專利名稱：表面發(fā)射激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面發(fā)射激光裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，表面發(fā)射激光裝置一直被積極地研究。表面發(fā)射激光器
具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，容易被集成和按陣列布置(array)，以及與外 部光學(xué)系統(tǒng)具有良好的耦合效率。
因此，表面發(fā)射激光裝置有望應(yīng)用于諸如通信、電子攝影術(shù)和傳 感之類的領(lǐng)域。尤其，表面發(fā)射激光裝置已經(jīng)在通信領(lǐng)域例如紅外線 短程通信中投入實(shí)際應(yīng)用。
有幾種表面發(fā)射激光器。作為其中的一種，有一種激光裝置通過(guò)
方向來(lái)將振蕩激光取出，從而實(shí)現(xiàn)表面發(fā)射功能。
作為這種衍射型表面發(fā)射激光器，第一專利文獻(xiàn)(日本專利申請(qǐng) 公開No. 2000-332351 )公開了 一種使用二維光子晶體的第二級(jí)衍射效 應(yīng)的發(fā)明。
在本發(fā)明中，光子晶體被引入到半導(dǎo)體激光器的活性層的附近， 在活性層中發(fā)射的光由于光子晶體的第二級(jí)衍射效應(yīng)而在平面內(nèi)振
然后，該表面發(fā)射激光器被配置為通過(guò)同一光子晶體的第一級(jí)衍
射將振蕩激光取出到垂直于平面的方向中。
近來(lái)人們強(qiáng)烈地期望開發(fā)具有更高性能的表面發(fā)射激光器，就激 光器的設(shè)計(jì)自由度及其光發(fā)射效率來(lái)說(shuō)，在第一專利文獻(xiàn)中所公開的 上述相關(guān)技術(shù)光柵表面發(fā)射激光裝置還有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及能夠進(jìn)一步提高其光發(fā)射效率和擴(kuò)大其設(shè)計(jì)自由度 的表面發(fā)射激光裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)一步提高其光發(fā)射效率和擴(kuò)大其設(shè) 計(jì)自由度的表面發(fā)射激光裝置。
從下述參照附圖對(duì)示例實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其它特征將變 得顯而易見(jiàn)。


圖1是示出本發(fā)明示例實(shí)施例的表面發(fā)射激光器的基本配置的 截面圖。
圖2是示出本發(fā)明示例實(shí)施例的二維光子晶體的透視圖。 圖3是示出本發(fā)明示例實(shí)施例的光子能帶結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖4是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)本發(fā)明第一實(shí)例的
表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
圖5A和5B是示出本發(fā)明第一實(shí)例中的光子晶體層的視圖，其
中，圖5A是示出當(dāng)從垂直于其基板的方向觀看時(shí)表面發(fā)射激光器中
的整個(gè)光子晶體層的截面圖，圖5B是圖5A中所示的區(qū)域503的放大圖。
圖6A和6B是示出本發(fā)明第一實(shí)例中的第一光子晶體區(qū)的視圖， 其中，圖6A是示出第一光子晶體區(qū)中的光子能帶和共振模式的示意 圖，圖6B是示出在共振模式中的光的衍射的示意圖。
圖7A、 7B和7C是示出本發(fā)明第一實(shí)例中的第二光子晶體區(qū)的 光子能帶的示意圖，其中，圖7A是示出第二光子晶體區(qū)中的光子能 帶和共振模式的示意圖，圖7B是示出在共振模式中垂直于平面的光 的衍射的示意圖，圖7C是示出在共振模式中在平行于平面的方向的 光的衍射的示意圖。
圖8是示出激光裝置的平面圖，該平面圖示出當(dāng)從上面觀看時(shí)本 發(fā)明第一實(shí)例中的p電極。圖9A和9B是示出在本發(fā)明的表面發(fā)射激光器中引入的第一光 子晶體區(qū)中的光子能帶的示意圖，其中，圖9A是示出在第一光子晶 體區(qū)中的光子能帶和另一個(gè)共振模式的示意圖，圖9B是示出在共振 模式中的光衍射的示意圖。
圖IO是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)本發(fā)明第二實(shí)例的 表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
圖11是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)本發(fā)明第三實(shí)例的 表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
圖12A和12B是示出本發(fā)明第三實(shí)例中的光子晶體層和p電極 的視圖，其中，圖12A是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)表面發(fā) 射激光器中的整個(gè)光子晶體層的平面圖，圖12B是示出當(dāng)從上面觀看 時(shí)該激光裝置的平面圖。
圖13是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)本發(fā)明第四實(shí)例的 表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
圖14A和14B是示出本發(fā)明第四實(shí)例中的光子晶體層的視圖， 其中，圖14A是示出該表面發(fā)射激光器中的整個(gè)光子晶體層的視圖， 圖14B是圖14A中的區(qū)域1404的放大圖。
圖15是示出在本發(fā)明第二實(shí)例中的表面發(fā)射激光器中當(dāng)?shù)诙?導(dǎo)模式用于共振光時(shí)的光分布，以及光子晶體、SCH層和活性層之間 的位置關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
接下來(lái)，描述本發(fā)明示例實(shí)施例的表面發(fā)射激光裝置。 圖l是示出本示例實(shí)施例的激光裝置的概念圖，但是本發(fā)明不局 限于這一配置。
如圖l所示，該激光裝置包括基板101、下包層102、上包層106 和活性層103。而且，該激光裝置還包括光子晶體層109、第一周期 性結(jié)構(gòu)區(qū)104、第二周期性結(jié)構(gòu)區(qū)105、下電極107和上電極108。
在本示例實(shí)施例中配置一種表面發(fā)射激光裝置，該表面發(fā)射激光裝置包括活性層、與該活性層相鄰地設(shè)置的光子晶體層、形成在該光 子晶體層上的電極、以及發(fā)射光的光發(fā)射區(qū)。此時(shí)，二維周期性折射 率結(jié)構(gòu)(二維光子晶體)用作光子晶體層。
該光子晶體是由具有以光波長(zhǎng)的量級(jí)的周期性的折射率的材料 制成的結(jié)構(gòu)，并且能夠通過(guò)控制設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)控制在晶體中傳播的光。
基于形成周期性折射率的方向，該光子晶體可以被分類為一維光 子晶體、二維光子晶體和三維光子晶體。
本示例實(shí)施例使用其中的二維光子晶體。
作為二維光子晶體的實(shí)例，例如，圖2中所示的光子晶體是眾所 周知的。該光子晶體包括薄刨床介質(zhì)(planer medium) 201，孑L 202 周期性地形成在該薄刨床介質(zhì)中。該光子晶體稱為空氣孔型片狀光子
晶體o
通過(guò)在半導(dǎo)體激光器的活性層附近提供二維光子晶體，該光子晶
體可以用作平面內(nèi)的共振鏡(resonance mirror),并用作將振蕩光 衍射入與其平面垂直的方向的衍射光柵。
具體來(lái)說(shuō)，本示例實(shí)施例的表面發(fā)射激光裝置按以下方式實(shí)現(xiàn)表 面發(fā)射。從該激光裝置的活性層發(fā)射的光主要被限制在活性層中，一 部分光還被限制在活性層附近的光子晶體層中。
在光子晶體層中的光由于折射率的周期性結(jié)構(gòu)而在平面內(nèi)發(fā)生 衍射和共振，并且由于活性層的增益而發(fā)生振蕩。此時(shí)，只有針對(duì)折 射率周期處于最佳共振條件下的模式和波長(zhǎng)的光才產(chǎn)生激光振蕩。
該振蕩激光通過(guò)光子晶體而發(fā)生衍射且被衍射入垂直于該平面 的方向，并實(shí)現(xiàn)表面發(fā)射。上述第一專利文獻(xiàn)描述了由類似于此的原 理驅(qū)動(dòng)的表面發(fā)射激光裝置。
本示倒實(shí)施例的特點(diǎn)在于，在活性層附近提供的光子晶體層;在功 能上被分為兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域。
即，光子晶體層被分成在每個(gè)區(qū)域中光都在平面內(nèi)共振的區(qū)域 (第一光子晶體區(qū))和其中光發(fā)射入垂直于平面的方向的區(qū)域(第二 光子晶體區(qū))。在下文中，描述本示例實(shí)施例中的光子晶體的功能。
在本實(shí)施例中，示例性地描述在具有3.45的折射率的介質(zhì)中以 正方形點(diǎn)陣的方式形成柱形孔的情況。
該柱體的高度小到100nm到200nm的量級(jí)，除了柱體部分以外 的其它部分(即，該區(qū)域包括二維光子晶體的高折射率介質(zhì)部分和相 鄰的包層)由折射率為3.45的介質(zhì)制成。包層厚達(dá)lnm到2nm。
圖3是示出在圖1所示的位置上引入光子晶體(PhC)的情況下 通過(guò)使用有效折射率近似而計(jì)算得到的光子能帶的視圖。
該光子能帶圖示出在動(dòng)量空間中在晶體中的光的頻散的狀態(tài)。
在圖3中，由于除了平面內(nèi)的共振以外在r點(diǎn)處的共振模式還 包括衍射入垂直于平面的方向的主要衍射，所以在光子晶體的平面內(nèi) 共振和振蕩的激光被取出并放入垂直于該平面的方向。在r點(diǎn)處的該 模式通常用于激光振蕩。
但是，在光子能帶中的每個(gè)都具有低于光線(由圖3中的點(diǎn)線表 示)的不同于r點(diǎn)的高對(duì)稱性的點(diǎn)(X點(diǎn)、M點(diǎn))中的模式(在圖3 中分別由圓圏包圍的區(qū)域301和302)中，共振只發(fā)生在平面內(nèi)的方
向上，而且沒(méi)有光能夠#:取出到垂直于該平面的方向。
因?yàn)楫?dāng)激光的表面發(fā)射被實(shí)現(xiàn)時(shí)，在垂直于平面的方向的衍射是 很重要的，而對(duì)于振蕩，該衍射在平面內(nèi)的共振中是損耗，所以在激 光振蕩的時(shí)候，只在平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)共振更有效。
由于以上所有的原因，在本實(shí)施例中光子晶體的功能被分為區(qū) 域，在一種區(qū)域中光主要在平面內(nèi)共振(第一光子晶體區(qū))，在另一 種區(qū)域中光發(fā)射入垂直于平面的方向(第二光子晶體區(qū))。
接著，第一光子晶體區(qū)在電極之下形成，第二光子晶體區(qū)正好在 光發(fā)射區(qū)之下形成。
在圖1的情況中，第一光子晶體區(qū)對(duì)應(yīng)于第一光子晶體區(qū)104 (在下文中也稱為"區(qū)域104")，該第一光子晶體區(qū)104為用于平面 內(nèi)共振的專用區(qū)。而且，第二光子晶體區(qū)對(duì)應(yīng)于第二光子晶體區(qū)105 (在下文中也稱為"區(qū)域105")，該第二光子晶體區(qū)105為對(duì)垂直于該平面的方向的衍射很重要的區(qū)域。
因此，具有低于光線的不同于r點(diǎn)的上述模式的光子晶體在第 一周期性結(jié)構(gòu)的區(qū)域i04中形成，并且具有r點(diǎn)處的模式的光子晶體
在第二周期性結(jié)構(gòu)的區(qū)域105中形成.
通過(guò)采用這樣的配置，可以更有效地產(chǎn)生激光振蕩。 此外，通過(guò)將光子晶體的兩種功能即在平面內(nèi)的共振和在垂直于 平面的方向上的衍射分別分布到不同的光子晶體，可以實(shí)現(xiàn)用主要對(duì) 各自功能最優(yōu)的參數(shù)設(shè)計(jì)激光裝置和光子晶體，而且設(shè)計(jì)的自由度變 得更大。
能帶圖中模式的選擇可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)例如光子晶體的點(diǎn) 陣常數(shù)和孔半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
而且，由于需要使共振光的動(dòng)量矢量方向保持相互一致，所以， 必須適當(dāng)調(diào)整光子晶體中的周期性結(jié)構(gòu)的方向。
而且，此時(shí)光子晶體的邊界部分的耦合效率并不是100%,并且
一部分光在光子晶體的界面處被反射。
但是，在這種情況中，由邊界表面反射到區(qū)域104的傳播光的相 位能夠與區(qū)域104中的共振光的相位一致。
此外，在邊界處的反射可以通過(guò)在區(qū)域104和區(qū)域105的邊界處
形成反射控制結(jié)構(gòu)來(lái)控制。
此外，在這種情況中，從邊界表面反射到區(qū)域104的傳播光的相 位可以與區(qū)域104中的共振光一致。
可以在此時(shí)形成的反射控制結(jié)構(gòu)能夠采用下述形式。例如，在兩 個(gè)區(qū)域的邊界表面中的平面內(nèi)挖出形狀為直線或曲線的一層凹槽，并 且，填入具有相互不同的折射率的介質(zhì)。這樣，可以通過(guò)控制凹槽寬 度和折射率差來(lái)調(diào)整反射。
或者，還有通過(guò)在每四分之一光波長(zhǎng)處形成多個(gè)凹槽來(lái)調(diào)整反射 率的方法。
而且，由于在除了區(qū)域104與區(qū)域105之間的邊界以外的區(qū)域 104的外邊界部分處(例如在臺(tái)面凹槽中)沒(méi)有提供防止光泄漏的機(jī)構(gòu)，所以，可以在區(qū)域104的外側(cè)適當(dāng)?shù)靥峁┓瓷錂C(jī)構(gòu)。
通過(guò)在光子晶體部分中形成光學(xué)厚度不同于JJ2 (由于是抗 反射的波長(zhǎng))的凹槽，可以配置反射機(jī)構(gòu)。而且，通過(guò)使用用于反射 的光子晶體或光柵結(jié)構(gòu)將區(qū)域104的周邊包圍，可以配置反射機(jī)構(gòu)。 二維周期性折射率結(jié)構(gòu)(光子晶體)被用于本示例實(shí)施例中，并
且光^皮二維地導(dǎo)入許多方向。
因此，當(dāng)采用上述配置時(shí)，振蕩光從一個(gè)或多個(gè)方向均勻地供給 到區(qū)域105。另一方面，在一維周期性結(jié)構(gòu)中光只從兩個(gè)方向供給。 因此，取出光的效率在二維周期性折射率結(jié)構(gòu)的情況下高于在一維周 期性折射率結(jié)構(gòu)的情況下。此外，如果區(qū)域105形成于光子晶體區(qū)的 邊緣側(cè)上，并且來(lái)自區(qū)域104的光的進(jìn)給通路被截獲在一個(gè)方向或兩 個(gè)方向上，則二維周期性結(jié)構(gòu)的使用使得能夠使用光的另一進(jìn)給通 路，并使該配置能夠比使用一維周期性結(jié)構(gòu)的情況更有效地向區(qū)域 105供給振蕩光。
而且，從活性層發(fā)射到與在一維周期性結(jié)構(gòu)中的周期性結(jié)構(gòu)的方
向不同的方向的整個(gè)自激發(fā)射基本上變成了對(duì)振蕩不起作用的損耗。 由于在二維周期性結(jié)構(gòu)中在多個(gè)方向上發(fā)生反饋從而減少了損耗，所 以與在一維周期性結(jié)構(gòu)中不同，提高了供給振蕩光的效率。
此外，由于在圖1中的區(qū)域105以下的活性層充當(dāng)光吸收層，所 以，考慮到激光裝置的效率，可以適當(dāng)?shù)厝コせ顓^(qū)。
而且，盡管在圖l所示的配置中，在活性層的上側(cè)上形成包括區(qū) 域104和105的光子晶體層109，但是光子晶體層109也可以在活性 層的下側(cè)上形成。此外，可以在活性層的上側(cè)和下側(cè)上形成兩個(gè)或更 多個(gè)光子晶體層。
而且，在區(qū)域104和105中的光子晶體可以在不處于同一平面上 的層中形成。例如，可以設(shè)想到這樣一種配置，即其中，區(qū)域104 置于活性層的下側(cè)上，區(qū)域105置于活性層的上側(cè)上。下面將針對(duì)第 二實(shí)例描述該配置。
而且，作為區(qū)域105，兩個(gè)或更多個(gè)光^f射部分可以相互獨(dú)立地形成。從每個(gè)區(qū)域105發(fā)射的光的相位被調(diào)整，并且所述光以相同相 位從區(qū)域105的所有光闌中發(fā)射。因此，所述光可以用作監(jiān)測(cè)光。下 面作為第三實(shí)例描述該配置。
在上文中，只描述了通過(guò)在高折射率介質(zhì)中形成低折射介質(zhì)(孔) 來(lái)配置光子晶體的實(shí)例。但是，也可以采用在低折射率介質(zhì)中引入高 折射率介質(zhì)的配置。
可以采用這樣一種配置，其中引入到高折射率介質(zhì)的低折射率介 質(zhì)以例如三角形點(diǎn)陣、正方形點(diǎn)陣或在同心圓上的擴(kuò)展形狀構(gòu)成。
或者，可以采用不同的配置，其中，低折射率介質(zhì)以準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu) 的形式形成或者非常隨機(jī)地引入且相互之間的距離小于某一長(zhǎng)度。
而且，低介電常數(shù)介質(zhì)可以釆用多種形狀，例如柱體、方棒、三 角棒和橢柱體。
而且，盡管在上面檢驗(yàn)了使用高折射率介質(zhì)和低折射率介質(zhì)的兩 種介質(zhì)的配置的情況，但是通過(guò)擴(kuò)展可以考慮進(jìn)一步引入第三介質(zhì)和 第四介質(zhì)的情況。
此外，將描述構(gòu)成光子晶體區(qū)的材料。
該光子晶體可以通過(guò)使用例如半導(dǎo)體、電介質(zhì)和金屬之類的這些 材料制成。
而且，導(dǎo)電的透明導(dǎo)電介質(zhì)等也可以使用。該光子晶體可以通過(guò) 周期性地布置兩種或更多種任意不同的材料來(lái)配置。
但是，在通過(guò)電流注入驅(qū)動(dòng)裝置的情況中，要采用的材料中至少 有一種可以適當(dāng)?shù)貫閷?dǎo)電半導(dǎo)體、導(dǎo)電金屬或透明導(dǎo)電介質(zhì)。
該光子晶體區(qū)的位置可以適當(dāng)配置為使其盡量靠近活性層的位 置(與活性層相鄰)。即，需要在能夠使光子晶體與從活性層發(fā)射的 光耦合的位置上提供光子晶體?！?br> 而且，如果活性層自身作為光子晶體，則這樣的配置是最優(yōu)選的。
作為可用的半導(dǎo)體材料，可以引用III-V族半導(dǎo)體例如GaAs、 AlGaAs、 AlInGaP、 GalnAsP、 GalnNAs、 GaN、 A1N和InN，以及 它們的任意的混合晶體。而且，除了它們以外，可以引用II-VI族半導(dǎo)體，例如ZnSe、 CdS和ZnO，以及它們的任意的混合晶體。而且，也可以使用各種有 機(jī)半導(dǎo)體。在電介質(zhì)中，可以使用很多材料，例如Si02、 Ti02、 A1203、 Nb2Os、 Ce02、 Zr( Hf02。
在金屬中，可以使用所有固態(tài)金屬晶體，例如Au、 Ag、 Cr和Co。
而且，作為透明導(dǎo)電介質(zhì)，可以引用氧化銦錫(ITO) 、 Sn02、 ln203、 ZnO等，其中，氧化銦錫是透明導(dǎo)電氧化物。作為光子晶體 鏡面的成分，可以使用對(duì)振蕩波長(zhǎng)透明或吸收少量光的介質(zhì)。
因此，可以適當(dāng)使用對(duì)振蕩波長(zhǎng)透明的半導(dǎo)體或電介質(zhì)。
描述在本示例實(shí)施例中電極的配置和載流子注入活性層的方法。
在本實(shí)施例中，提供陽(yáng)極和陰極的一對(duì)電極，并且通過(guò)載流子注 入將載流子從所述電極注入活性層。
在發(fā)射光的方向(在下文中，該方向稱為上方向(upper direction))上，所述電極覆蓋所有的區(qū)域104。
于是，在區(qū)域105的上方向上沒(méi)有提供電極以成為光闌。在與光 的振蕩方向相反的方向(在下文中稱為下方向(lower direction)) 上沒(méi)有形成光闌。
通過(guò)釆用這樣的配置，可以有效地向區(qū)域104供給載流子，該區(qū) 域104用于振蕩，從區(qū)域105發(fā)射的用于衍射的光可以不被中斷地發(fā) 射。
作為構(gòu)成電極的材料，可以使用所有的金屬材料，包括用于常規(guī) 半導(dǎo)體激光處理的材料。
例如，Au-Ge-Ni和Au-Ge-Pt材料用于GaAs的n電極，Ag-Zn 和Au-Zn材料用于p電極。
而且，除了金屬以外，導(dǎo)電透明氧化物材料例如ITO、 Sn02和 In02也可以用于電極。
接下來(lái)，描述本實(shí)施例的表面發(fā)射激光裝置的活性層和包層。
用于半導(dǎo)體激光器的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)等可以應(yīng)用于活性層。
在這種情況下，用于活性層的半導(dǎo)體材料與上文描述的那些半導(dǎo) 體材料相同。
而且，固態(tài)激光器的增益介質(zhì)例如Ti:藍(lán)寶石和Nd: YAG ( 4乙 石榴石)也可以使用。
而且，用于限制振蕩光的分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層也可以引 入在活性層和包層之間。
在活性層的上面位置和下面位置上引入包層，并且活性層位于這 些包層之間。在本示例實(shí)施例中，上包層與光子晶體層相鄰，但是有 時(shí)光子晶體形成于包層中。
可以使用諸如半導(dǎo)體、電介質(zhì)和透明導(dǎo)體之類的材料。當(dāng)該裝置 通過(guò)電流注入被驅(qū)動(dòng)時(shí)，包層可以適當(dāng)?shù)赜砂雽?dǎo)體、透明電極等制成。
在這種情況下，上包層和下包層中的一個(gè)需要被摻雜為n型半導(dǎo) 體，另一個(gè)摻雜為p型半導(dǎo)體。于是，半導(dǎo)體層向活性層供給載流子。 半導(dǎo)體、電介質(zhì)和透明導(dǎo)體的具體材料與上文描述的那些相同。 (實(shí)例) (第一實(shí)例)
在第一實(shí)例中描述應(yīng)用本發(fā)明的表面發(fā)射激光裝置。圖4是示出 本實(shí)例的表面發(fā)射激光器的配置的視圖。
圖4是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看時(shí)本實(shí)例的表面發(fā)射 激光器的配置的截面圖。
如圖4所示，該表面發(fā)射激光器包括基板401、下包層402、下 SCH層403、活性層404和上SCH層405。
該表面發(fā)射激光器還包括第一光子晶體區(qū)406和第二光子晶體區(qū)。
該表面發(fā)射激光器還包括上包層408、電極接觸層409、 n電極 410和p電極411。
在本實(shí)例中，基板是GaAs基板，其厚度設(shè)置為525nm。 下包層和上包層分別是n型和p型(Ale.7Ga。.3)o.5lnP,厚度分別為2都m和1.0阿。
下SCH層和上SCH層分別是n型和p型(Al。.sGao.5)。.5lnP，厚度 為50nm。
活性層由無(wú)摻雜的(Alo.5Ga。.5)。.5lnP/Ino.56Gao.44P多量子阱結(jié)構(gòu)形 成，阱的數(shù)目是3層，每一層都具有6nm的層厚。上包層和覆蓋層的 材料是GaAs，它們的厚度各自為10nm。
n電極和p電極的材料分別為Au-Zn和Au-Ge-Ni。
光子晶體層(該層包括第一光子晶體區(qū)406和第二光子晶體區(qū) 407 )具有150nm的厚度，由p f(Al0.5Ga0.5)0.5InP制成。
在本實(shí)例的裝置中，布置光子晶體的方法是很重要的。下面將描 述該方法。
圖5A和5B是示出本實(shí)例光子晶體層的視圖。
圖5A是示出當(dāng)從垂直于其基板的方向觀看時(shí)在表面發(fā)射激光器 中的整個(gè)光子晶體層的截面圖。
如圖5A所示，該光子晶體層包括第一光子晶體區(qū)501和第二光 子晶體區(qū)502。圖5B所示的區(qū)域用圖5A中的包圍區(qū)503表示。
圖5B是圖5A中所示的區(qū)域503的放大圖。
如圖5B所示，區(qū)域503包括第一光子晶體區(qū)孔504和第二光子 晶體區(qū)孑L 505。
在本實(shí)例中，釆用其中第二光子晶體區(qū)502由第一光子晶體區(qū) 501包圍的配置。
在這種情況下，第一光子晶體是用于振蕩的光子晶體，第二光子 晶體是用于激光衍射的光子晶體。
關(guān)于這兩種光子晶體以什么原理工作，其與針對(duì)本發(fā)明示例實(shí)施 例描述的方式相同。
在本實(shí)例中，第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)都由光子晶體配 置成，該光子晶體包括在正方形點(diǎn)陣中具有柱形孔的介質(zhì)。
在第一光子晶體區(qū)中，孔的周期為135nm，孔的半徑為30nm。 在第二光子晶體區(qū)中，孔的周期為200nm，孔的半徑為20nm。這些光子晶體參數(shù)從以下觀點(diǎn)引入。圖6A和7A分別示出第一 光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)的光子能帶圖。
每個(gè)光子能帶都是通過(guò)使用有效折射率近似的二維平面波擴(kuò)展 方法計(jì)算得到的，這兩個(gè)光子能帶都是通過(guò)在具有正方形光柵和柱形 孔的光子晶體中的計(jì)算而得到的。
相對(duì)于點(diǎn)陣常數(shù)，這兩種光子晶體的孔都具有相互不同的半徑。 縱軸表示由光子晶體的點(diǎn)陣常數(shù)歸一化的頻率。
參照?qǐng)D6A和6B，描述第一光子晶體區(qū)501。圖6A是該區(qū)域中 的光子能帶圖，所使用的模式由包圍線601表示。
圖6B是示出傳播光在包括光子晶體孔602的第一光子晶體區(qū) 501中衍射的狀態(tài)的示意圖。
在光子晶體區(qū)中，如圖6A所示，使用在M點(diǎn)處的光子能帶模式。
這里，在平面內(nèi)的光衍射發(fā)生在光子晶體中的晶胞的對(duì)角線方向 上。例如，圖6B中所示的從左下方向入射的入射光(白色箭頭)能 夠在光柵點(diǎn)處衍射到三個(gè)黑色箭頭的方向。
從其它三個(gè)方向入射的入射光以相似關(guān)系衍射。 為了防止解釋變得復(fù)雜，在這里示出僅僅從左下方向入射的入射 光的衍射光。
在光柵點(diǎn)處衍射的光進(jìn)一步衍射到三個(gè)方向，在正方形點(diǎn)陣的對(duì) 角線方向上的多個(gè)衍射繼續(xù)在該區(qū)發(fā)生。
在由線601包圍的M點(diǎn)處的模式中，這些光各自形成駐波，并 在光子晶體中具有共振效應(yīng)。
參照?qǐng)D7A、 7B和7C，描述第二光子晶體區(qū)502。
圖7A是該區(qū)域中的光子能帶圖，所使用的模式由包圍線701表示。
圖7B和7C是示出傳播光在包括光子晶體孔702和703的第二 光子晶體區(qū)502中衍射的狀態(tài)的示意圖。
在光子晶體區(qū)中，如圖7A所示，使用光子能帶中的r點(diǎn)處的模式。
于是，如圖7B所示，光滿足垂直于光子晶體表面的方向的布喇 格條件，并在這里被衍射入該方向。
而且，如圖7C所示，衍射發(fā)生在平面方向內(nèi)的晶體中的周期性 方向上。在平面方向上，每一束光通過(guò)多個(gè)衍射在光柵點(diǎn)處衍射入四 個(gè)方向，并與第一光子晶體區(qū)中相似，處于駐波狀態(tài)。
可以只對(duì)在第二光子晶體區(qū)中在垂直于平面的方向上衍射的光 進(jìn)行考慮。由于在垂直方向上的衍射光是激光器的損耗，所以，孔的 直徑可以減小到盡可能的小，而且為了降低其閥值，發(fā)射分量可以減 少到盡可能的少。然而，如果閾值降低太多，則不會(huì)發(fā)生衍射。因此， 需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整閥值。
在考慮在第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)中的期望頻率 (670nm)的情況下，光子晶體的點(diǎn)陣常數(shù)由光子能帶的歸一化頻率 獲得。
為了獲得單一模式共振，第一光子晶體區(qū)501的點(diǎn)陣常數(shù)為第二 光子晶體區(qū)502的點(diǎn)陣常數(shù)的大約i/V^。
而且，在第二光子晶體區(qū)502中，確定孔的半徑使得衍射入垂直 于基板的方向的衍射效率可能合適。由于隨著孔半徑變小衍射效率也 變小，所以，通過(guò)逐漸減小孔的半徑來(lái)找到最佳點(diǎn)。在本實(shí)例中，孔 的半徑設(shè)置為點(diǎn)陣常數(shù)的10%。
在光子晶體的邊界區(qū)域中，當(dāng)光從區(qū)501傳播到區(qū)502時(shí)，必需
滿足能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。
通過(guò)調(diào)整點(diǎn)陣常數(shù)使得在區(qū)501和502中共振模式的頻率如上所
述的那樣可相互一致，能夠滿足能量守恒定律。
…通過(guò)調(diào)整晶體取向使得在區(qū)501和502中共振模式的傳播方向可 相互一致，能夠滿足動(dòng)量守恒定律。
如圖6B和7B所示，由于在這里確定了光傳播的方向，所以， 可以通過(guò)調(diào)節(jié)在區(qū)域501和502中的相互之間的晶體取向或許旋轉(zhuǎn) 45。來(lái)滿足上述條件。接下來(lái)，參照?qǐng)D8，描述在本實(shí)例中的p電極的結(jié)構(gòu)。
圖8是當(dāng)從上面觀看時(shí)本實(shí)例的激光裝置的視圖。該激光裝置包 括p電極801和光闌部分802。該電極覆蓋第一光子晶體區(qū)501的上 部分，針對(duì)本發(fā)明的示例實(shí)施例所述，該第一光子晶體區(qū)501為激光 振蕩區(qū)，并供給載流子。
而且，在第二光子晶體區(qū)502的上部上不提供電極，該第二光子 晶體區(qū)502用于光衍射，并形成為光闌。
在第二光子晶體區(qū)中衍射的激光從光闌部分發(fā)射。由于來(lái)自電極 的電流也擴(kuò)散到光闌部分側(cè)，所以，光闌部分的面積可以形成為大于 第二光子晶體區(qū)。
接下來(lái)，描述該裝置的制作方法。
除了眾所周知的半導(dǎo)體激光器制造過(guò)程以外，本實(shí)例的激光裝置 還可以通過(guò)EB光刻、干法蝕刻、晶片熔接(wafer fusion )技術(shù)等的 方法來(lái)制成。
當(dāng)本實(shí)例的激光裝置通電時(shí)，從光闌部分發(fā)射具有670nm波長(zhǎng) 的激光。
盡管在本實(shí)例中第一光子晶體區(qū)的參數(shù)被配置為使用的M點(diǎn)處 的模式，但是，如圖9A所示，也可以使用X點(diǎn)處的模式。
在這種情況下，光的共振方向是圖9B所示的四個(gè)方向，并且各 個(gè)入射光只被衍射到相反的方向。相互耦合的模式只是圖9B的縱向 方向和橫向方向的兩個(gè)方向。
光到晶體取向的共振方向與第二光子晶體的那些共振方向相同， 因此，在第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)中，晶體取向彼此相等。
在本實(shí)例中，AlGaAs/AlGalnP系列化合物半導(dǎo)體用作配置該裝 置的材料，而AlGalnP/GalnP多量子阱結(jié)構(gòu)用于活性層。但是，也 可以用其它的材料系列來(lái)配置。
作為其它的材料系列，可以使用在本發(fā)明示例實(shí)施例中引用的所 有的半導(dǎo)體材料，例如GaN、 InN和AlN。
而且，可以使用在示例實(shí)施例中引用的所有的透明導(dǎo)電介質(zhì)、電介質(zhì)、金屬等材料。
而且，盡管在本實(shí)例中使用了正方形光柵形狀的光子晶體，但是 該形狀也可以形成為三角形光柵。
在三角形光柵的情況下，與晶體正方形光柵的情況相似，在考慮 衍射方向和共振波長(zhǎng)的情況下確定晶體布置和點(diǎn)陣常數(shù)。
具體來(lái)說(shuō)，存在下述兩種情況。
作為其中的一種情況，存在這樣的情況，即其中，第一光子晶 體的點(diǎn)陣常數(shù)是第二光子晶體的點(diǎn)陣常數(shù)的大約一半，并且晶體取向 彼此相等。
作為其中的另一種情況，存在這樣的情況，即其中，第一光子 晶體的點(diǎn)陣常數(shù)是第二光子晶體的點(diǎn)陣常數(shù)的大約i/V^，而相互之間 的晶體取向旋轉(zhuǎn)30°。
而且，除了上述晶體結(jié)構(gòu)以外，也可以釆用在本發(fā)明示例實(shí)施例 中描述的所有的晶體結(jié)構(gòu)。
而且，在本實(shí)例中，每一個(gè)孔都被形成為圓柱體型的孔，但是也 可以使用在本發(fā)明示例實(shí)施例中描述的例如多邊形孔的其它形式的 光子晶體。
此外，可以引入使光子晶體的客觀性質(zhì)失調(diào)的子光柵。 而且，在本實(shí)例中所有的光子晶體都形成在包層中，但是光子晶 體也可以形成在SCH層中。而且，可以使用包括作為該光子晶體的 一部分的活性層的光子晶體以及自身制成為光子晶體的活性層。 (第二實(shí)例)
在上述第一實(shí)例中描述了配置實(shí)例，其中，第一光子晶體區(qū)和第 二光子晶體區(qū)在同一光子晶體層中形成。在第二實(shí)例中，這兩個(gè)區(qū)域 在不同的光予晶體層中提供，并且描述了被分成上部和下部的形式的 表面發(fā)射激光裝置。圖10示出用于說(shuō)明本實(shí)例的表面發(fā)射激光器的 配置的視圖。
圖IO是示出當(dāng)以平行于本實(shí)例中的表面發(fā)射激光器的基板的方 向觀看時(shí)該表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
18如圖10所示，該表面發(fā)射激光器包括基板1001、下包層1002、 第一光子晶體區(qū)1003、下SCH層1004、活性層1005、上SCH層1006、 第二光子晶體區(qū)1007、上包層1008、上包層覆蓋層1009、 n電極1010 和p電極1011。
在本實(shí)例中，除了第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)及活性層以 外，該裝置的所有的配置、大小和材料與第一實(shí)例中的那些相同。在 下文中只描述與第一實(shí)例不同的部分。
本實(shí)例被配置為在從同一平面分開的不同層中提供第一光子晶 體區(qū)和第二光子晶體區(qū)。
第一光子晶體區(qū)1003與下SCH層1004相鄰。
而且，與第一實(shí)例相比，第二光子晶體區(qū)1007在上SCH層1006 之上的150nm處形成，第二光子晶體區(qū)1007被配置為嵌入在上包層 1008中。
順便提一下，諸如點(diǎn)陣常數(shù)和孔半徑之類的參數(shù)都與第一實(shí)例中 的那些相同。
此外，關(guān)于功能，與第一實(shí)例的那些功能相似，在第一光子晶體 區(qū)1003中振蕩的激光在第二光子晶體區(qū)1007中被衍射，從而發(fā)射入 垂直方向。
此時(shí)，由于在本實(shí)例中第一光子晶體區(qū)1003存在于第二光子晶 體區(qū)1007的下部，所以，在光衍射區(qū)內(nèi)各自的模式被混合以便互相 耦合。
與第一實(shí)例相似，區(qū)域1003中的第一光子晶體被設(shè)計(jì)用來(lái)放大 平面內(nèi)的共振，區(qū)域1007中的第二光子晶體被設(shè)計(jì)用來(lái)使在垂直于 平面的方向上的衍射可以取合適的值。因此，這些特性在本實(shí)例中共 存。因此，與只通過(guò)第二光子晶體配置該區(qū)域的情況相比，在平面中 的反饋效應(yīng)沒(méi)有減少。而且，由于第二光子晶體在平面內(nèi)也具有共振 效應(yīng)，所以，第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)二者的平面內(nèi)的共振 分量相加，從而產(chǎn)生等于或大于在第一光子晶體區(qū)中的共振效應(yīng)。
根據(jù)本實(shí)例的配置，由于用于共振的光子晶體區(qū)(區(qū)域1003 )和用于衍射的光子晶體區(qū)(區(qū)域1007)被分成不同的層，所以，振蕩 和衍射的效率可以根據(jù)各個(gè)層到活性層的距離來(lái)控制。
順便提一下，在本實(shí)例中，光的共振使用第0級(jí)波導(dǎo)模式，但是 也可以使用更高級(jí)的波導(dǎo)模式。例如，解釋使用第二波導(dǎo)模式的情況。 圖15是圖10中的視圖的中心部分的放大圖。該中心部分包括第一光 子晶體區(qū)1503、下SCH層1504、活性層1505、上SCH層1506和第 二光子晶體區(qū)1507。第二波導(dǎo)模式的電場(chǎng)強(qiáng)度分布1508被示出。該 電場(chǎng)強(qiáng)度分布1508在第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)以及活性層 1505中的每一個(gè)處都具有電場(chǎng)分布的局部最大值。通過(guò)使用這種模 式，當(dāng)在活性層中保持較大的電場(chǎng)分布時(shí)，第一光子晶體區(qū)和第二光 子晶體區(qū)能夠具有較大的電場(chǎng)分布，因此與在同一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的第0 級(jí)的情況相比，反饋效應(yīng)被更加增強(qiáng)了。
這種第二模式的導(dǎo)波是通過(guò)調(diào)節(jié)活性層1505、下SCH層1504、 上SCH層1506、第一光子晶體區(qū)1503和第二光子晶體區(qū)1507的厚 度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
具體來(lái)說(shuō)，在考慮每個(gè)層的折射率值的情況下，所有上述層的厚 度的總和(=波導(dǎo)層的厚度)被調(diào)整為某一值或更大。所述某一值可 以通過(guò)使用每個(gè)層的實(shí)際折射率來(lái)基于光傳播理論獲得。
在本實(shí)例中，所有的光子晶體都形成在包層中。但是光子晶體也 可以形成在SCH層中。而且，該光子晶體可以部分地包含活性層， 或者活性層自身可以用作光子晶體。通常，由于光子晶體位于離活性 層較近的位置，因此用于共振的光子晶體(區(qū)域1503 )可以適當(dāng)?shù)鼐?有較大的光限制分量。
而且，用于光衍射的光子晶體(區(qū)域1507 )也可以通過(guò)控制活 性層和光衍射部分之間的距離來(lái)控制光的衍射效率。
隨便提一下，可以在活性層和用于光衍射的光子晶體(區(qū)域 1507 )之間適當(dāng)?shù)卦O(shè)置合適的距離，使得在衍射部分的衍射效率可以 具有合適的值。
而且，如上所述，由于在第二光子晶體區(qū)中在平面內(nèi)的共振分量強(qiáng)，并且，在本實(shí)例中，在該區(qū)域中的沒(méi)有接收到電流注入的活性層 充當(dāng)吸收層，因此損耗變得更大。
因此，正好在第二光子晶體區(qū)之下的活性層可以被除去，并且損
耗可以通過(guò)提供Alo.8Ga。.2As層來(lái)減少，其中該Al。.8Ga().2As層具有與 活性層相同的折射率和相同的厚度。
關(guān)于本實(shí)例的激光裝置的制造方法，該激光裝置可以基本上通過(guò)
使用與第一實(shí)例的那些處理相同種類的已知的處理來(lái)制造。
而且，將第一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)分開到不同層能夠通 過(guò)比第一實(shí)例更多次的接合處理和再生處理實(shí)現(xiàn)。 (第三實(shí)例)
作為第三實(shí)例，描述裝配有一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射區(qū)的表面發(fā)射激光器。
圖11是示出本實(shí)例的表面發(fā)射激光器的配置的視圖。
圖11是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看本實(shí)例的表面發(fā)射激 光器時(shí)該表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
如圖11所示，該表面發(fā)射激光器包括基板1101、下包層1102、 下SCH層1103、活性層1104和上SCH層1105。
該表面發(fā)射激光器還包括第一光子晶體區(qū)1106和第二光子晶體 區(qū)1107。
該表面發(fā)射激光器還包括上包層1108、覆蓋層1109、n電極1110 和p電極1111。
除了在本實(shí)例中提供多個(gè)光發(fā)射區(qū)以外，構(gòu)成本裝置的所有材料 和大小都與第一實(shí)例的那些相似。
在本實(shí)例中的裝置中，布置光子晶體的方法是重要的。下面描述 該方法。
圖12A和12B是示出本實(shí)例的光子晶體層的視圖。 圖12A是示出當(dāng)從垂直于基板的方向觀看該光子晶體層時(shí)在表 面發(fā)射激光器中的整個(gè)光子晶體層的截面圖。
如圖12A所示，該光子晶體層包括第一光子晶體區(qū)1201和第二光子晶體區(qū)1202。
本實(shí)例被配置為在兩個(gè)位置處的第二光子晶體區(qū)1202可以被第 一光子晶體區(qū)1201包圍。
下面參照?qǐng)D12B描述在本實(shí)例中的p電極的結(jié)構(gòu)。
圖12B是示出當(dāng)從其上方向觀看本實(shí)例的激光裝置時(shí)該激光裝 置的視圖。該激光裝置包括p電極1203和光闌部分1204。此外，在 本實(shí)例中，與第一實(shí)例相似，在用于光衍射的第二光子晶體區(qū)1202 的上方不提供電極，并形成為光闌。盡管在本實(shí)例中存在兩個(gè)光闌部 分，但是還可以形成更多的光闌。
在本實(shí)例中的激光裝置可以通過(guò)與第一實(shí)例相似的處理技術(shù)制造。
當(dāng)本實(shí)例的激光裝置被通電時(shí)，激光以相同的相位從兩個(gè)光闌部 分同時(shí)發(fā)射。與第一實(shí)例相似，激光的波長(zhǎng)為670nm。類似于本實(shí)例， 從多個(gè)光闌部分發(fā)射相干激光的表面發(fā)射激光器可以將來(lái)自每個(gè)光 闌的光分開到要使用的若干部分中。
例如，來(lái)自某一光闌的光可以用作光源，于是，來(lái)自其余光闌的 光可以作為監(jiān)控輸出的光。
隨便提一下，在形成多個(gè)光闌部分的情況中，區(qū)域1202必須與 區(qū)域1201相鄰，該區(qū)域1201為激光的供應(yīng)源。在這種情況下，為了 形成近似圓形的發(fā)射點(diǎn)，區(qū)域1202可以適當(dāng)配置為被區(qū)域1201包圍 的封閉區(qū)域。圓形發(fā)射點(diǎn)具有使用光學(xué)系統(tǒng)例如透鏡等輕易地耦合光 纖的優(yōu)點(diǎn)。
(第四實(shí)例)
在第四實(shí)例中，描述了提供有反射調(diào)整層的表面發(fā)射激光器。
圖13是示出本實(shí)例的表面發(fā)射激光器的配置的視圖。
圖13是示出當(dāng)從平行于其基板的方向觀看本實(shí)例的表面發(fā)射激
光器時(shí)該表面發(fā)射激光器的配置的截面圖。
如圖13所示，該表面發(fā)射激光器包括基板1301、下包層1302、
下SCH層1303、活性層1304、上SCH層1305、第一光子晶體區(qū)1306、第二光子晶體區(qū)1307、光子晶體邊界反射調(diào)整層1308、上包層1309、 上包層覆蓋層1310、 n電極1311和p電極1312。
除了第一實(shí)例的裝置的配置以外，本實(shí)例還配置為在第一光子晶 體區(qū)和第二光子晶體區(qū)中的邊界表面上新引入光子晶體邊界反射調(diào) 整層1308。
由于其它元件的配置、大小和材料都與第一實(shí)例的那些相似，所 以，下文只描述與第一實(shí)例不同的部分。
圖14A和14B是示出本實(shí)例的光子晶體的視圖。
圖14A是當(dāng)從垂直于表面發(fā)射激光器的基板的方向觀看該光子 晶體層時(shí)在表面發(fā)射激光器中的光子晶體層的截面圖。
如圖14A所示，該表面發(fā)射激光器包括第一光子晶體區(qū)1401、 第二光子晶體區(qū)1402和光子晶體邊界反射調(diào)整層1403。包圍區(qū)1404 表示在圖14B中所示的區(qū)域。
圖14B是圖14A中所示的區(qū)域1404的放大圖。
區(qū)域1404包括第一光子晶體區(qū)孔1405、第二光子晶體區(qū)孔1406 和光子晶體邊界反射調(diào)整層1407。
在本實(shí)例中，引入到第 一光子晶體區(qū)和第二光子晶體區(qū)中的光子 晶體邊界反射調(diào)整層形成為圓形深凹槽，并且，空氣或氮?dú)馓畛湓诠?子晶體邊界反射調(diào)整層中。
光子晶體邊界反射調(diào)整層的功能是當(dāng)在第 一光子晶體區(qū)中振蕩 的激光被引導(dǎo)到第二光子晶體區(qū)中時(shí)，由于該調(diào)整層的折射率不同而 放大在該邊界表面上的反射。
因此，被引導(dǎo)到第二光子晶體區(qū)的光的比例減小，并且，光被限 制在第 一 光子晶體區(qū)中更長(zhǎng)的時(shí)間。
由于隨著光共振的時(shí)間變得更長(zhǎng)，激光器的閾值電流變得更低， 所以，通過(guò)采用像本實(shí)例這樣的配置，能夠進(jìn)一步改善激光裝置的性 能。
但是，如果反射提高得太多以至于不能取出光，則這種狀態(tài)對(duì)于 激光裝置不是優(yōu)選的。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在邊界區(qū)域中的反射可以通過(guò)調(diào)整填充在凹槽中的介質(zhì)來(lái)調(diào)整。
在本實(shí)例中，簡(jiǎn)單地增加反射是不好的，而控制反射是重要的。 直到使用其中給本發(fā)明的激光裝置提供光反射層的配置，該控制
才得以實(shí)現(xiàn)。該控制在性質(zhì)上與第一專利文獻(xiàn)的技術(shù)不同，在第一專
利文獻(xiàn)中，更理想的是反射變得更高。
而且，與第一專利文獻(xiàn)相似，該調(diào)整層形成為穿透三層從光子晶
體層到上SCH層1305、活性層1304和下SCH層1303的深凹槽，以 便將凹槽的影響施加到所有在活性層的周圍傳播的光分量上。每個(gè)凹 槽的大小是150nm寬和400nm深。
下面描述通過(guò)本實(shí)例制造該裝置的方法。此外，在本實(shí)例中，該 裝置可以通過(guò)使用與第 一 實(shí)例相似的制造技術(shù)制造。對(duì)本實(shí)例要求的 東西只是增加用于制造邊界反射層的EB抹灰打底處理和干法蝕刻處 理。
在本實(shí)例中，盡管釆用填充諸如空氣或氮?dú)庵惖臍怏w的凹槽結(jié) 構(gòu)作為每個(gè)光子晶體邊界反射層的結(jié)構(gòu)，但是，除去氣體以外，為了 調(diào)整反射而填充的材料可以是電介質(zhì)、半導(dǎo)體、透明導(dǎo)體等。
此時(shí)，要求要填充的材料的折射率不同于在構(gòu)成光子晶體的介質(zhì) 中具有高折射率的介質(zhì)的折射率。
隨著這兩種介質(zhì)的折射率之間的差變大，反射變大，但是，由于 反射可以通過(guò)每個(gè)凹槽的寬度進(jìn)行調(diào)整，所以這兩種介質(zhì)的折射率之 間的差可以適當(dāng)?shù)胤糯蟆?br> 而且，通過(guò)填充可以動(dòng)態(tài)地控制折射率的液晶，也能夠動(dòng)態(tài)地控 制反射。
雖然已經(jīng)參照示例實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解本 發(fā)明并不局限于所公開的示例實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)給予 最廣義的解釋，以便包括所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)射激光裝置，包括活性層；具有二維周期性折射率結(jié)構(gòu)且與所述活性層相鄰地設(shè)置的光子晶體層；設(shè)置在所述光子晶體層上的電極；以及發(fā)射光的光發(fā)射區(qū)，其中所述光子晶體層包括設(shè)置在所述電極之下且具有用于光在平面內(nèi)共振的周期性折射率結(jié)構(gòu)的第一光子晶體區(qū)，以及設(shè)置在所述光發(fā)射區(qū)之下且具有用于在與所述平面垂直的方向上發(fā)射光的周期性折射率結(jié)構(gòu)的第二光子晶體區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述第二光子晶體區(qū)包括具有在r點(diǎn)處的光子能帶模式的光子晶體，并且，所述第一光子晶體區(qū)包括具有在低于光線的不同于r點(diǎn) 的光子能帶邊緣處的光子能帶模式的光子晶體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述第一光子晶體區(qū)和所述第二光子晶體區(qū)形成在同一光子晶體層中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述第一光子晶體區(qū)和所述第二光子晶體區(qū)分別形成在不同的光子晶體層中，以便在垂直于所述平面的方向上被分開。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 提供一個(gè)以上的所述光發(fā)射區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述光子晶體具有其中柱形孔以正方形點(diǎn)陣的形式布置在介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，所述第一光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣常數(shù)是所述第二光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣常數(shù)的(1/2)1/2倍大，并且所述第 一光子晶體區(qū)的晶體取向與所述第二光子晶體區(qū)的晶體取向成45。的角度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述光子晶體具有其中柱形孔以三角形點(diǎn)陣的形式布置在介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，所述第一光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣常數(shù)是所述第二光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣 常數(shù)的(1/3)1/2倍大，并且所述第 一光子晶體區(qū)的晶體取向與所述第二光子晶體區(qū)的晶體 取向成30°的角度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 所述光子晶體具有其中柱形孔以正方形點(diǎn)陣的形式布置在介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，所述第一光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣常數(shù)是所述第二光子晶體區(qū)的點(diǎn)陣 常數(shù)的1/2倍大，并且所述第一光子晶體區(qū)的晶體取向與所述第二光子晶體區(qū)的晶體 取向相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光裝置，其中 反射控制結(jié)構(gòu)形成在所述第一光子晶體區(qū)和所述第二光子晶體區(qū)之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面發(fā)射激光裝置。該表面發(fā)射激光裝置可以進(jìn)一步地提高其光發(fā)射效率，以擴(kuò)大該裝置的自由度。該表面發(fā)射激光裝置包括活性層(103)；與所述活性層相鄰地設(shè)置的光子晶體層；設(shè)置在所述光子晶體層上的電極(108)；以及由所述電極調(diào)節(jié)的多個(gè)光發(fā)射區(qū)。所述光子晶體層被配置為包括正好設(shè)置在所述電極之下且具有用于光在平面內(nèi)共振的周期性折射率結(jié)構(gòu)的第一光子晶體區(qū)(104)，以及正好設(shè)置在所述光發(fā)射區(qū)之下且具有用于在與所述平面垂直的方向上發(fā)射光的周期性折射率結(jié)構(gòu)的第二光子晶體區(qū)(105)。
文檔編號(hào)H01S5/183GK101308996SQ20081009924
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者堀雄一郎 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社