(57)【要約】  フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供する。  第１の層と、第２の層と、マスク構造体と、第４の層と、フォトニック結晶とを有する。マスク構造体の光学的膜厚は、発振波長λの半波長の整数倍でなく、第１の層と第２の層とマスク構造体と第４の層を有する積層構造に第４の層側からレーザ光が入射する際の反射率が、第２の層と第１の層との界面での反射率よりも低い。
2012035621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、基板の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを有し、波長λで発振するフォトニック結晶面発光レーザであって、
第１の屈折率を有する第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の層と、
前記第２の層の上に形成され、前記第２の屈折率と異なる第３の屈折率を有するマスク構造体と、
前記第２の層とマスク構造体の上に形成され、前記第３の屈折率と異なる第４の屈折率を有する第４の層と、
前記第４の層の上に形成された前記フォトニック結晶と、を有し、
前記マスク構造体の光学的膜厚が前記波長λの半波長の整数倍でなく、
前記第１の層と前記第２の層と前記マスク構造体と前記第４の層を有する積層構造に該第４の層側からレーザ光が入射する際の反射率が、前記第２の層と前記第１の層との界面での反射率よりも低いことを特徴とするフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項２】
以下の式で表せる波の振幅が１より小さくなるように前記積層構造が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【数１】
2012035621.tif 000004
λ：発振波長
ｔ２：第２の層の厚さ
ｔ３：マスク構造体の厚さ
ｎ２：第２の屈折率
ｎ３：第３の屈折率
ｎ４：第４の屈折率
ｒ４３：第４の層とマスク構造体との界面での振幅反射率
ｒ３２：マスク構造体と第２の層との界面での振幅反射率
ｒ２１：第２の層と第１の層との界面での振幅反射率
ｘ：基板面垂直方向の座標
【請求項３】
前記第２の層と前記第４の層はエピタキシャル成長によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項４】
前記第２の層と前記第４の層が同一の材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項５】
前記マスク構造体は、前記第３の屈折率を有する部材が複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項６】
前記マスク構造体は、複数の開口部を備えた前記第３の屈折率を有する部材であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項７】
前記第１の層は、前記基板であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項８】
前記第１の層がサファイア基板、ＳｉＣ基板、またはＳｉ基板であり、前記第２の層および前記第４の層の材料がＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項９】
前記第３の屈折率を有する材料がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項１０】
請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザが複数配置されているフォトニック結晶面発光レーザアレイ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のフォトニック結晶面発光レーザアレイと、該フォトニック結晶面発光レーザアレイからのレーザ光が照射される感光体とを有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶面発光レーザに関し、特に、結晶品質向上のために横方向成長を利用したフォトニック結晶面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトニック結晶を半導体レーザに適用した例が多く報告されている。特許文献１には、発光材料を含む活性層を設け、その活性層の近傍に２次元フォトニック結晶を形成した面発光レーザ光源が開示されている。これは分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの一種であり、基板の面内方向に共振モードを有する。この２次元フォトニック結晶は、半導体層に円柱状の空孔が周期的に設けられ、屈折率の分布が２次元的な周期性を持っている。この周期性により、活性層で生成される光のうち特定の波長のものが共振し、定在波を形成してレーザ発振する。また、１次回折により面垂直方向に光が取り出され、面発光レーザとして動作する。【０００３】
上述したフォトニック結晶面発光レーザは、これまでに様々な化合物半導体材料系で試作が行われており、窒化物半導体で形成されたフォトニック結晶面発光レーザも検討されている。【０００４】
窒化物半導体レーザにおいて、コスト低減を図る場合、高価なＧａＮ基板ではなく安価なサファイア基板等の異種基板を使用した方が有利である。しかしながら、異種基板上にそのまま結晶成長を行うと、転移の少ない良質な結晶を得ることは難しい。そこで、結晶品質向上のためにＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法と呼ばれる技術を利用する場合がある。ＥＬＯ法は、基板上や化合物半導体層中に何らかの凹凸構造や選択成長用のマスク構造体を設けて横方向に結晶成長を行い、転移の少ない結晶を得る技術である。【０００５】
ＥＬＯ法を端面発光型の半導体レーザに適用した構造は、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３２３５１号公報
【特許文献２】特開２０００−０２１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＥＬＯ法をフォトニック結晶面発光レーザに適用しようとする場合、上記した特許文献２に開示された端面発光レーザの構成では生じなかった以下のような課題が生じる。【０００８】
図９に、特許文献２に開示された端面発光型の半導体レーザ構造を説明するための模式図を示す。ここで、９１０は基板、９３０はＥＬＯ法を行うために設けたマスク構造体、９６０は活性層である。図９に示すような端面発光レーザの場合は、レーザ光の共振方向９９２および出射光９９０が基板９１０に平行な面内方向に限られており、基板方向には光は出射されない。そのため、ＥＬＯ法に用いるマスク構造体９３０の光学特性はレーザ素子の特性に影響を与えない。【０００９】
一方、図１０に、フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用した構造を説明するための模式図を示す。フォトニック結晶面発光レーザでは、フォトニック結晶１０７０内での共振方向１０９２は基板１０１０に対して面内方向であるが、出射光１０９０および１０９１は基板１０１０の面に垂直な方向を向く。基板側への出射光１０９１は、ＥＬＯ法を行うために設けたマスク構造体１０３０にまで到達し、基板１０１０とマスク構造体１０３０で構成された凹凸構造により反射や回折等が生じる。そのため、マスク構造体１０３０の光学特性がレーザ素子の特性に大きく影響を与えてしまう。具体的には、マスク構造体１０３０を形成する材料の屈折率によっては、マスク構造体を設けない場合に比べて反射率が増大してしまうことがある。反射光は戻り光や迷光となってしまうので、レーザ特性を低下させたり不安定にしたりする原因となる。【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るフォトニック結晶面発光レーザは、活性層と、基板の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを有し、波長λで発振し、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層の上に形成され、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の層と、前記第２の層の上に形成され、前記第２の屈折率と異なる第３の屈折率を有するマスク構造体と、前記第２の層とマスク構造体の上に形成され、前記第３の屈折率と異なる第４の屈折率を有する第４の層と、前記第４の層の上に形成された前記フォトニック結晶と、を有し、前記マスク構造体の光学的膜厚が前記波長λの半波長の整数倍でなく、前記第１の層と前記第２の層と前記マスク構造体と前記第４の層を有する積層構造に該第４の層側からレーザ光が入射する際の反射率が、前記第２の層と前記第１の層との界面での反射率よりも低いことを特徴とするフォトニック結晶面発光レーザ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フォトニック結晶面発光レーザにＥＬＯ法を適用する際に、凹凸構造がレーザ特性に与える影響を低減するレーザ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する図である。
【図２Ａ】本発明を適用していないマスク構造体での光反射の様子を説明する図である。
【図２Ｂ】本発明を適用していないマスク構造体での光反射の様子を説明する図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態におけるマスク構造体での光反射の様子を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態におけるマスク構造体での光反射の様子を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率低減の様子を説明する図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のピッチ依存性を説明する図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のピッチ依存性を説明する図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のピッチ依存性を説明する図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のピッチ依存性を説明する図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のデューティ比依存性を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のデューティ比依存性を説明する図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のデューティ比依存性を説明する図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態におけるマスク構造体の反射率のデューティ比依存性を説明する図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する図である。
【図８Ａ】本発明の実施例２における画像形成装置を説明するための図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例２における画像形成装置を説明するための図である。
【図９】端面発光型の半導体レーザにおける光の進行方向を説明する図である。
【図１０】フォトニック結晶を用いた面発光型の半導体レーザにおける光の進行方向を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本発明を適用したフォトニック結晶面発光レーザを説明する模式図を示す。なお、本明細書中では、レーザ素子の基板側を下側、基板と反対側を上側と定義する。
【００１５】
１１０は第１の屈折率を有する第１の層であり、基板である。１２０は第２の屈折率を有する第２の層であり、第１の層１１０の上に配置されている。１３０は第３の屈折率を有し、選択成長用マスクとして利用されるマスク構造体である。ここでは、ストライプ状の部材が面内方向に配列されることにより、マスク構造体が構成されている。
【００１６】
１４０は第４の屈折率を有する第４の層であり、ＥＬＯ法によりマスク構造体１３０を埋設するように配置されている。
【００１７】
１５０はクラッド層、１６０は活性層、１６５は光導波層、１７０はフォトニック結晶である。
【００１８】
活性層１６０で発生した光のうち、特定の波長の光は、フォトニック結晶１７０での分布帰還効果により、面内方向１９２で共振する共振モードと結合し、定在波を形成してレーザ発振する。また、フォトニック結晶１７０による１次回折効果により光の一部が面垂直方向に取り出され、面発光レーザとして動作する。
【００１９】
本発明におけるフォトニック結晶１７０の格子形状は、分布帰還効果により定在波を形成してレーザ発振が可能なものであればよく、１次元格子であっても２次元格子であっても良い。１次元格子の形状としては、一般的な回折格子として知られるストライプ構造を使用することができる。２次元格子の形状としては正方格子、三角格子、グラファイト格子などを使用することができる。各格子点の形状は円形、楕円形、三角形、四角形、六角形などである。格子のピッチは、光路長に換算して発振波長λの整数倍になるように設計される。
【００２０】
（マスク構造体と反射率の関係）
フォトニック結晶１７０での１次回折は上側だけでなく下側に向けても起こるため、レーザ光は上側への出射光１９０と下側への出射光１９１に分かれる。下側への出射光１９１は第４の層側からマスク構造体１３０に入射し、反射や回折を起こす。
【００２１】
比較例として、図２を用いて、マスク構造体１３０が反射特性に与える影響を説明する。
基板２１０上にマスク構造体２３０を設け、それを層２４０で埋設した構造に、上部から平面波２９１が入射したと想定し、マスク構造体２３０がある場合と無い場合の反射スペクトルを計算した。
【００２２】
ここで、基板２１０の屈折率は１．７９、マスク構造体２３０の屈折率は１．４７、層２４０の屈折率は２．５５であるとした。
【００２３】
マスク構造体２３０は幅３μｍのストライプ形状の部材をピッチ６μｍで周期的に配列した構造であり、マスク構造体２３０の厚さは８１６ｎｍとした。
【００２４】
図２Ｂに、マスク構造体２３０が無い場合の計算結果を点線で、マスク構造体２３０がある場合の計算結果を実線で示した。マスク構造体２３０が無い場合は反射率は約３％である。なお、本計算では屈折率分散を考慮していないので、波長によらず一定の反射率を示す。
【００２５】
一方、マスク構造体２３０が有る場合は、波長によって反射率が増減する。その際、最も反射率が低減される波長（グラフ中では４００ｎｍ付近）であっても、マスク構造体２３０が無い場合の反射率より若干大きい反射率を示す。
つまり、マスク構造体２３０を設けると、マスク構造体２３０が無い場合よりも反射率が増大することとなる。前述したように、反射光は戻り光や迷光となってしまうので、レーザ特性を低下させたり不安定にしたりする原因となる。
そこで、反射光を低減できるマスク構造体を備えたレーザ構造の実現が望まれる。
【００２６】
図３Ａには、基板３１０上に層３２０を設けてから、その上にマスク構造体３３０を設け、層３４０で埋設した構成例を示している。
【００２７】
すなわち、比較例である図２Ａと実施例に係る図３Ａとの明確な違いは、層３２０の有無である。ここで、基板３１０の屈折率は１．７９とした。また、層３２０の屈折率は２．５５、厚さは１５７ｎｍとした。マスク構造体３３０は、幅３μｍのストライプ形状を有する部材をピッチ６μｍで周期的に配列したものである。このマスク構造体３３０の屈折率は１．４７、厚さは２７２ｎｍとした。層３４０の屈折率は２．５５であり、層３２０の屈折率と等しい。
【００２８】
図３Ｂに、図３Ａの構造に、上側から平面波３９１が入射したとして反射スペクトルの計算を行った結果を示す。図２Ｂと同様に、マスク構造体３３０が無い場合の計算結果を点線で、マスク構造体３３０がある場合の計算結果を実線で示している。
【００２９】
図３Ｂから、特定の波長範囲で、マスク構造体３３０を設けた構造の方がマスク構造体３３０を設けていない構造よりも反射率が低減していることが確認される。これは、図２Ａの構造では観測されなかった現象である。
【００３０】
図４に、上記のように反射率が低減する理由を説明するための模式図を示す。
【００３１】
屈折率ｎ１を有する層４１０上に、屈折率ｎ２を有する層４２０、屈折率ｎ３を有する層４３０、屈折率ｎ４を有する層４４０が順に積層されている。ここに、上側から平面波４９１が入射した場合を想定する。層４２０の厚さはｔ２、層４３０の厚さはｔ３とする。
【００３２】
図４の構造は図３Ａの構造を一般化したものであり、基板３１０が層４１０に、層３２０が層４２０に、マスク構造体３３０が層４３０に、層３４０が層４４０に対応する。
【００３３】
この積層構造全体での反射光は、各界面での反射光を足し合わせたものとなる。正確な反射率は、多重反射も考慮した計算によって求められる。しかし、ここでは、モデルを単純化するために、１回反射のみ考慮した計算を用いて、反射率低減のメカニズムを説明する。なお、本明細書中に示した計算結果は、特性マトリクスを用いて計算したものである。
【００３４】
図４において、ｎ２とｎ４が等しく、層４３０の光学的膜厚ｎ３×ｔ３が半波長の整数倍の場合、層４３０上部と下部での反射光が完全に打ち消しあい、残る反射光は層４１０と層４２０との界面からのものだけになる。つまり、層４３０が無い場合と同じになる。これが図３Ｂのグラフ中の波長４００ｎｍ付近で起こっている現象に相当する。
【００３５】
一方、層４３０の光学的膜厚が半波長の整数倍から少しずれていると、層４３０上部と下部での反射光が完全には打ち消しあわない。この反射光と層４１０上部からの反射光の位相がπ前後ずれていると、干渉して打ち消しあい、層４３０が無い場合よりも反射率を低減することが可能になる。これが図３Ｂのグラフ中の波長３７５ｎｍ付近と波長４３０ｎｍ付近で起こっている現象に相当する。
【００３６】
具体的に数式で表すと、
【００３７】
【数１】
2012035621.tif 000003
で表せる波の振幅が１より小さい場合に、層４３０が無い場合よりも反射率を低減することが可能になる。
【００３８】
ここで、λは発振波長である。ｘは基板面垂直方向の座標を示し、層４３０と層４４０との界面を０として上側が正となるよう定義した。また、層４４０から層４３０に光が入射する場合の振幅反射率をｒ４３、層４３０から層４２０に光が入射する場合の振幅反射率をｒ３２、層４２０から層４１０に光が入射する場合の振幅反射率をｒ２１とした。
【００３９】
このような現象が生じる前提としては、それぞれの層の界面で反射を生じさせるために、個々の層の屈折率が異なることが必要である。
【００４０】
すなわち、第１の屈折率（層４１０の屈折率）と第２の屈折率（層４２０の屈折率）とが異なり、且つ前記第２の屈折率と第３の屈折率（マスク構造体４３０の屈折率）とが異なることが必要である。また、前記第３の屈折率と第４の屈折率（層４４０）とが異なることが必要である。
【００４１】
但し、他の層における屈折率の関係は任意である。例えば、第１の屈折率と第３の屈折率は異なっていてもよいし、また同一であってもよい。同様に、第２の屈折率と第４の屈折率は異なっていてもよいし、同一であってもよい。
【００４２】
（マスク構造体の形状、ピッチ、デューティ比等）
本実施形態において、マスク構造体の面内方向の形状に特に制限は無い。ＥＬＯ法を行う際に問題が無ければ、前述したストライプ構造以外にも、例えば開口部が２次元的に配置された部材を用いてもよい。ストライプ構造や開口部の配置は周期的であっても非周期的であってもよい。
【００４３】
マスク構造体が周期的な構造である場合、そのピッチは、ある程度以上大きい方が好ましい。図５を用いて、マスク構造体のピッチが反射スペクトルに与える影響を説明する。図５Ａ〜Ｄに、図３Ａに示した構造のマスク構造体のピッチをそれぞれ１μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍと変化させて計算した結果を示す。なお、マスク構造体３３０の幅をマスク構造体３３０のピッチで割ったものをデューティ比と定義し、デューティ比は５０％に固定して計算を行った。
【００４４】
図５Ｂ〜Ｄのように比較的ピッチが大きい場合は、ピッチの変化によるスペクトル形状の変化はほとんど見られない。しかし、図５Ａのようにピッチがある程度の大きさより小さくなると、スペクトルが複雑な振る舞いを示すようになり、反射光が特定の波長で急激に大きくなるなど、制御が難しくなる。また、周期構造の反射率において、一般にピッチが大きいときは偏光依存性はほとんど無いが、ピッチが小さいほど偏光依存性も大きくなってくる。そのため、シンプルで作製誤差に強い素子設計の観点では、周期的なマスク構造体のピッチは十分大きくすることが望ましい。具体的には、発振波長より一桁程度大きいピッチにすることが望ましい。
【００４５】
マスク構造体のデューティ比が光学特性に影響を与える場合もある。マスク構造体のピッチを６μｍに固定してデューティ比依存を計算した結果を図６に示す。図６Ａはマスク構造体のデューティ比２５％、図６Ｂは５０％、図６Ｃは７５％、図６Ｄは１００％の場合の計算結果である。デューティ比以外の構造は図３Ａに示したものと同様である。参考のために、各グラフ中にマスク構造体が無い場合（つまりデューティ比が０％）の反射スペクトルを点線で示している。これらの比較から、デューティ比が大きくなるほどマスク構造体が無い場合との差が大きくなり、反射率低減効果も大きくできることがわかる。そのため、本発明の目的のためにはマスク構造体のデューティ比はできるだけ大きくすることが望ましい。
【００４６】
一方、マスク構造体のデューティ比が大きすぎると、ＥＬＯ法での結晶成長時にマスク構造体をきれいに埋設することが難しくなる場合がある。極端な例としては、デューティ比が１００％になると半導体層全面がマスク構造体で覆われることになるため、ＥＬＯ法の実施が不可能になる。ＥＬＯ法を実施するためには、マスク構造体は１次元的または２次元的に配置された開口部を有する構造である必要があり、結晶成長条件に応じてＥＬＯ法の実施を阻害しない範囲でデューティ比を設定する必要がある。
【００４７】
したがって、反射率低減効果および結晶成長を考慮すると、デューティ比は３０％から９０％が好ましい。また、より好ましくは、デューティ比は４０％から７５％である。
【００４８】
なお、ＥＬＯ法は特定の材料系に限らず使用可能な技術であるが、現実的には窒化物半導体で使用される場合が多い。現時点では、一般にＧａＮ基板が非常に高価であるため、異種基板を使用する割合が他の化合物半導体に比べて大きいことが原因である。窒化物半導体でＥＬＯ法を行う場合、基板はサファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板等を用いる。
【００４９】
（その他の実施形態）
本実施形態に係る発明において、第１の層は必ずしも基板でなくても良い。基板上に基板と同じ、または別の材料を第１の層として成膜し、その上に第２の層、マスク構造体、第４の層を形成した構造であってもよい。例えば、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を成長し、その上にＧａＮ層を成長し、その表面にＳｉＯ２で構成されたマスク構造体を凹凸状にパターニングした後に、ＥＬＯ法を適用して前記マスク構造体をＧａＮで埋設するような構造でも良い。
【００５０】
また、基板上に本発明を適用してレーザ構造を作りこんだ後に、前記レーザ構造をマスク構造体ごと基板から剥離して、別基板に貼り付けたものであってもよい。例えば、サファイア基板上に本発明を適用した窒化物半導体レーザ構造を形成した後に、レーザリフトオフによりサファイア基板を剥離し、前記レーザ構造をシリコン基板に貼り付けた構造も可能である。
【００５１】
また、本実施形態における活性層は、一般の半導体レーザに使用されるものを使用することができる。例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの材料を用いた多重量子井戸構造である。
【００５２】
また、本実施形態に係る面発光レーザは任意の波長で動作することができる
また、本実施形態に係る面発光レーザにおいては、光励起方式、あるいは電流注入方式により駆動することができる。
【００５３】
また、本実施形態の面発光レーザを同一平面上に複数配列してアレイ光源として使用してもよい。
【００５４】
また、本実施形態に係る面発光レーザは、複写機、レーザプリンタなどの画像形成装置が有する感光ドラムへ描画を行うための光源としても利用することができる。
【実施例】
【００５５】
以下に、本発明の実施例について説明する。【００５６】
［実施例１］
図７を用いて、本実施例におけるフォトニック結晶面発光レーザを説明する。【００５７】
図７Ａに本レーザ構造を説明する模式図を示す。サファイア基板７１０上に厚さ４７０ｎｍのＧａＮ層７２０が形成されている。その上に、マスク構造体として、幅３μｍ、高さ８１６ｎｍのストライプ状のＳｉＯ２（マスク構造体７３０）がピッチ６μｍで周期的に配置されている。このＳｉＯ２を埋設するように、ＥＬＯ法を適用してエピタキシャル成長されたＧａＮ層７４０が配置されている。さらにその上にＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層７５０、光導波層７５５、活性層７６０、２次元フォトニック結晶７７０が配置されている。２次元フォトニック結晶７７０は、円柱状の空孔が２次元的に配置されて形成されている。格子形状は正方格子、格子定数は１６３ｎｍ、空孔形状は円形であり、空孔の直径は６０ｎｍである。【００５８】
活性層７６０は３周期のＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ多重量子井戸からなる。【００５９】
レーザ構造の表面にはｐ電極７８０およびｎ電極７８１が配置されており、それらの電極から電流を注入することによりレーザ発振する。【００６０】
本レーザ構造は波長４１０ｎｍでレーザ発振するように設計されている。【００６１】
図７Ｂに、本レーザ構造おけるマスク構造体７３０に向かって上側から平面波が入射した場合の反射率計算結果を示す。波長３９２ｎｍ付近と波長４１０ｎｍ付近で反射率のディップが確認される。【００６２】
２次元フォトニック結晶７７０でレーザ発振した光の一部は１次回折により下側に向かって出射され、マスク構造体７３０まで到達する。ここで、レーザ発振波長と図７Ｂの反射率ディップ波長が一致しているので、マスク構造体で生じる不要な反射光を低減できる。【００６３】
［実施例２］
図８を用いて、上記で説明したフォトニック結晶面発光レーザを複数配置して構成されたフォトニック結晶面発光レーザアレイ光源を用いた画像形成装置について説明する。【００６４】
図８Ａは画像形成装置の平面図であり、図８Ｂは同装置の側面図である。
図８において、８００は感光ドラム（感光体）、８０２は帯電器、８０４は現像器、８０６は転写帯電器、８０８は定着器、８１０は回転多面鏡、８１２はモータである。また、８１４は面発光レーザアレイ光源、８１６は反射鏡、８２０はコリメータレンズ及び８２２はｆ−θレンズである。【００６５】
図１０において、モータ８１２は回転多面鏡８１０を回転駆動するものである。
面発光レーザアレイ８１４は、記録用光源となるものであり、ドライバにより画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。こうして光変調されたレーザ光は、面発光レーザアレイ８１４からコリメータレンズ８２０を介し回転多面鏡８１０に向けて照射される。【００６６】
回転多面鏡８１０は矢印方向に回転していて、面発光レーザアレイ８１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡８１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。この反射光は、ｆ−θレンズ８２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡８１６を経て感光ドラム８００に照射され、感光ドラム８００上で主走査方向に走査される。【００６７】
感光ドラム８００は、予め帯電器８０２により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム８００は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は、現像器８０４により現像され、現像された可視像は転写帯電器８０６により、転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器８０８に搬送され、定着を行った後に機外に排出される。【００６８】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【００６９】
１１０  第１の層
１２０  第２の層
１３０  マスク構造体
１４０  第４の層
１７０  フォトニック結晶
１９０  出射光
１９１  出射光
１９２  共振方向
【図１】
2012035621.tif 000005
【図２Ａ】
2012035621.tif 000006
【図２Ｂ】
2012035621.tif 000007
【図３Ａ】
2012035621.tif 000008
【図３Ｂ】
2012035621.tif 000009
【図４】
2012035621.tif 000010
【図５Ａ】
2012035621.tif 000011
【図５Ｂ】
2012035621.tif 000012
【図５Ｃ】
2012035621.tif 000013
【図５Ｄ】
2012035621.tif 000014
【図６Ａ】
2012035621.tif 000015
【図６Ｂ】
2012035621.tif 000016
【図６Ｃ】
2012035621.tif 000017
【図６Ｄ】
2012035621.tif 000018
【図７Ａ】
2012035621.tif 000019
【図７Ｂ】
2012035621.tif 000020
【図８Ａ】
2012035621.tif 000021
【図８Ｂ】
2012035621.tif 000022
【図９】
2012035621.tif 000023
【図１０】
2012035621.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、基板の面内方向に共振モードを有するフォトニック結晶とを有し、波長λで発振するフォトニック結晶面発光レーザであって、
第１の屈折率を有する第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の層と、
前記第２の層の上に形成され、前記第２の屈折率と異なる第３の屈折率を有するマスク構造体と、
前記第２の層と前記マスク構造体の上に形成され、前記第３の屈折率と異なる第４の屈折率を有する第４の層と、
前記第４の層の上に形成された前記フォトニック結晶と、を有し、
前記第２の層と前記第４の層とが同一の材料から構成され、
前記マスク構造体は、前記第３の屈折率を有する部材が前記基板の面内方向に複数個配されているか、または、前記第３の屈折率を有する部材に開口部が前記基板の面内方向に複数個配され、
前記マスク構造体の光学的膜厚が前記波長λの半波長の整数倍でなく、
前記第１の層と前記第２の層と前記マスク構造体と前記第４の層を有する積層構造に該第４の層側から前記波長λの光が入射するときの、前記第４の層と前記マスク構造体との界面で生じる反射光、前記マスク構造体と前記第２の層との界面で生じる反射光、および前記第２の層と前記第１の層との界面で生じる反射光を足し合わせた反射光に基づいて決定される前記積層構造全体の反射率が、前記第２の層と前記第１の層との界面での前記波長λの光に対する反射率よりも低いことを特徴とするフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項２】
以下の式で表せる波の振幅が１より小さくなるように前記第１の層、前記第２の層、前記マスク構造体、および第４の層が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【数１】
2012035621.tif 000025
λ：発振波長
ｔ２：第２の層の厚さ
ｔ３：マスク構造体の厚さ
ｎ２：第２の屈折率
ｎ３：第３の屈折率
ｎ４：第４の屈折率
ｒ４３：第４の層とマスク構造体との界面での振幅反射率
ｒ３２：マスク構造体と第２の層との界面での振幅反射率
ｒ２１：第２の層と第１の層との界面での振幅反射率
ｘ：基板面垂直方向の座標
【請求項３】
前記第２の層と前記第４の層はエピタキシャル成長によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項４】
前記マスク構造体は、前記第３の屈折率を有する部材が複数配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項５】
前記マスク構造体は、複数の開口部を備えた前記第３の屈折率を有する部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項６】
前記第１の層は、前記基板であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項７】
前記第１の層がサファイア基板、ＳｉＣ基板、およびＳｉ基板のいずれかの基板であり、前記第２の層および前記第４の層の材料がＧａＮであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項８】
前記第３の屈折率を有する材料がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトニック結晶面発光レーザが複数配置されているフォトニック結晶面発光レーザアレイ。
【請求項１０】
請求項９に記載のフォトニック結晶面発光レーザアレイと、該フォトニック結晶面発光レーザアレイからのレーザ光が照射される感光体とを有する画像形成装置。
【国際調査報告】
2012035621.tif 000026
2012035621.tif 000027