafter referred to as “overlapping region”). , Which is referred to as “non-overlapping region”), the non-overlapping region does not protrude greatly to the other side in either one of the main different refractive index region and the sub different refractive index region. Therefore, it becomes difficult to connect the main different refractive index region and the sub different refractive index region at the time of production.

　従って、本発明によれば、上述の製造上の問題によって主異屈折率領域及び副異屈折率領域が前記母材の厚み方向に関して非対称な形状を有する場合においても、異屈折率領域の体積を適切な値としつつ、主異屈折率領域と副異屈折率領域が繋がることを防止することができる。 Therefore, according to the present invention, even when the main different refractive index region and the sub different refractive index region have an asymmetric shape with respect to the thickness direction of the base material due to the above-described manufacturing problems, the volume of the different refractive index region is reduced. It is possible to prevent the main different refractive index region and the sub different refractive index region from being connected while setting an appropriate value.

　さらに、非重複領域が小さいほど、主異屈折率領域で反射される光と副異屈折率領域で反射される光を干渉により弱めて局在を防止するという効果がより高くなる。また、非重複領域が小さいほど、基本モードのレーザ発振が生じ易くなり、高次モードの無駄なレーザ発振を抑えることができる。 Furthermore, the smaller the non-overlapping region, the higher the effect of preventing localization by weakening the light reflected by the main different refractive index region and the light reflected by the sub different refractive index region by interference. In addition, the smaller the non-overlapping region, the easier it is to generate laser oscillation in the fundamental mode, and it is possible to suppress unnecessary laser oscillation in higher order modes.

　主異屈折率領域及び副異屈折率領域の平面形状は、第１の態様の２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、最大角の角度が60°よりも大きい三角形、すなわち正三角形以外の三角形の平面形状を有する主異屈折率領域を用いる。これにより、円形や正三角形等の主異屈折率領域を用いる場合よりも、２次元フォトニック結晶面発光レーザの外部に放射されるレーザの強度を大きくすることができると共に、基本モードのレーザ発振が生じ易くなって高次モードの無駄なレーザ発振を抑えることができる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of the first aspect, the planar shape of the main different refractive index region and the second different refractive index region is a triangle whose maximum angle is larger than 60 °, that is, a triangle other than a regular triangle. A main different refractive index region having a planar shape is used. This makes it possible to increase the intensity of the laser emitted to the outside of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser as compared with the case where a main different refractive index region such as a circle or equilateral triangle is used, and to generate a fundamental mode laser oscillation. Can easily occur, and useless laser oscillation in a higher mode can be suppressed.

　なお、第１の態様の２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、主異屈折率領域と副異屈折率領域の平面形状は相似形であってもよい。この場合には、副異屈折率領域は全て重複領域である。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first aspect, the planar shapes of the main different refractive index region and the sub different refractive index region may be similar. In this case, the sub-different refractive index regions are all overlapping regions.

　一方、第２の態様の２次元フォトニック結晶面発光レーザでは、主異屈折率領域と副異屈折率領域は非相似形の平面形状を有する。これにより、相似形の主異屈折率領域と副異屈折率領域を用いる場合よりも、２次元フォトニック結晶面発光レーザの外部に放射されるレーザの強度を大きくすることができると共に、基本モードのレーザ発振が生じ易くなって高次モードの無駄なレーザ発振を抑えることができる。 On the other hand, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of the second aspect, the main different refractive index region and the sub different refractive index region have a non-similar planar shape. This makes it possible to increase the intensity of the laser emitted to the outside of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser as compared with the case where similar main refractive index regions and sub-different refractive index regions are used. Therefore, it is possible to suppress unnecessary laser oscillation of higher-order modes.

　最近、本発明者の一部である野田、梁（Liang）らにより、平面形状が直角三角形であってそれらの直交辺が正方格子に平行な１個の異屈折率領域が格子点上に配置された２次元フォトニック結晶を用いた２次元フォトニック結晶面発光レーザが開発された（非特許文献１及び２）。この２次元フォトニック結晶面発光レーザによれば、光出力が1.5Wであってビーム広がり角が3°以下という高い特性が得られる。本発明に係る第１の態様の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいても同様に、主異屈折率領域及び副異屈折率領域はいずれも、最大角が直角であって、直交辺が正方格子に平行であるという構成を採ることが望ましい。 Recently, Noda and Liang et al., Who are part of the present inventor, have arranged a single refractive index region on a lattice point whose planar shape is a right triangle and whose orthogonal sides are parallel to a square lattice. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser using the prepared two-dimensional photonic crystal has been developed (Non-patent Documents 1 and 2). According to this two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, high characteristics such as an optical output of 1.5 W and a beam divergence angle of 3 ° or less can be obtained. Similarly, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first aspect of the present invention, each of the main different refractive index region and the sub different refractive index region has a maximum right angle and a rectangular side having a square lattice. It is desirable to adopt a configuration that is parallel to each other.

　レーザ光の放射強度を高くするために、異屈折率領域対のフィリングファクタf=f₁+f₂は0.1～0.3であることが望ましい。ここでf₁は主異屈折率領域のフィリングファクタ、f₂は副異屈折率領域のフィリングファクタであり、各異屈折率領域（対）のフィリングファクタは２次元フォトニック結晶において各異屈折率領域（対）がそれぞれ占める体積の割合をいう。また、副異屈折率領域のフィリングファクタf₂と異屈折率領域対のフィリングファクタfの比f₂/fは0.1以上であって0.5未満であることが望ましい。 In order to increase the radiation intensity of the laser light, the filling factor f = f ₁ + f ₂ of the different refractive index region pair is preferably 0.1 to 0.3. Here, f ₁ is the filling factor of the main different refractive index region, f ₂ is the filling factor of the secondary different refractive index region, and the filling factor of each different refractive index region (pair) is the different refractive index in the two-dimensional photonic crystal. The ratio of the volume occupied by each region (pair). The ratio f ₂ / f of the filling factor f ₂ of the sub-refractive index region and the filling factor f of the pair of different refractive index regions is preferably 0.1 or more and less than 0.5.

　上述のように、主異屈折率領域及び副異屈折率領域は、空孔である場合には製造上の問題によって母材の厚み方向に関して非対称な形状となることを回避することが困難である。それに対して、主異屈折率領域及び副異屈折率領域に母材とは異なる材料から成る固体を用いれば、それら主異屈折率領域及び副異屈折率領域を母材の厚み方向に関して対称な形状とすることは比較的容易である。すなわち、２次元フォトニック結晶を、まず母材を作製し、母材中において主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域を設ける位置に空孔を形成し、空孔を前記固体で埋めることで作製すると、その後に２次元フォトニック結晶の上に他の層を作製する際に当該層の材料が主異屈折率領域及び副異屈折率領域内に侵入することがないため、母材の厚み方向に関する主異屈折率領域及び副異屈折率領域の対称性を維持することができる。 As described above, when the main different refractive index region and the sub different refractive index region are holes, it is difficult to avoid an asymmetric shape with respect to the thickness direction of the base material due to manufacturing problems. . On the other hand, if a solid made of a material different from the base material is used for the main different refractive index region and the sub different refractive index region, the main different refractive index region and the second different refractive index region are symmetrical with respect to the thickness direction of the base material. It is relatively easy to form. That is, for a two-dimensional photonic crystal, a base material is first prepared, holes are formed in the base material at positions where the main different refractive index regions and the sub different refractive index regions are provided, and the holes are filled with the solid. Then, when another layer is formed on the two-dimensional photonic crystal, the material of the layer does not enter the main different refractive index region and the sub different refractive index region. The symmetry of the main different refractive index region and the sub different refractive index region in the thickness direction can be maintained.

　主異屈折率領域及び副異屈折率領域を構成する固体には種々のものを用いることができるが、作製時に空孔を埋める操作が容易であるという点で、ガラス状のSiO₂（二酸化珪素）を用いることが望ましい。ガラス状のSiO₂から成る主異屈折率領域及び副異屈折率領域は、SOG（Spin on Glass）法により好適に作製することができる。SOG法は一般に、材料を溶媒に溶解させた溶液の膜をスピンコートにより被塗布面に形成し、その後加熱することによって当該材料からなるガラスの膜を形成する方法を言う。本発明の２次元フォトニック結晶面発光レーザを作製する場合には、前述の空孔を固体で埋める工程において、シラノール（SiOH₄）等の前記固体の構成原子を含有する原料溶液を、空孔が形成されている母材の表面に塗布して空孔内に侵入させ、次いで空孔内には原料溶液を残して母材の表面からは原料溶液を除去し、その後加熱することで空孔内の原料溶液からガラス状の固体（SiO₂等）を形成する、という方法を採ることができる。 Various materials can be used as the solid constituting the main different refractive index region and the sub different refractive index region. However, glass-like SiO ₂ (silicon dioxide) is used in that it is easy to fill the voids during production. ) Is desirable. The main different refractive index region and the sub different refractive index region made of glassy SiO ₂ can be suitably produced by the SOG (Spin on Glass) method. The SOG method generally refers to a method in which a film of a solution in which a material is dissolved in a solvent is formed on a surface to be coated by spin coating and then heated to form a glass film made of the material. In the case of producing the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of the present invention, in the step of filling the vacancies with a solid, a raw material solution containing the constituent atoms of the solid such as silanol (SiOH ₄ ) is used as the vacancies. It is applied to the surface of the base material where it is formed and penetrates into the pores, then the raw material solution is removed from the surface of the base material while leaving the raw material solution in the pores, and then heated to open the pores. A method of forming a glassy solid (SiO ₂ or the like) from the raw material solution can be adopted.

　主異屈折率領域及び副異屈折率領域が母材の厚み方向に関して非対称な形状を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザは、
　前記母材の一部である第１層をMOCVD法により作製し、
　前記第１層に主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域に対応する空孔を形成し、
　前記第１層の上に、前記母材の残りの部分である第２層をMOCVD法により作製する工程
を有する方法により製造することができる。 A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser in which the main different refractive index region and the sub different refractive index region have an asymmetric shape with respect to the thickness direction of the base material,
The first layer, which is a part of the base material, is produced by the MOCVD method,
Forming holes corresponding to the main different refractive index region and the sub different refractive index region in the first layer;
The second layer, which is the remaining part of the base material, can be manufactured on the first layer by a method including a step of manufacturing by MOCVD.

　また、本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザは、
　所定のエッチング剤に対する耐性が前記母材の材料よりも高い材料から成るエッチストップ層を作製し、
　前記エッチストップ層の上に前記母材を作製し、
　前記エッチング剤を用いて前記母材をエッチングすることにより該母材に前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域に対応する空孔を形成する
工程を有する方法により製造することもできる。これにより、同じ深さの空孔から成る主異屈折率領域及び副異屈折率領域を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザが製造される。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention is
Producing an etch stop layer made of a material having higher resistance to a predetermined etchant than the material of the base material;
Producing the base material on the etch stop layer;
It can also be manufactured by a method having a step of forming holes corresponding to the main different refractive index region and the sub different refractive index region in the base material by etching the base material using the etching agent. As a result, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having a main different refractive index region and a sub different refractive index region composed of holes of the same depth is manufactured.

　本発明により、主異屈折率領域と副異屈折率領域が繋がりにいという点において実際の製造に適しており、高い光出力が得られる、異屈折率領域対を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザが得られる。 According to the present invention, a two-dimensional photonic crystal surface having a pair of different refractive index regions, which is suitable for actual manufacturing in that the main different refractive index region and the second different refractive index region are difficult to be connected, and can obtain high light output. A light emitting laser is obtained.

本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの実施例を示す斜視図。The perspective view which shows the Example of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on this invention. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおける２次元フォトニック結晶の平面図(a)、副異屈折率領域を仮想的に平行移動して主異屈折率領域に重ねた図(b)、及び２次元フォトニック結晶の縦断面図(c)。Plan view of the two-dimensional photonic crystal in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of this embodiment (a), a diagram in which the sub-different refractive index region is virtually translated and superimposed on the main different refractive index region (b) And (c) is a longitudinal sectional view of a two-dimensional photonic crystal. ２次元フォトニック結晶の他の例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the other example of a two-dimensional photonic crystal. 第１電極及び第２電極から注入される電流の範囲を示す図。The figure which shows the range of the electric current inject | poured from a 1st electrode and a 2nd electrode. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、２次元フォトニック結晶内で所定波長の光が増幅される原理を説明するための図。The figure for demonstrating the principle in which the light of a predetermined wavelength is amplified in the two-dimensional photonic crystal in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フィリングファクタが異なる複数の例について放射係数α_vを計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the radiation coefficient (alpha) _v about the some example from which the filling factor differs in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フィリングファクタが異なる複数の例について結合係数κ₃を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated coupling coefficient (kappa) ₃ about the some example from which the filling factor differs in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、重心間距離dが異なる複数の例について放射係数α_vを計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the radiation coefficient (alpha) _v about the some example from which the distance d between gravity centers differs in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、重心間距離dが異なる複数の例について結合係数κ₃を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated coupling coefficient (kappa) ₃ about the some example from which the distance d between gravity centers differs in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フィリングファクタ及び重心間距離dが異なる複数の例について放射係数α_v及び結合係数κ₃を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the radiation coefficient (alpha) _v and coupling coefficient (kappa) ₃ about the some example from which the filling factor and the distance d between gravity centers differ in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、レーザ光の出力を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the output of the laser beam in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of a present Example. 主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の厚みが異なる２つのモデルを示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows two models from which the thickness of the main different refractive index area | region 1221 and the sub different refractive index area | region 1222 differs. 図１２(a)に示すモデルにおける放射係数α_vを計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the radiation coefficient (alpha) _{v in the} model shown to Fig.12 (a). 図１２(a)に示すモデルにおける結合係数κ₃を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the coupling coefficient (kappa) _{3 in the} model shown to Fig.12 (a). 図１２(b)に示すモデルにおける放射係数α_vを計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the radiation coefficient (alpha) _{v in the} model shown in FIG.12 (b). 図１２(b)に示すモデルにおける結合係数κ₃を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the coupling coefficient (kappa) _{3 in the} model shown in FIG.12 (b). 異屈折率領域対の変形例を示す平面図。The top view which shows the modification of a different refractive index area | region pair. 異屈折率領域対の他の変形例を示す平面図。The top view which shows the other modification of a different refractive index area | region pair. 母材とは異なる材料の固体から成り、母材の厚み方向に関して対称な形状である主異屈折率領域及び副異屈折率領域を有する、本発明の一実施例に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザにおける２次元フォトニック結晶層を製造する方法を示す図。A two-dimensional photonic crystal plane according to an embodiment of the present invention, which is composed of a solid material different from the base material and has a main different refractive index region and a sub different refractive index region that are symmetrical with respect to the thickness direction of the base material. The figure which shows the method of manufacturing the two-dimensional photonic crystal layer in a light emitting laser.

　本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザの実施例を、図１～図１９を用いて説明する。 Examples of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the present invention will be described with reference to FIGS.

　本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０は、図１(a)に示すように、第１電極１５、第１クラッド層１４１、活性層１１、スペーサ層１３、２次元フォトニック結晶層１２、第２クラッド層１４２、及び第２電極１６がこの順で積層された構成を有する。但し、活性層１１と２次元フォトニック結晶層１２の順番は、上記のものとは逆であってもよい。図１(a)では便宜上、第１電極１５を上側、第２電極１６を下側として示しているが、使用時における２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０の向きは、この図で示したものは限定されない。以下、各層及び電極の構成を説明する。以下ではまず、２次元フォトニック結晶層１２以外の構成を説明した後、２次元フォトニック結晶層１２の構成を詳述する。 As shown in FIG. 1A, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 of this embodiment includes a first electrode 15, a first cladding layer 141, an active layer 11, a spacer layer 13, and a two-dimensional photonic crystal layer. 12, the second cladding layer 142, and the second electrode 16 are stacked in this order. However, the order of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 may be opposite to the above. In FIG. 1A, for convenience, the first electrode 15 is shown as the upper side and the second electrode 16 is shown as the lower side. However, the orientation of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 in use is shown in this figure. Is not limited. Hereinafter, the configuration of each layer and electrode will be described. In the following, the configuration other than the two-dimensional photonic crystal layer 12 will be described first, and then the configuration of the two-dimensional photonic crystal layer 12 will be described in detail.

　活性層１１は、第１電極１５及び第２電極１６から電荷が注入されることにより、所定の波長帯を有する光を発光するものである。活性層１１の材料は、本実施例ではInGaAs/AlGaAs多重量子井戸（発光波長帯：935～945nm）であるが、本発明ではこの材料に限定されない。活性層１１は厚みが約2μmの正方形状であって、該正方形の１辺は後述の第２電極１６又は１６Ａと同じか又はそれよりもやや大きい。但し、活性層１１は、本発明ではこの寸法には限定されず、また、円形状や六角形状等の他の形状とすることもできる。 The active layer 11 emits light having a predetermined wavelength band when charges are injected from the first electrode 15 and the second electrode 16. The material of the active layer 11 is an InGaAs / AlGaAs multiple quantum well (emission wavelength band: 935 to 945 nm) in this embodiment, but is not limited to this material in the present invention. The active layer 11 has a square shape with a thickness of about 2 μm, and one side of the square is the same as or slightly larger than the

second electrode

16 or 16A described later. However, the active layer 11 is not limited to this size in the present invention, and may be other shapes such as a circular shape and a hexagonal shape.

　スペーサ層１３は本発明における必須の構成要素ではないが、材料の異なる活性層１１と２次元フォトニック結晶層１２を接続するために設けられている。スペーサ層１３の材料は、本実施例ではAlGaAsであるが、活性層１１及び２次元フォトニック結晶層１２の材料に応じて適宜変更されるものである。 The spacer layer 13 is not an essential component in the present invention, but is provided to connect the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 of different materials. The material of the spacer layer 13 is AlGaAs in the present embodiment, but is appropriately changed according to the materials of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12.

　第１クラッド層１４１及び第２クラッド層１４２は、本発明における必須の構成要素ではないが、第１電極１５と活性層１１、及び第２電極１６と２次元フォトニック結晶層１２を接続すると共に、第１電極１５及び第２電極１６から活性層１１に電流を注入し易くするという役割を有する。これらの役割を果たすために、第１クラッド層１４１の材料にはp型半導体が、第２クラッド層１４２の材料にはn型半導体が、それぞれ用いられている。第１クラッド層１４１は、第１電極１５Ｘ側から順にp-GaAsから成る層とp-AlGaAsから成る層の２層構造を有し、同様に、第２クラッド層１４２は、第２電極１６側から順にp-GaAsから成る層とp-AlGaAsから成る層の２層構造を有している（いずれも２層構造は図示せず）。これら第１クラッド層１４１及び第２クラッド層１４２においても、本発明では上記材料には限定されない。第１クラッド層１４１及び第２クラッド層１４２の平面寸法は、活性層１１及び２次元フォトニック結晶層１２の母材１２１と同じである。厚みは、第１クラッド層１４１では2μm、第２クラッド層１４２では200μmである。 The first cladding layer 141 and the second cladding layer 142 are not essential components in the present invention, but connect the first electrode 15 and the active layer 11, and the second electrode 16 and the two-dimensional photonic crystal layer 12. It has a role of facilitating injection of current from the first electrode 15 and the second electrode 16 into the active layer 11. In order to fulfill these roles, a p-type semiconductor is used as the material of the first cladding layer 141, and an n-type semiconductor is used as the material of the second cladding layer 142. The first cladding layer 141 has a two-layer structure of a layer made of p-GaAs and a layer made of p-AlGaAs in order from the first electrode 15X side. Similarly, the second cladding layer 142 is formed on the second electrode 16 side. The layers have a two-layer structure of a p-GaAs layer and a p-AlGaAs layer (both are not shown). The first clad layer 141 and the second clad layer 142 are not limited to the above materials in the present invention. The planar dimensions of the first cladding layer 141 and the second cladding layer 142 are the same as those of the base material 121 of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12. The thickness is 2 μm for the

first cladding layer

141 and 200 μm for the second cladding layer 142.

　第１電極１５は、１辺の長さLが約200μmの正方形状であり、活性層１１や後述の２次元フォトニック結晶１２３よりも小さい。また、第１電極１５の周囲には、第１電極１５との間に絶縁体を介して、レーザ光に対して不透明な金属から成る反射層（図示せず）が設けられている。反射層は第１電極１５と共に、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０で生じたレーザ光を反射して、第２電極１６側から外部に放出させる役割を有する。 The first electrode 15 has a square shape with a side length L of about 200 μm, and is smaller than the active layer 11 and a two-dimensional photonic crystal 123 described later. In addition, a reflective layer (not shown) made of a metal opaque to the laser light is provided around the first electrode 15 with an insulator between the first electrode 15. The reflection layer has a role of reflecting the laser beam generated by the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 together with the first electrode 15 and emitting the laser beam to the outside from the second electrode 16 side.

　第２電極１６は、本実施例ではn型半導体であって、上記レーザ光に対して透明な材料であるインジウム錫酸化物（ITO）により形成されているが、本発明ではこの材料に限定されず、例えばインジウム亜鉛酸化物（IZO）を用いることもできる。第２電極１６は、１辺が約800μmの正方形状であり、活性層１１及び次に述べる２次元フォトニック結晶層１２の母材１２１と同じか又はそれよりもやや小さい平面寸法を有している。 The second electrode 16 is an n-type semiconductor in this embodiment, and is formed of indium tin oxide (ITO), which is a material transparent to the laser beam. However, the present invention is limited to this material. For example, indium zinc oxide (IZO) can also be used. The second electrode 16 has a square shape with a side of about 800 μm, and has a planar dimension that is the same as or slightly smaller than the base material 121 of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 described below. Yes.

　本実施例において、上述の透明電極から成る第２電極１６を用いる代わりに、図１(b)に示す第２電極１６Ａを用いてもよい。なお、図１(b)では、(a)とは上下を反転して示している。この第２電極１６Ａは、レーザ光に対して不透明な金属から成る正方形の板状部材の中央が正方形状にくり抜かれた構成を有する。板状部材がくり抜かれた部分を窓部１６１Ａと呼び、板状部材が残された部分を枠部１６２Ａと呼ぶ。板状部材（枠部１６２Ａの外側）の正方形は１辺800μmであり、窓部１６１Ａの正方形は１辺600μmである。この場合、第１電極１５Ａには、第２電極１６Ａの板状部材よりも小さい、１辺200μmの正方形状のものを用いる。 In this embodiment, instead of using the second electrode 16 made of the above-described transparent electrode, a second electrode 16A shown in FIG. 1 (b) may be used. In FIG. 1B, (a) is shown upside down. The second electrode 16A has a configuration in which the center of a square plate member made of a metal that is opaque to laser light is cut out in a square shape. The portion where the plate-like member is cut out is called a window portion 161A, and the portion where the plate-like member is left is called a frame portion 162A. The square of the plate-like member (outside the frame portion 162A) has a side of 800 μm, and the square of the window portion 161A has a side of 600 μm. In this case, the first electrode 15A has a square shape with a side of 200 μm, which is smaller than the plate-like member of the second electrode 16A.

　２次元フォトニック結晶層１２は、図２(a)に示すように、板状の母材１２１に、それとは屈折率が異なる異屈折率領域対１２２を正方格子状に配置したものである。正方格子の周期長aは、２次元フォトニック結晶層１２内の屈折率を勘案して、活性層１１における発光波長帯内の波長に対応する287nmとした。母材１２１の材料はGaAsであり、平面寸法は活性層１１等と同じであって、厚みは約300nmである。但し、本発明では母材１２１の材料及び寸法は、この例には限定されない。 As shown in FIG. 2A, the two-dimensional photonic crystal layer 12 is a plate-shaped base material 121 in which different refractive index region pairs 122 having different refractive indexes are arranged in a square lattice pattern. The period length a of the square lattice is 287 nm corresponding to the wavelength in the emission wavelength band in the active layer 11 in consideration of the refractive index in the two-dimensional photonic crystal layer 12. The material of the base material 121 is GaAs, the planar dimension is the same as that of the active layer 11 and the like, and the thickness is about 300 nm. However, in the present invention, the material and dimensions of the base material 121 are not limited to this example.

　異屈折率領域対１２２は、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２から成る。主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２はいずれも、母材１２１に形成された空孔である。主異屈折率領域１２２１の平面形状は直角二等辺三角形であり、副異屈折率領域１２２２の平面形状は主異屈折率領域１２２１のそれよりも面積が小さい直角二等辺三角形である。主異屈折率領域１２２１の平面形状における最大角は直角１２２１Ａ、副異屈折率領域１２２２の平面形状における最大角は直角１２２２Ａである。主異屈折率領域１２２１の直角１２２１Ａの対辺１２２１Ｂは、副異屈折率領域１２２２の直角１２２２Ａに隣接するように配置されている。主異屈折率領域１２２１の２つの直交辺のうちの一方である第１直交辺１２２１Ｃ１は上記正方格子において格子点が並ぶ１方向であるx方向（図２(a)）に平行であり、他方である第２直交辺１２２１Ｃ２はx方向に垂直なy方向（同図）に平行である。副異屈折率領域１２２２の第１直交辺１２２２Ｃ１及び第２直交辺１２２２Ｃ２も同様の向きに配置されている。副異屈折率領域１２２２の重心G₂は、本実施例では主異屈折率領域１２２１の重心G₁からx方向に0.25a、y方向に0.25aずれた位置に配置した（図２(b)）。すなわち、本実施例における主異屈折率領域１２２１の重心G₁と副異屈折率領域１２２２の重心G₂間の距離は0.25×2^1/2aである。 The different refractive index region pair 122 includes a main different refractive index region 1221 and a sub different refractive index region 1222. Both the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are holes formed in the base material 121. The planar shape of the main different refractive index region 1221 is a right isosceles triangle, and the planar shape of the sub different refractive index region 1222 is a right isosceles triangle whose area is smaller than that of the main different refractive index region 1221. The maximum angle in the planar shape of the main different refractive index region 1221 is a right angle 1221A, and the maximum angle in the planar shape of the sub different refractive index region 1222 is a right angle 1222A. The opposite side 1221B of the main different refractive index region 1221 at the right angle 1221A is disposed adjacent to the right angle 1222A of the sub different refractive index region 1222. The first orthogonal side 1221C1, which is one of the two orthogonal sides of the main different refractive index region 1221, is parallel to the x direction (FIG. 2A), which is one direction in which lattice points are arranged in the square lattice, The second orthogonal side 1221C2 is parallel to the y direction (the same figure) perpendicular to the x direction. The first orthogonal side 1222C1 and the second orthogonal side 1222C2 of the sub-different refractive index region 1222 are also arranged in the same direction. In the present embodiment, the center of gravity G ₂ of the sub-different refractive index region 1222 is arranged at a position shifted from the center of gravity G ₁ of the main different refractive index region 1221 by 0.25a in the x direction and 0.25a in the y direction (FIG. 2B). ). That is, the distance between the center of gravity G ₂ of the center of gravity G ₁ and the sub-modified refractive index region 1222 of the main modified refractive index area 1221 in this example is 0.25 × 2 ^1/2 a.

　副異屈折率領域１２２２の重心G₂と主異屈折率領域１２２１の重心G₁が重なるように、副異屈折率領域１２２２をx方向に-0.25a、y方向に-0.25aだけ仮想的に平行移動させると、副異屈折率領域１２２２の全体（100％）が主異屈折率領域１２２１に重なる。 As the center of gravity G ₁ of the center of gravity G ₂ and the main modified refractive index area 1221 of the sub-modified refractive index region 1222 overlap, the secondary modified refractive index region 1222 in the x-direction -0.25A, only virtually -0.25A in y-direction When translated, the entire sub-refractive index region 1222 (100%) overlaps the main different refractive index region 1221.

　主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の縦断面形状は、図２(c)に示すように、第２クラッド層１４２側からの深さが主異屈折率領域１２２１よりも副異屈折率領域１２２２の方が浅い。これは、作製時に、母材１２１を形成した後、第２クラッド層１４２を形成する前の段階において、第２クラッド層１４２を形成しようとする側からフォトリソグラフィー及びエッチング法によって主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２となる空孔を作製することから、面積の小さい副異屈折率領域１２２２の方が空孔内にエッチング剤が侵入し難く、それによりエッチングの深さが浅くなることによる。なお、母材１２１を形成して空孔を作製した後に第２クラッド層１４２を形成する代わりに、母材１２１のうちの一部である第１層を形成して該第１層に空孔を作製した後、該第１層の上に母材１２１の残りの部分である第２層を形成するようにしてもよい。これにより、母材１２１内に、厚み方向に関して非対称な形状を有する主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２が埋め込まれた２次元フォトニック結晶層１２が得られる。 As shown in FIG. 2C, the longitudinal cross-sectional shapes of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 have a depth different from that of the main different refractive index region 1221 in the depth from the second cladding layer 142 side. The refractive index region 1222 is shallower. This is because the main different refractive index region is formed by photolithography and etching from the side on which the second clad layer 142 is to be formed in the stage after the base material 121 is formed and before the second clad layer 142 is formed. Since the holes serving as 1221 and the sub-refractive index region 1222 are produced, the sub-refractive index region 1222 having a smaller area is less likely to allow the etchant to enter the holes, thereby reducing the etching depth. It depends. Instead of forming the second cladding layer 142 after forming the base material 121 and forming the holes, the first layer which is a part of the base material 121 is formed and the holes are formed in the first layer. Then, a second layer that is the remaining part of the base material 121 may be formed on the first layer. As a result, the two-dimensional photonic crystal layer 12 in which the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 having an asymmetric shape in the thickness direction are embedded in the base material 121 is obtained.

　但し、これら空孔の深さは、本発明ではこの例には限定されない。例えば、スペーサ層１３の材料に、エッチング剤に対する耐性の高いものを用い、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２を作製する際に十分に長い時間をかけてエッチングを行うことにより、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の空孔を同じ深さにすることができる（図３(a)）。例えば、エッチング剤にヨウ化水素（HI）ガスを用いる場合には、スペーサ層１３の材料には上述のAlGaAs系のものを用い、エッチング剤に塩素（Cl₂）ガスを用いる場合には、スペーサ層１３の材料にはInGaP系のものを用いるとよい。 However, the depth of these holes is not limited to this example in the present invention. For example, by using a material having a high resistance to an etchant as the material of the spacer layer 13 and performing etching for a sufficiently long time when producing the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222, The holes in the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 can be made the same depth (FIG. 3A). For example, when hydrogen iodide (HI) gas is used as an etchant, the above-described AlGaAs-based material is used as the material of the spacer layer 13, and when chlorine (Cl ₂ ) gas is used as an etchant, the spacer The material of the layer 13 is preferably an InGaP material.

　あるいは、図３(b)に示すように、２次元フォトニック結晶層１２とスペーサ層１３の間にエッチストップ層１７を設けてもよい。エッチストップ層１７の材料は上記同様に、エッチング剤がHIガスであればAlGaAs系のものを用い、エッチング剤がCl₂ガスであればInGaP系のものを用いるとよい。エッチストップ層１７を用いれば、スペーサ層１３にはエッチング剤の影響を考慮することなく活性層１１や２次元フォトニック結晶層１２との組み合わせの点で適した材料を用いることができる。 Alternatively, an etch stop layer 17 may be provided between the two-dimensional photonic crystal layer 12 and the spacer layer 13 as shown in FIG. As described above, the material of the etch stop layer 17 may be an AlGaAs type material if the etching agent is HI gas, and an InGaP type material if the etching agent is Cl ₂ gas. If the etch stop layer 17 is used, a material suitable for the combination with the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 can be used for the spacer layer 13 without considering the influence of the etching agent.

　本実施例の主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の空孔は、スペーサ層１３寄りの位置ではほぼ板状の母材１２１に垂直な内壁を有するが、第２クラッド層１４２寄りの位置では、第２クラッド層１４２側に向かって先細りとなる形状を有する。これは、母材１２１に主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の空孔を作製した後に、MOCVD法を用いて第２クラッド層１４２を作製する際に、第２クラッド層１４２の材料が空孔内に侵入して内壁に付着して成る付着部１４２Ａが形成されることによる。なお、活性層１１と２次元フォトニック結晶層１２の位置が上述のように入れ替わっている場合には、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２は、第１クラッド層１４１側に向かって先細りとなる形状を有する。 The holes of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 of this embodiment have inner walls perpendicular to the plate-like base material 121 at positions close to the spacer layer 13, but close to the second cladding layer 142. In this position, it has a shape that tapers toward the second cladding layer 142 side. This is because when the second cladding layer 142 is formed by using the MOCVD method after the holes of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are formed in the base material 121, This is because the adhering portion 142A formed by the material entering the pores and adhering to the inner wall is formed. When the positions of the active layer 11 and the two-dimensional photonic crystal layer 12 are switched as described above, the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are directed toward the first cladding layer 141 side. It has a tapered shape.

　主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の体積は、付着部１４２Ａを除いた空孔の体積で定義する。これは、母材１２１と付着部１４２Ａ（第２クラッド層１４２）の屈折率の差が、母材１２１及び第２クラッド層１４２と空孔（空気あるいは真空）の屈折率の差よりも十分に小さいため、屈折率の点では付着部１４２Ａを母材１２１と同視できるからである。本実施例では、２次元フォトニック結晶中で主異屈折率領域１２２１が占める割合f₁（主異屈折率領域１２２１のフィリングファクタ）は0.10、副異屈折率領域１２２２が占める割合f₂（副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタ）は0.06とした。従って、異屈折率領域対１２２のフィリングファクタ(f₁+f₂)は0.16である。 The volumes of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are defined by the volume of holes excluding the adhesion portion 142A. This is because the difference in refractive index between the base material 121 and the attachment portion 142A (second clad layer 142) is sufficiently larger than the difference in refractive index between the base material 121 and the second clad layer 142 and holes (air or vacuum). This is because the adhesion portion 142A can be equated with the base material 121 in terms of refractive index because of its small refractive index. In this example, the ratio f ₁ (filling factor of the main different refractive index area 1221) occupied by the main different refractive index area 1221 in the two-dimensional photonic crystal is 0.10, and the ratio f ₂ (secondary refractive index area 1222 accounts). The filling factor of the different refractive index region 1222) was 0.06. Accordingly, the filling factor (f ₁ + f ₂ ) of the different refractive index region pair 122 is 0.16.

　本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０（又は１０Ａ）の動作を、図４及び図５を用いて説明する。第１電極１５と第２電極１６の間に所定の電圧を印加することにより、両電極から活性層１１に電流が注入される。その際、第１電極１５（１５Ａ）よりも第２電極１６（第２電極１６Ａの枠部１６２Ａ）の方が面積が広いことから、活性層１１においては、第２電極１６よりも狭く且つ第１電極１５よりも広い範囲（電流注入範囲１１１）内に電流（電荷）が集中的に注入される（図４(a), (b)）。これにより、活性層１１の電流注入範囲１１１から、所定の波長帯内の波長を有する発光が生じる。こうして生じた発光は、２次元フォトニック結晶層１２の２次元フォトニック結晶内において、正方格子の周期長aに対応した波長の光が後述のように選択的に増幅され、レーザ発振する。発振したレーザ光は、第１電極１５側から外部に出射する。その際、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０ではレーザ光が透明電極である第１電極１５を通過し、２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０Ａではレーザ光が窓部１６１Ａを通過する。なお、レーザ光のうち第２電極１６側に向かうものは、第２電極１６により反射され、最終的には上記の通り、第１電極１５側から外部に出射する。 The operation of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 (or 10A) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. By applying a predetermined voltage between the first electrode 15 and the second electrode 16, current is injected from both electrodes into the active layer 11. At this time, since the area of the second electrode 16 (the frame portion 162A of the second electrode 16A) is larger than that of the first electrode 15 (15A), the active layer 11 is narrower than the second electrode 16 and the first electrode 15 (15A). Current (charge) is intensively injected into a range wider than one electrode 15 (current injection range 111) (FIGS. 4A and 4B). Thereby, light emission having a wavelength within a predetermined wavelength band is generated from the current injection range 111 of the active layer 11. In the two-dimensional photonic crystal of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the generated light is selectively amplified as described later in the two-dimensional photonic crystal of the two-dimensional photonic crystal layer 12 and laser oscillation occurs. The oscillated laser beam is emitted to the outside from the first electrode 15 side. At that time, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10, the laser light passes through the first electrode 15 which is a transparent electrode, and in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10A, the laser light passes through the window portion 161A. Note that laser light that travels toward the second electrode 16 is reflected by the second electrode 16 and finally exits from the first electrode 15 side to the outside as described above.

　本実施例における２次元フォトニック結晶内での光の増幅について説明する。活性層１１の電流注入範囲１１１から２次元フォトニック結晶層１２に導入された光は、２次元フォトニック結晶層１２に平行な方向に伝播し、異屈折率領域対１２２の形状等により定まる反射率で該異屈折率領域対１２２により180°の方向に反射される。ある異屈折率領域対１２２で反射された光と、隣接する異屈折率領域対１２２で反射される光は、光路長差が2aとなる（図５）。これにより、活性層１１での発光のうち、２次元フォトニック結晶内における波長がaである光が、干渉により強められる。そして、この光の干渉が２次元フォトニック結晶の広い領域内で繰り返し生じることにより、レーザ発振する。 The light amplification in the two-dimensional photonic crystal in this embodiment will be described. The light introduced into the two-dimensional photonic crystal layer 12 from the current injection range 111 of the active layer 11 propagates in a direction parallel to the two-dimensional photonic crystal layer 12 and is determined by the shape of the different refractive index region pair 122 and the like. Reflected in the direction of 180 ° by the different refractive index region pair 122 at a rate. The light reflected by a certain pair of different refractive index regions 122 and the light reflected by an adjacent pair of different refractive index regions 122 have an optical path length difference of 2a (FIG. 5). Thereby, the light whose wavelength is a in the two-dimensional photonic crystal among the light emitted from the active layer 11 is intensified by interference. Then, this light interference repeatedly occurs in a wide area of the two-dimensional photonic crystal, so that laser oscillation occurs.

　但し、異屈折率領域対１２２における反射率が高すぎると、２次元フォトニック結晶内で光が局在してしまう。そこで、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２をx方向及びy方向にそれぞれ0.25aずつずらして配置することにより、個々の異屈折率領域対１２２で光が反射する際に、主異屈折率領域１２２１で反射する光と副異屈折率領域１２２２で反射する光は、光路長差が0.5aという、波長aの光における半波長分の値になるため、干渉により弱められる。なお、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２では体積が異なることから反射強度が異なるため、これら２つの光が干渉によって完全に消失することはない。この干渉により、異屈折率領域対１２２全体による反射率を低くすることができる。そのため、隣接する異屈折率領域対１２２で反射される光同士の干渉による光の増幅を、２次元フォトニック結晶内の広い領域で生じさせることができる。なお、ここまでに述べた、主異屈折率領域と副異屈折率領域を用いることにより異屈折率領域対における反射率を低くするという作用は、特許文献１に記載の発明における作用と同じである。 However, if the reflectivity in the different refractive index region pair 122 is too high, light is localized in the two-dimensional photonic crystal. Therefore, by disposing the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 by 0.25a in the x direction and the y direction, respectively, when light is reflected by each pair of different refractive index regions 122, The light reflected by the different refractive index region 1221 and the light reflected by the sub-different refractive index region 1222 are weakened by interference because the optical path length difference is 0.5a, which is a value corresponding to a half wavelength of light of wavelength a. Since the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 have different volumes and have different reflection intensities, these two lights are not completely lost due to interference. Due to this interference, the reflectance of the entire different refractive index region pair 122 can be lowered. Therefore, amplification of light due to interference between lights reflected by the adjacent pair of different refractive index regions 122 can be generated in a wide region in the two-dimensional photonic crystal. In addition, the effect | action of making the reflectance in a different refractive index area | region pair low by using a main different refractive index area | region and a sub-different refractive index area | region described so far is the same as the effect | action in the invention of patent document 1. FIG. is there.

　ここでは主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２をx方向及びy方向にそれぞれ0.25aずつの距離だけずらしたが、主異屈折率領域１２２１で反射する光と副異屈折率領域１２２２で反射する光を干渉により弱めることができればよいため、これらの距離は0.25aからずれた、0.25aよりも大きく0.28a以下の範囲内の値であってもよい。 Here, the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are shifted by a distance of 0.25a in the x direction and the y direction, respectively, but the light reflected by the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are shifted. Therefore, these distances may deviate from 0.25a and may be values within a range greater than 0.25a and less than or equal to 0.28a.

　本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０（又は１０Ａ）によれば、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を平行移動したときに、副異屈折率領域１２２２のうち80％以上の領域が主異屈折率領域１２２１に重なる形状を有しているため、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２のうちのいずれか一方が他方の側に大きく張り出すことがない。そのため、作製時に主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２が繋がり難くなる。 According to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 (or 10A) of the present embodiment, the secondary different refractive index is such that the centroid G ₂ of the secondary different refractive index region 1222 overlaps the centroid G ₁ of the main different refractive index region 1221. When the region 1222 is translated, 80% or more of the secondary different refractive index regions 1222 have a shape overlapping the main different refractive index region 1221. Therefore, the primary different refractive index region 1221 and the secondary different refractive index have the same shape. Either one of the regions 1222 does not protrude greatly to the other side. Therefore, it becomes difficult to connect the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 at the time of manufacturing.

　また、主異屈折率領域１２２１の平面形状における直角三角形の最も長い辺である対辺１２２１Ｂに、副異屈折率領域１２２２のうちの直角１２２２Ａのみが最も近づくように配置されるため、作製時に主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２が繋がり難くなる。次に述べるように主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタを適切な値にするためにそれらの体積を大きくする必要がある場合に、両者が繋がりやすくなるため、本発明の構成は有益である。その場合において特に、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の一部に他の層の材料が侵入する場合には、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の平面形状をより大きくする必要があるため、より有益である。 Further, only the right angle 1222A of the sub-different refractive index regions 1222 is closest to the opposite side 1221B which is the longest side of the right triangle in the planar shape of the main different refractive index region 1221. The refractive index region 1221 and the sub-different refractive index region 1222 are not easily connected. As will be described below, when it is necessary to increase the volume in order to make the filling factors of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 appropriate values, the two are easily connected. The configuration of is useful. In that case, in particular, when the material of another layer penetrates into a part of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222, the planar shape of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222. Is more beneficial because it needs to be larger.

　以下、図６及び図７を用いて、本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ１０（又は１０Ａ）についてフィリングファクタが異なる複数の例における特性値を計算で求めた結果を示す。ここでは、異屈折率領域対１２２のフィリングファクタfは0.16に固定し、副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタf₂が異なる複数の例で計算を行った。従って、主異屈折率領域１２２１のフィリングファクタf₁(=f-f₂)も、それぞれの計算例で異なる値となる。この計算例では、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の深さは同じとし、いずれもスペーサ層１３側から深さ116nmまでは母材１２１に対して垂直であり、そこから第２クラッド層１４２側は深さが119nmであって第２クラッド層１４２に向かって平面形状が小さくなるようにした。第２クラッド層１４２側の端部における平面形状の面積はフィリングファクタにより相違するが、スペーサ層１３側の端部における平面形状の面積に対して、主異屈折率領域１２２１、副異屈折率領域１２共に1～2％とした。主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の重心間距離は、0.25×2^1/2a（x方向に0.25a、y方向に0.25a）とした。 Hereinafter, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, the result of calculating the characteristic values in a plurality of examples having different filling factors for the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 10 (or 10A) of the present embodiment will be shown. Here, the calculation was performed in a plurality of examples in which the filling factor f of the different refractive index region pair 122 was fixed to 0.16 and the filling factor f _{2 of the} sub-different refractive index region 1222 was different. Accordingly, the filling factor f ₁ (= ff ₂ ) of the main different refractive index region 1221 also has a different value in each calculation example. In this calculation example, the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 have the same depth, and both are perpendicular to the base material 121 from the spacer layer 13 side to a depth of 116 nm. The depth of the second cladding layer 142 side was 119 nm, and the planar shape was reduced toward the second cladding layer 142. The area of the planar shape at the end portion on the second cladding layer 142 side differs depending on the filling factor, but the main different refractive index region 1221 and the sub-different refractive index region with respect to the planar shape area at the end portion on the spacer layer 13 side. 12 was 1-2%. The distance between the centers of gravity of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 was 0.25 × 2 ^1/2 a (0.25 a in the x direction and 0.25 a in the y direction).

　この例で求めた放射係数α_vの計算値を図６のグラフに示す。放射係数α_vは、２次元フォトニック結晶面発光レーザの外部に放射することが可能なレーザ光の強度に比例した値を有する。但し、放射係数α_vが大きくなるほど、活性層１１に注入すべき電流密度を大きくする必要があるため、レーザ光の強度と電流密度という２つの要素を勘案して素子の設計を行う必要がある。計算の結果、副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタf₂が0.04以下の場合に、放射係数α_vが35cm^-1以上という高い値が得られた。これらの値は、非特許文献１及び２に記載の1個の直角三角形から成る異屈折率領域を用いた場合（図６中のf₂=0）における放射係数α_vの値と同等又はそれ以上である。 The calculated value of the radiation coefficient α _v obtained in this example is shown in the graph of FIG. The emission coefficient α _v has a value proportional to the intensity of the laser beam that can be emitted to the outside of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser. However, since the current density to be injected into the active layer 11 needs to be increased as the radiation coefficient α _v increases, it is necessary to design the element in consideration of two factors, the intensity of the laser beam and the current density. . As a result of the calculation, when the filling factor f _{2 of} the sub-different refractive index region 1222 is 0.04 or less, a high value of the radiation coefficient α _v of 35 cm ⁻¹ or more was obtained. These values are equal to or equal to the value of the radiation coefficient α _v in the case where the different refractive index region composed of one right triangle described in

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1 and 2 is used (f ₂ = 0 in FIG. 6). That's it.

　次に、この例で求めた結合係数κ₃の計算値を図７のグラフに示す。結合係数κ₃は、高次モードのレーザ発振の生じ易さを示す値であり、この値が小さい程、高次モードが抑えられ、基本モードのみから成るいわゆるシングルモードの発振が得られるため望ましい。計算の結果、副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタf₂が大きくなるほど、結合係数κ₃は小さくなり、高次モードの発振が抑えられることがわかる。これら結合係数κ₃の値はいずれも、1個の直角三角形から成る異屈折率領域を用いた場合の1500cm^-1を下回っている。 Next, the calculated value of the coupling coefficient κ ₃ obtained in this example is shown in the graph of FIG. The coupling coefficient κ ₃ is a value indicating the easiness of occurrence of high-order mode laser oscillation. The smaller this value is, the higher the order mode is suppressed and the so-called single mode oscillation consisting only of the fundamental mode is obtained. . As a result of the calculation, it can be seen that the coupling factor κ ₃ decreases as the filling factor f _{2 of} the sub-different refractive index region 1222 increases, and the higher-order mode oscillation is suppressed. The values of these coupling coefficients κ ₃ are all lower than 1500 cm ⁻¹ when a different refractive index region composed of one right triangle is used.

　従って、図６に示された放射係数α_vについてフィリングファクタf₂の適切な範囲を求めたうえで、結合係数κ₃を低くするために該範囲の上限値となるフィリングファクタを採用するとよい。 Therefore, after obtaining an appropriate range of the filling factor f ₂ for the radiation coefficient α _v shown in FIG. 6, in order to reduce the coupling coefficient κ ₃ , a filling factor that is an upper limit value of the range may be employed.

　続いて、上記の計算例におけるフィリングファクタf₂が0.04である場合と同じ立体形状の主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２を用いて、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の重心間距離dが異なる複数の例について放射係数α_v（図８）及び結合係数κ₃（図９）を計算した。図８及び図９中に破線で示した値は、1個の直角三角形から成る異屈折率領域を用いた場合の値（図６及び図７中に破線の丸で囲んだ値）である。放射係数α_vは、(d/(2^1/2a))の値が0.25～0.4の範囲内において、1個の直角三角形から成る異屈折率領域を用いた場合よりも大きくなる。結合係数κ₃は、(d/(2^1/2a))の値が0.25～0.33の範囲内において、1個の直角三角形から成る異屈折率領域を用いた場合よりも小さくなる。 Subsequently, the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index are obtained by using the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 having the same three-dimensional shape as in the case where the filling factor f ₂ in the above calculation example is 0.04. The radiation coefficient α _v (FIG. 8) and the coupling coefficient κ ₃ (FIG. 9) were calculated for a plurality of examples in which the distance d between the centers of gravity of the region 1222 is different. The values indicated by broken lines in FIGS. 8 and 9 are values when a different refractive index region composed of one right triangle is used (values surrounded by broken circles in FIGS. 6 and 7). The radiation coefficient α _v is larger than that in the case of using a different refractive index region composed of one right triangle within a range of (d / (2 ^1/2 a)) of 0.25 to 0.4. The coupling coefficient κ ₃ is smaller than that in the case of using a different refractive index region composed of one right triangle within the range of (d / (2 ^1/2 a)) of 0.25 to 0.33.

　次に、図６のグラフにおいて放射係数α_vが35cm^-1を下回った、副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタf₂が0.05～0.07の範囲内において、異屈折率領域対１２２のフィリングファクタfを0.16から0.157に変更して計算を行った。また、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の重心間距離dについて、(d/(2^1/2a))が0.25～0.29の範囲内で異なる複数の計算を行った。計算結果を図１０に示す。フィリングファクタf₂が0.05の場合には(d/(2^1/2a))が0.26～0.29の範囲内において、f₂が0.06の場合には(d/(2^1/2a))が0.27～0.29の範囲内において、結合係数κ₃が1500cm^-1を上回ることなく、放射係数が35cm^-1を上回る。 Then, the radiation coefficient alpha _v in the graph of FIG. 6 is below 35 cm ^-1, in the range of the filling factor f ₂ sub modified refractive index region 1222 is 0.05-0.07, filling factor f of the modified refractive index area pairs 122 Was changed from 0.16 to 0.157. A plurality of different calculations were performed for the distance d between the centers of gravity of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 within the range of (d / (2 ^1/2 a)) of 0.25 to 0.29. The calculation results are shown in FIG. When the filling factor f ₂ is 0.05, (d / (2 ^1/2 a)) is within the range of 0.26 to 0.29, and when f ₂ is 0.06, (d / (2 ^1/2 a)) is within the scope of 0.27 to 0.29, the coupling coefficient kappa ₃ not more than 1500 cm ^-1, the radiation coefficient exceeds 35 cm ^-1.

　さらに、異屈折率領域対１２２のフィリングファクタfが0.157、副異屈折率領域１２２２のフィリングファクタf₂が0.062、(d/(2^1/2a))が0.27の場合において、放出されるレーザ光の出力を計算により求めた。その結果を図１１に示す。第１電極１５及び第２電極１６から11.1Aの電流を注入することにより、9.4Wという出力が得られる。この出力の値は、非特許文献１及び２に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて得られた実験値である1.5Wと比較して（計算値と実験値という相違はあるものの）6倍以上という高い値である。 Further, the laser emitted when the filling factor f of the different refractive index region pair 122 is 0.157, the filling factor f _{2 of the} sub-refractive refractive index region 1222 is 0.062, and (d / (2 ^1/2 a)) is 0.27. The light output was calculated. The result is shown in FIG. By injecting a current of 11.1 A from the first electrode 15 and the second electrode 16, an output of 9.4 W is obtained. This output value is compared with the experimental value obtained with the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described in Non-Patent Documents 1 and 2 (although there is a difference between the calculated value and the experimental value). It is a high value of more than double.

　ここまでの計算は主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２が同じ厚みを有するものとして行ったが、以下では、両者の厚みが異なる場合の計算結果を説明する。この計算では、図１２(a)に示すように、先細りの形状を有する第２クラッド層１４２側の厚みを主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２で同じ119nmとし、母材１２１に垂直であるスペーサ層１３側における厚みを主異屈折率領域１２２１では116nm、副異屈折率領域１２２２では(116-h_2u)nmとした。主異屈折率領域１２２１はスペーサ層１３との境界まで達しており、副異屈折率領域１２２２はスペーサ層１３と母材１２１の境界からh_2unmだけれている。また、スペーサ層１３の厚みは主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の厚みよりも十分に薄い。従って、距離h_2uは、副異屈折率領域１２２２と活性層１１の距離と同視することができる。 The calculation so far was performed on the assumption that the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 have the same thickness. Hereinafter, calculation results when the thicknesses of the two are different will be described. In this calculation, as shown in FIG. 12A, the thickness on the side of the second cladding layer 142 having a tapered shape is set to the same 119 nm in the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222, and The thickness on the side of the spacer layer 13 that is perpendicular is 116 nm in the main different refractive index region 1221 and (116−h _2u ) nm in the sub different refractive index region 1222. The main different refractive index region 1221 reaches the boundary with the spacer layer 13, and the sub different refractive index region 1222 is h _{2 μm} away from the boundary between the spacer layer 13 and the base material 121. The spacer layer 13 is sufficiently thinner than the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222. Therefore, the distance h _2u can be regarded as the distance between the sub-different refractive index region 1222 and the active layer 11.

　h_2uの値が異なる複数の例において、放射係数α_v及び結合係数κ₃の計算を行った。放射係数α_vの計算結果を図１３に、結合係数κ₃の計算結果を図１４に、それぞれ示す。h_2uの値が大きいほど、すなわち主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の厚みの差が大きいほど、放射係数α_vは大きくなる一方、結合係数κ₃も大きくなる。従って、h_2uの値は、レーザ光の出力を大きくするためには大きい方が望ましく、シングルモードでレーザ発振するという点においては小さい方が望ましい。シングルモードでレーザ発振するためには、具体的には結合係数κ₃は600cm^-1以下とすることが望ましく、そのためには距離h_2uは20nm以下であることが望ましい。ここで結合係数κ₃の相違には異屈折率領域（この例では副異屈折率領域１２２２）と活性層１１の距離が主に寄与するため、この計算で示された距離h_2uによる結合係数κ₃の相違は、主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の厚みや平面形状の大きさにはほとんど影響されない。 In a plurality of examples having different values of h _2u , the radiation coefficient α _v and the coupling coefficient κ ₃ were calculated. FIG. 13 shows the calculation result of the radiation coefficient α _v , and FIG. 14 shows the calculation result of the coupling coefficient κ ₃ . The larger the value of h _2u , that is, the greater the difference in thickness between the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222, the larger the radiation coefficient α _{v and} the larger the coupling coefficient κ ₃ . Therefore, a larger value of h _2u is desirable for increasing the output of the laser beam, and a smaller value is desirable in terms of laser oscillation in a single mode. In order to oscillate in a single mode, specifically, the coupling coefficient κ ₃ is desirably 600 cm ⁻¹ or less, and for this purpose, the distance h _2u is desirably 20 nm or less. Here, since the distance between the different refractive index region (sub-refractive refractive index region 1222 in this example) and the active layer 11 mainly contributes to the difference in the coupling coefficient κ ₃ , the coupling coefficient according to the distance h _2u shown in this calculation. The difference in κ ₃ is hardly affected by the thickness of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 or the size of the planar shape.

　図１２(b)に示すように、母材１２１に垂直であるスペーサ層１３側における厚みを主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２で同じ116nmとし、先細りの形状を有する第２クラッド層１４２側の厚みを主異屈折率領域１２２１では119nm、副異屈折率領域１２２２では(119-h_2d)nmとした例についても同様の計算を行った。放射係数α_vの計算結果を図１５に、結合係数κ₃の計算結果を図１６に、それぞれ示す。主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２の厚みの差が大きいほど放射係数α_v及び結合係数κ₃が大きくなるが、それらの値は図１３及び図１４の場合よりは小さくなった。 As shown in FIG. 12 (b), the thickness on the spacer layer 13 side perpendicular to the base material 121 is the same 116 nm in the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222, and the second cladding having a tapered shape is formed. The same calculation was performed for an example in which the thickness on the layer 142 side was 119 nm in the main different refractive index region 1221 and (119−h _2d ) nm in the sub different refractive index region 1222. FIG. 15 shows the calculation result of the radiation coefficient α _v , and FIG. 16 shows the calculation result of the coupling coefficient κ ₃ . As the difference in thickness between the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 increases, the radiation coefficient α _v and the coupling coefficient κ ₃ increase, but these values are smaller than those in FIGS. 13 and 14. .

　次に、上記実施例以外の異屈折率領域対の例について説明する。まず、図１７に、主異屈折率領域及び副異屈折率領域の平面形状が共に三角形である場合の種々の例を示す。
　(a)では、副異屈折率領域１２２２の最大角の対辺が主異屈折率領域１２２１の最大角に隣接するように配置されている。主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の形状及び大きさは上記実施例と同じであるため、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を仮想的に移動させると、副異屈折率領域１２２２は100％、主異屈折率領域１２２１に重なる。
　(b)～(d)では、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２がいずれも直角二等辺三角形以外の三角形であって、両者が相似形である。各例における主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２の平面形状は、(b)では直角非二等辺三角形、(c)では鈍角三角形、(d)では鋭角三角形であって最大角が60°よりも大きい。いずれも主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２が相似形であって、主異屈折率領域１２２１よりも副異屈折率領域１２２２の方が小さい平面形状を有するため、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を仮想的に移動させると、副異屈折率領域１２２２は100％、主異屈折率領域１２２１に重なる。
　(e), (f)では、主異屈折率領域１２２１と副異屈折率領域１２２２が非相似形である。主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２は、(e)では共に直角非二等辺三角形であり、(f)では後者が鈍角三角形である。(e), (f)のいずれの例においても、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を仮想的に移動させると、副異屈折率領域１２２２（図中の破線部）の一部が主異屈折率領域１２２１からはみ出すものの、副異屈折率領域１２２２の80％以上が主異屈折率領域１２２１内にある。 Next, examples of different refractive index region pairs other than the above embodiment will be described. First, FIG. 17 shows various examples where the planar shapes of the main different refractive index region and the sub different refractive index region are both triangular.
In (a), the opposite side of the maximum angle of the sub-different refractive index region 1222 is disposed adjacent to the maximum angle of the main different refractive index region 1221. The main modified refractive index region 1221 and the shape and size of the sub-modified refractive index region 1222 is the same as in Example Therefore, the center of gravity G ₁ of the center of gravity G ₂ sub-modified refractive index area 1222 main modified refractive index area 1221 When the secondary different refractive index region 1222 is virtually moved so as to overlap, the secondary different refractive index region 1222 overlaps the main different refractive index region 1221 by 100%.
In (b) to (d), the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are both triangles other than a right-angled isosceles triangle, and both are similar. The planar shapes of the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 in each example are a right-angled isosceles triangle in (b), an obtuse triangle in (c), an acute triangle in (d), and a maximum angle. Greater than 60 °. In both cases, the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are similar in shape, and the sub different refractive index region 1222 has a smaller planar shape than the main different refractive index region 1221. When the sub-different refractive index region 1222 is virtually moved so that the center of gravity G _{2 of the} region 1222 overlaps the center of gravity G ₁ of the main different refractive index region 1221, the sub different refractive index region 1222 is 100%, and the main different refractive index region 1221 overlaps.
In (e) and (f), the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are dissimilar. The main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 are both a right-angled isosceles triangle in (e), and the latter is an obtuse triangle in (f). In both examples (e) and (f), the sub-different refractive index region 1222 is virtually moved so that the center of gravity G ₂ of the sub-different refractive index region 1222 overlaps the center of gravity G ₁ of the main different refractive index region 1221. As a result, a part of the sub-refractive index region 1222 (broken line portion in the drawing) protrudes from the main different-refractive index region 1221, but 80% or more of the sub-different refractive index region 1222 is in the main different refractive index region 1221. .

　図１８に、主異屈折率領域及び／又は副異屈折率領域の平面形状が、三角形以外であって非相似形である場合の例を示す。(a)では、主異屈折率領域１２２１が直角二等辺三角形であるのに対して、副異屈折率領域１２２２は正方形である。(b)では、主異屈折率領域１２２１が正方形、副異屈折率領域１２２２が平行四辺形である。(c)では、主異屈折率領域１２２１が円形、副異屈折率領域１２２２が正方形である。(d)では、主異屈折率領域１２２１が正六角形、副異屈折率領域１２２２が正方形である。これらいずれの例においても、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を仮想的に移動させると、副異屈折率領域１２２２（図中の破線部）の一部が主異屈折率領域１２２１からはみ出すものの、副異屈折率領域１２２２の80％以上が主異屈折率領域１２２１内にある。 FIG. 18 shows an example in which the planar shape of the main different refractive index region and / or the sub different refractive index region is other than a triangle and is a non-similar shape. In (a), the main different refractive index region 1221 is a right isosceles triangle, while the sub different refractive index region 1222 is a square. In (b), the main different refractive index region 1221 is a square and the sub different refractive index region 1222 is a parallelogram. In (c), the main different refractive index region 1221 is circular and the sub different refractive index region 1222 is square. In (d), the main different refractive index region 1221 is a regular hexagon and the secondary different refractive index region 1222 is a square. In any of these examples, when the sub-different refractive index region 1222 is virtually moved so that the center of gravity G ₂ of the sub-different refractive index region 1222 overlaps the center of gravity G ₁ of the main different refractive index region 1221, Although part of the region 1222 (broken line portion in the drawing) protrudes from the main different

refractive index region

1221, 80% or more of the sub different refractive index region 1222 is in the main different refractive index region 1221.

　また、主異屈折率領域及び／又は副異屈折率領域の平面形状が、三角形以外であって非相似形である例は、図１８に挙げたものには限られない。例えば主異屈折率領域又は副異屈折率領域の平面形状が長方形、菱形、あるいはその他の一般的な四角形であってもよいし、三角形及び四角形以外の多角形や楕円であってもよい。さらには、主異屈折率領域及び／又は副異屈折率領域が、直線以外の曲線で囲まれた、円や楕円以外の平面形状を有するものであってもよい。いずれの場合においても、副異屈折率領域１２２２の重心G₂を主異屈折率領域１２２１の重心G₁に重ねるように副異屈折率領域１２２２を仮想的に移動させたときに、副異屈折率領域１２２２の80％以上が主異屈折率領域１２２１内に存在するようにする。 Moreover, the example in which the planar shape of the main different refractive index region and / or the sub different refractive index region is other than a triangle and is not similar is not limited to that shown in FIG. For example, the planar shape of the main different refractive index region or the sub different refractive index region may be a rectangle, a rhombus, or another general rectangle, or may be a polygon or an ellipse other than a triangle and a rectangle. Furthermore, the main different refractive index region and / or the sub different refractive index region may have a planar shape other than a circle or an ellipse surrounded by a curve other than a straight line. In any case, when the sub-different refractive index region 1222 is virtually moved so that the center of gravity G ₂ of the sub-different refractive index region 1222 overlaps the center of gravity G ₁ of the main different

refractive index region

1221, 80% or more of the refractive index region 1222 is present in the main different refractive index region 1221.

　本発明は上記実施例には限定されない。例えば、前記異屈折率領域対のフィリングファクタfは上記実施例のものには限定されないが、0.1～0.3の範囲内であることが望ましい。副異屈折率領域のフィリングファクタf₂も上記実施例のものには限定されないが、異屈折率領域対のフィリングファクタfとの比f₂/fが0.1以上であって0.5未満であることが望ましい。 The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the filling factor f of the pair of different refractive index regions is not limited to that of the above embodiment, but is preferably in the range of 0.1 to 0.3. Filling factor f ₂ sub modified refractive index region is also not limited to the above embodiment, it the ratio f ₂ / f of the filling factor f of the modified refractive index area pairs is less than 0.5 A 0.1 or more desirable.

　また、上記実施例では主異屈折率領域１２２１及び副異屈折率領域１２２２は、いずれも先細りの立体形状を有するとしたが、厚み方向の全体に亘って母材に垂直な内壁を有する、すなわち母材の厚み方向に関して対称な形状を有する主異屈折率領域及び副異屈折率領域を用いてもよい。 In the above embodiment, both the main different refractive index region 1221 and the sub different refractive index region 1222 have a tapered three-dimensional shape, but have an inner wall perpendicular to the base material over the entire thickness direction. You may use the main different refractive index area | region and sub-different refractive index area | region which have a shape symmetrical about the thickness direction of a base material.

　母材の厚み方向に関して対称な形状を有する主異屈折率領域及び副異屈折率領域は、母材とは異なる材料の固体から成るものとし、以下の方法により作製することができる（図１９参照）。まず、第２クラッド層１４２を基板として、その上にMOCVD法等の従来の方法により母材１２１を作製する(a)。次に、フォトリソグラフィー法を用いて表面から母材１２１内に、主異屈折率領域及び副異屈折率領域の形状に相当する、厚み方向に関して対称な形状を有する空孔対２２３を形成する(b)。続いて、母材１２１の表面に、シラノールをメタノールに溶解させた溶液から成る原料溶液膜２８をスピンコートにより形成し、該溶液を空孔対２２３内に侵入させる(c)。その後、空孔対２２３内の溶液を残して、母材１２１の表面から原料溶液膜２８を除去する(d)。さらに、220℃に加熱することで空孔対２２３内の溶液からメタノールを蒸発させた後、420℃に加熱することにより、空孔対２２３内にガラス状のSiO₂から成る固体を形成する(e)。この固体により、２次元フォトニック結晶層２２の主異屈折率領域２２２１及び副異屈折率領域２２２２から成る異屈折率領域対２２２が構成される。その後、２次元フォトニック結晶層２２上に、スペーサ層１３、活性層１１、第１クラッド層１４１を作製し、さらに第１クラッド層１４１の表面に第１電極１５を、第２クラッド層１４２の表面に第２電極１６をそれぞれ作製する。これら２次元フォトニック結晶層２２以外の構成要素は従来と同様の方法により作製することができるため、詳細な説明を省略する。 The main different refractive index region and the sub different refractive index region having a shape symmetric with respect to the thickness direction of the base material are made of a solid material different from the base material and can be manufactured by the following method (see FIG. 19). ). First, using the second cladding layer 142 as a substrate, a base material 121 is formed thereon by a conventional method such as MOCVD (a). Next, a hole pair 223 having a shape symmetric with respect to the thickness direction, which corresponds to the shape of the main different refractive index region and the sub different refractive index region, is formed in the base material 121 from the surface by using a photolithography method ( b). Subsequently, a raw material solution film 28 made of a solution in which silanol is dissolved in methanol is formed on the surface of the base material 121 by spin coating, and the solution is allowed to enter the hole pair 223 (c). Thereafter, the raw material solution film 28 is removed from the surface of the base material 121 while leaving the solution in the hole pair 223 (d). Furthermore, after evaporating methanol from the solution in the hole pair 223 by heating to 220 ° C., the solid is made of glassy SiO ₂ in the hole pair 223 by heating to 420 ° C. ( e). This solid constitutes a pair of different refractive index regions 222 including a main different refractive index region 2221 and a sub different refractive index region 2222 of the two-dimensional photonic crystal layer 22. Thereafter, the spacer layer 13, the active layer 11, and the first cladding layer 141 are formed on the two-dimensional photonic crystal layer 22, and the first electrode 15 is formed on the surface of the first cladding layer 141. Second electrodes 16 are respectively formed on the surface. Since the components other than the two-dimensional photonic crystal layer 22 can be manufactured by the same method as in the prior art, detailed description is omitted.

１０、１０Ａ…２次元フォトニック結晶面発光レーザ
１１…活性層
１１１…電流注入範囲
１２、２２…２次元フォトニック結晶層
１２１…母材
１２２、２２２…異屈折率領域対
１２２１、２２２１…主異屈折率領域
１２２１Ａ…主異屈折率領域の最大角（直角）
１２２１Ｂ…主異屈折率領域の最大角の対辺
１２２１Ｃ１…主異屈折率領域の第１直交辺
１２２１Ｃ２…主異屈折率領域の第２直交辺
１２２２、２２２２…副異屈折率領域
１２２２Ａ…副異屈折率領域の最大角（直角）
１２２２Ｃ１…副異屈折率領域の第１直交辺
１２２２Ｃ２…副異屈折率領域の第２直交辺
１３…スペーサ層
１４１…第１クラッド層
１４２…第２クラッド層
１４２Ａ…付着部
１５、１５Ａ…第１電極
１６、１６Ａ…第２電極
１６１Ａ…窓部
１６２Ａ…枠部
１７…エッチストップ層
２２３…空孔対
２８…原料溶液膜 DESCRIPTION OF

SYMBOLS

10, 10A ... Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 11 ... Active layer 111 ...

Current injection range

12, 22 ... Two-dimensional photonic crystal layer 121 ...

Base material

122, 222 ... Different refractive

index region pair

1221, 2221 ... Main difference Refractive index region 1221A: Maximum angle of main refractive index region (right angle)
1221B: the opposite side 1221C1 of the maximum angle of the main different refractive index region ... the first orthogonal side 1221C2 of the main different refractive index region ... the second

orthogonal side

1222, 2222 ... the secondary different refractive index region 1222A ... the sub different refractive index of the main different refractive index region. Maximum angle of angle region (right angle)
1222C1 ... the first orthogonal side 1222C2 of the sub-different refractive index region ... the second orthogonal side 13 of the sub-different refractive index region ... the spacer layer 141 ... the first cladding layer 142 ... the second cladding layer 142A ... the

adhesion portions

15, 15A ...

first Electrodes

16, 16A ... second electrode 161A ... window 162A ... frame 17 ... etch stop layer 223 ... hole pair 28 ... raw material solution film

Claims

　板状の母材に該母材とは屈折率が異なる主異屈折率領域及び該主異屈折率領域よりも面積が小さい平面形状を有する副異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期長aの正方格子の格子点上に配置された２次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
　前記主異屈折率領域の重心と前記副異屈折率領域の重心間の距離が0.25a～0.28aであり、
　前記副異屈折率領域が、該副異屈折率領域の重心を前記主異屈折率領域の重心に重ねるように該副異屈折率領域を平行移動したときに、80％以上の領域が該主異屈折率領域に重なる形状を有し、
　前記主異屈折率領域が、最大角の角度が60°よりも大きい三角形の平面形状を有する
　ことを特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 A pair of different refractive index regions each having a plate-like base material composed of a main different refractive index region having a refractive index different from that of the base material and a sub-different refractive index region having a planar shape having a smaller area than the main different refractive index region is a period. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having a two-dimensional photonic crystal disposed on a lattice point of a long-a square lattice and an active layer provided on one side of the base material,
The distance between the center of gravity of the main different refractive index region and the center of gravity of the sub different refractive index region is 0.25a to 0.28a,
When the sub-refractive index region is moved in parallel so that the center of gravity of the sub-refractive index region overlaps the center of gravity of the main different index of refraction region, 80% or more of the region is 80% or more. It has a shape that overlaps the different refractive index region,
2. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, wherein the main different refractive index region has a triangular planar shape having a maximum angle greater than 60 °.
　前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域の最大角が直角であって、直交辺が前記正方格子に平行であることを特徴とする請求項１に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 2. The two-dimensional photonic crystal surface light emission according to claim 1, wherein a maximum angle of the main different refractive index region and the second different refractive index region is a right angle, and an orthogonal side is parallel to the square lattice. laser.
　板状の母材に該母材とは屈折率が異なる主異屈折率領域及び該主異屈折率領域よりも面積が小さい平面形状を有する副異屈折率領域から成る異屈折率領域対が周期長aの正方格子の格子点上に配置された２次元フォトニック結晶と、該母材の一方の側に設けられた活性層を有する２次元フォトニック結晶面発光レーザであって、
　前記主異屈折率領域の重心と前記副異屈折率領域の重心間の距離が0.25a～0.28aであり、
　前記副異屈折率領域が、該副異屈折率領域の重心を前記主異屈折率領域の重心に重ねるように該副異屈折率領域を平行移動したときに、80％以上の領域が該主異屈折率領域に重なる形状を有し、
　前記主異屈折率領域と前記副異屈折率領域が非相似形の平面形状を有する
　ことを特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 A pair of different refractive index regions each having a plate-like base material composed of a main different refractive index region having a refractive index different from that of the base material and a sub-different refractive index region having a planar shape having a smaller area than the main different refractive index region is a period. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser having a two-dimensional photonic crystal disposed on a lattice point of a long-a square lattice and an active layer provided on one side of the base material,
The distance between the center of gravity of the main different refractive index region and the center of gravity of the sub different refractive index region is 0.25a to 0.28a,
When the sub-refractive index region is moved in parallel so that the center of gravity of the sub-refractive index region overlaps the center of gravity of the main different index of refraction region, 80% or more of the region is 80% or more. It has a shape that overlaps the different refractive index region,
The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, wherein the main different refractive index region and the sub different refractive index region have a non-similar planar shape.
　前記異屈折率領域対のフィリングファクタfが0.1～0.3であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 3, wherein a filling factor f of the pair of different refractive index regions is 0.1 to 0.3.
　前記副異屈折率領域のフィリングファクタf₂と前記異屈折率領域対のフィリングファクタfの比f₂/fが0.1以上であって0.5未満であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 5. The ratio f ₂ / f between the filling factor f ₂ of the sub-refractive index region and the filling factor f of the pair of different refractive index regions is 0.1 or more and less than 0.5. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 1.
　前記副異屈折率領域と前記活性層の距離が20nm以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 5, wherein a distance between the sub-different refractive index region and the active layer is 20 nm or less.
　前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域が、前記母材の厚み方向に関して非対称な形状を有することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 The two-dimensional photonic crystal surface light emission according to any one of claims 1 to 6, wherein the main different refractive index region and the sub different refractive index region have an asymmetric shape with respect to a thickness direction of the base material. laser.
　前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域が、前記母材の厚み方向に関して対称な形状を有し、前記母材とは異なる材料の固体から成ることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 The main different refractive index region and the sub different refractive index region have a symmetrical shape with respect to the thickness direction of the base material, and are made of a solid material different from the base material. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of the above.
　前記固体がガラス状のSiO₂から成るものであることを特徴とする請求項８に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ。 2-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 8, wherein the solid is made of glassy SiO _2.
　請求項７に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法であって、
　前記母材の一部である第１層をMOCVD法により作製し、
　前記第１層に前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域に対応する空孔を形成し、
　前記第１層の上に、前記母材の残りの部分である第２層をMOCVD法により作製する
工程を有することを特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。 A method for manufacturing the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 7,
The first layer, which is a part of the base material, is produced by the MOCVD method,
Forming holes corresponding to the main different refractive index region and the sub different refractive index region in the first layer;
A method for producing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, comprising a step of producing a second layer which is the remaining part of the base material on the first layer by an MOCVD method.
　請求項１～７のいずれかに記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法であって、
　所定のエッチング剤に対する耐性が前記母材の材料よりも高い材料から成るエッチストップ層を作製し、
　前記エッチストップ層の上に前記母材を作製し、
　前記エッチング剤を用いて前記母材をエッチングすることにより該母材に前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域に対応する空孔を形成する
工程を有することを特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。 A method for producing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 7,
Producing an etch stop layer made of a material having higher resistance to a predetermined etchant than the material of the base material;
Producing the base material on the etch stop layer;
A two-dimensional photo comprising a step of forming holes corresponding to the main different refractive index region and the sub different refractive index region in the base material by etching the base material using the etching agent. Nick crystal surface emitting laser manufacturing method.
　請求項８又は９に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザを製造する方法であって、
　前記母材を作製し、
　前記母材中において前記主異屈折率領域及び前記副異屈折率領域を設ける位置に空孔を形成し、
　前記空孔を前記固体で埋める
工程を有することを特徴とする２次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。 A method for producing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 8 or 9,
Making the base material,
In the base material, a hole is formed at a position where the main different refractive index region and the sub different refractive index region are provided,
A method for producing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, comprising the step of filling the holes with the solid.
　前記空孔を前記固体で埋める工程を、
　前記固体の構成原子を含有する原料溶液を、前記空孔が形成されている前記母材の表面に塗布して該空孔内に侵入させ、次いで該空孔内には原料溶液を残して該母材の表面からは原料溶液を除去し、その後加熱することで前記固体を形成する
ことにより行うことを特徴とする請求項１２に記載の２次元フォトニック結晶面発光レーザ製造方法。 Filling the voids with the solid,
The raw material solution containing the constituent atoms of the solid is applied to the surface of the base material in which the pores are formed and penetrates into the pores, and then the raw material solution is left in the pores and the 13. The method for producing a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 12, wherein the raw material solution is removed from the surface of the base material and then the solid is formed by heating.