CN113644548B - 光子晶体面射型激光结构 - Google Patents

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Abstract

一种光子晶体面射型激光结构包含基板、N型披覆层、主动层、光子晶体结构、P型披覆层、N型半导体层以及超颖介面结构。N型披覆层设置在基板上。主动层设置在N型披覆层上。光子晶体结构设置在主动层上。P型披覆层设置在光子晶体结构上。N型半导体层设置在P型披覆层上。超颖介面结构位于N型半导体层远离P型披覆层的表面上。藉由上述配置，可控制激光光束出射的角度。

Description

光子晶体面射型激光结构
技术领域
本揭示是关于一种光子晶体面射型激光结构。
背景技术
激光在医疗、光学通讯及工业加工等领域有广泛的应用。以现有的激光结构而言，在发光效率及出射方向的控制上仍有改进空间。
发明内容
有鉴于此，本揭示之一目的在于提出一种能达到更高发光效率及更大出射角度的激光结构。
为达成上述目的，依据本揭示的一些实施方式，一种光子晶体面射型激光结构包含基板、N型披覆层、主动层、光子晶体结构、P型披覆层、第一N型半导体层以及超颖介面结构。N型披覆层设置在基板上。主动层设置在N型披覆层上。光子晶体结构设置在主动层上。P型披覆层设置在光子晶体结构上。第一N型半导体层设置在P型披覆层上。超颖介面结构位于第一N型半导体层远离P型披覆层的表面上。
在本揭示的一或多个实施方式中，超颖介面结构配置以使激光光束倾斜于基板、N型披覆层以及主动层排列的方向出射。
在本揭示的一或多个实施方式中，激光光束与基板、N型披覆层以及主动层排列的方向之间的最大夹角为90度。
在本揭示的一或多个实施方式中，超颖介面结构配置以使激光光束同时朝不同的复数个方向出射。
在本揭示的一或多个实施方式中，超颖介面结构包含与第一N型半导体层一体成形的微结构。
在本揭示的一或多个实施方式中，超颖介面结构部分覆盖第一N型半导体层远离P型披覆层的表面，并接触第一N型半导体层。
在本揭示的一或多个实施方式中，光子晶体面射型激光结构进一步包含金属电极。金属电极设置在第一N型半导体层远离P型披覆层的表面上，并环绕超颖介面结构。
在本揭示的一或多个实施方式中，光子晶体面射型激光结构进一步包含穿隧接面，穿隧接面设置在第一N型半导体层中。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面的横截面面积小于超颖介面结构的面积。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面在基板上的垂直投影区域落在超颖介面结构在基板上的垂直投影区域以内。
在本揭示的一或多个实施方式中，基板、N型披覆层以及主动层沿着第一方向排列，在垂直于第一方向的第二方向上，穿隧接面的宽度小于超颖介面结构的宽度。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面的横截面面积小于光子晶体结构的横截面面积。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面在基板上的垂直投影区域落在光子晶体结构在基板上的垂直投影区域以内。
在本揭示的一或多个实施方式中，基板、N型披覆层以及主动层沿着第一方向排列，在垂直于第一方向的第二方向上，穿隧接面的宽度小于光子晶体结构的宽度。
在本揭示的一或多个实施方式中，光子晶体面射型激光结构进一步包含第一P型半导体层。第一P型半导体层设置在P型披覆层上，并被第一N型半导体层环绕。穿隧接面位于第一P型半导体层以及第一N型半导体层之间。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面包含第二P型半导体层以及第二N型半导体层，第二P型半导体层位于第一P型半导体层以及第二N型半导体层之间。第二P型半导体层的掺杂浓度大于第一P型半导体层，且第二N型半导体层的掺杂浓度大于第一N型半导体层。
在本揭示的一或多个实施方式中，穿隧接面的厚度落在5纳米至100纳米的范围以内。
在本揭示的一或多个实施方式中，光子晶体面射型激光结构进一步包含电子局限层，电子局限层位于主动层以及光子晶体结构之间。
在本揭示的一或多个实施方式中，光子晶体结构包含复数个周期性孔洞。
在本揭示的一或多个实施方式中，周期性孔洞的截面形状为圆形、四边形或六边形。
综上所述，本揭示的光子晶体面射型激光结构包含位于N型半导体层远离P型披覆层的表面上的超颖介面结构，利用超颖介面结构可控制激光光束出射的角度。光子晶体面射型激光结构还包含设置在N型半导体层中的穿隧接面，配置穿隧接面有助于使通过激光结构的电流均匀化，提升发光效率。
附图说明
为使本揭示的上述及其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，附图说明如下：
图1为绘示依据本揭示一实施方式的光子晶体面射型激光结构的俯视图。
图2为绘示图1所示的光子晶体面射型激光结构在区域M内的放大透视图。
图3为绘示图1所示的光子晶体面射型激光结构沿线段1-1’的剖面图。
图4至图9为绘示图3所示的光子晶体面射型激光结构在各制造阶段的剖面图。
附图标记：
100:光子晶体面射型激光结构 101:第一电极
102:第二电极 103:第一P型半导体层
110:基板 120:N型披覆层
130:主动层 140:超颖介面结构
150:光子晶体结构 150A:半导体层
151:基部 152:周期性孔洞
160:P型披覆层 170:第一N型半导体层
180:电子局限层 190:穿隧接面
191:第二P型半导体层 192:第二N型半导体层
LB:激光光束 M:区域
W1,W2,W3:宽度 X:第二方向
Y:第一方向 θ:夹角
具体实施方式
为使本揭示之叙述更加详尽与完备，可参照所附之图式及以下所述各种实施方式。图式中之各元件未按比例绘制，且仅为说明本揭示而提供。以下描述许多实务上之细节，以提供对本揭示的全面理解，然而，相关领域具普通技术者应当理解可在没有一或多个实务上之细节的情况下实施本揭示，因此，该些细节不应用以限定本揭示。
请参照图1至图3。图1为绘示依据本揭示一实施方式的光子晶体面射型激光结构100的俯视图，图2为绘示图1所示的光子晶体面射型激光结构100在区域M内的放大透视图，图3为绘示图1所示的光子晶体面射型激光结构100沿线段1-1’的剖面图。光子晶体面射型激光结构100包含沿着第一方向Y堆叠设置的基板110、N型披覆层120、主动层130、光子晶体结构150、P型披覆层160、第一N型半导体层170以及超颖介面结构140。基板110例如是半导体基板，可包含砷化镓(GaAs)或其他合适的半导体材料。N型披覆层120设置在基板110上，而主动层130设置在N型披覆层120上。于一些实施方式中，主动层130包含量子阱，配置以在光子晶体面射型激光结构100通电时发光。
于一些实施方式中，N型披覆层120包含砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷砷化铟镓(InGaAsP)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓铟(AlGaInAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷氮化铟镓(InGaNAs)、锑砷化镓(GaAsSb)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、磷化镓(GaP)、磷化铝(AlP)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、其他合适的半导体材料或上述材料的任意组合。
如图1至图3所示，光子晶体结构150设置在主动层130上。主动层130发出的光在光子晶体结构150共振产生激光光束LB，激光光束LB从光子晶体面射型激光结构100的顶部出射。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，光子晶体结构150包含基部151以及复数个周期性孔洞152。基部151可包含砷化镓(GaAs)或其他合适的半导体材料，周期性孔洞152形成于基部151远离主动层130的一侧，且周期性孔洞152在实质上垂直于第一方向Y的第二方向X上排列。于一些实施方式中，周期性孔洞152沿着垂直于第一方向Y的平面排列。于一些实施方式中，周期性孔洞152的截面形状可为圆形、四边形或六边形。
如图1至图3所示，P型披覆层160设置在光子晶体结构150上，而第一N型半导体层170设置在P型披覆层160上。于一些实施方式中，第一N型半导体层170包含N-GaAs。于一些实施方式中，P型披覆层160包含砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷砷化铟镓(InGaAsP)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓铟(AlGaInAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷氮化铟镓(InGaNAs)、锑砷化镓(GaAsSb)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、磷化镓(GaP)、磷化铝(AlP)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)、其他合适的半导体材料或上述材料的任意组合。
如图1至图3所示，超颖介面结构140(metasurface)位于第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面上。超颖介面结构140包含次波长(sub-wavelength)尺度的微结构，可在激光光束LB通过时改变其波前、相位等特性。利用超颖介面结构140，可控制激光光束LB从光子晶体面射型激光结构100的顶部出射的角度，例如使激光光束LB倾斜于第一方向Y出射。于一些实施方式中，激光光束LB与第一方向Y之间的最大夹角为90度。
取决于超颖介面结构140的设计，出射的激光光束LB与第一方向Y之间的夹角θ可以是负90度至正90度的范围内的任何角度。于一些实施方式中，超颖介面结构140可调整光子晶体结构150产生的激光光束LB，使其同时朝多个不同方向从光子晶体面射型激光结构100的顶部出射。
于一些实施方式中，超颖介面结构140包含与第一N型半导体层170一体成形的微结构。于一些实施方式中，可透过对第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面进行蚀刻的方式来形成超颖介面结构140。
于一些实施方式中，超颖介面结构140是外加在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面上的结构。超颖介面结构140部分覆盖第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面，并接触第一N型半导体层170。于一些实施方式中，可透过在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面镀上一层介电材料或半导体材料(例如：非晶硅)的方式来形成超颖介面结构140。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，光子晶体面射型激光结构100进一步包含穿隧接面190(tunnel junction)，穿隧接面190设置在第一N型半导体层170中。配置穿隧接面190有助于使通过光子晶体面射型激光结构100的电流均匀化，提升发光效率。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，穿隧接面190的横截面(亦即，穿隧接面190垂直于第一方向Y的截面)的面积小于超颖介面结构140的面积。于一些实施方式中，穿隧接面190的横截面的面积小于光子晶体结构150的横截面(亦即，光子晶体结构150垂直于第一方向Y的截面)的面积。于一些实施方式中，穿隧接面190在基板110上的垂直投影区域落在超颖介面结构140在基板110上的垂直投影区域以内，其中垂直投影区域是指沿着第一方向Y的反方向投影的区域。于一些实施方式中，穿隧接面190在基板110上的垂直投影区域落在光子晶体结构150在基板110上的垂直投影区域以内。于一些实施方式中，在第二方向X上，穿隧接面190的宽度W3小于超颖介面结构140的宽度W1。于一些实施方式中，穿隧接面190的宽度W3小于光子晶体结构150的宽度W2。于一些实施方式中，在第一方向Y上，穿隧接面190的厚度落在5纳米至100纳米的范围以内。
如图1至图3所示，光子晶体面射型激光结构100实际发光的区域集中在光子晶体结构150位于穿隧接面190下方处。超颖介面结构140的范围涵盖穿隧接面190(亦即，穿隧接面190在基板110上的垂直投影区域落在超颖介面结构140在基板110上的垂直投影区域以内)，故超颖介面结构140的范围同时也涵盖了光子晶体结构150对应穿隧接面190的部分，以控制激光光束LB从光子晶体面射型激光结构100的顶部出射的角度。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，光子晶体面射型激光结构100进一步包含第一P型半导体层103(例如：P-GaAs)。第一P型半导体层103设置在P型披覆层160上，且被第一N型半导体层170环绕。穿隧接面190位于第一P型半导体层103以及第一N型半导体层170之间。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，穿隧接面190包含堆叠设置的第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192，其中第二P型半导体层位于第二N型半导体层192与第一P型半导体层103之间。第二P型半导体层191的掺杂浓度大于第一P型半导体层103的掺杂浓度，且第二N型半导体层192的掺杂浓度大于第一N型半导体层170的掺杂浓度。于一些实施方式中，第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192包含砷化镓(GaAs)或砷化铟镓(InGaAs)。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，光子晶体面射型激光结构100进一步包含电子局限层180，电子局限层180覆盖在主动层130上，并位于光子晶体结构150与主动层130之间。
如图1至图3所示，于一些实施方式中，光子晶体面射型激光结构100进一步包含第一电极101以及第二电极102。第一电极101设置在基板110远离N型披覆层120的一侧，并接触基板110远离N型披覆层120的表面。第二电极102设置在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的一侧，并接触第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面。于一些实施方式中，第一电极101与第二电极102为金属电极。于一些实施方式中，第二电极102环绕超颖介面结构140设置。
于一些实施方式中，第一电极101与第二电极102包含铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、锗(Ge)、银(Ag)、铅(Pb)、钯(Pd)、铜(Cu)、铍化金(AuBe)、铍化锗(BeGe)、镍(Ni)、锡化铅(PbSn)、铬(Cr)、锌化金(AuZn)、钛(Ti)、钨(W)、钨化钛(TiW)、其他合适的导电材料或上述材料的任意组合。
以下介绍光子晶体面射型激光结构100的制造方法。
请参照图4至图9，其为绘示图3所示的光子晶体面射型激光结构100在各制造阶段的剖面图。光子晶体面射型激光结构100的制造方法包含步骤S1至步骤S13。
如图4所示，首先，在步骤S1中，形成堆叠设置的基板110、N型披覆层120、主动层130、电子局限层180以及半导体层150A(例如：砷化镓)。基板110、N型披覆层120、主动层130、电子局限层180以及半导体层150A沿着第一方向Y排列。于一些实施方式中，步骤S1包含透过磊晶成长的方式来形成堆叠设置的基板110、N型披覆层120、主动层130、电子局限层180以及半导体层150A。
如图5所示，接着，在步骤S3中，在半导体层150A中形成光子晶体结构150。于一些实施方式中，步骤S3包含去除部分的半导体层150A形成光子晶体结构150的周期性孔洞152。剩余的半导体层150A作为光子晶体结构150的基部151。于一些实施方式中，步骤S3包含透过蚀刻或光刻的方式来去除部分的半导体层150A形成光子晶体结构150的周期性孔洞152。
如图6所示，接着，在步骤S5中，在光子晶体结构150上形成堆叠设置的P型披覆层160、第一P型半导体层103(例如：P-GaAs)、第二P型半导体层191(例如：P+-GaAs或P+-InGaAs)以及第二N型半导体层192(N+-GaAs或N+-InGaAs)。P型披覆层160、第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192沿着第一方向Y排列。第一P型半导体层103覆盖P型披覆层160的上表面，第二P型半导体层191覆盖第一P型半导体层103的上表面，而第二N型半导体层192覆盖第二P型半导体层191的上表面。
于一些实施方式中，步骤S5包含透过磊晶成长的方式在光子晶体结构150上形成堆叠设置的P型披覆层160、第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192。
如图7所示，接着，在步骤S7中，去除第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192的外缘，使第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192在第二方向X上相较于P型披覆层160内缩，亦即，使第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192在第二方向X上的宽度小于P型披覆层160。留下的第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192构成穿隧接面190，界定光子晶体面射型激光结构100的发光区域。
于一些实施方式中，步骤S7包含透过蚀刻的方式去除第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192的外缘，使第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192在第二方向X上相较于P型披覆层160内缩。
如图8所示，接着，在步骤S9中，形成第一N型半导体层170(例如：N-GaAs)，第一N型半导体层170设置在P型披覆层160上，并包覆第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192。
于一些实施方式中，步骤S9包含透过磊晶成长的方式在P型披覆层160、第一P型半导体层103、第二P型半导体层191以及第二N型半导体层192上形成第一N型半导体层170。
如图9所示，接着，在步骤S11中，形成第一电极101与第二电极102，第一电极101设置在基板110远离N型披覆层120的一侧，并接触第一基板110远离N型披覆层120的表面。第二电极102设置在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的一侧，并接触第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面。
请回头参照图3，最后，在步骤S13中，在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面上形成超颖介面结构140。于一些实施方式中，步骤S13包含对第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面进行蚀刻以形成超颖介面结构140。于一些实施方式中，步骤S13包含在第一N型半导体层170远离P型披覆层160的表面镀上一层介电材料或半导体材料(例如：非晶硅)以形成超颖介面结构140。
综上所述，本揭示的光子晶体面射型激光结构包含位于N型半导体层远离P型披覆层的表面上的超颖介面结构，利用超颖介面结构可控制激光光束出射的角度。光子晶体面射型激光结构还包含设置在N型半导体层中的穿隧接面，配置穿隧接面有助于使通过激光结构的电流均匀化，提升发光效率。
尽管本揭示已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示，任何熟习此技艺者，于不脱离本揭示之精神及范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本揭示之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种光子晶体面射型激光结构，其特征在于，包含：
基板；
N型披覆层，设置在所述基板上；
主动层，设置在所述N型披覆层上；
光子晶体结构，设置在所述主动层上；
P型披覆层，设置在所述光子晶体结构上；
第一N型半导体层，设置在所述P型披覆层上，其中所述第一N型半导体层的第一表面與所述P型披覆层接觸；
穿隧接面，所述穿隧接面设置在所述第一N型半导体层中，穿隧接面包含堆叠设置的第二P型半导体层以及第二N型半导体层，其中第二P型半导体层位于第二N型半导体层与P型披覆层之间，且所述穿隧接面在所述基板上的垂直投影区域落在所述超颖介面结构在所述基板上的垂直投影区域以内；以及
超颖介面结构，位于所述第一N型半导体层远离所述P型披覆层的第二表面上，所述超颖介面结构包含与所述第一N型半导体层一体成形的微结构。
2.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述基板、所述N型披覆层以及所述主动层沿着一个方向排列，所述超颖介面结构配置以使激光光束倾斜于所述方向出射。
3.如权利要求2所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述激光光束与所述方向之间的最大夹角为90度。
4.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述超颖介面结构配置以使激光光束同时朝不同的复数个方向出射。
5.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述超颖介面结构部分覆盖所述第一N型半导体层的所述第二表面，并接触所述第一N型半导体层。
6.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，进一步包含金属电极，所述金属电极设置在所述第一N型半导体层的所述第二表面上，并环绕所述超颖介面结构。
7.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述穿隧接面的横截面面积小于所述超颖介面结构的面积。
8.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述基板、所述N型披覆层以及所述主动层沿着第一方向排列，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述穿隧接面的宽度小于所述超颖介面结构的宽度。
9.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述穿隧接面的横截面面积小于所述光子晶体结构的横截面面积。
10.如权利要求7所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述穿隧接面在所述基板上的垂直投影区域落在所述光子晶体结构在所述基板上的垂直投影区域以内。
11.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述基板、所述N型披覆层以及所述主动层沿着第一方向排列，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述穿隧接面的宽度小于所述光子晶体结构的宽度。
12.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，进一步包含第一P型半导体层，所述第一P型半导体层设置在所述P型披覆层上，且被所述第一N型半导体层环绕，所述穿隧接面位于所述第一P型半导体层以及所述第一N型半导体层之间。
13.如权利要求12所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述第二P型半导体层位于所述第一P型半导体层以及所述第二N型半导体层之间，其中所述第二P型半导体层的掺杂浓度大于所述第一P型半导体层，且所述第二N型半导体层的掺杂浓度大于所述第一N型半导体层。
14.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述穿隧接面的厚度落在5纳米至100纳米的范围以内。
15.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，进一步包含电子局限层，所述电子局限层位于所述主动层以及所述光子晶体结构之间。
16.如权利要求1所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述光子晶体结构包含复数个周期性孔洞。
17.如权利要求16所述的光子晶体面射型激光结构，其特征在于，所述周期性孔洞的截面形状为圆形、四边形或六边形。
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US17/448,706 US20230055037A1 (en) 2021-08-18 2021-09-24 Photonic crystal surface-emitting laser
JP2021165412A JP7258098B2 (ja) 2021-08-18 2021-10-07 フォトニック結晶面発光レーザ構造
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535033A (zh) * 2018-05-24 2019-12-03 智林企业股份有限公司 电激发光子晶体面射型雷射元件
CN112331753A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 业成科技（成都）有限公司 发光二极管结构

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7768024B2 (en) 2005-12-02 2010-08-03 The Regents Of The University Of California Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers fabricated by growth over a patterned substrate with multiple overgrowth
DE102007029370A1 (de) 2007-05-04 2008-11-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips
JP5322453B2 (ja) 2008-02-07 2013-10-23 キヤノン株式会社 ３次元フォトニック結晶発光素子
JP5794687B2 (ja) * 2011-08-12 2015-10-14 国立大学法人京都大学 フォトニック結晶面発光レーザ
JP6755506B2 (ja) 2015-11-06 2020-09-16 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US11411137B2 (en) 2016-02-05 2022-08-09 The Regents Of The University Of California III-nitride light emitting diodes with tunnel junctions wafer bonded to a conductive oxide and having optically pumped layers
JP6951890B2 (ja) 2017-07-10 2021-10-20 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ素子
JP6580097B2 (ja) 2017-09-05 2019-09-25 株式会社東芝 面発光量子カスケードレーザ
US11118981B2 (en) * 2018-04-17 2021-09-14 The Curators Of The University Of Missouri Frequency-selective metasurface integrated uncooled microbolometers
JP7219552B2 (ja) 2018-05-15 2023-02-08 浜松ホトニクス株式会社 発光デバイス
JP7144188B2 (ja) 2018-05-15 2022-09-29 浜松ホトニクス株式会社 反射型動的メタサーフェス
US10831082B2 (en) * 2018-05-30 2020-11-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for controlling laser light propagation direction by using a plurality of nano-antennas
CN109038219B (zh) 2018-09-07 2019-12-20 中国科学院半导体研究所 窄垂直远场发散角的隧道结光子晶体激光器
CN112117641B (zh) 2019-06-21 2021-10-01 山东华光光电子股份有限公司 一种GaAs基多结红光激光器及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535033A (zh) * 2018-05-24 2019-12-03 智林企业股份有限公司 电激发光子晶体面射型雷射元件
CN112331753A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 业成科技（成都）有限公司 发光二极管结构

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