JP2002185071A - マイクロレンズ一体型表面光レーザ - Google Patents
マイクロレンズ一体型表面光レーザInfo
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- H01S5/18394—Apertures, e.g. defined by the shape of the upper electrode
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロレンズ一体型表面光レーザを提供す
る。 【解決手段】 開示されたマイクロレンズ一体型表面光
レーザは、マイクロレンズが活性層の光発生領域に一焦
点を有する。また、開示されたマイクロレンズ一体型表
面光レーザは、フラウンフォーファー回折条件を満足す
る大きさのウィンドウ領域を備えて、ウィンドウ領域に
おけるフラウンフォーファー回折がマイクロレンズの集
束力により相殺されるようになっている。このように、
マイクロレンズ一体型表面光レーザは平行光を出射でき
るため、これを光通信や光信号を用いたインターフェー
ス分野などの光伝送システム、記録再生装置用光ヘッド
などの光学システムに採用すれば、集束レンズまたはコ
リメーティングレンズが不要になるので、光軸整列構造
が簡単であり、その結果、光学システムの構築コストを
大きく節減できる。
る。 【解決手段】 開示されたマイクロレンズ一体型表面光
レーザは、マイクロレンズが活性層の光発生領域に一焦
点を有する。また、開示されたマイクロレンズ一体型表
面光レーザは、フラウンフォーファー回折条件を満足す
る大きさのウィンドウ領域を備えて、ウィンドウ領域に
おけるフラウンフォーファー回折がマイクロレンズの集
束力により相殺されるようになっている。このように、
マイクロレンズ一体型表面光レーザは平行光を出射でき
るため、これを光通信や光信号を用いたインターフェー
ス分野などの光伝送システム、記録再生装置用光ヘッド
などの光学システムに採用すれば、集束レンズまたはコ
リメーティングレンズが不要になるので、光軸整列構造
が簡単であり、その結果、光学システムの構築コストを
大きく節減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光が出射する
側にマイクロレンズが一体に形成されたマイクロレンズ
一体型表面光レーザに係り、より詳細には、平行光が出
射可能になったマイクロレンズ一体型表面光レーザに関
する。
側にマイクロレンズが一体に形成されたマイクロレンズ
一体型表面光レーザに係り、より詳細には、平行光が出
射可能になったマイクロレンズ一体型表面光レーザに関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、表面光レーザは、半導体物質層
の積層方向に光を出射するため、他の光学素子との光学
的結合が容易であり、設置し易いだけではなく、二次元
配列を有するように製造可能なので、光通信及び光信号
を用いたインターフェース技術などの光伝送システムや
記録／再生用光ヘッドにおいて光源として広く応用可能
である。
の積層方向に光を出射するため、他の光学素子との光学
的結合が容易であり、設置し易いだけではなく、二次元
配列を有するように製造可能なので、光通信及び光信号
を用いたインターフェース技術などの光伝送システムや
記録／再生用光ヘッドにおいて光源として広く応用可能
である。
【０００３】図１を参照すれば、従来の表面光レーザ
は、基板１０と、前記基板１０上に順次積層形成された
下部反射基層１１と、活性層１２と、高抵抗部１３及び
上部反射基層１４と、前記上部反射基層１４上のレーザ
光が出射するウィンドウ１８を除いた領域に形成された
上部電極１６と、前記基板１０の下面に形成された下部
電極１７とを含む。
は、基板１０と、前記基板１０上に順次積層形成された
下部反射基層１１と、活性層１２と、高抵抗部１３及び
上部反射基層１４と、前記上部反射基層１４上のレーザ
光が出射するウィンドウ１８を除いた領域に形成された
上部電極１６と、前記基板１０の下面に形成された下部
電極１７とを含む。
【０００４】前記下部反射基層１１及び上部反射基層１
４は、屈折率が相異なる化合物半導体を交互に積層して
形成されたブラッグ反射器（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）であって、相
異なる型の不純物でドーピングされている。すなわち、
前記基板１０はｎ型不純物でドーピングされており、前
記下部反射基層１１は前記基板１０と同じ型であるｎ型
不純物、前記上部反射基層１４はｐ型不純物でドーピン
グされている。
４は、屈折率が相異なる化合物半導体を交互に積層して
形成されたブラッグ反射器（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）であって、相
異なる型の不純物でドーピングされている。すなわち、
前記基板１０はｎ型不純物でドーピングされており、前
記下部反射基層１１は前記基板１０と同じ型であるｎ型
不純物、前記上部反射基層１４はｐ型不純物でドーピン
グされている。
【０００５】前記高抵抗部１３は上、下部電極１６、１
７を通じて印加された電流が前記活性層１２の中央部に
向かって流れるように電流の流れをガイドする。
７を通じて印加された電流が前記活性層１２の中央部に
向かって流れるように電流の流れをガイドする。
【０００６】前記活性層１２は前記上、下部電極１６、
１７を通じて印加された電流により、前記上、下部反射
基層１４、１１から供給された正孔と電子との結合によ
り光が発生される領域である。
１７を通じて印加された電流により、前記上、下部反射
基層１４、１１から供給された正孔と電子との結合によ
り光が発生される領域である。
【０００７】前記活性層１２で発生された光は前記上、
下部反射基層１４、１１で繰り返し反射されつつその共
振条件に合う波長の光だけが生き残り、この生き残った
光は前記ウィンドウ１９を通じて出射される。
下部反射基層１４、１１で繰り返し反射されつつその共
振条件に合う波長の光だけが生き残り、この生き残った
光は前記ウィンドウ１９を通じて出射される。
【０００８】前記のように、従来の表面光レーザにおい
て、前記ウィンドウ１８を通じて出射するレーザ光は所
定の放射角を有する。
て、前記ウィンドウ１８を通じて出射するレーザ光は所
定の放射角を有する。
【０００９】したがって、前記のような表面光レーザ
を、例えば光ケーブルを採用した光伝送システムの光源
として用いる時、表面光レーザから出力されたレーザ光
を光ケーブルにより効率よく光カップリングさせるため
に、表面光レーザと光ケーブルの入力端との間に表面光
レーザから出力される発散レーザ光を集束レーザ光に変
える集束レンズを備える必要がある。
を、例えば光ケーブルを採用した光伝送システムの光源
として用いる時、表面光レーザから出力されたレーザ光
を光ケーブルにより効率よく光カップリングさせるため
に、表面光レーザと光ケーブルの入力端との間に表面光
レーザから出力される発散レーザ光を集束レーザ光に変
える集束レンズを備える必要がある。
【００１０】また、他の例として、前記のような従来の
表面光レーザを、光ディスクなどの記録媒体の情報を非
接触式で記録再生する光記録再生装置用光ヘッドの光源
として用いるためには、光ヘッドは従来の表面光レーザ
から出射した発散レーザ光を平行レーザ光に変えるため
のコリメーティングレンズを採用する必要がある。
表面光レーザを、光ディスクなどの記録媒体の情報を非
接触式で記録再生する光記録再生装置用光ヘッドの光源
として用いるためには、光ヘッドは従来の表面光レーザ
から出射した発散レーザ光を平行レーザ光に変えるため
のコリメーティングレンズを採用する必要がある。
【００１１】すなわち、前記のような従来の表面光レー
ザはウィンドウを通じて発散レーザ光を出力させるた
め、光学システムを構成するためには表面光レーザの出
力側に別途の集束レンズまたはコリメーティングレンズ
を採用しなければならない。
ザはウィンドウを通じて発散レーザ光を出力させるた
め、光学システムを構成するためには表面光レーザの出
力側に別途の集束レンズまたはコリメーティングレンズ
を採用しなければならない。
【００１２】したがって、光学システムの構成時に部品
点数が多くなるだけではなく、前記表面光レーザから出
射したレーザ光の中心軸及びレンズを光軸整列させる過
程を必要とするため、光軸整列の構造が複雑になるとい
う短所がある。
点数が多くなるだけではなく、前記表面光レーザから出
射したレーザ光の中心軸及びレンズを光軸整列させる過
程を必要とするため、光軸整列の構造が複雑になるとい
う短所がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、光学システムの
構成時に別途の集束レンズまたはコリメーティングレン
ズが不要になるように平行レーザ光が出力可能になった
マイクロレンズ一体型表面光レーザを提供することにあ
る。
みてなされたものであり、その目的は、光学システムの
構成時に別途の集束レンズまたはコリメーティングレン
ズが不要になるように平行レーザ光が出力可能になった
マイクロレンズ一体型表面光レーザを提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によるマイクロレンズ一体型表面光レーザ
は、基板と、前記基板上に相対的に高反射率を有するよ
うに積層形成された下部反射基層と、前記下部反射基層
上に形成されて電子と正孔との再結合により光を生成す
る活性層と、前記活性層上に前記下部反射基層よりも低
反射率を有するように積層形成された上部反射基層と、
前記上部反射基層上にレーザ光を透過させる物質よりな
り、レーザ光が出射されるウィンドウ領域にマイクロレ
ンズが形成されたレンズ層と、前記上部反射基層の上方
のウィンドウ領域を除いた領域に形成された上部電極
と、前記基板の下面に形成された下部電極とを含み、光
発生領域から前記マイクロレンズの光軸上の頂点までの
距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径をＲ、前記光
発生領域からマイクロレンズまで光が経由する媒質の有
効屈折率をｎ１、前記マイクロレンズを経由して出射し
た光が進行する媒質の屈折率をｎ２としたとき、ｆ=Ｒ
×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように形成されたこ
とを特徴とする。
に、本発明によるマイクロレンズ一体型表面光レーザ
は、基板と、前記基板上に相対的に高反射率を有するよ
うに積層形成された下部反射基層と、前記下部反射基層
上に形成されて電子と正孔との再結合により光を生成す
る活性層と、前記活性層上に前記下部反射基層よりも低
反射率を有するように積層形成された上部反射基層と、
前記上部反射基層上にレーザ光を透過させる物質よりな
り、レーザ光が出射されるウィンドウ領域にマイクロレ
ンズが形成されたレンズ層と、前記上部反射基層の上方
のウィンドウ領域を除いた領域に形成された上部電極
と、前記基板の下面に形成された下部電極とを含み、光
発生領域から前記マイクロレンズの光軸上の頂点までの
距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径をＲ、前記光
発生領域からマイクロレンズまで光が経由する媒質の有
効屈折率をｎ１、前記マイクロレンズを経由して出射し
た光が進行する媒質の屈折率をｎ２としたとき、ｆ=Ｒ
×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように形成されたこ
とを特徴とする。
【００１５】また、前記目的を達成するために、本発明
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板と、
前記基板上に相対的に高反射率を有するように積層形成
された下部反射基層と、前記下部反射基層上に形成され
て電子と正孔との再結合により光を生成する活性層と、
前記活性層上に前記下部反射基層よりも低反射率を有す
るように積層形成された上部反射基層と、前記上部反射
基層上にレーザ光を透過させる物質よりなり、レーザ光
が出射するウィンドウ領域にマイクロレンズが形成され
たレンズ層と、前記上部反射基層の上方のウィンドウ領
域を除いた領域に形成された上部電極と、前記基板の下
面に形成された下部電極とを含み、前記ウィンドウ領域
はフラウンフォーファー回折条件を満足しつつ前記活性
層で発生されて前記ウィンドウ領域に向かって進行する
光のビームサイズよりも小さい最大幅を有し、前記ウィ
ンドウ領域におけるフラウンフォーファー回折が前記マ
イクロレンズの集束効果により相殺されるようになった
ことを特徴とする。
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板と、
前記基板上に相対的に高反射率を有するように積層形成
された下部反射基層と、前記下部反射基層上に形成され
て電子と正孔との再結合により光を生成する活性層と、
前記活性層上に前記下部反射基層よりも低反射率を有す
るように積層形成された上部反射基層と、前記上部反射
基層上にレーザ光を透過させる物質よりなり、レーザ光
が出射するウィンドウ領域にマイクロレンズが形成され
たレンズ層と、前記上部反射基層の上方のウィンドウ領
域を除いた領域に形成された上部電極と、前記基板の下
面に形成された下部電極とを含み、前記ウィンドウ領域
はフラウンフォーファー回折条件を満足しつつ前記活性
層で発生されて前記ウィンドウ領域に向かって進行する
光のビームサイズよりも小さい最大幅を有し、前記ウィ
ンドウ領域におけるフラウンフォーファー回折が前記マ
イクロレンズの集束効果により相殺されるようになった
ことを特徴とする。
【００１６】ここで、望ましくは、前記ウィンドウ領域
の最大幅をＤ、前記マイクロレンズの焦点長さをｆ、出
射するレーザ光波長をλとしたとき、前記最大幅Ｄと焦
点長さｆとの関係が
の最大幅をＤ、前記マイクロレンズの焦点長さをｆ、出
射するレーザ光波長をλとしたとき、前記最大幅Ｄと焦
点長さｆとの関係が
【数３】 を満足する。
【００１７】さらに、前記目的を達成するために、本発
明によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、レーザ
光を透過させる物質よりなり、レーザ光が出射するウィ
ンドウ領域にマイクロレンズが形成された基板と、前記
基板上に相対的に低反射率を有するように形成された下
部反射基層と、前記下部反射基層上に形成されて電子と
正孔との再結合により光を生成する活性層と、前記活性
層上に前記下部反射基層よりも高い反射率を有するよう
に形成された上部反射基層と、前記上部反射基層上に形
成された上部電極と、前記基板の下面のレーザ光が出射
するウィンドウ領域を除いた領域に形成された下部電極
とを含み、光発生領域から前記マイクロレンズの光軸上
の頂点までの距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径
をＲ、前記光発生領域からマイクロレンズまで光が経由
する媒質の有効屈折率をｎ１、マイクロレンズを経由し
て出射したレーザ光が進行する媒質の屈折率をｎ２とし
たとき、ｆ=Ｒ×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように
形成されたことを特徴とする。
明によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、レーザ
光を透過させる物質よりなり、レーザ光が出射するウィ
ンドウ領域にマイクロレンズが形成された基板と、前記
基板上に相対的に低反射率を有するように形成された下
部反射基層と、前記下部反射基層上に形成されて電子と
正孔との再結合により光を生成する活性層と、前記活性
層上に前記下部反射基層よりも高い反射率を有するよう
に形成された上部反射基層と、前記上部反射基層上に形
成された上部電極と、前記基板の下面のレーザ光が出射
するウィンドウ領域を除いた領域に形成された下部電極
とを含み、光発生領域から前記マイクロレンズの光軸上
の頂点までの距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径
をＲ、前記光発生領域からマイクロレンズまで光が経由
する媒質の有効屈折率をｎ１、マイクロレンズを経由し
て出射したレーザ光が進行する媒質の屈折率をｎ２とし
たとき、ｆ=Ｒ×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように
形成されたことを特徴とする。
【００１８】前記目的を達成するために、本発明による
マイクロレンズ一体型表面光レーザは、レーザ光を透過
させる物質よりなり、レーザ光が出射するウィンドウ領
域にマイクロレンズが形成された基板と、前記基板上に
相対的に低い反射率を有するように形成された下部反射
基層と、前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔と
の再結合により光を生成する活性層と、前記活性層上に
前記下部反射基層よりも高反射率を有するように形成さ
れた上部反射基層と、前記上部反射基層上に形成された
上部電極と、前記基板の下面のレーザ光が出射するウィ
ンドウ領域を除いた領域に形成された下部電極とを含
み、前記ウィンドウ領域はフラウンフォーファー回折条
件を満足しつつ前記活性層で発生されて前記ウィンドウ
領域に進行する光のビームサイズよりも小さい最大幅を
有し、前記ウィンドウ領域におけるフラウンフォーファ
ー回折が前記マイクロレンズの集束効果により相殺され
るようになったことを特徴とする。
マイクロレンズ一体型表面光レーザは、レーザ光を透過
させる物質よりなり、レーザ光が出射するウィンドウ領
域にマイクロレンズが形成された基板と、前記基板上に
相対的に低い反射率を有するように形成された下部反射
基層と、前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔と
の再結合により光を生成する活性層と、前記活性層上に
前記下部反射基層よりも高反射率を有するように形成さ
れた上部反射基層と、前記上部反射基層上に形成された
上部電極と、前記基板の下面のレーザ光が出射するウィ
ンドウ領域を除いた領域に形成された下部電極とを含
み、前記ウィンドウ領域はフラウンフォーファー回折条
件を満足しつつ前記活性層で発生されて前記ウィンドウ
領域に進行する光のビームサイズよりも小さい最大幅を
有し、前記ウィンドウ領域におけるフラウンフォーファ
ー回折が前記マイクロレンズの集束効果により相殺され
るようになったことを特徴とする。
【００１９】ここで、望ましくは、前記ウィンドウ領域
の最大幅をＤ、前記マイクロレンズの焦点長さをｆ、出
射するレーザ光波長をλとしたとき、
の最大幅をＤ、前記マイクロレンズの焦点長さをｆ、出
射するレーザ光波長をλとしたとき、
【数４】 を満足する。
【００２０】 〔発明の詳細な説明〕以下、添付した図面に基づき、本
発明をより詳細に説明する。
発明をより詳細に説明する。
【００２１】図２は、本発明の第１実施形態によるマイ
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
る。
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
る。
【００２２】これを参照すれば、本発明の第１実施形態
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板１０
０と、基板１００の下面に形成された下部電極１７０
と、基板１００上に順次積層形成された下部反射基層１
１０、活性層１２０及び上部反射基層１４０と、上部反
射基層１４０上に形成されたレンズ層１５０と、レーザ
光を出射させるためのウィンドウ１８０を除いた領域に
形成された上部電極１６０とを含んでなる。
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板１０
０と、基板１００の下面に形成された下部電極１７０
と、基板１００上に順次積層形成された下部反射基層１
１０、活性層１２０及び上部反射基層１４０と、上部反
射基層１４０上に形成されたレンズ層１５０と、レーザ
光を出射させるためのウィンドウ１８０を除いた領域に
形成された上部電極１６０とを含んでなる。
【００２３】前記基板１００は、例えばｎ型不純物でド
ーピングされたＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＰ
などの半導体物質よりなる。
ーピングされたＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＰ
などの半導体物質よりなる。
【００２４】前記下部反射基層１１０及び上部反射基層
１４０は屈折率が相異なる半導体化合物を交互に積層し
て形成される。例えば、前記上、下部反射基層１４０、
１１０は屈折率が相異なるＡｌＧａＡｓ層を繰り返し積
層して形成される。
１４０は屈折率が相異なる半導体化合物を交互に積層し
て形成される。例えば、前記上、下部反射基層１４０、
１１０は屈折率が相異なるＡｌＧａＡｓ層を繰り返し積
層して形成される。
【００２５】この時、図２に示されたように、発生され
たレーザ光がほとんど上部反射基層１４０を通じて出射
する構造である場合、上部反射基層１４０は相対的に低
反射率を有し、下部反射基層１１０は上部反射基層１４
０よりも高反射率を有するように形成される。この反射
率は半導体化合物の積層数により変わるので、前記上部
反射基層１４０が下部反射基層１１０よりも小さい積層
数を有するように形成すれば、上部反射基層１４０の反
射率を下部反射基層１１０よりも小さくできる。ここ
で、前記基板１００がｎ型である場合、下部反射基層１
１０は前記基板１００と同じ型であるｎ型不純物、上部
反射基層１４０はｐ型不純物で各々ドーピングされる。
たレーザ光がほとんど上部反射基層１４０を通じて出射
する構造である場合、上部反射基層１４０は相対的に低
反射率を有し、下部反射基層１１０は上部反射基層１４
０よりも高反射率を有するように形成される。この反射
率は半導体化合物の積層数により変わるので、前記上部
反射基層１４０が下部反射基層１１０よりも小さい積層
数を有するように形成すれば、上部反射基層１４０の反
射率を下部反射基層１１０よりも小さくできる。ここ
で、前記基板１００がｎ型である場合、下部反射基層１
１０は前記基板１００と同じ型であるｎ型不純物、上部
反射基層１４０はｐ型不純物で各々ドーピングされる。
【００２６】前記上部反射基層１４０及び下部反射基層
１１０は上、下部電極１６０、１７０を通じて印加され
た電流により電子及び正孔の流れを誘導し、活性層１２
０で発生された光を反射させてその共振条件に合う光だ
けを前記上部反射基層１４０を通じて出射させる。
１１０は上、下部電極１６０、１７０を通じて印加され
た電流により電子及び正孔の流れを誘導し、活性層１２
０で発生された光を反射させてその共振条件に合う光だ
けを前記上部反射基層１４０を通じて出射させる。
【００２７】前記活性層１２０は前記上、下部反射基層
１４０、１１０から与えられた正孔及び電子の再結合に
よるエネルギー遷移により光を生成する領域であって、
単一または多重量子−ウェル構造、超格子構造などを有
する。ここで、前記活性層１２０は所望の表面光レーザ
の出射波長により、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ及び／またはＡｌＧａＡｓＰな
どよりなる。
１４０、１１０から与えられた正孔及び電子の再結合に
よるエネルギー遷移により光を生成する領域であって、
単一または多重量子−ウェル構造、超格子構造などを有
する。ここで、前記活性層１２０は所望の表面光レーザ
の出射波長により、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ及び／またはＡｌＧａＡｓＰな
どよりなる。
【００２８】一方、前記上部反射基層１４０の一部の領
域には、その中央部に上部電極１６０を通じて印加され
た電流が流れ得る開口１３０ａを備えて電流の流れをガ
イドする高抵抗部１３０がさらに形成されている。ここ
で、前記高抵抗部１３０は下部反射基層１４０の一部の
領域に形成される場合もある。
域には、その中央部に上部電極１６０を通じて印加され
た電流が流れ得る開口１３０ａを備えて電流の流れをガ
イドする高抵抗部１３０がさらに形成されている。ここ
で、前記高抵抗部１３０は下部反射基層１４０の一部の
領域に形成される場合もある。
【００２９】前記高抵抗部１３０は、上部反射基層１４
０の中間に予備酸化層（図示せず）を積層し、この予備
酸化層を酸化雰囲気に露出させてその外側部から酸化し
た酸化絶縁膜、すなわち、高抵抗領域を形成する選択的
な酸化法により形成されるか、あるいは陽性子などのイ
オンを注入して形成される。この時、望ましくは、前記
高抵抗部１３０は、開口１３０ａの大きさの調節がより
容易な酸化により形成されて、より良好な光学的な案内
特性を有する。
０の中間に予備酸化層（図示せず）を積層し、この予備
酸化層を酸化雰囲気に露出させてその外側部から酸化し
た酸化絶縁膜、すなわち、高抵抗領域を形成する選択的
な酸化法により形成されるか、あるいは陽性子などのイ
オンを注入して形成される。この時、望ましくは、前記
高抵抗部１３０は、開口１３０ａの大きさの調節がより
容易な酸化により形成されて、より良好な光学的な案内
特性を有する。
【００３０】この実施形態において、望ましくは、前記
開口１３０ａはできる限り小さく形成されて、上部電極
１６０を通じて印加された電流をできる限り狭い範囲内
で活性層１２０を経由させて、前記活性層１２０のより
狭い領域（理想的には点）で光が発生されるようになっ
ている。
開口１３０ａはできる限り小さく形成されて、上部電極
１６０を通じて印加された電流をできる限り狭い範囲内
で活性層１２０を経由させて、前記活性層１２０のより
狭い領域（理想的には点）で光が発生されるようになっ
ている。
【００３１】このように、この第１実施形態による表面
光レーザが活性層１２０のできる限り狭い領域内で光が
発生されるように設けられれば、その光発生領域は理想
的には点になりえ、前記光発生領域からレンズ層１５０
に向かって進行する光は前記光発生領域を原点とする発
散光に近くなる。
光レーザが活性層１２０のできる限り狭い領域内で光が
発生されるように設けられれば、その光発生領域は理想
的には点になりえ、前記光発生領域からレンズ層１５０
に向かって進行する光は前記光発生領域を原点とする発
散光に近くなる。
【００３２】前記レンズ層１５０は所定の厚さ、例えば
数μｍとなっており、上部反射基層１４０上に積層形成
できる。前記レンズ層１５０は、望ましくは、上部反射
基層１４０を透過して出射するレーザ光を吸収せずに透
過させるように表面光レーザから発振された波長よりも
相対的にバンドギャップが大きい物質よりなる。また、
レンズ層１５０が上部反射基層１４０上に直接的に形成
された構造である場合、望ましくは、前記レンズ層１５
０は上部反射基層１４０をなす物質と格子整合される物
質とよりなる。
数μｍとなっており、上部反射基層１４０上に積層形成
できる。前記レンズ層１５０は、望ましくは、上部反射
基層１４０を透過して出射するレーザ光を吸収せずに透
過させるように表面光レーザから発振された波長よりも
相対的にバンドギャップが大きい物質よりなる。また、
レンズ層１５０が上部反射基層１４０上に直接的に形成
された構造である場合、望ましくは、前記レンズ層１５
０は上部反射基層１４０をなす物質と格子整合される物
質とよりなる。
【００３３】例えば、表面光レーザが約５００ｎｍない
し９００ｎｍの間にある波長帯域のレーザ光を出射する
ようになった場合、前記レンズ層１５０はインジウムガ
リウムフォスファイド（ＩｎＧａＰ）から形成される。
もちろん、要求される出射レーザ光波長、例えば８５０
ｎｍ、７８０ｎｍ、６６０ｎｍに従いインジウム及びガ
リウムの組成比は変わる。
し９００ｎｍの間にある波長帯域のレーザ光を出射する
ようになった場合、前記レンズ層１５０はインジウムガ
リウムフォスファイド（ＩｎＧａＰ）から形成される。
もちろん、要求される出射レーザ光波長、例えば８５０
ｎｍ、７８０ｎｍ、６６０ｎｍに従いインジウム及びガ
リウムの組成比は変わる。
【００３４】他の例として、表面光レーザが約９８０ｎ
ｍ波長帯域のレーザ光を出射するようになった場合、前
記レンズ層１５０はガリウムアルセナイド（ＧａＡｓ）
から形成される。
ｍ波長帯域のレーザ光を出射するようになった場合、前
記レンズ層１５０はガリウムアルセナイド（ＧａＡｓ）
から形成される。
【００３５】このほかにも、表面光レーザの出射レーザ
光波長により、前記レンズ層１５０はインジウムフォス
ファイド（ＩｎＰ）、ガリウムアルセナイド（ＧａＡ
ｓ）、インジウムアルセナイド（ＩｎＡｓ）、ガリウム
フォスファイド（ＧａＰ）、インジウムガリウムフォス
ファイド（ＩｎＧａＰ）、インジウムガリウムアルセナ
イド（ＩｎＧａＡｓ）を含むIII-V族化合物半導体やシ
リコンから選ばれた少なくとも一種以上の物質から形成
できる。
光波長により、前記レンズ層１５０はインジウムフォス
ファイド（ＩｎＰ）、ガリウムアルセナイド（ＧａＡ
ｓ）、インジウムアルセナイド（ＩｎＡｓ）、ガリウム
フォスファイド（ＧａＰ）、インジウムガリウムフォス
ファイド（ＩｎＧａＰ）、インジウムガリウムアルセナ
イド（ＩｎＧａＡｓ）を含むIII-V族化合物半導体やシ
リコンから選ばれた少なくとも一種以上の物質から形成
できる。
【００３６】前記レンズ層１５０のレーザ光が出射され
るウィンドウ１８０領域側にはマイクロレンズ１５５が
形成されている。このため、出射されるレーザ光は前記
レンズ層１５０を経由しつつそのマイクロレンズ１５５
により集束されて出射される。前記マイクロレンズ１５
５は、拡散制御エッチングにより形成される。すなわ
ち、レンズ層１５０上に開口を有するエッチングマスク
（図示せず）を形成し、これをレンズ層物質に対して拡
散制御エッチングを起こす臭素（Ｂｒ2）などのエッチ
ング剤が適宜な濃度にて含まれた化学エッチング液に所
定時間浸漬すれば、化学エッチング液に含まれたエッチ
ング剤、例えば臭素の拡散による空間的なエッチング速
度の違いによりレンズ層１５０の開口に露出された部分
がエッチングされて凸状のマイクロレンズ１５５が形成
される。
るウィンドウ１８０領域側にはマイクロレンズ１５５が
形成されている。このため、出射されるレーザ光は前記
レンズ層１５０を経由しつつそのマイクロレンズ１５５
により集束されて出射される。前記マイクロレンズ１５
５は、拡散制御エッチングにより形成される。すなわ
ち、レンズ層１５０上に開口を有するエッチングマスク
（図示せず）を形成し、これをレンズ層物質に対して拡
散制御エッチングを起こす臭素（Ｂｒ2）などのエッチ
ング剤が適宜な濃度にて含まれた化学エッチング液に所
定時間浸漬すれば、化学エッチング液に含まれたエッチ
ング剤、例えば臭素の拡散による空間的なエッチング速
度の違いによりレンズ層１５０の開口に露出された部分
がエッチングされて凸状のマイクロレンズ１５５が形成
される。
【００３７】拡散制御エッチングにより本発明によるマ
イクロレンズ１５５を製造する方法は、本出願人が日本
国特許出願平成１２年第４０８５５号（出願日２００
０．２．１８）の"マイクロレンズ及びその製造方法並
びにマイクロレンズ一体型表面光レーザ及びその製造方
法"に開示した通りであるため、ここではその製造方法
についての詳細な説明は省略する。
イクロレンズ１５５を製造する方法は、本出願人が日本
国特許出願平成１２年第４０８５５号（出願日２００
０．２．１８）の"マイクロレンズ及びその製造方法並
びにマイクロレンズ一体型表面光レーザ及びその製造方
法"に開示した通りであるため、ここではその製造方法
についての詳細な説明は省略する。
【００３８】前記上部電極１６０は前記レンズ層１５０
の上、または上部反射基層１４０とレンズ層１５０との
間に形成される。図２は、前記上部電極１６０がレンズ
層１５０上に形成された場合を例示したものである。前
記下部電極１７０は前記基板１００の下面に形成され
る。
の上、または上部反射基層１４０とレンズ層１５０との
間に形成される。図２は、前記上部電極１６０がレンズ
層１５０上に形成された場合を例示したものである。前
記下部電極１７０は前記基板１００の下面に形成され
る。
【００３９】一方、本発明の第１実施形態による表面光
レーザは高抵抗部１３０により限定された開口１３０ａ
よりも大きい最大幅を有するウィンドウ１８０を有す
る。このウィンドウ１８０は、図２に示されたように、
上部電極１６０及びマイクロレンズ１５５により限定さ
れる。
レーザは高抵抗部１３０により限定された開口１３０ａ
よりも大きい最大幅を有するウィンドウ１８０を有す
る。このウィンドウ１８０は、図２に示されたように、
上部電極１６０及びマイクロレンズ１５５により限定さ
れる。
【００４０】本発明の第１実施形態による表面光レーザ
は、望ましくは、前記光発生領域からマイクロレンズ１
５５の光軸上の頂点までの距離が大体前記マイクロレン
ズ１５５の焦点長さになるように設けられる。
は、望ましくは、前記光発生領域からマイクロレンズ１
５５の光軸上の頂点までの距離が大体前記マイクロレン
ズ１５５の焦点長さになるように設けられる。
【００４１】すなわち、光発生領域からマイクロレンズ
１５５の光軸上の頂点までの距離をｆ、マイクロレンズ
１５５の曲率半径をＲ、光発生領域からレンズ層１５０
に至る光経路上の媒質（すなわち、上部反射基層１４０
及びレンズ層１５０）の有効屈折率をｎ１、マイクロレ
ンズ１５５を経由してレーザ光が進行する領域、例えば
空気領域の屈折率をｎ２とした時、本発明の第１実施形
態による表面光レーザは下記式１を満足するように形成
される。 ｆ＝Ｒ×ｎ１／（ｎ２−ｎ１） （１）
１５５の光軸上の頂点までの距離をｆ、マイクロレンズ
１５５の曲率半径をＲ、光発生領域からレンズ層１５０
に至る光経路上の媒質（すなわち、上部反射基層１４０
及びレンズ層１５０）の有効屈折率をｎ１、マイクロレ
ンズ１５５を経由してレーザ光が進行する領域、例えば
空気領域の屈折率をｎ２とした時、本発明の第１実施形
態による表面光レーザは下記式１を満足するように形成
される。 ｆ＝Ｒ×ｎ１／（ｎ２−ｎ１） （１）
【００４２】したがって、前記マイクロレンズ１５５は
前記光発生領域に一焦点を有する略平凸レンズとなっ
て、本発明の第１実施形態による表面光レーザからは略
平行したレーザ光が出射される。
前記光発生領域に一焦点を有する略平凸レンズとなっ
て、本発明の第１実施形態による表面光レーザからは略
平行したレーザ光が出射される。
【００４３】したがって、前記のように構成された本発
明の第１実施形態による表面光レーザにおいては、上、
下部電極１６０、１７０を通じて順方向バイアス電流が
印加されれば、印加された電流が前記高抵抗部１３０に
よりガイドされて活性層１２０の中央部の狭い地点を通
じて流れ、上、下部反射基層１４０、１１０で発生され
た電子及び正孔が前記地点で再結合して光として発生さ
れる。この発生された光のうち上、下部反射基層１４
０、１１０の間を行き来しつつその共振条件に合う特定
の波長の光（結果的に、出射されるレーザ光）だけが生
き残って増幅され、上部反射基層１４０を透過する。こ
の透過するレーザ光は発散光であって、レンズ層１５０
を透過しつつマイクロレンズ１５５により集束されて平
行レーザ光となる。
明の第１実施形態による表面光レーザにおいては、上、
下部電極１６０、１７０を通じて順方向バイアス電流が
印加されれば、印加された電流が前記高抵抗部１３０に
よりガイドされて活性層１２０の中央部の狭い地点を通
じて流れ、上、下部反射基層１４０、１１０で発生され
た電子及び正孔が前記地点で再結合して光として発生さ
れる。この発生された光のうち上、下部反射基層１４
０、１１０の間を行き来しつつその共振条件に合う特定
の波長の光（結果的に、出射されるレーザ光）だけが生
き残って増幅され、上部反射基層１４０を透過する。こ
の透過するレーザ光は発散光であって、レンズ層１５０
を透過しつつマイクロレンズ１５５により集束されて平
行レーザ光となる。
【００４４】この時、表面光レーザの特性から、その出
射する平行レーザ光のビームサイズは約数〜数十μｍ、
例えば１５μｍである。
射する平行レーザ光のビームサイズは約数〜数十μｍ、
例えば１５μｍである。
【００４５】したがって、光ファイバを用いた光通信シ
ステムに本発明による表面光レーザを採用すれば、その
表面光レーザと光ファイバとの間に十分な光カップリン
グが得られるので、光源と光ファイバとの間の光カップ
リングのための別途のボールレンズ（図示せず）などが
不要である。
ステムに本発明による表面光レーザを採用すれば、その
表面光レーザと光ファイバとの間に十分な光カップリン
グが得られるので、光源と光ファイバとの間の光カップ
リングのための別途のボールレンズ（図示せず）などが
不要である。
【００４６】すなわち、単一モード光ファイバである場
合、コア直径は最小１０μｍであり、多重モード光ファ
イバである場合、コア直径は数十μｍ、例えば最小６
２．５μｍであり、本発明の表面光レーザはビームサイ
ズが約１５μｍである平行レーザ光を出射するので、別
途の光カップリングレンズ無しにも本発明による表面光
レーザから出射された平行レーザ光を光ファイバにより
効率よくカップリングできる。
合、コア直径は最小１０μｍであり、多重モード光ファ
イバである場合、コア直径は数十μｍ、例えば最小６
２．５μｍであり、本発明の表面光レーザはビームサイ
ズが約１５μｍである平行レーザ光を出射するので、別
途の光カップリングレンズ無しにも本発明による表面光
レーザから出射された平行レーザ光を光ファイバにより
効率よくカップリングできる。
【００４７】また、平行光を必要とする光ヘッドなどの
光学システムに本発明による表面光レーザを採用すれ
ば、従来の表面光レーザを用いる場合とは異なって、コ
リメータレンズが不要になるという利点がある。
光学システムに本発明による表面光レーザを採用すれ
ば、従来の表面光レーザを用いる場合とは異なって、コ
リメータレンズが不要になるという利点がある。
【００４８】さらに、本発明による表面光レーザを自由
空間を通じて光信号を送受信するようになった光信号を
用いたインターフェースに採用する場合、別途の集束レ
ンズが不要であり、光送受信部間の距離配置の自由度が
大きいので光学的な構造が簡単であり、整列が容易であ
るだけではなく、表面光レーザ及び／または光検出素子
をコンパックにアレイで配置できる。
空間を通じて光信号を送受信するようになった光信号を
用いたインターフェースに採用する場合、別途の集束レ
ンズが不要であり、光送受信部間の距離配置の自由度が
大きいので光学的な構造が簡単であり、整列が容易であ
るだけではなく、表面光レーザ及び／または光検出素子
をコンパックにアレイで配置できる。
【００４９】以下では、前式（１）を満足するように設
けられた本発明の第１実施形態による表面光レーザから
平行したレーザ光が出射できる原理を図３及び図４を参
照して説明する。
けられた本発明の第１実施形態による表面光レーザから
平行したレーザ光が出射できる原理を図３及び図４を参
照して説明する。
【００５０】図３及び図４は、本発明の第１実施形態に
よる表面光レーザの構造を幾何光学的な側面から示した
ものである。
よる表面光レーザの構造を幾何光学的な側面から示した
ものである。
【００５１】図３を参照すれば、活性層１２０の光発生
領域、すなわち、第１焦点Ｏからマイクロレンズ１５５
の光軸上の頂点までの距離をＳ１、マイクロレンズ１５
５の頂点からそのマイクロレンズ１５５の第２焦点まで
の距離をＳ２、光発生領域からレンズ層１５０まで光が
経由する媒質、すなわち、上部反射基層１４０及びレン
ズ層１５０に対する有効屈折率をｎ１、マイクロレンズ
１５５を経由して出射した光が進行する領域、例えば空
気領域の屈折率をｎ２とした時、図３の構造に対するレ
ンズ幾何学の式は下記式（２）の通りである。ここで、
ｎ２は空気領域の屈折率であって、約１．０である。 ｎ１／Ｓ１＋ｎ２／Ｓ２=（ｎ２-ｎ１）／Ｒ （２）
領域、すなわち、第１焦点Ｏからマイクロレンズ１５５
の光軸上の頂点までの距離をＳ１、マイクロレンズ１５
５の頂点からそのマイクロレンズ１５５の第２焦点まで
の距離をＳ２、光発生領域からレンズ層１５０まで光が
経由する媒質、すなわち、上部反射基層１４０及びレン
ズ層１５０に対する有効屈折率をｎ１、マイクロレンズ
１５５を経由して出射した光が進行する領域、例えば空
気領域の屈折率をｎ２とした時、図３の構造に対するレ
ンズ幾何学の式は下記式（２）の通りである。ここで、
ｎ２は空気領域の屈折率であって、約１．０である。 ｎ１／Ｓ１＋ｎ２／Ｓ２=（ｎ２-ｎ１）／Ｒ （２）
【００５２】この時、活性層１２０で発生された発散光
が前記マイクロレンズ１５５により集束されて図４に示
されたように、平行光として出力されるためには、前記
Ｓ２は図４に示されたように無限大になる必要がある。
が前記マイクロレンズ１５５により集束されて図４に示
されたように、平行光として出力されるためには、前記
Ｓ２は図４に示されたように無限大になる必要がある。
【００５３】したがって、前式（２）において、Ｓ２を
無限大にしておき、Ｓ１をｆに置換すれば、Ｓ２が無限
大になるための第１焦点長さｆは前式（１）のようにな
る。
無限大にしておき、Ｓ１をｆに置換すれば、Ｓ２が無限
大になるための第１焦点長さｆは前式（１）のようにな
る。
【００５４】したがって、前式（１）を満足するように
形成された本発明の第１実施形態による表面光レーザは
略平行したレーザ光を出力できる。
形成された本発明の第１実施形態による表面光レーザは
略平行したレーザ光を出力できる。
【００５５】図５は、本発明の第２実施形態によるマイ
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
って、この実施形態による表面光レーザは、前述した本
発明の実施形態による表面光レーザと同一の原理により
平行レーザ光を出射させるように設けられており、下部
出射タイプである点で違う。ここで、図２と同一の参照
符号は実質的に同一の機能をする同一の部材であるた
め、ここではその説明を省略する。
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
って、この実施形態による表面光レーザは、前述した本
発明の実施形態による表面光レーザと同一の原理により
平行レーザ光を出射させるように設けられており、下部
出射タイプである点で違う。ここで、図２と同一の参照
符号は実質的に同一の機能をする同一の部材であるた
め、ここではその説明を省略する。
【００５６】図５を参照すれば、本発明の第２実施形態
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板２０
０と、前記基板２００上に順次積層形成された下部反射
基層２１０、活性層１２０及び上部反射基層２４０と、
前記上部反射基層２４０上に形成された上部電極２５０
と、前記基板２００の下面のレーザ光が出射されるウィ
ンドウ２８０領域を除いた領域に形成された下部電極２
７０とを含んでなり、前記基板２００側にレーザ光が出
射するように、下部反射基層２１０が上部反射基層２４
０よりも小さい反射率を有するように設けられている。
によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、基板２０
０と、前記基板２００上に順次積層形成された下部反射
基層２１０、活性層１２０及び上部反射基層２４０と、
前記上部反射基層２４０上に形成された上部電極２５０
と、前記基板２００の下面のレーザ光が出射されるウィ
ンドウ２８０領域を除いた領域に形成された下部電極２
７０とを含んでなり、前記基板２００側にレーザ光が出
射するように、下部反射基層２１０が上部反射基層２４
０よりも小さい反射率を有するように設けられている。
【００５７】前記下部反射基層２１０が上部反射基層２
４０よりも小さい積層数を有すると、この下部反射基層
２１０の反射率が上部反射基層２４０のそれよりも相対
的に小さくなる。したがって、ほとんどのレーザ光は下
部反射基層２１０を通じて出射する。ここで、前記上、
下部反射基層２４０、２１０は積層数を除いた物質構成
及び積層構造などは実質的に図２を参照して説明した本
発明の第１実施形態と同一なため、ここではその詳細な
説明を省略する。
４０よりも小さい積層数を有すると、この下部反射基層
２１０の反射率が上部反射基層２４０のそれよりも相対
的に小さくなる。したがって、ほとんどのレーザ光は下
部反射基層２１０を通じて出射する。ここで、前記上、
下部反射基層２４０、２１０は積層数を除いた物質構成
及び積層構造などは実質的に図２を参照して説明した本
発明の第１実施形態と同一なため、ここではその詳細な
説明を省略する。
【００５８】前記基板２００は、望ましくは、下部反射
基層２１０側から入射する光を透過させるように本発明
の第１実施形態で説明されたレンズ層（図２の１５０）
と同様に、発生されたレーザ光波長よりもバンドギャッ
プが大きくて前記レーザ光をほとんど吸収しない物質よ
りなる。例えば、表面光レーザが９８０ｎｍ波長帯域の
レーザ光を出射させるようになった場合、前記基板２０
０はＧａＡｓよりなる。
基層２１０側から入射する光を透過させるように本発明
の第１実施形態で説明されたレンズ層（図２の１５０）
と同様に、発生されたレーザ光波長よりもバンドギャッ
プが大きくて前記レーザ光をほとんど吸収しない物質よ
りなる。例えば、表面光レーザが９８０ｎｍ波長帯域の
レーザ光を出射させるようになった場合、前記基板２０
０はＧａＡｓよりなる。
【００５９】前記基板２００のレーザ光が出射するウィ
ンドウ２８０領域にはマイクロレンズ２０５が形成され
ているが、このマイクロレンズ２０５は本発明の第１実
施形態でのように、拡散制御エッチングにより形成され
る。
ンドウ２８０領域にはマイクロレンズ２０５が形成され
ているが、このマイクロレンズ２０５は本発明の第１実
施形態でのように、拡散制御エッチングにより形成され
る。
【００６０】この時、本発明の第２実施形態による表面
光レーザは、前記マイクロレンズ２０５の曲率半径を
Ｒ'、活性層１２０の光発生領域からマイクロレンズ２
０５までの光経路上の媒質（すなわち、下部反射基層２
１０及び基板２００）の有効屈折率をｎ１'、マイクロ
レンズ２０５を経由して出射された光が進行する領域の
屈折率をｎ２、光発生領域からマイクロレンズ２０５の
光軸上の頂点までの距離をｆ'とした時、本発明の第１
実施形態による表面光レーザと同様に、ｆ'=Ｒ'×ｎ１'
／（ｎ２-ｎ１'）を満足するように形成される。
光レーザは、前記マイクロレンズ２０５の曲率半径を
Ｒ'、活性層１２０の光発生領域からマイクロレンズ２
０５までの光経路上の媒質（すなわち、下部反射基層２
１０及び基板２００）の有効屈折率をｎ１'、マイクロ
レンズ２０５を経由して出射された光が進行する領域の
屈折率をｎ２、光発生領域からマイクロレンズ２０５の
光軸上の頂点までの距離をｆ'とした時、本発明の第１
実施形態による表面光レーザと同様に、ｆ'=Ｒ'×ｎ１'
／（ｎ２-ｎ１'）を満足するように形成される。
【００６１】したがって、前記のように、本発明の第２
実施形態によるマイクロレンズ一体型表面光レーザにお
いては、上、下部電極２６０、２７０を通じて順方向バ
イアスが印加されれば、レーザ発振過程を経て特定の波
長のレーザ光が下部反射基層２１０及び基板２００を透
過し、この透過光はマイクロレンズ２０５で集束されて
略平行したレーザ光として出射する。
実施形態によるマイクロレンズ一体型表面光レーザにお
いては、上、下部電極２６０、２７０を通じて順方向バ
イアスが印加されれば、レーザ発振過程を経て特定の波
長のレーザ光が下部反射基層２１０及び基板２００を透
過し、この透過光はマイクロレンズ２０５で集束されて
略平行したレーザ光として出射する。
【００６２】以上でのように、本発明の第１及び第２実
施形態によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、マ
イクロレンズ１５５／２０５の第１焦点が活性層１２０
の光発生領域に位置されるように設けられて、狭い範囲
の光発生領域（理想的には点）で発生されてマイクロレ
ンズ１５５／２０５に入射する光を集束させて平行光を
出射させる。
施形態によるマイクロレンズ一体型表面光レーザは、マ
イクロレンズ１５５／２０５の第１焦点が活性層１２０
の光発生領域に位置されるように設けられて、狭い範囲
の光発生領域（理想的には点）で発生されてマイクロレ
ンズ１５５／２０５に入射する光を集束させて平行光を
出射させる。
【００６３】図６は、本発明の第３実施形態によるマイ
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
る。ここで、図２と同一の参照符号は実質的に同一また
は類似した機能をする部材であるため、その詳細な説明
を省略する。
クロレンズ一体型表面光レーザを概略的に示した図であ
る。ここで、図２と同一の参照符号は実質的に同一また
は類似した機能をする部材であるため、その詳細な説明
を省略する。
【００６４】この実施形態によるマイクロレンズ一体型
表面光レーザは、フラウンフォーファー回折条件を満足
する直径Ｄを有するウィンドウ３８０を備えて、前記ウ
ィンドウ３８０におけるフラウンフォーファー回折がマ
イクロレンズ３５５の焦点効果により相殺されて平行レ
ーザ光を出射させるように設けられている。
表面光レーザは、フラウンフォーファー回折条件を満足
する直径Ｄを有するウィンドウ３８０を備えて、前記ウ
ィンドウ３８０におけるフラウンフォーファー回折がマ
イクロレンズ３５５の焦点効果により相殺されて平行レ
ーザ光を出射させるように設けられている。
【００６５】この時、望ましくは、前記ウィンドウ３８
０の直径Ｄ及びマイクロレンズ３５５の焦点長さｆの関
係が下記式（３）を満足する。ここで、λは、本発明に
よる表面光レーザから出射されるレーザ光波長である。
０の直径Ｄ及びマイクロレンズ３５５の焦点長さｆの関
係が下記式（３）を満足する。ここで、λは、本発明に
よる表面光レーザから出射されるレーザ光波長である。
【数５】
【００６６】また、前記ウィンドウ３８０は、望ましく
は、その直径Ｄが高抵抗部３３０の開口３３０ａの直径
とほぼ等しいか、あるいは小さくなっている。この時、
望ましくは、この実施形態において、高抵抗部３３０の
開口３３０ａは本発明の第１及び第２実施形態における
開口１３０ａよりも相対的に大きい直径を有する。
は、その直径Ｄが高抵抗部３３０の開口３３０ａの直径
とほぼ等しいか、あるいは小さくなっている。この時、
望ましくは、この実施形態において、高抵抗部３３０の
開口３３０ａは本発明の第１及び第２実施形態における
開口１３０ａよりも相対的に大きい直径を有する。
【００６７】これにより、活性層１２０の本発明の第１
及び第２実施形態でよりも広い領域で光が発生され、こ
の発生されてウィンドウ３８０に向かって進行する光は
本発明の第１及び第２実施形態でよりも平行光に近いた
め、フラウンフォーファー回折条件をこの実施形態にそ
のまま適用できる。
及び第２実施形態でよりも広い領域で光が発生され、こ
の発生されてウィンドウ３８０に向かって進行する光は
本発明の第１及び第２実施形態でよりも平行光に近いた
め、フラウンフォーファー回折条件をこの実施形態にそ
のまま適用できる。
【００６８】ここで、前式（３）は前記ウィンドウ３８
０及びマイクロレンズ３５５が同一の平面に位置された
場合を仮定したものであって、ウィンドウ３８０及びマ
イクロレンズ３５５が同一の平面に位置されなければ、
その二つの間の距離だけ前記ｆ値を補正すれば良い。
０及びマイクロレンズ３５５が同一の平面に位置された
場合を仮定したものであって、ウィンドウ３８０及びマ
イクロレンズ３５５が同一の平面に位置されなければ、
その二つの間の距離だけ前記ｆ値を補正すれば良い。
【００６９】以下では、本発明の第３実施形態によるマ
イクロレンズ一体型表面光レーザから平行したレーザ光
が出射される原理を説明する。
イクロレンズ一体型表面光レーザから平行したレーザ光
が出射される原理を説明する。
【００７０】図７を参照すれば、直径がＤであるウィン
ドウ３８０を通過する光はウィンドウ３８０が小さけれ
ば小さいほど回折がたくさん起こる。ウィンドウ３８０
が十分に小さく、円形のウィンドウ３８０から観測面Ｓ
までの距離ｄが十分に大きければ、フレネル数Ｎfが下
記式４を満足して、フラウンフォーファー回折条件を満
足することになる。ここで、本発明において、前記観測
面Ｓは前記マイクロレンズ３５５の一焦点となる。
ドウ３８０を通過する光はウィンドウ３８０が小さけれ
ば小さいほど回折がたくさん起こる。ウィンドウ３８０
が十分に小さく、円形のウィンドウ３８０から観測面Ｓ
までの距離ｄが十分に大きければ、フレネル数Ｎfが下
記式４を満足して、フラウンフォーファー回折条件を満
足することになる。ここで、本発明において、前記観測
面Ｓは前記マイクロレンズ３５５の一焦点となる。
【００７１】
【数６】
【００７２】この実施形態による表面光レーザは、フラ
ウンフォーファー回折条件、すなわち、Ｎf<<１を満足
する直径Ｄのウィンドウ３８０を備えるので、そのウィ
ンドウ３８０を通過するレーザ光により形成されたフラ
ウンフォーファー回折パターンはエアリ（Ａｉｒｙ）パ
ターンとなる。このように、同心円状の回折パターン
は、観測面からみた時、中心に位置された０次回折光の
強度が最も大きく、その０次回折光の半径Ｒsは、下記
式（５）の通りである。
ウンフォーファー回折条件、すなわち、Ｎf<<１を満足
する直径Ｄのウィンドウ３８０を備えるので、そのウィ
ンドウ３８０を通過するレーザ光により形成されたフラ
ウンフォーファー回折パターンはエアリ（Ａｉｒｙ）パ
ターンとなる。このように、同心円状の回折パターン
は、観測面からみた時、中心に位置された０次回折光の
強度が最も大きく、その０次回折光の半径Ｒsは、下記
式（５）の通りである。
【００７３】
【数７】
【００７４】この実施形態による表面光レーザは、図８
に示されたように、マイクロレンズ３５５がウィンドウ
３８０の前方、後方または同一の平面に位置された構造
である。ここで、図８は、原理への理解を助け、かつ図
示の便宜のためにウィンドウ３８０の前方にマイクロレ
ンズ３５５が位置することと図示した。
に示されたように、マイクロレンズ３５５がウィンドウ
３８０の前方、後方または同一の平面に位置された構造
である。ここで、図８は、原理への理解を助け、かつ図
示の便宜のためにウィンドウ３８０の前方にマイクロレ
ンズ３５５が位置することと図示した。
【００７５】マイクロレンズ３５５及びウィンドウ３８
０が同一の平面に位置されたことを考慮する時、ウィン
ドウ３８０から前記マイクロレンズ３５５の焦点長さｆ
だけ離れた一焦点に位置された観測面Ｓにおいてビーム
半径は、強度が最も大きい０次回折光だけを考慮する
時、下記式（６）の通りである。
０が同一の平面に位置されたことを考慮する時、ウィン
ドウ３８０から前記マイクロレンズ３５５の焦点長さｆ
だけ離れた一焦点に位置された観測面Ｓにおいてビーム
半径は、強度が最も大きい０次回折光だけを考慮する
時、下記式（６）の通りである。
【数８】
【００７６】観測面Ｓにおける光が平行光になるために
は、観測面における０次回折光の直径２Ｒsとウィンド
ウ３８０の直径Ｄとが同じでなければならないため、こ
のような条件Ｒs＝Ｄ／２を前式（６）に代入すれば、
ウィンドウ３８０の直径Ｄとマイクロレンズ３５５の焦
点長さｆとの関係式は前式（３）のようになる。
は、観測面における０次回折光の直径２Ｒsとウィンド
ウ３８０の直径Ｄとが同じでなければならないため、こ
のような条件Ｒs＝Ｄ／２を前式（６）に代入すれば、
ウィンドウ３８０の直径Ｄとマイクロレンズ３５５の焦
点長さｆとの関係式は前式（３）のようになる。
【００７７】したがって、この実施形態のように、ウィ
ンドウ３８０をフラウンフォーファー回折条件を満足す
る大きさに形成すれば、ウィンドウ３８０におけるフラ
ウンフォーファー回折が前記マイクロレンズ３５５の焦
点効果により相殺されて平行光が出射できる。特に、ウ
ィンドウ３８０及びマイクロレンズ３５５が前式（３）
を満足するように形成されれば、この実施形態による表
面光レーザにおいては、出射する平行光を極大化でき
る。
ンドウ３８０をフラウンフォーファー回折条件を満足す
る大きさに形成すれば、ウィンドウ３８０におけるフラ
ウンフォーファー回折が前記マイクロレンズ３５５の焦
点効果により相殺されて平行光が出射できる。特に、ウ
ィンドウ３８０及びマイクロレンズ３５５が前式（３）
を満足するように形成されれば、この実施形態による表
面光レーザにおいては、出射する平行光を極大化でき
る。
【００７８】ここで、この実施形態による表面光レーザ
がウィンドウ３８０とマイクロレンズ３５５とが同一の
平面に位置されていない構造となった場合にも、ウィン
ドウ３８０の直径Ｄ及びマイクロレンズ３５５の焦点長
さｆを設計する上では、前式３をそのまま適用できる。
この場合、この実施形態による表面光レーザから出射さ
れるレーザ光のうち平行レーザ光成分が占める割合は前
述の場合よりはやや減るかもしれないが、減少の度合い
が許容誤差範囲内であれば、平行光を必要とする光学シ
ステムに適用できるからである。また、前述したよう
に、ウィンドウ３８０及びマイクロレンズ３５５が同一
の平面に位置されていない場合、前式（３）のｆはマイ
クロレンズ３５５の焦点長さ値にウィンドウ３８０とマ
イクロレンズ３５５との距離だけ加えたり、あるいは引
いた値になり得る。
がウィンドウ３８０とマイクロレンズ３５５とが同一の
平面に位置されていない構造となった場合にも、ウィン
ドウ３８０の直径Ｄ及びマイクロレンズ３５５の焦点長
さｆを設計する上では、前式３をそのまま適用できる。
この場合、この実施形態による表面光レーザから出射さ
れるレーザ光のうち平行レーザ光成分が占める割合は前
述の場合よりはやや減るかもしれないが、減少の度合い
が許容誤差範囲内であれば、平行光を必要とする光学シ
ステムに適用できるからである。また、前述したよう
に、ウィンドウ３８０及びマイクロレンズ３５５が同一
の平面に位置されていない場合、前式（３）のｆはマイ
クロレンズ３５５の焦点長さ値にウィンドウ３８０とマ
イクロレンズ３５５との距離だけ加えたり、あるいは引
いた値になり得る。
【００７９】前述したように、本発明の第３実施形態に
よる表面光レーザが、例えば波長８５０ｎｍであるレー
ザ光を出射し、焦点長さ１ｍｍであるマイクロレンズを
備える場合、ウィンドウの直径を４５．５４μｍとすれ
ば、そこから平行レーザ光が出射する。
よる表面光レーザが、例えば波長８５０ｎｍであるレー
ザ光を出射し、焦点長さ１ｍｍであるマイクロレンズを
備える場合、ウィンドウの直径を４５．５４μｍとすれ
ば、そこから平行レーザ光が出射する。
【００８０】以上では、ウィンドウ３５５が直径Ｄを有
して、円形であると説明及び図示したが、前記ウィンド
ウ３５５の形状は変更可能である。前記ウィンドウ３５
５の形態が円形以外のものである場合、前記Ｄはそのウ
ィンドウの最大幅を表わす。
して、円形であると説明及び図示したが、前記ウィンド
ウ３５５の形状は変更可能である。前記ウィンドウ３５
５の形態が円形以外のものである場合、前記Ｄはそのウ
ィンドウの最大幅を表わす。
【００８１】ここで、図６は、図２に対応する上部出射
タイプの表面光レーザを例示したものであって、図５で
のような下部出射タイプにも本発明の第３実施形態の原
理がそのまま適用可能なのは言うまでもなく、ここで
は、それについての詳細な説明及び図示を省略する。
タイプの表面光レーザを例示したものであって、図５で
のような下部出射タイプにも本発明の第３実施形態の原
理がそのまま適用可能なのは言うまでもなく、ここで
は、それについての詳細な説明及び図示を省略する。
【００８２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるマイク
ロレンズ一体型表面光レーザは、略平行したレーザ光を
出力する。
ロレンズ一体型表面光レーザは、略平行したレーザ光を
出力する。
【００８３】したがって、本発明による表面光レーザを
光ファイバを用いた光通信や光信号を用いたインターフ
ェース分野などの光伝送システム、記録再生装置用光ヘ
ッドなどの光学システムに採用する時、集束レンズまた
はコリメーティングレンズが不要になるので、光軸整列
構造が簡単であり、その結果、光学システムの構築コス
トを大きく節減できる。
光ファイバを用いた光通信や光信号を用いたインターフ
ェース分野などの光伝送システム、記録再生装置用光ヘ
ッドなどの光学システムに採用する時、集束レンズまた
はコリメーティングレンズが不要になるので、光軸整列
構造が簡単であり、その結果、光学システムの構築コス
トを大きく節減できる。
【図１】 従来の表面光レーザの一例を概略的に示した
図である。
図である。
【図２】 本発明の第１実施形態によるマイクロレンズ
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
【図３】 本発明の第１実施形態による表面光レーザが
数式（１）を満足するように形成されれば、そこから略
平行したレーザ光が出射される原理を説明するために、
本発明の第１実施形態による表面光レーザを幾何光学的
な側面から示した図である。
数式（１）を満足するように形成されれば、そこから略
平行したレーザ光が出射される原理を説明するために、
本発明の第１実施形態による表面光レーザを幾何光学的
な側面から示した図である。
【図４】 本発明の第１実施形態による表面光レーザが
数式（１）を満足するように形成されれば、そこから略
平行したレーザ光が出射される原理を説明するために、
本発明の第１実施形態による表面光レーザを幾何光学的
な側面から示した図である。
数式（１）を満足するように形成されれば、そこから略
平行したレーザ光が出射される原理を説明するために、
本発明の第１実施形態による表面光レーザを幾何光学的
な側面から示した図である。
【図５】 本発明の第２実施形態によるマイクロレンズ
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
【図６】 本発明の第３実施形態によるマイクロレンズ
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
一体型表面光レーザを概略的に示した図である。
【図７】 本発明の第３実施形態にマイクロレンズ一体
型表面光レーザから略平行したレーザ光が出射される原
理を説明するための図である。
型表面光レーザから略平行したレーザ光が出射される原
理を説明するための図である。
【図８】 本発明の第３実施形態にマイクロレンズ一体
型表面光レーザから略平行したレーザ光が出射される原
理を説明するための図である。
型表面光レーザから略平行したレーザ光が出射される原
理を説明するための図である。
Claims (18)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に相対的に高反射率を有するように積層形成
された下部反射基層と、 前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔との再結合
により光を生成する活性層と、 前記活性層上に前記下部反射基層よりも低反射率を有す
るように積層形成された上部反射基層と、 前記上部反射基層上にレーザ光を透過させる物質よりな
り、レーザ光が出射されるウィンドウ領域にマイクロレ
ンズが形成されたレンズ層と、 前記上部反射基層の上方のウィンドウ領域を除いた領域
に形成された上部電極と、 前記基板の下面に形成された下部電極とを含み、 光発生領域から前記マイクロレンズの光軸上の頂点まで
の距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径をＲ、前記
光発生領域からマイクロレンズまで光が経由する媒質の
有効屈折率をｎ１、前記マイクロレンズを経由して出射
した光が進行する媒質の屈折率をｎ２としたとき、 ｆ=Ｒ×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように形成され
たことを特徴とするマイクロレンズ一体型表面光レー
ザ。 - 【請求項２】 前記上部反射基層と下部反射基層との間
に、前記活性層の近くに位置され、その中央部に電流が
通過する開口が形成された高抵抗部をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ一体型表
面光レーザ。 - 【請求項３】 前記レンズ層は、前記レーザ光波長より
もバンドギャップが大きくてそのレーザ光を吸収しない
ように、インジウムフォスファイド、ガリウムアルセナ
イド、インジウムアルセナイド、ガリウムフォスファイ
ド、インジウムガリウムフォスファイド、インジウムガ
リウムアルセナイド、アルミニウムガリウムアルセナイ
ドを含むIII-V族化合物半導体やシリコンよりなる半導
体群から選ばれたいずれか一種以上の物質よりなること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ一体型表
面光レーザ。 - 【請求項４】 前記マイクロレンズは、拡散制御エッチ
ングにより形成されることを特徴とする請求項１に記載
のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。 - 【請求項５】 基板と、 前記基板上に相対的に高反射率を有するように積層形成
された下部反射基層と、 前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔との再結合
により光を生成する活性層と、 前記活性層上に前記下部反射基層よりも低反射率を有す
るように積層形成された上部反射基層と、 前記上部反射基層上にレーザ光を透過させる物質よりな
り、レーザ光が出射するウィンドウ領域にマイクロレン
ズが形成されたレンズ層と、 前記上部反射基層の上方のウィンドウ領域を除いた領域
に形成された上部電極と、 前記基板の下面に形成された下部電極とを含み、 前記ウィンドウ領域はフラウンフォーファー回折条件を
満足しつつ前記活性層で発生されて前記ウィンドウ領域
に向かって進行する光のビームサイズよりも小さい最大
幅を有し、 前記ウィンドウ領域におけるフラウンフォーファー回折
が前記マイクロレンズの集束効果により相殺されるよう
になったことを特徴とするマイクロレンズ一体型表面光
レーザ。 - 【請求項６】 前記ウィンドウ領域の最大幅をＤ、前記
マイクロレンズの焦点長さをｆ、出射されるレーザ光波
長をλとしたとき、前記最大幅Ｄと焦点長さｆとの関係
が 【数１】 を満足するようになったことを特徴とする請求項５に記
載のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。 - 【請求項７】 前記上部反射基層と下部反射基層との間
に、前記活性層の近くに位置され、その中央部に電流が
通過する開口が形成された高抵抗部をさらに備え、前記
高抵抗部の開口は前記ウィンドウ領域の最大幅と実質的
に等しいか、あるいはより大きい最大幅を有することを
特徴とする請求項５または６に記載のマイクロレンズ一
体型表面光レーザ。 - 【請求項８】 前記レンズ層は、前記レーザ光波長より
もバンドギャップが大きくてそのレーザ光を吸収しない
ように、インジウムフォスファイド、ガリウムアルセナ
イド、インジウムアルセナイド、ガリウムフォスファイ
ド、インジウムガリウムフォスファイド、インジウムガ
リウムアルセナイド、アルミニウムガリウムアルセナイ
ドを含むIII-V族化合物半導体やシリコンよりなる半導
体群から選ばれたいずれか一種以上の物質よりなること
を特徴とする請求項５に記載のマイクロレンズ一体型表
面光レーザ。 - 【請求項９】 前記マイクロレンズは、拡散制御エッチ
ングにより形成されることを特徴とする請求項５に記載
のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。 - 【請求項１０】 レーザ光を透過させる物質よりなり、
レーザ光が出射するウィンドウ領域にマイクロレンズが
形成された基板と、 前記基板上に相対的に低反射率を有するように形成され
た下部反射基層と、 前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔との再結合
により光を生成する活性層と、 前記活性層上に前記下部反射基層よりも高反射率を有す
るように形成された上部反射基層と、 前記上部反射基層上に形成された上部電極と、 前記基板の下面のレーザ光が出射するウィンドウ領域を
除いた領域に形成された下部電極とを含み、 光発生領域から前記マイクロレンズの光軸上の頂点まで
の距離をｆ、前記マイクロレンズの曲率半径をＲ、前記
光発生領域からマイクロレンズまで光が経由する媒質の
有効屈折率をｎ１、マイクロレンズを経由して出射した
レーザ光が進行する媒質の屈折率をｎ２としたとき、 ｆ=Ｒ×ｎ１／（ｎ２-ｎ１）を満足するように形成され
たことを特徴とするマイクロレンズ一体型表面光レー
ザ。 - 【請求項１１】 前記上部反射基層と下部反射基層との
間に、前記活性層の近くに位置され、その中央部に電流
が通過する開口が形成された高抵抗部をさらに備えるこ
とを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ一体型表面
光レーザ。 - 【請求項１２】 前記基板は、前記レーザ光波長よりも
バンドギャップが大きくてそのレーザ光を吸収しないよ
うに、インジウムフォスファイド、ガリウムアルセナイ
ド、インジウムアルセナイド、ガリウムフォスファイ
ド、インジウムガリウムフォスファイド、インジウムガ
リウムアルセナイド、アルミニウムガリウムアルセナイ
ドを含むIII-V族化合物半導体やシリコンよりなる半導
体群から選ばれたいずれか一種以上の物質よりなること
を特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズ一体型
表面光レーザ。 - 【請求項１３】 前記マイクロレンズは、拡散制御エッ
チングにより形成されることを特徴とする請求項１０に
記載のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。 - 【請求項１４】 レーザ光を透過させる物質よりなり、
レーザ光が出射するウィンドウ領域にマイクロレンズが
形成された基板と、 前記基板上に相対的に低反射率を有するように形成され
た下部反射基層と、 前記下部反射基層上に形成されて電子と正孔との再結合
により光を生成する活性層と、 前記活性層上に前記下部反射基層よりも高反射率を有す
るように形成された上部反射基層と、 前記上部反射基層上に形成された上部電極と、 前記基板の下面のレーザ光が出射するウィンドウ領域を
除いた領域に形成された下部電極とを含み、 前記ウィンドウ領域は、フラウンフォーファー回折条件
を満足しつつ前記活性層で発生されて前記ウィンドウ領
域に進行する光のビームサイズよりも小さい最大幅を有
し、 前記ウィンドウ領域におけるフラウンフォーファー回折
が前記マイクロレンズの集束効果により相殺されるよう
になったことを特徴とするマイクロレンズ一体型表面光
レーザ。 - 【請求項１５】 前記ウィンドウ領域の最大幅をＤ、前
記マイクロレンズの焦点長さをｆ、出射するレーザ光波
長をλとしたとき、 【数２】 を満足するようになったことを特徴とする請求項１４に
記載のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。 - 【請求項１６】 前記上部反射基層と下部反射基層との
間に、前記活性層の近くに位置され、その中央部に電流
が通過する開口が形成された高抵抗部をさらに備え、前
記高抵抗部の開口は前記ウィンドウ領域の最大幅と実質
的に等しいか、あるいは大きい最大幅を有することを特
徴とする請求項１４または１５に記載のマイクロ一体型
表面光レーザ。 - 【請求項１７】 前記基板は、前記レーザ光波長よりも
バンドギャップが大きくてそのレーザ光を吸収しないよ
うに、インジウムフォスファイド、ガリウムアルセナイ
ド、インジウムアルセナイド、ガリウムフォスファイ
ド、インジウムガリウムフォスファイド、インジウムガ
リウムアルセナイド、アルミニウムガリウムアルセナイ
ドを含むIII-V族化合物半導体やシリコンよりなる半導
体群から選ばれたいずれか一種以上の物質よりなること
を特徴とする請求項１４に記載のマイクロレンズ一体型
表面光レーザ。 - 【請求項１８】 前記マイクロレンズは、拡散制御エッ
チングにより形成されることを特徴とする請求項１５に
記載のマイクロレンズ一体型表面光レーザ。
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