JPH0964458A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比べて、注入エネルギーのロスを低減
することができ、少ない電力で高い光出力を得ることの
できる半導体レーザを提供する。 【解決手段】 光の波長オーダーの屈折率周期構造を有
するホトニック結晶１内には、半導体からなり光の増幅
作用を有する活性部２と、所定方向の光学モードにのみ
発光エネルギーをカップリングさせる位相シフト部３が
配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光集積回路等の各
種装置の光源として利用可能な半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＧａＡｓ等の半導体を用いた
半導体レーザの開発が盛んに行われている。この半導体
レーザは、スペクトルの純粋さと高効率および変調が簡
単にできて取り扱いやすい等の特徴を有し、光集積回路
やその他の光源として利用可能である。

【０００３】このような、従来の半導体レーザでは、縦
軸を光出力、横軸を注入電流とした図６に示すように、
注入電流がある閾値を越えると、図７に示すように所定
方向に向けてレーザ光が射出され、閾値以下では、図７
に示すように、不特定な方向に自然放出光が放射され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体レーザでは、自然放出光によって、エネルギー
のロスが生じ、また、所定方向の光出力を得るために
は、閾値以上の注入電流を必要とするため、例えば、大
規模な光集積回路等において多数の光源を必要とする場
合等は、動作のための電力が増大するという問題があっ
た。

【０００５】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、従来に比べて、注入エネルギーのロスを
低減することができ、少ない電力で高い光出力を得るこ
とのできる半導体レーザを提供しようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光の波長オーダーの屈折率周期構造を有するホトニック
結晶内に、半導体からなり光の増幅作用を有する活性部
と、所定方向の光学モードにのみ発光エネルギーをカッ
プリングさせる位相シフト部とを配設したことを特徴と
する。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体レーザにおいて、前記ホトニック結晶が、高屈折率
媒質と低屈折率媒質が、３次元的に規則正しく配列され
た繰り返し構造を有することを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１〜２記載
の半導体レーザにおいて、前記位相シフト部が、前記ホ
トニック結晶の略中央部に、平面状に配設されているこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載
の半導体レーザにおいて、前記活性部が、前記位相シフ
ト部の略中央に配設されていることを特徴とする。 上
記構成の本願発明の半導体レーザでは、全方向に光が反
射して外部に放出されない構造であるホトニック結晶の
中に、活性部と位相シフト部を設けることにより、活性
部からの自然放出光も、レーザ光と同様に、位相シフト
部によって特定される所定の方向に放射させることがで
きる。これによって、注入エネルギーのロスを低減する
ことができるとともに、実質的に閾値を低くすることが
でき、少ない電力で高い光出力を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る半導体レーザの一つ
の実施の形態を示すもので、上部には全体の断面構造を
示し、下部にはその一部の断面構造を拡大して示してあ
る。同図において１は、光の波長オーダーの屈折率周期
構造を有するホトニック結晶であり、このホトニック結
晶１内には、半導体からなり光の増幅作用を有する活性
部２と、所定方向の光学モードにのみ発光エネルギーを
カップリングさせる位相シフト部３が配設されている。

【００１２】ホトニック結晶１は、例えば、ＧａＡｓ
（ｎ1 ＝３．６）等の高屈折媒質１ａと、例えば、空気
（ｎ2 ＝１）またはガラス等の低屈折媒質１ｂからな
り、これらを３次元的に、光の波長オーダー（例えば、
１／２波長）の一定の周期構造を有するようＮ層配列し
て構成されている。

【００１３】また、図１に示す例において、位相シフト
部３は、ホトニック結晶１の略中央部に一平面状に形成
されており、λ共振器を構成するようにその光学的な幅
が光の波長と略同一となるよう設定されている。そし
て、この位相シフト部３の略中央に平面状に活性部２が
配設されている。この活性部２は、例えばＩｎＧａＡｓ
等の半導体から構成されている。

【００１４】なお、図２に、ダイヤモンド結晶構造のホ
トニック結晶のバンドギャップと規格化周波数との関係
を示す。同図に示すように、ホトニック結晶において
は、特定の周波数の光が全く外部に放出されない構造と
なっている。

【００１５】また、図３に、上記構成の半導体レーザを
簡略化し、高屈折媒質（ＧａＡｓ）中に、低屈折媒質
（空気またはガラス）のロッドを、配設した３角周期構
造の２次元結晶の間にλ共振器を配設し、その中央に発
光波長１．０μｍの発光層を配設した構造について解析
した結果のモード密度の模式図（ＴＥモード）を示す。
なお、同図に斜線で示す領域は、外部に光がカップリン
グする度合いを示すモード密度が高い領域を示し、ホト
ニックバンドギャップとして示された斜線のない領域は
モード密度が低い領域すなわち外部に光が放出されない
領域を示している。そして、共振器として作用する位相
シフト部が設けられていることにより、ホトニックバン
ドギャップの中に発振モードが強く現れる。

【００１６】したがって、活性部２の発光周波数を選択
することによって、縦軸を光出力、横軸を注入電流とし
た図４に示すように、注入電流が極少ない領域において
も、図５に示すように、本発明の半導体レーザ（ホトニ
ック結晶構造レーザ）では、レーザ光と同様に所定方向
に自然放出光を放射させることができる。

【００１７】これによって、自然放出光として放出され
てしまう注入エネルギーのロスを低減することができる
とともに、実質的に閾値を低くすることができ、少ない
電力で高い光出力を得ることができる。

【００１８】なお、上述した例では、位相シフト部３
を、ホトニック結晶１の略中央部に一平面状に配設した
場合について説明したが、位相シフト部３の位置、形
状、数は、この例に限定されるものではなく、偏心させ
て配設したり、曲面的な形状としたり、複数設けるなど
の変形が可能である。

【００１９】また、ホトニック結晶１の材質、構造等に
ついても種々の変形が可能であり、同様に、活性部２の
材質、構造等についても種々の変形が可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザによれば、従来に比べて、注入エネルギーのロスを
低減することができ、少ない電力で高い光出力を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するための図。

【図２】ホトニック結晶のバンドギャップと規格化周波
数との関係を示す図。

【図３】本発明の実施の形態におけるモード密度を模式
的に示す図。

【図４】本発明の実施の形態における光出力と注入電流
との関係を示す図。

【図５】本発明の実施の形態における光出力の状態を説
明するための図。

【図６】従来技術における光出力と注入電流との関係を
示す図。

【図７】従来技術における光出力の状態を説明するため
の図。

【符号の説明】

１…………ホトニック結晶 １ａ………高屈折媒質 １ｂ………低屈折媒質 ２…………活性部 ３…………位相シフト部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の波長オーダーの屈折率周期構造を有
   するホトニック結晶内に、半導体からなり光の増幅作用
   を有する活性部と、所定方向の光学モードにのみ発光エ
   ネルギーをカップリングさせる位相シフト部とを配設し
   たことを特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、 前記ホトニック結晶は、高屈折率媒質と低屈折率媒質
   が、３次元的に規則正しく配列された繰り返し構造を有
   することを特徴とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１〜２記載の半導体レーザにおい
   て、 前記位相シフト部は、前記ホトニック結晶の略中央部
   に、平面状に配設されていることを特徴とする半導体レ
   ーザ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３記載の半導体レーザにおい
   て、 前記活性部は、前記位相シフト部の略中央に配設されて
   いることを特徴とする半導体レーザ。