半导体激光元件制造技术

本公开提供了一种能够减小一维局部振荡的半导体激光元件，该半导体激光元件具备基板、活性层和相位调制层。相位调制层包括基本层和二维地配置于基准面上的多个差异折射率区域。在设定于基准面上的假想的正方形格子中，各差异折射率区域的重心离开对应的格子点而配置，对于各差异折射率区域，单独设定连结对应的格子点和重心的矢量的角度。假想的正方形格子的格子间隔和活性层的发光波长满足Γ点振荡的条件。各差异折射率区域的重心以使各差异折射率区域以对应的格子点作为中心旋转而得到的圆环形或圆形的傅立叶系数的绝对值为0.01以下的方式配置。为0.01以下的方式配置。为0.01以下的方式配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体激光元件


[0001]本公开涉及一种半导体激光元件。
[0002]本申请要求基于2020年10月2日申请的日本专利申请第2020
‑
167657号的优先权，依据其内容并且参照其整体并入本说明书。

技术介绍

[0003]在专利文献1中公开了涉及发光装置的技术。该发光装置为S
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iPM(Static
‑
integrable Phase Modulating)激光器，具备发光部和与该发光部光学结合的相位调制层。相位调制层包括基本层和多个差异折射率区域。多个差异折射率区域具有与基本层不同的折射率，在与相位调制层的厚度方向垂直的面上二维地分布。在面上设定假想的正方形格子的情况下，各差异折射率区域的重心离开对应的格子点而配置。此外，在各差异折射率区域中，单独设定连结对应的格子点和重心的矢量的相对于假想的正方形格子的角度。假想的正方形格子的格子间隔a和发光部的发光波长λ满足M点振荡的条件。在相位调制层的倒格子空间上，形成分别包括对应于光像的角度扩展的波数扩展的4个方向的面内波数矢量，至少1个面内波数矢量的大小比2π/λ小。
[0004]在非专利文献1中公开了具有双孔结构的Γ点振荡的光子晶体激光器。该非专利文献1所记载的技术通过调整双孔结构的孔间距和深度，选择性地抑制与有助于一维振荡的(
±
2，0)阶和(0，
±
2)阶的傅立叶系数成比例的耦合系数κ(
±
2，0)和κ(0，
±
2)。/>[0005]现有技术文献
[0006]专利文献1：国际公开2020/045453号
[0007]非专利文献1：Masahiro Yoshida et al.,“Double
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lattice photonic
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crystal resonators enabling high
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brightness semiconductor lasers with symmetric narrow
‑
divergence beams Nature Materials”,Vol.18,pp.121
‑
128(2019).
[0008]非专利文献2：Y.Kurosaka et al.,“Effects of non
‑
lasing band in two
‑
dimensional photonic
‑
crystal lasers clarified using omnidirectional band structure”,Opt.Express 20,21773
‑
21783(2012).
[0009]非专利文献3：Y.Liang et al.,“Three
‑
dimensional coupled
‑
wave analysis for square
‑
lattice photonic crystal surface emitting lasers with transverse
‑
electric polarization:finite
‑
size effect”,Optics Express 20,15945
‑
15961(2012).
[0010]非专利文献4：Yong Liang et al.,“Three
‑
dimensional coupled
‑
wave model for square
‑
lattice photonic crystal lasers with transverse electric polarization A general approach”,Physical Review,B84,195119(2011).

技术实现思路

[0011]专利技术所要解决的问题
[0012]专利技术人对上述现有技术进行了研究，结果发现了以下问题。即，已知一种半导体激光元件，包括基本层、以及折射率与基本层不同并且二维地分布的多个差异折射率区域，具备光子晶体层或相位调制层等的谐振模式层。例如，光子晶体激光器沿光子晶体层的厚度方向输出激光。此外，在S
‑
iPM(Static
‑
integrable Phase Modulating)激光器中，在与相位调制层的厚度方向垂直的面上设定假想的正方形格子的情况下，根据所期望的光像，对于差异折射率区域分别一个个独立设定连结假想的正方形格子的格子点和各差异折射率区域的重心的矢量的相对于假想的正方形格子的角度。S
‑
iPM激光器能够输出包括相位调制层的厚度方向和相对于其倾斜的方向的空间的任意形状的光像。
[0013]在这些半导体激光元件的光子晶体层或相位调制层中，会产生一维的局部振荡。一维的局部振荡引起通过一维衍射的模式的局部存在化(局在化)和平带(flat band)衍射这样的现象。这些现象使光强度分布不均匀，限制了能够以单一模式输出的光像的面积。此时，由于光像的局部化(局所化)导致设计图案的一部分欠缺，由于伴随局部化的衍射扩展的增加而使光像不鲜明化等，使光像的画质劣化。
[0014]本公开的目的在于提供一种为了解决如上述的问题，并且能够减小一维的局部振荡的半导体激光元件。
[0015]用于解决问题的技术方案
[0016]本公开的半导体激光元件，作为用于解决上述问题的结构，例如，具备：基板，具有主面；以及发光层和相位调制层，以沿主面的法线方向层叠的状态设置于基板上。相位调制层包括：基本层；以及多个差异折射率区域。多个差异折射率区域分别具有与基本层的折射率不同的折射率，并且在正交于法线方向的基准面上二维地配置。在设定于基准面上的假想的正方形格子中，多个差异折射率区域一对一地对应于该假想的正方形格子的格子点。多个差异折射率区域分别以其重心物理地离开假想的正方形格子的格子点中的对应的格子点的状态配置。对于多个差异折射率区域中的每一个，单独设定连结对应的格子点和重心的矢量的相对于假想的正方形格子的角度。假想的正方形格子的格子间隔a和发光层的发光波长λ满足Γ点振荡的条件。多个差异折射率区域分别通过以对应的格子点作为旋转中心使各差异折射率区域假想地旋转一周而得到圆环形或圆形。依赖于该圆环形或圆形的尺寸的圆环形或圆形的(m1，n1)阶的傅立叶系数包括(
‑
2，0)阶、(+2，0)阶、(0，
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2)阶和(0，+2)阶的4个傅立叶系数。在该条件下，多个差异折射率区域的重心位置以圆环形或圆形的(m1，n1)阶的傅立叶系数的绝对值为0.01以下，或者为圆形的(m1，n1)阶的傅立叶系数可取的最大峰值的20％以下的方式设定。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体激光元件，其中，具备：基板，具有主面；以及发光层和相位调制层，以沿所述主面的法线方向层叠的状态设置于所述基板上，所述相位调制层包括：基本层；以及多个差异折射率区域，分别具有与所述基本层的折射率不同的折射率，并且在正交于所述法线方向的基准面上二维地配置，在设定于所述基准面上的假想的正方形格子中，所述多个差异折射率区域一对一地对应于所述假想的正方形格子的格子点，所述多个差异折射率区域分别以其重心物理地离开所述假想的正方形格子的所述格子点中的对应的格子点的状态配置，对于所述多个差异折射率区域中的每一个，单独设定连结所述对应的格子点和所述重心的矢量的相对于所述假想的正方形格子的角度，所述假想的正方形格子的格子间隔a和所述发光层的发光波长λ满足Γ点振荡的条件，依赖于通过使所述多个差异折射率区域分别以所述对应的格子点作为旋转中心假想地旋转一周而得到的圆环形或圆形的尺寸的、所述圆环形或所述圆形的(m1，n1)阶的傅立叶系数包括(
‑
2，0)阶、(+2，0)阶、(0，
‑
2)阶和(0，+2)阶的4个傅立叶系数，所述多个差异折射率区域的重心位置以所述圆环形或所述圆形的所述(m1，n1)阶的傅立叶系数的绝对值为0.01以下，或者为所述圆形的所述(m1，n1)阶的傅立叶系数可取的最大峰值的20％以下的方式设定。2.一种半导体激光元件，其中，具备：基板，具有主面；以及发光层和光子晶体层，以沿所述主面的法线方向层叠的状态设置于所述基板上，所述光子晶体层包括：基本层；以及多个差异折射率区域，分别具有与所述基本层的折射率不同的折射率，并且在正交于所述法线方向的基准面上二维地配置，在设定于所述基准面上的假想的正方形格子中，所述多个差异折射率区域分别以其重心位于所述假想的正方形格子的格子点中的对应的格子点上的方式配置，所述假想的正方形格子的格子间隔a和所述发光层的发光波长λ满足Γ点振荡的条件，所述多个差异折射率区域分别具有以所述对应的格子点作为中心的圆环形或圆形，并且依赖于所述圆环形或所述圆形的尺寸的、所述圆环形或圆形的(m1，n1)阶的傅立叶系数包括(
‑
2，0)阶、(+2，0)阶、(0，
‑
2)阶和(0，+2)阶的4个傅立叶系数，所述多个差异折射率区域的重心位置以所述圆环形或所述圆形的所述(m1，n1)阶的傅立叶系数的绝对值为0.01以下，或者为所述圆形的所述(m1，n1)阶的傅立叶系数可取的最大峰值的20％以下的方式设定。3.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其中，所述圆环形或所述圆形的所述(m1，n1)阶的傅立叶系数为0。4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体激光元件，其中，划定所述圆环形的内侧的圆的(m1，n1)阶的傅立叶系数F1和划定所述圆环形的外侧的圆的(m1，n1)阶的傅立叶系数F2之比(F2/F1)为0.99以上且1.01以下。5.根据权利要求4所述的半导体激光元件，其中，
所述傅立叶系数F1和所述傅立叶系数F2彼此相等。6.根据权利要求4或5所述的半导体激光元件，其中，所述内侧的圆的半径比格子间隔a的0.19倍小，所述外侧的圆的半径比格子间隔a的0.19倍大。7.根据权利要求4或5所述的半导体激光元件，其中，所述内侧的圆的半径比格子间隔a的0.44倍小，所述外侧的圆的半径比格子间隔a的0.44倍大。8.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体激光元件，其中，所述圆形的半径为格子间隔a的0.30倍以上且0.31倍以下。9.一种半导体激光元件，其中，具备：基板，具有主面；以及发光层和相位调制层，以沿所述主面的法线方向层叠的状态设置于所述基板上，所述相位调制层包括：基本层；以及多个差异折射率区域，分别具有与所述基本层的折射率不同的折射率，并且在正交于所述法线方向的基准面上二维地配置，在设定于所述基准面上的假想的正方形格子中，所述多个差异折射率区域一对一地对应于所述假想的正方形格子的格子点，所述多个差异折射率区域分别以其重心物理地离开所述假想的正方形格子的所述格子点中的对应的格子点的状态配置，对于所述多个差异折射率区域中的每一个，单独设定连结所述对应的格子点和所述重心的矢量的相对于所述假想的正方形格子的角度，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：广瀬和义，龟井宏记，杉山贵浩，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，
类型：发明
国别省市：