JP2002374045A - 異なる波長に対応する複数の異なる長さの共振空洞を有する光学装置 - Google Patents

異なる波長に対応する複数の異なる長さの共振空洞を有する光学装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相異なる波長に対応の複数の相異なる長さの
共振空洞を有する光学装置を提供する。 【解決手段】 対応の共振空洞の長さに従って相異なる
複数の波長（λ１，λ２，λ３またはλ４）で発光する
ように相異なる長さの複数の共振空洞を有する。各共振
空洞は、放出される波長に対して透過性の素材から成る
好ましくは半球形の凸形ドームカバー（６）を有する。
凸形ドームカバー（６）は対応の空洞の端部において長
さｌｉの余盛りを画成し、余盛りが対応の共振空洞の長
さ（ｌ＋ｌｉ）を変動させる。凸形ドームカバー（６）
は、好ましくは、共振空洞を構成する素材上において例
えばセレンから成る所定サイズの円盤体を融解させるこ
とによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は相異なる波長に対応
の複数の相異なる長さの共振空洞を有する光学装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の光学装置は、例えば同一の光電
チップ上に、ＶＣＳＥＬ（「verticalcavity surface l
aser」)型の、すなわち表面から発光する垂直空洞型の
複数波長のレーザ回路網を構成するためのものである。
【０００３】先行技術においては、ＶＣＳＥＬ型のレー
ザ回路網の共振空洞の長さの変動は種々の方法によって
得られている。特に相異なる高さの連続的エッジングに
より（EP-A-949728)、または膜のマイクロメカニックな
移動により（米国特許第5771253号）または各空洞のエ
ピタキシャル成長厚さの制御により（EP-A-1030420)共
振空洞の長さの変動が得られる。
【０００４】ＶＣＳＥＬ型のレーザ回路網を形成する公
知の装置が図８に図示されている。この装置は、同一の
光電チップ１の中に形成された４つの共振レーザ空洞を
含む。各共振レーザ空洞は、分布型ブラッグミラーの形
に形成された第１ミラー２と第２ミラー３によって画成
される。各共振レーザ空洞の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ
４は、すべての空洞について共通の第１長さｌと、各共
振レーザ空洞について相異なる第２長さｌ１，ｌ２，ｌ
３，ｌ４との合計によって画成される。第２長さの変動
は各共振レーザ空洞のエピタキシャル成長の厚さの制御
することによって得られる。図８において、第２長さは
ｌ１からｌ４まで逓減し、長さｌ４はゼロとなる。各共
振レーザ空洞は、それぞれ共振レーザ空洞の長さに依存
する波長λ１，λ２，λ３，λ４で発光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
は、特に各空洞長さについて特定のテクノロジー段階を
必要とするので複雑である。
【０００６】本発明の課題は、先行技術の装置の問題点
を解消した光学装置を提供することを目的とする
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による光学装置
は、異なる波長に対応する異なる波長の複数の共振空洞
を有する光学装置において、各共振空洞が対応の共振空
洞の長さを特定するために相異なる波長に対して透過性
の素材から成る所定厚さの凸形ドームカバー（６）を有
することを特徴とする。
【０００８】本発明の実施態様において、各ドームカバ
ーは空洞を成す素材上の円盤体の融解によって得られ
る。円盤体は好ましくは対応のドームカバーの所定厚さ
に対応した相異なる面を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施
の形態によって限定されるものではない。
【００１０】図１において、本発明の光学装置の特定の
実施態様を概略図示する。この実施態様は、図８の装置
のように、相異なる波長の４つの共振空洞Ｌ１，Ｌ２，
Ｌ３，Ｌ４を有し、ここに、Ｌｉ＝ｌ＋ｌｉであり、ｉ
＝１乃至４であって、これらの共振空洞はそれぞれ対応
の空洞の長さに従って相異なる４つの波長λ１，λ２，
λ３，λ４で発光する。
【００１１】図１において、各共振空洞は発光される波
長に対して透過性の素材から成る好ましくは半球形の凸
形ドームカバー６をを有する。ドームカバー６は空洞の
端部において、長さｌｉに対する余盛りをなし、これに
よって対応の空洞の長さＬｉを変動させることができ
る。
【００１２】図１２の光学装置の１つの共振空洞を図２
において拡大図示する。この共振空洞はその下部を反射
率Ｒ１のブラッグミラー７によって画成され、その上部
を反射率Ｒ２の他のブラッグミラー９によって画成され
ている。すべての空洞について同一の長さｌを有する各
共振レーザ空洞の中間部分は従来型のものであって、下
部ブラッグミラー７の上方に配置される。
【００１３】この実施態様において、ブラッグミラー７
とブラッグミラー９は必ずしもブラッグミラーではな
い。一方のブラッグミラーを例えば金属型とし、その反
射率を実際上１００％とすることができる。
【００１４】各空洞によって放出される波長に対して透
過性の素材から成る凸形カバー６がその空洞の中間部分
の上方に形成されて所定の長さｌｉに対する対応の余盛
りを成す。従って空洞は全長ｌ＋ｌｉを有する。ブラッ
グミラー９がドームカバー６の上に形成される。
【００１５】図２において、ブラッグミラー９の反射率
Ｒ２はブラッグミラー７の反射率Ｒ１より低いと仮定す
れば、波長λｉの発光が空洞の上部から放出される。そ
の逆の仮定とすれば、すなわちＲ２＞Ｒ１とすれば、発
光は下部から生じる。
【００１６】この空洞網を作動させるため、この空洞網
は公知の型の電気的制御回路４（図３．図４）に接続さ
れ、この接続回路４に対して空洞網が従来のように導電
性素材から成る接続ボール５によって接続される。また
例えば薄層（「エピタキシャル・リフト・オフ」ＥＬ
Ｏ）を介する上側面接続または並置、異方性導電性接着
など、前記以外の実施態様も可能である。
【００１７】図３は後側向きのハイブリッド構造に対応
する。この場合、発光はドームカバーの存在する前側面
から実施されなければならないので、Ｒ２＜Ｒ１となる
必要がある。
【００１８】図４は前側向きのハイブリッド構造に対応
する。この場合、発光は後側面から実施されるので、Ｒ
１＜Ｒ２でなければならない。
【００１９】空洞の活性化は従来通り電気的噴射または
ポンピングによって実施することができる。ドームカバ
ー６は任意適当な手段によって形成することができる。
【００２０】図５に図示の好ましい実施態様において、
ドームカバー６は、空洞を成す素材上に任意適当な方法
によって予め配置された円盤体１１の融解によって実施
することができる。これらの円盤体１１，従ってドーム
カバー６は好ましくはセレンから成り、空洞を構成する
素材は従来通りヒ化ガリウム（ＡｓＧａ）、リン化イン
ジウム（ＩｎＰ）、ケイ素（Ｓｉ）、またはその誘導体
のいずれかとする。
【００２１】セレンは、使用される波長に対して透過性
であり、使用されるテクノロジーと両立する２００℃前
後の融点を有する利点がある。また、セレンは、特にヒ
化ガリウム（ＡｓＧａ）の担体の場合には、担体の表面
全体に正確に接着される。これら２つの素材間に不透明
湿潤物質が介在しないので、得られる要素は透過性とな
る。
【００２２】各円盤体１１は対応のドームカバー６の所
望の厚さによって特定のサイズを有する。図５におい
て、円形断面の底部を有するすべての円盤体１１は同一
高さｈを有するが、相異なる直径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ
４を有する。次にこれらの円盤体１１の融解を生じるの
に十分な温度に組立体が加熱され、半球形ドームカバー
６の形状をとる。
【００２３】円盤体を成す素材とその支承体との間に存
在する接着力の故に、ドームカバー６の底部は対応の円
盤体１１の底部の形をとる。ドームカバー６の寸法（高
さ、曲率半径など）は対応の円盤体の初期体積、すなわ
ちその底面とその厚さｈとの積のみによって完全に制御
されまたこの体積のみに依存する。
【００２４】一例として、下表に示す円形断面と一定厚
さｈ＝０．２μｍを有するセレン円盤体１１から形成さ
れたドームカバーによって下記の波長が得られた。
【００２５】
【表１】 ドームカバー６について得られた差異はこのようなドー
ムカバーを有する共振空洞の放出波長の大きな変動を生
じるのに十分である。
【００２６】円盤体の底部は必ずしも円形ではなく、得
ようとするドームカバーの形状に対応して任意の形を有
することができる。例えば、円盤体の底部は正方形、長
方形または楕円形とする事もできる さらに円盤体は空洞を構成する素材と同一の素材でも、
また別の素材でも形成することができる。円盤体の堆積
時にまたは焼き鈍し後に円盤体とその支承体との接点に
おいて一定の接着力が存在するように各素材が選択され
る。またドームカバーの形成に使用される素材は所望の
波長に従って、例えば１マイクロメートルの波長につい
ては、Ａｓ２Ｓ３またはＡｓ２Ｓｅ３とし、または可視
オーダの波長については、ガラスとすることができる。
【００２７】ドームカバー６を形成するために円盤体１
１を融解した後に、ドームカバー上にミラー９を配置す
ることによって装置が完成される。ミラー９は好ましく
は誘電型ミラーとする。一例として、誘電層は下記素材
によって構成することができる。すなわち、ＳｉＯ，Ｓ
ｉＮ、ＹＦ３、ＺｎＳ、ＴｉＯ２などである。またミラ
ーは半導電型とし、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓによって形
成することができる。
【００２８】ドームカバー６上に配置された凹面ミラー
９は、放出がドームカバー６側に生じようと（図３）ま
たはその反対側において生じようと（図４）、種々の波
長の共振空洞内部のスペクトル収束を増大する。
【００２９】またこの装置がドームカバー側において放
出する時（図４）、ドームカバー６はマイクロレンズの
役割を果たして出力光束の空間的収束を生じることを注
意しなければならない。
【００３０】要約すれば、図３の実施態様においては、
ＶＣＳＥＬ型の装置を得るために下記の段階を含むこと
ができる。
【００３１】（ａ）各共振空洞について１つの活性区域
と１つのブラッグミラー７を有する光電チップを形成す
る段階と、（ｂ）チップがブラッグミラーと反対側面か
ら発光する際に、特にケイ素から成る制御電子回路４上
にこのチップをハイブリッド構成する段階と、（ｃ）チ
ップを特定厚さまで薄くする段階と、（ｄ）装置のそれ
ぞれの共振空洞の所望の長さの関数として予め決定され
た直径を有する例えばセレンから成る各円盤体１１を堆
積する段階と、（ｅ）円盤体１１を融解して所定厚さの
ドームカバー６を形成する段階と、（ｆ）各ドームカバ
ー６上に第２ブラッグミラー９を堆積する段階。
【００３２】ドームカバー６の前記以外の形成法、例え
ば、焼き鈍し樹脂のの化学的またはプラズマによるエッ
ジング、または湿潤性表面上に堆積された素材の融解、
または開口中の素材堆積による非平坦構造の形成などの
形成法が考慮される。
【００３３】図６と図７は、素材と樹脂層の同時的彫刻
による本発明の装置のドームカバー６の他の製造法の連
続的２段階を示す。先行技術においてマイクロレンズの
製造のためにすでに使用されているこの型の方法によれ
ば、感光性樹脂層が例えばＡｓＧａの基板素材上に堆積
させられ、次に所望寸法の半球形１２が得られるまで流
動させられる。
【００３４】図６はこの製造段階を示す。次に、基板物
質の中に、すなわち空洞を成す素材の中にドームカバー
６が彫刻によって形成される。彫刻段階は基板素材と樹
脂の所定深さｐ（図７）までの同時的異方性彫刻であっ
て、樹脂層を完全に除去することができる。
【００３５】円盤体の融解によるドームカバー６の製造
法（図５）と相違し、図６と図７の彫刻技術は基板素材
がドーム・カバーを成す表面に活性成分を受けることが
できない欠点がある。
【００３６】二、三の場合には、要求される波長が短い
場合、例えば０．１ｎｍ以下である場合に、１つの問題
点が見られる。実際にその場合には、最初の円盤体の厚
さの制御が非常に精密でなければならない。その解決法
は公知の分子ジェット・エピタキシャル技術（Ｍ．Ｊ．
Ｅ．）を使用するにある。この技術によって、素材の堆
積を１ｎｍ未満の精度で制御することができる。この製
造段階は例えば下記とすることができる。
【００３７】分子ジェットエピタキシャル技術（ＭＪＥ
技術）によって、基板上に第１ミラーを堆積し、空洞素
材を堆積し、ストッパ層を堆積し、また低融点素材を堆
積する段階、フォトリソグラフィーによって、低融点素
材の中に可変サイズのドームカバーを形成する段階（ス
トッパ層の上で彫刻停止）、円盤体を融解して可変高さ
のドーム・カバーを形成する段階、第２ミラーの堆積段
階。
【００３８】前述において本発明はＶＣＳＥＬ型の形成
についてのみ説明されたが、本発明はこの型の用途に限
定されるものではない。実際に本発明は光電ダイオード
から成る光学エミッタ網において使用することができ
る。また本発明は相異なる波長を選択することのできる
放射線デテクタにおいて使用することができる。このよ
うな装置において、ドームカバー６から入る光が増幅さ
れ、波長セレクター素子を成すそれぞれの共振空洞の中
で検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学装置の概略断面図。
【図２】図１の光学装置の１つの共振空洞の拡大断面
図。
【図３】図２の共振空洞を有する光学装置を示す断面
図。
【図４】図２の共振空洞を有する光学装置の他の実施態
様を示す断面図。
【図５】本発明の光学装置のドームカバーの円盤体融解
による製造方法を示す図。
【図６】本発明の光学装置の基板素材と樹脂層の同時的
彫刻による第１段階の概略断面図。
【図７】本発明の光学装置の基板素材と樹脂層の同時的
彫刻による第２段階の概略断面図。
【図８】先行技術によるＶＥＣＳＥＬ型レーザ網を形成
する装置の概略断面図。
【符号の説明】
１ 光電チップ ４ 制御回路 ５ 接続ボール ６ ドームカバー ７ ブラッグミラー １１ 円盤体 １２ 半球形体 ｌ 光電チップの厚さ ｌｉ 凸形ドームカバーの厚さ ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４ 円盤体の直径

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異なる波長に対応する異なる波長の複数の
    共振空洞を有する光学装置において、各共振空洞が対応
    の共振空洞の長さ（Ｌｉ）を特定するために相異なる波
    長に対して透過性の素材から成る所定厚さ（ｌｉ）の凸
    形ドームカバー（６）を有することを特徴とする光学装
    置。
  2. 【請求項２】ドームカバー（６）が半球形であることを
    特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】ドームカバー（６）が空洞を構成する素材
    と同一素材から形成されることを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載の光学装置。
  4. 【請求項４】素材がヒ化ガリウム、リン化インジウムま
    たはその誘導体の１つであることを特徴とする請求項３
    に記載の光学装置。
  5. 【請求項５】ドームカバー（６）が空洞を成す素材と異
    なる素材から形成されることを特徴とする請求項１また
    は２に記載の光学装置。
  6. 【請求項６】ドームカバー（６）がセレンから成ること
    を特徴とする請求項５に記載の光学装置。
  7. 【請求項７】ドームカバーが空洞を成す素材で円盤体
    （１１）を融解することによって得られることを特徴と
    する請求項１乃至６のいずれかに記載の光学装置。
  8. 【請求項８】円盤体（１１）が対応のドームカバー
    （６）の所定の厚さ（ｌｉ）に対応して相異なる面を有
    することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
  9. 【請求項９】ドームバー（６）に堆積されたミラー
    （９）を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
    かに記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】ミラー（９）が誘電性ミラーであること
    を特徴とする請求項９に記載の光学装置。
  11. 【請求項１１】ミラー（９）が準導電性ミラーであるこ
    とを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
  12. 【請求項１２】光学装置がＶＣＳＥＬ型レーザ網を形成
    することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記
    載の光学装置。
  13. 【請求項１３】光学装置が光学エミッタ網を形成するこ
    とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の光
    学装置。
  14. 【請求項１４】光学装置が相異なる波長を選択すること
    のできる放射線デテクタであることを特徴とする請求項
    １乃至１１のいずれかに記載の光学装置。
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