(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の母材にそれとは屈折率が異なる領域である異屈折率領域を多数、周期的に配置して成る２次元フォトニック結晶と、該２次元フォトニック結晶の一方の側に設けた活性層とを備えるレーザ光源において、
前記異屈折率領域はその平面形状が前記活性層側よりも該活性層の反対側において小さく、該活性層側の面における該異屈折率領域の重心と該反対側の面における該異屈折率領域の重心がずれるように形成されている、
ことを特徴とする２次元フォトニック結晶を用いた面発光レーザ光源。
【請求項２】
前記異屈折率領域の前記母材に垂直な面における断面形状が階段状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を用いた面発光レーザ光源。
【請求項３】
前記異屈折率領域の前記活性層側の面における形状が正三角形であり、該活性層の反対側の面における形状がそれよりも小さい正三角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元フォトニック結晶を用いた面発光レーザ光源。
【請求項４】
前記異屈折率領域の前記活性層側の面における形状が円形であり、該活性層の反対側の面における形状がその円の一部を欠いた形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元フォトニック結晶面を用いた発光レーザ光源。
【請求項５】
前記異屈折率領域の配置が正方格子状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を用いた面発光レーザ光源。
【請求項６】
前記異屈折率領域が空孔又は前記母材とは屈折率の異なる材料から成る部材により形成され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を用いた面発光レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面状の光源から面に垂直な方向にレーザ光を放射する面発光レーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファブリ・ペロー共振器を用いたファブリ・ペロー型レーザ光源や、回折格子を用いた分布帰還(Distributed Feedback; DFB)型レーザ光源が用いられている。これらのレーザ光源はいずれも、共振や回折により所定の波長の光を増幅してレーザ光を発振させるものである。【０００３】
それに対して、近年、新しいタイプのレーザ光源として、フォトニック結晶を用いたものが開発されている。フォトニック結晶は、誘電体から成る母材に周期構造を人工的に形成したものである。周期構造は一般に、母材とは屈折率が異なる領域（異屈折率領域）を母材内に周期的に設けることにより形成される。その周期構造により、結晶内でブラッグ回折を生じさせ、また、光のエネルギーに関してエネルギーバンドギャップを形成する。フォトニック結晶レーザ光源は、バンドギャップ効果を利用して点欠陥を共振器として用いるものと、光の群速度が０となるバンド端の定在波を利用するものがある。いずれも所定の波長の光を増幅してレーザー発振を得るものである。【０００４】
特許文献１には、２次元フォトニック結晶を用いたレーザ光源が記載されている。このレーザ光源は、２枚の電極の間に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が形成されている。この２次元フォトニック結晶は、板状の部材に２次元的な周期性を持つ屈折率の分布を設けたものである。この周期構造の周期を、活性層で生成される光の媒質内波長に一致させておくことにより、電極からのキャリアの注入により活性層で生成された光は、２次元フォトニック結晶において干渉により強められ、レーザ発振する。【０００５】
特許文献１は、半導体から成る層に円柱状（層の面内では円形）の空孔を周期的（三角格子状、正方格子状、六角格子状等）に設けることにより屈折率分布を形成した２次元フォトニック結晶を開示している。この場合、活性層からの発光により２次元フォトニック結晶の内部に２次元的に定在波が形成される。図１に、２次元フォトニック結晶及びその内部に形成される定在波を模式的に示す。この図では結晶面内の一方向(x方向とする)の定在波のみを１次元的に示しているが、例えば正方格子の場合にはそれに垂直な方向にも定在波が形成される。電場のy成分に着目すると、この定在波は、２次元フォトニック結晶１１内の空孔１２部分に節をもつものと腹をもつものの２つのモードが形成される。ある空孔１２の中心を通る軸（z軸）を対称軸と定義すると、その軸に関して前者は反対称であり、後者は対称である。ここで外部平面波との結合を考えると、z方向に伝播する平面波の分布関数は、x方向に関しては一様であるのに対し、対称軸に関しては、反対称モードでは奇関数、対称モードでは偶関数となる。【０００６】
２次元フォトニック結晶の大きさが無限であると仮定すると、対称モードでは外部平面波との重なり積分が0ではないため、面垂直方向への1次回折光が生じる。それに対して、反対称モードでは外部平面波との重なり積分が0になるため、面垂直方向への1次回折光が生じない。そのため、レーザー発振には閉じ込めの強い反対称モードが適しているが、この反対称モードは面垂直方向に取り出すことができない。【０００７】
実際の２次元フォトニック結晶面発光レーザでは２次元フォトニック結晶の大きさが有限であるため、反対称モードの光も、対称性が崩れ、面垂直方向に取り出すことができる。しかしその場合においても、２次元フォトニック結晶の中心では高い対称性により面垂直方向に光を取り出すことができない。そのため、レーザ光のビームの断面形状（ビームプロファイル）は、中心が強度が低く周囲が強度の高いリング形となる。単一モード光ファイバーとの結合を考慮すれば、ビームプロファイルはこのようなリング形よりも、中心が最も強度の高い単峰形の方が望ましい。【０００８】
特許文献２には、レーザ光の結晶外部への取り出しを改善するために、結晶面に垂直な面における空孔の断面形状が主たる発光方向に向かって漸減している２次元フォトニック結晶を用いた面発光レーザ光源について記載されている。この光源では、レーザ光を２次元フォトニック結晶の一方の面の側から選択的に取り出すことができ、それにより、取り出すレーザ光の強度を全体として強くすることができる。しかし、特許文献２ではそのビームプロファイルについては検討されておらず、このレーザ光源でビームプロファイルを単峰形にすることはできない。【０００９】
特許文献３には、並進対称性はあるが回転対称性がない格子構造を形成することにより、結晶の母体に平行な面内での対称性を崩した２次元フォトニック結晶を有する面発光レーザ光源について記載されている。このような対称性は、例えば空孔を正方格子状に配置して、各空孔の平面形状を正三角形にすることにより形成される。このレーザ光源では、２次元フォトニック結晶の格子構造の対称性が低いため、２次元フォトニック結晶の中心付近においても反対称モードの光が打ち消されず、それにより、単峰形に近いビームプロファイルを得ることができる。【００１０】
また、特許文献３のレーザ光源によれば、格子構造に回転対称性がないことにより直線偏光のレーザ光が得られる。直線偏光のレーザ光は光ファイバーとの結合に有利である。【００１１】
【特許文献１】特開2000-332351号公報（[0037]〜[0056],図1）
【特許文献２】特開2003-273455号公報（[0016]〜[0018],図1〜3）
【特許文献３】特開2004-296538号公報（[0026]〜[0037],図1〜5）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、ビームプロファイルが単峰形に近く、かつ、直線偏光を有するレーザ光を得ることのできる２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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を用いた面発光レーザ光源は、板状の母材にそれとは屈折率が異なる領域である異屈折率領域を多数、周期的に配置して成る２次元フォトニック結晶と、該２次元フォトニック結晶の一方の側に設けた活性層とを備えるレーザ光源において、
前記異屈折率領域はその平面形状が前記活性層側よりも該活性層の反対側において小さく、該活性層側の面における該異屈折率領域の重心と該反対側の面における該異屈折率領域の重心がずれるように形成されている、
ことを特徴とする。
【発明の実施の形態及び効果】
【００１４】
本発明に係る面発光レーザ光源では、活性層の一方の側に２次元フォトニック結晶を設ける。但し、活性層と２次元フォトニック結晶は直接接している必要はなく、両者の間にスペーサ等の部材が挿入されていてもよい。活性層には、従来よりファブリ・ペロー型レーザ光源に用いられているものと同様のものを用いることができる。本発明の面発光レーザ光源では、２次元フォトニック結晶の活性層及びその反対側の面からの面発光を利用する。以下では、活性層の反対側の面からの発光を利用する場合を例に説明し、便宜上、活性層の反対側の面を「発光側の面」という。
【００１５】
２次元フォトニック結晶は、板状の母材に、それとは屈折率が異なる領域（異屈折率領域）を多数、周期的に配置することにより形成する。本発明では、異屈折率領域の形状は以下の２つの特徴を有する。(i)板状の母材に平行な面での断面形状（平面形状）が、母材の活性層側よりも発光側の方が小さい。(ii)活性層側の平面形状の重心と発光側の平面形状の重心が面内方向にずれている。
【００１６】
本発明に係る２次元フォトニック結晶はこのような構造を有するため、活性層側から見ると、２次元フォトニック結晶内での異屈折率領域の周期構造は、発光側において対称性が低い。本発明に係る面発光レーザ光源では、電場のx方向及びy方向成分が活性層において主たる成分となる。しかし２次元フォトニック結晶内における電場のz方向（２次元フォトニック結晶に垂直な方向）の成分は活性層側の面よりも発光側の面の方が大きく、それにより、x方向及びy方向を含めた電場の時間平均強度も、活性層側の面よりも発光側の面の方が大きい。本発明では、活性層側の面よりも発光側の面の異屈折率領域の対称性を低くしたことにより、２次元フォトニック結晶内への光の閉じ込めが弱くなり、レーザ光は外部へ放出されやすくなる。
【００１７】
また、異屈折率領域の平面形状の重心が、活性層側と発光側とで面内方向にずれていることにより、この２次元フォトニック結晶では母材に垂直な軸の周りの回転対称性を失う。このように結晶の面内方向の対称性が低いことにより、この２次元フォトニック結晶を設けたレーザ光源では、２次元フォトニック結晶の中心付近においても反対称モードの光が打ち消されず、それにより、単峰形に近いビームプロファイルを得ることができる。また、回転対称性がないことにより、上述の通り、直線偏光のレーザ光を取り出すことができる。
【００１８】
ビームプロファイルが単峰形に近い直線偏光のレーザ光を取り出すことを目的として、異屈折率領域の面内方向の対称性を低くすることは従来より検討されていた（特許文献３）。本発明では、上述の通り、板状の母材に垂直な方向にも形状の変化をつけるという新規な技術思想により面内方向の対称性を低くしている。そのため、異屈折率領域の形状をより自由に調整することができる。
【００１９】
上記特徴(i)及び(ii)を満たす異屈折率領域は、例えば、表面における平面形状を、活性層側と発光側とで相似形としつつ発光側の方を小さくし、両者の重心の位置をずらすことにより、或いは、発光側の平面形状を活性層側の平面形状の一部を欠いたものとすることにより形成することができる。
【００２０】
上記のように活性層側の面と発光側の面で異屈折率領域の平面形状に差異を設ける場合、両面の間の（母材の内部における平面）形状の変化は直線状とすることもできるし、階段状とすることもできる。製造上は階段状とするのが便利である。
【００２１】
上記方策により面内対称性を低くすることに加えて、活性層側及び／又は発光側の平面形状により、更に面内の対称性を低くすることもできる。例えば、活性層側及び発光側の平面形状を正三角形や楕円形にすることができる。これにより、ビームプロファイルの単峰性や直線偏光性をより高めることができる。
【００２２】
異屈折率領域の周期配置には、正方格子、三角格子、六角形のハニカム状等がある。それらのうち、レーザ発振に関わるエネルギーバンドの本数が少ないという点で、正方格子が望ましい。
【００２３】
異屈折率領域は、母材との屈折率の差を大きくすることができるという点、及び製造上の容易さの点から、空孔とすることが望ましい。しかし、製造の際に２次元フォトニック結晶と他の層を高い温度で融着する必要がある場合には、融着時に異屈折率領域が変形することを防ぐために、母材に何らかの部材を埋めこむことにより異屈折率領域を形成してもよい。
【００２４】
本発明の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源の動作は基本的には従来のものと同様である。電圧の印加により活性層にキャリアが注入され、それにより活性層内の発光層から発光が得られる。こうして得られた光が２次元フォトニック結晶によりフィードバックを受け、活性層およびフォトニック結晶層で定在波を作り、レーザ発振が起こる。そして、上記条件が満たされていることにより、発光面から面に垂直な方向にレーザ光が放射される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】２次元フォトニック結晶内の定在波の反対称モードと対称モードを示すグラフ。
【図２】本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源の一実施例を示す斜視図。
【図３】本実施例における２次元フォトニック結晶層内の空孔の形状を示す断面図。
【図４】本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源の製造方法の一例を示す断面図及び上面図。
【図５】２次元フォトニック結晶におけるフォトニックバンドの例を示すグラフ。
【図６】比較例における２次元フォトニック結晶層内の空孔の形状を示す断面図。
【図７】図６(a)の比較例における２次元フォトニック結晶内の電場分布及び結晶面から離れた面での電場分布を示す図。
【図８】図３(a)(本実施例)及び図６(a)(比較例)の空孔を用いた場合の２次元フォトニック結晶のQ値を示すグラフ。
【図９】図３(a)の空孔を用いた場合の２次元フォトニック結晶内の電磁場分布を示す図。
【図１０】図３(b)(本実施例)及び図６(b)(比較例)の空孔を用いた場合の２次元フォトニック結晶のQ値を示す表。
【図１１】図３(b)(本実施例)及び図６(b)(比較例)の空孔を用いた場合の２次元フォトニック結晶内の電磁場分布を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
２１…陽電極
２２…陰電極
２３…活性層
２４…２次元フォトニック結晶層
２５、３１１、３１２、４１１、４１２…空孔
２６１、２６２、２６３…スペーサ層
２７１、２７２…クラッド層
２８…コンタクト層
３２１、３２２、４２２…段差
【実施例】
【００２７】
本発明に係る２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源の一実施例を、図２を用いて説明する。陽電極２１と陰電極２２の間に、インジウム・ガリウム砒素(InGaAs）／ガリウム砒素(GaAs)から成り多重量子井戸(Multiple-Quantum Well; MQW)を有する活性層２３を設ける。活性層２３の上に、p型GaAsから成るスペーサ層２６１を介して、同じくp型GaAsから成る２次元フォトニック結晶層２４を設ける。２次元フォトニック結晶層２４は板材に空孔２５を正方格子状に周期的に配置したものである。なお、この図の例ではスペーサ２６１と２次元フォトニック結晶層２４は１枚の一体の層として形成され、上側にある２次元フォトニック結晶層２４の方にのみ空孔２５が形成されている。活性層２３と陽電極２１の間に、p型GaAsから成るスペーサ層２６２、p型AlGaAsから成るクラッド層２７１及びp型GaAsから成るコンタクト層２８を設ける。また、活性層２３と陰電極２２の間に、n型GaAsから成るスペーサ層２６３及びn型AlGaAsから成るクラッド層２７２を設ける。なお、図２では、２次元フォトニック結晶層２４の構造を示すために、スペーサ層２６２と２次元フォトニック結晶層２４の間を空けて描いた。【００２８】
本実施例のレーザ光源の動作は、基本的には従来の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源と同様である。陽電極２１と陰電極２２の間に電圧を印加すると、陽電極２１側から正孔が、陰電極２２側から電子が、それぞれ活性層２３に注入され、正孔と電子の再結合により発光する。この光が２次元フォトニック結晶層２４によりフィードバックを受けてレーザー発振する。このレーザ光はコンタクト層２８（出射面）から外部に取り出される。【００２９】
本実施例では、図３(a)及び(b)に示す２種類の空孔を用いた。(a)、(b)いずれも、上側の図は板材３１に垂直な面（Ａ面）の断面図、下側の図は板材３１に平行な面（Ｂ面、Ｃ面）の断面図（平面図）である。(a)では、空孔３１１の平面形状は活性層側、発光側とも正三角形であり、ほぼ中央の段差３２１により発光側（Ｂ面）を活性層側（Ｃ面）よりも小さくしたものである。両正三角形は１つの頂点３４を共有しているため、両者の重心は底辺に垂直な方向にずれている。図には、一例として、発光側の正三角形の底辺が活性層側の正三角形の重心３３１上にあるものを示した。(b)では、空孔３１２は活性層側（Ｃ面）において円形であり、発光側（Ｂ面）において、その一部を弦により欠いた形状を有する。【００３０】
このような空孔３１１を形成した２次元フォトニック結晶層２４を有する面発光レーザでは、仮にＢ面形状とＣ面形状が同じであっても、正三角形の空孔による正方格子という構成により面内の回転対称性は低いが、上記のようにＢ面形状とＣ面形状に違いを設けることにより、面内対称性は更に低くなる。従って、上記空孔３１２を形成した２次元フォトニック結晶層２４を有する面発光レーザでは、このような低い対称性により、単峰形に近いビームプロファイルを有する直線偏光のレーザ光を得ることができる。【００３１】
本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源の製造方法を、図４を用いて説明する。なお、陽電極２１、陰電極２２、活性層２３、スペーサ層２６３、クラッド層２７１及び２７２及びコンタクト層２８は従来と同様の方法により作製することができるため、以下では２次元フォトニック結晶層２４及びその上下にあるスペーサ層２６１及び２６２の作製方法について述べる。また、ここでは空孔３１２を有する２次元フォトニック結晶層２４を作製する場合を例に説明するが、空孔３１１やその他の空孔を有する２次元フォトニック結晶層も同様に作製することができる。【００３２】
p型GaAsから成る基板５１上に、電子ビーム（EB）描画用のレジスト５２を塗布する（(a)下図）。次に、レジスト５２上の空孔３１２に対応する位置にEBを照射する。ここで、単位面積あたりのEBの照射時間を、空孔３１２が発光側には形成されない領域５３ａよりも、空孔３１２が活性層側から発光側まで貫く領域５３ｂの方が長くなるようにする（(a)上図）。この処理により、レジスト５２に、領域５３ｂでは基板５１の表面まで貫通し、領域５３ａではレジスト５２の途中まで掘られた階段状の孔５４が形成される。なお、図には孔５４を１個のみ示したが、実際にはこれをレジスト５２に周期的に多数形成する。また、孔５４は、ナノインプリント法等の他の方法により形成することもできる。ナノインプリント法は、数ナノメートル程度のサイズをもつパターンのモールドを形成し、これをレジスト膜に押し付けることでレジストの微細パターニングを行うものである。【００３３】
次に、塩素ガスによりドライエッチングを行う。エッチングの初期には基板５１は表面が露出している領域５３ｂにおいてのみエッチングされる(c)。この時、レジスト５２も徐々に塩素ガスによりエッチングされ、やがて領域５３ａにおいても基板５１の表面が露出する(d)。その後は領域５３ａ、５３ｂの双方がエッチングされる。エッチング開始から所定時間経過後、エッチングを終了する。領域５３ａよりも領域５３ｂの方がエッチングされる時間が長いため、領域５３ｂの方がより深くエッチングされた階段状の空孔３１２が形成される(e)。基板５１のうち、空孔３１２の領域５３ｂ側の底よりも下側がスペーサ層２６２となる。次に、レジスト５２を除去する(f)。【００３４】
２次元フォトニック結晶層２４と、予め通常の方法により作製された、活性層２３上に形成されたp型GaAsから成るスペーサ層２６１を重ね(g)、200〜700℃に加熱することにより両者を融着する(h)。これにより、本実施例の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源が完成する。【００３５】
次に、空孔３１１及び空孔３１２を設けた２次元フォトニック結晶を有する面発光レーザ光源における、２次元フォトニック結晶のQ値等を計算した結果について、比較例を挙げながら説明する。
まず、以下の計算で用いる２次元フォトニック結晶のフォトニックバンドについて説明する。図５(a)は本実施例のように空孔を正方格子状に配置した場合のフォトニックバンド図である。比較のために、空孔配置を三角格子状とした場合のフォトニックバンド図を(b)に示す。なお、(a)は空孔を楕円形としたものの計算結果であるが、空孔が他の形状である場合にも基本的には同様である。
(b)の場合はk=0(Γ点)付近に６本のバンドが形成されるのに対して、(a)の場合、バンドは(b)の場合よりも少ない４本である。この４本のバンドのうち、低エネルギー（低周波数）側の２本のバンドのバンド端A, Bがレーザ発振に寄与する。有限周期構造をもつ実際のデバイスでは通常、Γ点付近で平坦な分散関係を持つバンド端BのQ値は大きく下がる傾向があり、Γ点付近の傾きの大きいバンド端Aがレーザ発振点に選ばれやすい。そのため、安定なレーザ動作を得るためには、無限周期系においてQ値が、バンド端Bよりもバンド端Aの方においてより高くなるように設計することが望ましい。
【００３６】
上下面で大きさが異なり重心の位置がずれた空孔３１１との比較のため、上下面を同一形状とした三角形状の空孔４１１（図６(a)）の場合について計算を行った。図６(a)の２次元フォトニック結晶を用いた面発光レーザ光源は特許文献３に記載のものであり、本実施例と同様に単峰性で直線偏光のレーザ光を得ることを目的としたものである。この場合の、バンド端Aにおける２次元フォトニック結晶内の電場分布を図７(a)に示す。この図において、電場の強度及び方向を矢印の長さ及び方向で示している。x軸方向の電場の成分Exはx軸に関して反対称になっているのに対して、y軸方向の電場の成分Eyはy軸に関して非対称になっている。これは空孔の平面形状がy軸に対して非対称になっているためである。このようにExの反対称性を保持しつつEyの反対称性だけを崩すと、面内の２次元的コヒーレンスを維持しながら直線偏光の光を面外に取り出すことができる。図７(b)に、結晶面から7a（aは正方格子の周期、即ちフォトニック結晶の格子定数）だけ離れた面での電場を示す。y方向に強く偏光しているのがわかる。【００３７】
このように、空孔の形状の対称性を崩す（ここでは鏡映対称性を崩した）ことにより光を取り出せるということは、構造によってQ値をコントロールできることを示唆する。実際、円形の平面形状を有する空孔を周期的に無限に配置した構造ではQ値は無限大であるが、三角形の空孔ではQ値は有限となる。そこで、この比較例の空孔４１１を正方格子状に無限に配置した構造を仮定して、その場合のQ値を３次元FDTD法により計算した結果を図８に示す。図中の白丸印はバンド端Aについて、白四角印はバンド端Bについてそれぞれ計算したものである。ここで、フィリングファクター(FF)は空孔の体積分率であり、本比較例では空孔の面積/ユニットセルの面積で計算される。バンド端Aでは、図７(a)に示すように、空孔を取り囲むように電場が分布しているため、空孔が大きくなるほど構造変化の影響が大きくなる。一方、電場分布は図示していないが、バンド端Bのモードでは電場が空孔を避けるように分布しているため、Q値は10万〜200万程度の高いレベルを維持している。このため、レーザ発振に好適なバンド端Aではなく、バンド端Bのモードがレーザ発振に選ばれる可能性が高い。しかも、Q値が非常に高いため、レーザ光を面外に取り出すことはほとんどできない。実際の２次元フォトニック結晶では大きさが有限であるため光を面外に取り出すことはできるが、中心の強度が弱いリング形のビーム形状が得られると考えられる。【００３８】
そこで、上記比較例とは異なる対称性の崩し方をした、図３(a)に示す空孔３１１を設けた場合（本実施例）について検討する。この場合のQ値の計算結果を図８に黒丸印（バンド端A）及び黒四角印（バンド端B）で示す。ここでは、図３(a)に示すように、空孔３１１の、段差３２１よりも発光側の高さh及び段差３２１のx軸方向の幅wを共に同じ値rとし、r=0.1a, 0.13a, 0.19aの場合について計算を行った。FF値（空孔の体積／ユニットセルの体積）はそれぞれ、0.173（r=0.1aの場合）, 0.164（r=0.13a）, 0.140（r=0.19a）となる。FF値が0.140の時、バンド端AではQ=5,007.7、バンド端BではQ=2,855.5となる。これにより、バンド端BよりもQ値が高いバンド端Aについてレーザ共振を得ることができ、しかもバンド端AのQ値が数千程度の値であるため、中心の強度が強い単峰形のビームを得ることができる。【００３９】
図９に、空孔３１１を用いた場合における２次元フォトニック結晶内の電磁場分布を示す。この図において、電場の強度及び方向は上記と同様に矢印の長さ及び方向で示し、磁場の強度は色の濃淡で示す。図の中心付近に空孔が存在する。バンド端Aでは空孔付近の電場の強度が強くなるため、面内形状が非対称になることによる影響を強く受けると考えられる。そのため、本実施例のように上下面形状に差異を設けなくともQ値を下げることができる。それに対してバンド端Bでは空孔を避けるように電場が形成されているため、面内非対称性のみならず上下面形状に差異を設けることにより初めてQ値を下げることができる、と考えられる。【００４０】
次に、図３(b)に示した空孔３１２を設けたレーザ光源について計算を行った結果を示す。比較のため、図６(b)に示す空孔４１２を設けたレーザ光源についても同様の計算を行った。空孔４１２は、段差４２２よりも上側では円であるのに対して、段差４２２よりも下側では円の一部を欠いた形状を有するものである。従って、空孔３１２と４１２では、発光側の形状と活性層側の形状を入れ替えたようになっている。【００４１】
Q値の計算結果を図１０に示す。本実施例の方が比較例の場合よりもQ値が小さい。比較例ではバンド端AのQ値が34,525と高いため、バンド端Aに対して選択的に共振が生じ、その光は高いQ値のために外部に取り出し難い。それに対して、本実施例ではバンド端A、バンド端Bの双方のQ値が数千のオーダーであるため、レーザ共振を得ることができると共に外部にレーザ光を取り出すことができる。【００４２】
平面形状の非対称性が形成されるのは、空孔４１２では段差４２２よりも活性層側であるのに対して、空孔３１２では段差３２２よりも発光面側である。このことから、平面形状の非対称性を発光面に近いほど強くすることにより、発光面からの光の取り出しがより容易になると考えられる。【００４３】
図１１に、本実施例（空孔３１２）及び比較例（空孔４１２）の場合における２次元フォトニック結晶内の電磁場分布を示す。比較例よりも本実施例の方が、そして、バンド端Aよりもバンド端Bの方が、ユニットセルの中心に対して電場分布の節が大きくずれている。このことから、Q値が小さいほど電場分布の対称性が低いといえる。【００４４】
本発明では、上述の通り、単峰性・直線偏光を得ることを目的とした従来の２次元フォトニック結晶面発光レーザ光源よりも異屈折率領域（空孔）の形状を自由に調整することができる。その中で、上述の形状を有する空孔３１１及び３１２を用いることにより、単峰性且つ直線偏光であり、更に、強度の強いレーザ光を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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