JP2002533956A - インジェクションインコヒレントエミッタ - Google Patents

インジェクションインコヒレントエミッタ

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JP2002533956A JP2000591671A JP2000591671A JP2002533956A JP 2002533956 A JP2002533956 A JP 2002533956A JP 2000591671 A JP2000591671 A JP 2000591671A JP 2000591671 A JP2000591671 A JP 2000591671A JP 2002533956 A JP2002533956 A JP 2002533956A
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シユビーキン，バシリー・イワノビツチ
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、増大された外部効率と増大されたエネルギーおよび光パワーとを有する、減少された発散角度で、方向付けられた、射出する自然放射の出力を確実にするインジェクションインコヒレントエミッタに関する。このエミッタは、ヘテロ構造２全体に、予め定められた範囲内にある組成と厚さとを有する複数のレイヤおよびサブレイヤを備え、さらに、放射出力面積７のための複数のレイヤを備えている。本発明は、さらに、前記エミッタのアクティブレイヤに直交する方向を含む異なる制御方向に放射の出力を可能とする、ヘテロ構造と出力面積における種々の変形に関する。本発明は、さらに、自律的に制御されたビームを有する放射ルーラーおよびマトリックスを含む、マルチプルビームインコヒレントエミッタに関する。ヘテロ構造２全体のレイヤおよびサブレイヤ、ならびに放射出力領域７のレイヤの組成および厚さの所定の範囲を含む、発散の小さい角と、増大された外部効率と、パワーと、光パワーとを有する出射指向性自然放出の出力を提供するインジェクションインコヒレントエミッタ。様々な変形が、提案されたエミッタのためのアクティブレイヤに直交する方向を含む、異なる制御可能な方向における放射出力を実現するための能力を達成するために、ヘテロ構造および出力領域が提案されている。独立して制御可能なビームを有する線形エミッタおよび二次元エミッタアレイを含むマルチビームインコヒレントエミッタが、さらに提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、オプトエレクトロニクス技術、特に、狭い放射パターンを有する、
効率のよい、高性能の、超ルミネセンスで、かつコンパクトな半導体ダイオード
自然放出源に関する。
【０００２】 （従来の技術） インジェクションインコヒレント（非干渉性）エミッタ（以下「Ｅｍｉｔｔｅ
ｒ（エミッタ）」と呼ぶ）は、電気エネルギーを、所定のスペクトル成分および
空間的分布（光学共振器がないとき）の光放射エネルギーに変換するデバイスで
ある。様々なタイプのインジェクションインコヒレントエミッタは、赤外線から
青色の放射および紫外線までの広範囲の波長について知られている、表面放出す
る発光ダイオードであり、ルミネセンスのマルチパス発光ダイオード［Ｆ．Ａ．
Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．２０、ｐｐ．
２８３９−２８４１（１９９４）、Ｈ．Ｓｕｇａｗａｒａら、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．、ｖ．３１、Ｎｏ．８、ｐｐ．２４４６−２４５１（１９９２
）、３ Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅら、米国特許第５、５３７、４３３号 １９９６
年７月１６日、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．、ｖ．３４、Ｌ１３３２、（１９９５）］と、エッジエミッタ［Ａ．Ｔ
．Ｓｅｍｅｎｏｖら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．、ｖ．２９、ｐｐ．８５
４−８５７、（１９９３）、Ｇ．Ａ．Ａｌｐｈｏｎｓｅら、ＩＥＥＥ Ｊ． ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖ．ＱＥ−２４、ｐｐ．２４５４−
２４５７、（１９８８）］とを含んでいる。これら放射源のさらなる広範囲の適
用は、不十分な高さの効率と、放射強度と、パワーとによって、さらに、いくつ
かの適用について、放射の大きな発散によって妨げられてきた。
【０００３】 ［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．
２０、ｐｐ．２８３９−２８４１（１９９４）］からの知られているエミッタは
、マルチパスであり、半導体化合物ＡｌＧａＩｎＰに基づくヘテロ構造を含んで
いる。該ヘテロ構造は、バンドギャップＥａ（ｅＶ）、１μｍから１．５μｍの
範囲内の厚さｄａのアクティブレイヤ、および光学的に均質なレイヤの２つのク
ラッディングレイヤ（ｐ−タイプとｎ−タイプ導電率）を含有し、該２つのクラ
ッディングレイヤは、単一のサブレイヤから成り、かつアクティブレイヤの第１
の表面と反対側の第２の表面とにそれぞれに配置される。２つの放射出力領域の
面積Ｓｉｎμｍ２の内側表面は、アクティブレイヤから遠いクラッディングレイ
ヤの表面の各側に１つ配置されている。前記放射出力領域（以下ＲＯＲと呼ぶ）
は、放射に透明であり、かつ矩形の平行六面体の形状で、ｐ−タイプとｎ−タイ
プの導電率である均質な半導体化合物ＧａＰから作成されている。平行六面体の
側方表面は、内側表面および外側表面とアクティブレイヤの平面と９０゜の傾斜
の直線角Ψを作る。面積ＳＩＲ（μｍ２）のチャージキャリヤインジェクション
領域は、アクティブレイヤと一致し、そして、ｐ−タイプ放射出力領域およびｎ
−タイプ放射出力領域にそれぞれに作成されるオーム接触部によって形成される
。必要とされた対応するメタライゼーションレイヤが存在する。直流電流が印加
されるとき、非平衡キャリヤの再結合は、自然放出の生成によりインジェクショ
ン領域において生じ、インジェクション領域からｐ−タイプ出力領域とｎ−タイ
プ出力領域の両方へ向う方向を含む全ての方向に伝搬する。ランダムな多重反射
後、自然放出の特定の部分が、出力表面を通って発光ダイオードから様々な角度
で射出する。出力表面は、部分的に、ｐ−タイプの出力領域の外側表面と両タイ
プの出力領域の側方表面とに配置される。垂直平面における出力放射の発散の角
度Θ１および水平平面における出力放射の発散の角度Θ２は、この場合、最大許
容値（１８０°まで）を有する。ここにおいて、また下記において、アクティブ
レイヤの平面に直交する、平面として垂直平面を規定する。垂直平面に直交しか
つ出力表面に配置される平面として、水平平面を規定する。水平平面を貫通する
放射の各方向に、前述の方向の放射ビームを含有するそれ自身の垂直平面が一致
できることに留意されたい。６０４ｎｍの波長について、知られているエミッタ
［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ６４、Ｎｏ．２０
、ｐｐ．２８３９−２８４１（１９９４）］は、外部効率１１．５％と、放射（
１Ａの電流について）の光パワー９３．２ ｌｍ／Ａとを有している。連続波（
ｃｗ）動作についてその動作電流密度は、１００Ａ／ｃｍ２以下である。この場
合、出力表面に対する光ビームの方向は、無秩序（ランダム）である。
【０００４】 （発明の開示） 本発明によって取り組まれている問題は、増加された、外部効率、パワー、光
パワー、放射強度、および光放射強度を有し、出力について広範囲な方向を有す
る指向性自然放出を実現する能力を有する、独立してスイッチオンされることが
できるビームを有するエミッタを含む、マルチビームＥｍｉｔｔｅｒｓ（エミッ
タ）、線形エミッタアレー、および二次元エミッタアレーの構成を含み、エミッ
タを構成すると同時に、それらを作成する技術を簡素化することである。
【０００５】 本発明によれば、取り組まれている問題は、アクティブレイヤと、クラッディ
ングレイヤと、オーム接触部と、アクティブレイヤの少なくとも１つの側に、対
応するクラッディングレイヤに隣接した放射に透明な放射出力領域とを含む、ヘ
テロ構造を備えるインジェクションインコヒレントエミッタを提供することによ
って解消される。少なくとも１つの放射出力領域が作成され、そして、前記出力
領域が、屈折率ｎＲＯＲｑと、放射について光損失係数αＲＯＲｑ（ｃｍ−１）
と、厚さｄＲＯＲｑ（μｍ）により特徴付けられる少なくとも１つのレイヤを有
し、、ここで、ｑ＝１、２、．．ｐは、ヘテロ構造を有する境界から数えられる
とき、出力領域のレイヤに標識付けする連続した番号を表わす整数として規定さ
れる。隣接した放射出力領域を有するヘテロ構造は、実効屈折率ｎｅｆｆによっ
て特徴付けられ、ここで、実効屈折率ｎｅｆｆおよび屈折率ｎＲＯＲ１は、以下
の関係を満たすように選択され、 ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）≦ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ−ｍｉｎ／
ｎＲＯＲ１）、 および、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、ｎｍｉｎよりも大きい。 ここで、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、実用値である放射出力領域を有する多数のレーザ
へテロ構造についてすべての可能性なｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎは、ヘ
テロ構造のクラッディングレイヤにおける屈折率の最小のものである。
【０００６】 提案されたエミッタの特徴は、ヘテロ構造全体および放射出力領域の本質的な
特徴であり、それらの動作の詳細、およびエミッタのために達成される出力特性
に影響を及ぼす。ヘテロ構造のレイヤおよびサブレイヤの数、それらの厚さおよ
び組成は、インジェクション領域で発生し、かつアクティブレイヤの平面に対し
て伝搬角φで主に方向付けられる自然放出の強度について、特に、垂直平面にお
ける狭い放射パターンを達成するために、提案されたエミッタのために選択され
る。このための必要な条件は、レーザダイオードの光学共振器に伝搬されるレー
ザモードについて漏れ条件として知られている関係が満たされることである。［
Ｊ．Ｋ．Ｂｕｔｔｌｅｒ、Ｙ．Ｋｒｅｓｓｅｌ および Ｉ．Ｌａｄａｎｙ、Ｉ
ＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ、Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．、ｖ．ＱＥ−１１、ｐ．
４０２、（１９７５）］ ｎｅｆｆ＜ｎＲＯＲ１ （１） 実効屈折率ｎｅｆｆは、関係β＝（２π／λ）ｎｅｆｆから計算によって得ら
れることが可能であり、ここで、βは、アクティブレイヤ３における方向の１つ
において放射に対して一定の複合波伝搬の絶対値であり、そして、λは、放射波
長である。本発明において、条件（１）は、さらに、自然放出に適用可能である
ことを提案し、そして実験に基づいて確認した。結果的に、指向性自然放出につ
いての伝搬角φは、レーザモードについての漏れ角に等しいように、特に、 φ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１） （２） のように規定される。
【０００７】 そのうえ、指向性自然放出について伝搬角φの範囲全体、結果的に、比率（ｎ ｅｆｆ ／ｎＲＯＲ１）の範囲全体を使用することを提案している。関係（１）お
よび（２）は、角φ（ゼロよりも大きいφ）について下部境界を決定する。関係
（３）と（４）とを使用して、問題となっている伝搬角について上部境界φｍａ ｘ を決定することを提案する。
【０００８】 ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）≦ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ−ｍｉｎ／
ｎＲＯＲ１）＝φｍａｘ （３） ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、ｎｍｉｎよりも大きい。 （４） ここで、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、実際の値である放射出力領域７を有する多数のレ
ーザへテロ構造２についてすべての可能性なｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎ は、ヘテロ構造のクラッディングレイヤにおける屈折率の最小のものである。化
合物ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓに基づくものなどの実際に使用する
いくつかのヘテロ構造について行った数値計算は、最大漏れ角φｍａｘが、ほぼ
３０°と３５°とに等しいことを示した。
【０００９】 出力領域において伝搬する自然放出についての垂直平面における発散の角△φ
は、スペクトル分散によって（すなわち、自然放出についてのスペクトルバンド
△λ内で変わる波長λの関数として伝搬角φにおける広がりによって）、かつ回
折によって決定される。分散が制限された発散の角△φ１は、波長λにおける（
範囲△λ内）屈折率ｎｅｆｆ、ｎＲＯＲ１の知られている依存関係についての式
（２）を使用して、数値計算によって決定されることができる。知られている近
似関係［Ｈ．Ｃ．Ｃａｓｅｙ および Ｍ．Ｂ．Ｐａｎｉｓｈ、Ｈｅｔｅｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ（ヘテロ構造レーザ）、Ｐｔ．１［Ｒｕｓｓｉ
ａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ］、Ｉｚｄａｔ．Ｍｉｒ、Ｍｏｓｃｏｗ（１９８
１）、ｐｐ．８９−９７］を使用するとき、回折が制限された発散の角△φ２は
、 △φ２＝γ・λ／（ｎｅｆｆＤＩＲ・ｓｉｎφ） （５） のように表わされ、 ここで、γは、角△φが決定される放射強度レベルで示す数値係数であり（γは
、レベル０．５に対して、１に等しく、またγは、レベル０．１に対して２に等
しい）、そしてＤＩＲは、選択された方向におけるアクティブレイヤの平面のイ
ンジェクション領域のサイズである。出力領域７の内側の垂直平面における放射
について発散の総角△φは、（△φ１＋△φ２）に等しい。出力領域の外側の垂
直平面における出力放射のための発散の角Θ１は、よく知られているフレネルの
式［Ｒ．Ｗ．Ｄｉｔｃｈｂｕｒｎ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ［Ｒｕｓｓ
ｉａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、Ｄｉｔｃｈｂｕｒｎ’ｓ Ｌｉｇｈｔ］、Ｉ
ｚｄａｔ．Ｎａｕｋａ、Ｍｏｓｃｏｗ（１９６５）、ｐｐ．３９８−４０２］を
使用して決定され、特に、Θ１は、ほぼａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎ（△φ））に
等しい。角△φが小さいと考える場合、角Θ１は、 Θ１≒（ｎＲＯＲ１／ｎ０）・△φ （６） のように推測されることが可能であり、 ここで、ｎ０は、出力表面に境界をつける媒体の屈折率である（空気の場合、ｎ ０ は、１に等しい）。
【００１０】 得られる指向性自然放出について、出力領域におけるその入力効率ηｉｎは、
（φ−△φ／２）から（φ＋△φ／２）の伝搬角で、インジェクション領域から
出力領域に移動する自然光量子の数と、インジェクション領域における自然光量
子の総数との比によって決定される。われわれは、ηｉｎが、 ηｉｎ＝（ｇ−αＩＲ−αｅｎｄ）／ｇ＝αＯＲ／（αＯＲ＋αＩＲ＋αｅｎ ｄ ） （７） のように規定されることが可能であることを見出し、 ここで、ｇ（ｃｍ−１）は、インジェクション電流密度ｊ（Ａ／ｃｍ２）につい
てのヘテロ構造における放射についてのゲインであり、αＩＲ（ｃｍ−１）は、
インジェクション領域内の放射の吸収と拡散によって決定される光損失係数であ
り、αｅｎｄ（ｃｍ−１）は、インジェクションの端部境界を通って漏れる放射
によって決定される損失係数であり、αＯＲは、インジェクション領域から出力
領域に漏れる出射指向性自然放出のための正味損失係数である。その結果として
、かなりの程度まで、エミッタの外部効率を決定する入力効率ηｉｎは、主とし
て、出力領域に隣接したクラッディングサブレイヤの厚さおよび／または組成（
屈折率）によって制御される。ｇ＞＞（αＩＲ＋αｅｎｄ）あるいは同等に、α ＯＲ ＞＞（αＩＲ＋αｅｎｄ）を選択する場合、そのとき、１に近いηｉｎを得
ることができる。クラッディングレイヤの特性により、インジェクション領域か
らの自然放出の片側出力か、あるいは両側出力かのいずれかが、実現されること
が可能である。
【００１１】 ヘテロ構造のための適切な選択が、狭く方向付けられる自然放出の生成を結果
として生ずるという本発明の基礎をなす仮定条件は、自明でない。ヘテロ構造内
の自然放出は、個々の自然光量子の伝搬のランダムな性質のために、無指向性で
あると普通に考えられている（たとえば、［Ｙｕ．Ｒ．Ｎｏｓｏｖ、Ｏｐｔｏｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ［ｉｎ Ｒｕｓｓｉａｎ］、Ｍｏｓｃｏｗ、Ｉｚｄａｔ．
Ｒａｄｉｏ ｉ Ｓｖｙａｚ（１９８９）］、ｐ．１４１を参照）。提案された
エミッタについての本質的な特徴の提案された集合体を実現するとき、放出の結
果として起こる効率のよい出力を有する垂直平面における自然放出のための狭い
放射パターンを達成することを、実験に基づいて明らかにし、計算によって確認
し、それは、きわめて高い外部効率、パワー、光パワー、放射強度、および光放
射強度と、アクティブレイヤと直交する方向を含む異なる制御可能な方向におけ
る出力放射の能力と、独立して制御可能なビームを有する線形エミッタアレーお
よび二次元エミッタアレーを含む、マルチビームエミッタの実現化へと導く。
【００１２】 本発明で言及された本質的な特徴のすべては、下記に考慮される様々な変形に
おいて、特に、異なる組成、幅、厚さ、レイヤの数、サブレイヤの数、ヘテロ構
造と出力領域との両方に属する領域の数を有する変形において、提案されたエミ
ッタを実現することを可能とし、さらに、指向性自然放出の高い効率出力を得る
ために、出力領域の様々な異なる形状および変形された形状を実現することを可
能とする。
【００１３】 出力領域の構成を選択する際に、導入した特有の特徴で、自然放出は、垂直平
面において狭い放射パターンを有するが、対応する水平平面において、その伝搬
が、あらゆる方向において（インジェクションレーザにおける漏れやすいモード
に対比して）同等である可能性がある（２πの範囲内）という事実から始めた（
ここでは、知られているエミッタにおけるように［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．２０、ｐｐ．２８３９−２８４１
、（１９９４）］、水平平面は、対応する垂直平面に直交する平面として規定さ
れ、それは次に、アクティブレイヤの平面に直交する）。これは、その形状と、
そして次に、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られる傾斜の
角Ψに対する、出力領域からの自然放出の出力効率の依存関係を決定した。最も
高い効率は、たとえば、直円錐台あるいは直円柱として、インジェクション領域
の平面に直交し、そしてその中心を貫通する軸に対して回転立体の形状の出力領
域を選択する場合に達成されることが可能である。放射出力の異なる方向（アク
ティブレイヤの平面に対する）が、角φにより、傾斜の角Ψを適切に選択するこ
とによって実現される。個々の場合において、出力領域は、回転立体としてだけ
でなく、たとえば、六面体として実施されることができるが、この場合、出力領
域からの放射出力効率は減少される。
【００１４】 取り組まれる問題は、さらに、下記の場合に解消される。
【００１５】 アクティブレイヤが、少なくとも１つのサブレイヤから形成されることができ
る。アクティブレイヤの第１の表面および反対側の第２の表面にそれぞれに配置
されるクラッディングレイヤは、それぞれにクラッディングサブレイヤＩｉ、Ｉ
Ｉｊから形成される。ここで、ｉ＝１、２．．．ｋおよびｊ＝１、２、．．．ｍ
は、アクティブレイヤから数えるとき、屈折率ｎＩｉ、ｎＩＩｊをそれぞれ有す
るクラッディングサブレイヤに標識付けする連続した数字を表わす整数として規
定され、少なくとも１つのクラッディングサブレイヤは、各クラッディングレイ
ヤに作られる。この場合、ヘテロ構造構成は、少なくとも１つのクラッディング
サブレイヤが、勾配レイヤとして、すなわち、単調に変わる組成を有して実施さ
れることを可能とする。このような勾配クラッディングレイヤは、各勾配レイヤ
を細分することによって得られる、対応するｎＩｉ、ｎＩＩｊを有するクラッデ
ィングレイヤのサブレイヤの有限数として考えられる。アクティブレイヤが、互
いにバリアサブレイヤによって分離される、１つあるいはいくつかのアクティブ
サブレイヤ（量子サイズの厚さを有するサブレイヤを含む）として作られ、そし
てクラッディングレイヤが、勾配レイヤとして作られるか、または、１つあるい
はいくつかのサブレイヤからなる提案されたヘテロ構造構成は、注入された非平
衡キャリヤから自然光量子への変換の内部効率を増大し、その結果、全体として
、エミッタの効率を増大することを可能とする。
【００１６】 取り組まれた問題への解決は下記のように達成される。
【００１７】 少なくとも１つのインジェクション領域は、動作増幅器において作られる。実
際に、動作デバイスにおけるインジェクション領域は、非平衡キャリヤのインジ
ェクションが生ずるそれ（面積）の部分のためのアクティブレイヤと一致する。
一連のインジェクション領域の存在が、マルチビームエミッタを生成することを
可能にする。
【００１８】 好ましい実施形態において、放射出力領域に隣接したクラッディングレイヤの
厚さは、アクティブレイヤの反対側に配置されるクラッディングレイヤの厚さ未
満であるように選択され、および／または放射出力領域に隣接したクラッディン
グサブレイヤの屈折率は、アクティブレイヤの反対側に配置される外側クラッデ
ィングサブレイヤの屈折率より大きいように選択される。
【００１９】 本発明の特徴の提案された発展は、指向性の実質的な改善と、外部効率におけ
る増大とを伴い、インジェクション領域から放射出力領域への自然放出の一方向
性伝搬を結果として生ずる。
【００２０】 いうまでもなく、出力領域の内側表面へのインジェクション領域の直接照射は
、その制限を超えるべきでない。厚さｄＲＯＲ１の選択は、伝搬角φ、インジェ
クション領域ＤＩＲの最大寸法、および傾斜の角Ψによる。結果的に、エミッタ
の好ましい実施形態において、取り組まれる問題を解消するために、ヘテロ構造
の対応するクラッディングレイヤに隣接した放射出力領域の導入された内側表面
の大きさおよび面積Ｓｉｎ以下であるように、インジェクション領域の大きさお
よび面積ＳＩＲを選択し、そして１μｍから１００００μｍの範囲の放射出力領
域ｄＲＯＲｑの厚さを選択することが好都合である。
【００２１】 多くの場合、放射出力領域は、電気的に導電性として実施されるべきであり、
そしてオーム接触部は、放射出力領域の導入された外側表面に作られるべきであ
る。これは、エミッタのための製作技術を簡素化することを可能にする。
【００２２】 エミッタの好ましい実施形態において、取り組まれる問題を解消するために、
放射出力領域は、光学的に均質の材料で作られる。出力領域が自然放出に透明で
あるという必要条件は、エミッタの効率のよい動作のために、出力領域における
自然放出の吸収および拡散による光損失を小さくする必要があることを意味する
。単一のレイヤからなる出力領域について、これは、下記の条件が満たされる場
合である。
【００２３】 αＲＯＲ１＜＜（μ・Ｄｉｎ）−１ （８） 式中、μは、出力領域の形状により、ほぼ０．４から１．５で変化することがあ
る数字であり、Ｄｉｎは、選択された方向における出力領域の内側表面の大きさ
である。たとえば、半導体材料について、出力領域についてのバンドギャップＥ ＲＯＲ１ は、波長λによって決定されるアクティブレイヤのバンドギャプＥａよ
り大きくなければならない。αＲＯＲ１（ｃｍ−１）の低い値を達成するために
、出力領域が非導電性になる場合、少なくとも２つのレイヤから放出出力領域を
作ることが好都合であり、ヘテロ構造の境をなす第１のレイヤは、電気的に導電
性とされ、そして第２のレイヤは、第１のレイヤについてのαＲＯＲ１よりも低
い光損失係数αＲＯＲ２を有する材料から作られ、そして、この場合、第２のレ
イヤは、絶縁体から作られるのがよい。上記のことは、出力領域を貫通するとき
の放射の吸収および拡散のため、光損失における減少の結果として、エミッタの
効率を増大することを可能にする。
【００２４】 出力領域のレイヤにおける放出の伝搬を制御でき、その結果として、第１のレ
イヤについての屈折率ｎＲＯＲ１と、第２のレイヤについての屈折率ｎＲＯＲ２ とで異なる屈折率を選択することによって、出力領域およびそのレイヤの厚さを
制御することが可能である。この場合、第１のレイヤにおいて、放射は、ａｒｃ
ｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）に等しい伝搬角φで伝搬し（（２）を参照）、
そして、第２のレイヤにおいて、放射は、ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ２ ）に等しい伝搬角φで伝搬する（（２）を参照）。同様に、出力領域のｑ番目の
レイヤについて、下記の関係が満たされる。
【００２５】 φｑ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲｑ） （９） したがって、出力領域の２つのレイヤ間の境界における伝搬の角φｑは、両側
において変化する。たとえば、２つのレイヤからなる出力領域について、第２の
レイヤの屈折率ｎＲＯＲ２が、ヘテロ構造の境をなす第１のレイヤの屈折率ｎＲ ＯＲ１ 未満であるように選択される場合、そのとき、角φ２は、角φより大きい
。反対の場合について、ｎＲＯＲ２がｎＲＯＲ１より大きい場合、そのとき、第
２のレイヤの厚さは、前述のケースにおけるよりも薄く作られることが可能であ
り、それは、出力領域の厚さにおける減少、さらに、製造技術の簡素化、および
エミッタのための製造経費における減少へと導く。伝搬の角φｑを減少する別の
提案された方法は、ｎｅｆｆより大きい屈折率を有するサブレイヤＩｉおよび／
またはＩＩｊを、隣接する出力領域との集合状態で実効屈折率ｎｅｆｆを有する
ヘテロ構造のクラッディングレイヤに導入することを含む。
【００２６】 さらに、目的を成し遂げるために、放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが
、半導体から作られることと、放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが、導入
された基板から作られることとを提案する。これは、エミッタのための製造技術
の簡素化を結果として生ずる。
【００２７】 電気的に導電性の第１のレイヤを有するマルチレイヤ出力領域の上記に考慮さ
れるすべてのケースにおいて、オーム接触部は、出力領域の電気的に導電性の第
１のレイヤに作られ、それは、抵抗のため熱損失の減少と、エミッタのための製
造技術の簡素化とを結果として生ずる。この場合、電気的に導電性のレイヤの厚
さは、インジェクション領域の最小直線寸法以下であるように作られることが好
都合である。オーム接触部の提案された実施形態を使用する際の効率は、インジ
ェクション領域の大きさと、提案されたエミッタを貫通する電流密度とによる。
さらに、一般の場合、出力領域が、半導体材料以外でで作られてよいことが注目
される。その特性、特に屈折率ｎＲＯＲ１（一般の場合、ＮＲＯＲｑ（９）を参
照）および光損失係数αＲＯＲｑは、必要条件（１）および（８）を満たすこと
だけが重要である。
【００２８】 取り組まれる問題は、さらに、出力領域構成の様々な提案された変形を使用し
て解消される。放射出力領域は、少なくとも１つの直円錐台であり、直円錐台の
底面の１つが、直円錐台に隣接したクラッディングサブレイヤに配置されるとき
に実施される構成が提案されている。その円錐台の側方表面は、その母面によっ
て形成される。このような出力領域を有するエミッタにおいて、出力放射につい
て異なる方向を実現して、出力表面の放射の垂直入射についての最大効率、放射
パワー、および強度を得ることが可能である。この場合、さらに、 アクティブレイヤの平面に対する伝搬角φでの放射出力の方向を得るために、
内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られる傾斜の直線角Ψが、
（π／２−φ−σ）から（π／２−φ＋σ）の範囲で選択され、ここで、φが、
放射出力領域内に伝搬する放射について正面への法線によって、アクティブレイ
ヤの平面で作られる角度であり、σは、放射出力領域内に伝搬する放射について
の出力表面の内部全反射の角度であることと、 放射出力領域が配置される側のアクティブレイヤの平面に対して直角な放射出
力の方向を得るために、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作ら
れる傾斜の直線角Ψが、（３π／４−φ／２−σ／２）から（３π／４−φ／２
＋σ／２）の範囲で選択されることと、 ヘテロ構造が配置される側のアクティブレイヤの平面に対して直角な放射出力
の方向を得るために、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られ
る傾斜の直線角Ψが、（π／４−φ／２−σ／２）から（π／４−φ／２＋σ／
２）の範囲で選択されることと、 が提案されている。
【００２９】 取り組まれる問題は、さらに、少なくとも１つの直円柱であり、直円柱の底面
の１つが直円柱に隣接したクラッディングレイヤに配置されるときに、出力領域
を実施することによって解消されることが好都合であり、それは、製造技術の簡
素化と、出力領域における指向性多重反射を使用するときに、エミッタについて
の特性の高い値の達成とを可能とする。
【００３０】 出力領域は、少なくとも１つの六面体であり、六面体の底面の１つが六面体に
隣接したクラッディングレイヤに配置されるときに形成される、エミッタがさら
に提案されている。この場合、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（π／２−φ−△φ／２）から（π／２−φ＋△φ／２）の範囲で選
択され、ここで、△φは、垂直平面における放射についての発散の角度であるこ
とと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（３π／４−φ／２−△φ／２）から（３π／４−φ／２＋△φ／２
）の範囲で選択されることと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（π／４−φ／２−△φ／２）から（π／４−φ／２＋△φ／２）の
範囲で選択されることと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、π／２に等しいように選択されることと、 が好都合である。
【００３１】 六面体として出力領域の構成を選択することは、製造技術を簡素化することと
、さらに、近接フィールド放射の領域を減少すると同時に、エミッタの明るさを
増大することを可能とする。
【００３２】 出力領域が、直円柱あるいは六面体として作られ、その出力表面がアクティブ
レイヤの平面に直交するすべてのエミッタについて、伝搬角φは、全反射の角σ
未満であるように選択されるべきであり、それは、出力表面の放射出力領域から
延在する放射の内部全反射と、対応する損失とを削除することを可能とする。
【００３３】 そのうえ、反射防止コーティングが、導入された出力表面の少なくとも一部に
適用されることと、さらに、反射コーティングが出力表面の一部に適用されるこ
ととが提案され、それは、エミッタの効率、パワー、強度、および明るさにおい
てさらなる増大を可能とする。
【００３４】 エミッタの変形は、さらに、複数の指向性放射の出力ビームを有して提案され
ている。これらの変形は、少なくとも２つのインジェクション領域でのヘテロ構
造において、それらの製造中に、同一の伝搬角φが形成され、そして、電流がビ
ームの独立制御のために独立して供給されるとき、各インジェクション領域への
独立オーム接触部が、ヘテロ構造の外側に作られるという点で、上記の変形と識
別される。
【００３５】 マルチビームエミッタの１つの変形に関して、独立オーム接触部を有する各イ
ンジェクション領域のために、関連した放射出力領域が形成されることができる
。
【００３６】 マルチビームエミッタのもう１つの変形に関して、１つの共有の放射出力領域
が、独立接点がある場合と、ない場合の両方で、いくつかのインジェクション領
域のために少なくとも形成されることができる。
【００３７】 取り組まれる問題は、さらに、指向性自然放出の出力ビームの線形シーケンス
を有し、電流供給源への独立接続を有するこれらを含む、エミッタを製造するた
めに、下記のように、 独立接点を有する同一の大きさのインジェクション領域が、インジェクション
領域の線形シーケンスとして、単一のラインに沿ってヘテロ構造内に規則正しく
間隔がおかれていることと、 放射出力領域側に、それらの外側表面の少なくとも一部に、線形シーケンスに
含まれるインジェクション領域を電気的に接続するストリップの形状に実施され
るメタライゼーションレイヤが、導入されることとを含む。
【００３８】 指向性自然放出の出力ビームの二次元アレーを有し、電流供給源への独立接続
を有するこれらを含むエミッタを製造するために、取り組まれる問題は、 ヘテロ構造内にインジェクション領域の少なくとも２つの線形シーケンスを形
成することと、 インジェクション領域が配置される側に、ストリップとして独立接点にメタラ
イゼーションレイヤを実施し、ストリップのそれぞれが、インジェクション領域
の各線形シーケンスから電気的に１つのインジェクション領域を接続することと
、によって解消される。
【００３９】 拡散による非平衡キャリヤの損失と表面再結合とを減少することによって効率
を増大するために、インジェクション領域は、アクティブレイヤの少なくとも全
体に含まれる導入されたバリアレイヤによってサイズが制限されることが好都合
である。
【００４０】 インジェクション領域の直列のガルヴァーニ電気接続によって、電源にエミッ
タをより効果的に整合するために、少なくとも２つの隣接したインジェクション
領域が、出力領域の絶縁性の第２のレイヤ全体にガルヴァーニ電気的に絶縁され
ることと、前述のインジェクション領域のオーム接触部が、メタライゼーション
レイヤによってガルヴァーニ電気接続されることとが提案されている。
【００４１】 本発明の本質は、適切に選択された、組成、厚さ、レイヤの数、サブレイヤの
数、さらに、所定の屈折率を有する材料で作られる放射出力領域の非自明の実施
、出力領域からの放射出力の結果として起こる効率を有する指向性自然放出を生
成することを可能とするレイヤの数で形成される、ヘテロ構造のためのオリジナ
ルな構成である。出力効率は、さらに、出力領域の側方表面の母面の傾斜の適切
な角Ψの選択によって増大される。上述のすべては、外部効率、パワー、光パワ
ー、放射強度、およびインジェクションインコヒレントエミッタの光放射強度を
増大し、さらに、それぞれ独立してスイッチオンされることが可能なビームを有
するエミッタを含むマルチビームエミッタアレー、線形エミッタアレー、および
二次元エミッタアレーの構成を含み、それらを作るための技術の簡素化で、異な
る放射出力方向において高い指向性自然放出を達成することを可能とする。
【００４２】 本発明の技術的な実施は、今まで十分に開発されている知られている基本製造
プロセスに基づいていることに留意されたい。一般に使用されているエミッタに
関する放射波長の範囲は、赤外線から紫外線に及んでいる。適切なヘテロ構造は
、波長の範囲の異なる部分に使用されている。紫外線放出、青色の放出および緑
色の放出（０．３６μｍ＜λ＜０．５８μｍ）のためには、最も効果的なヘテロ
構造は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ、さらに、ＺｎＣｄＳＳｅ／ＧａＡｓ
の系における半導体化合物に基づくものであり、赤色の放出および黄色の放出（
０．５８μｍ＜λ＜０．６９μｍ）のためには、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの系
における化合物、赤外線放出（０．７７μｍ＜λ＜１．２μｍ）のためには、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの系における化合物とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓの系における化合物であり、赤外線放出（１．２μｍ＜λ＜２．０μｍ）の
ためには、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの系における化合物であり、赤外線放出（２
．０μｍ＜λ＜４．０μｍ）のためには、ＡｌＧａＩｎＳｂＡｓ／ＧａＡｓの系
における化合物である。使用されるλと選択されたヘテロ構造とによる表示され
た範囲のそれぞれにおいて、出力領域のための適切な材料は、条件（１）および
（８）を満たすように選択される必要がある。出力領域のために下記の半導体材
料、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮの系ためにＧａＮ、ＺｎＣｄＳＳｅ／Ｇａ
Ａｓの系のためにＺｎＳｅ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの系のためにＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの系のためにＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓの系のためにＧａＡｓとＧａＰ、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの系のためにＳｉ
とＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＳｂＡｓ／ＧａＡｓの系のためにＳｉとＧａＡｓを提
案することができる。最近開発された「ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ（ウエハ結
合）」技術（たとえば、Ｈ．Ｗａｄａら．、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｎｔｏｎ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔｅ．ｖ．８、ｐ．１７３、（１９９６））は、これらの提案
を首尾よく実施するのに使用されることが可能である。本発明によって提案され
る指向性自然放出を有する効率のよいエミッタの構成は、上記に表示した放射波
長範囲とヘテロ構造システムのすべてに少なくとも適用可能である。イルミネー
ションに使用される白色光エミッタは、下記のように、３つの基本色（赤、緑、
青）の放射を混合することによってか、あるいは特にこのために選択される材料
の青い光エミッタから、赤および緑のルミネセンスの放射を励起することによっ
てのいずれかで得られることができる。本発明は図１乃至図１８から理解される
であろう。
【００４３】 （発明を実施するための最良の形態） 以下において、本発明は、添付の図面を参照として特定の実施形態によって説
明されている。エミッタの構成のために示されている例示は、単なる実施形態で
はなく、別の実施形態を暗示し、その特別の詳細は、特許請求の範囲における特
徴を集めて表わされている。
【００４４】 変形の１つが図１および図７に概略的に示されている提案されたエミッタ１は
、知られているＭＯＣ−ハイブリッドエピタキシ（ＭＯＣＶＤ）方法によって成
長され、かつサブレイヤＩｊ、ＩＩｊをそれぞれ有する、クラッディングレイヤ
４、５間に配置されるアクティブレイヤ３からなるヘテロ構造２を備え、ここで
、ｉ＝１．．．ｋであり、ｊ＝１．．．ｍである。この場合、アクティブレイヤ
３は、いくつかのアクティブサブレイヤと、それらを分離するバリアサブレイヤ
（図１に図示せず）とで構成されている。側方表面８を有する直円錐台の形状を
有し、その母面の傾斜の角Ψが７２゜に等しい、半導体出力領域７の内側表面６
は、アクティブレイヤ３から遠いクラッディングレイヤ５のサブレイヤＩＩｍの
表面に配置されている。その円錐の高さは、９２１μｍに等しい。直径３０００
μｍの円錐の底部円形底面は、出力領域７の内側表面６である。出力領域７のた
めの円錐の上部底面（２４０１μｍに等しい小さな直径の円）は、出力領域７の
外側表面９である。エミッタのインジェクション領域１０は、アクティブレイヤ
３（それらの面積は等しい）と一致し、円形形状を有する。その直径ＤＩＲは、
３０００μｍに等しく、その面積ＳＩＲは、０．０７０６５ｃｍ２に等しく、そ
の厚さは、アクティブレイヤ３の厚さに等しい。オーム接触部１１は、出力領域
７の位置と反対側の構造に作られ、オーム接触部１２は、外側表面９に作られる
。この構成におけるクラッディングレイヤ４は、サブレイヤ１３（Ｉ１）、１４
（Ｉ２）とで構成され、クラッディングレイヤ５は、サブレイヤ１５（ＩＩ１）
、１６（ＩＩ２）とで構成されている。半導体接触部レイヤ１７は、アクティブ
レイヤ３から遠いクラッディングレイヤ４のサブレイヤＩｋの表面に、特に、サ
ブレイヤ１４に配置されている。本発明で提案されるエミッタを、たとえば、Ｇ
ａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの他の半導体化合物から作られるヘテロ構造２に製造する
とき（１４頁を参照）、エミッタのオーム抵抗を減少するように構成される接触
部レイヤ１７は、必要とされないことに留意されたい。表は、ヘテロ構造２の、
また接触部レイヤ１７と出力領域７について、レイヤおよびサブレイヤの組成、
厚さ、屈折率、タイプ、ドープ濃度、および吸収係数を示している（２４頁参照
）。ヘテロ構造２のアクティブレイヤ３のこの組成のための放射波長λ（表を参
照）は、６０４ｎｍに等しい。
【００４５】 図１において、さらに、下記の図２乃至図５、図１２、図１３および図１５に
おいて、従来の矢印は、出力領域７内とその外側に、レーザ放射の伝搬の方向を
示している。内側表面６と側方表面８との間の傾斜の直線角Ψは、任意に、内側
表面６から離れた方向に進むように取られている。
【００４６】 １つの可能な実施形態として、エミッタ１は、たとえば、円錐形の傾斜反射壁
１９（図１１を参照）を有するホルダ１８（同時に電気リード線である）に、伝
導性の銀含有ペーストを使用してオーム接触部１１の側によって取り付けられた
。ワイヤ２０を介するオーム接触部１２は、他の電気的リード線２１に接続され
た。必要とされたパワーは、オーム接触部１１、１２に供給される。エミッタ１
を有するホルダは、１．５に等しい屈折率ｎ０を有する透明な絶縁化合物（図１
１には図示せず）を用いて置かれる。
【００４７】 このおよび以下のエミッタ１に関する基本パラメータは、数値計算によって得
られた。実効屈折率ｎｅｆｆ、伝搬角φ、放射についてのゲインｇ、および指向
性自然放出についての分散が制限された発散の角△φ１は、マルチレイヤへテロ
構造における適切な境界条件を有するＭａｘｗｅｌｌの方程式を解くために、マ
トリックス方法［Ｊ．Ｃｈｉｌｗａｌｌら、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｓ．Ａｍｅｒ．、
Ａ、ｖ．１、Ｎｏ．７、ｐｐ．７４２−７５３、（１９８４）］に基づく特定の
プログラムを使用して計算された。
【００４８】 特に、表に示されるヘテロ構造２のレイヤと出力領域７との特性を有するエミ
ッタ１について、 実効屈折率ｎｅｆｆが、３．２９２１であることと、 伝搬角ψが、１８゜であることと、 １００Ａ／ｃｍ２のデバイスを通る電流密度ｊについて、達成されるアクティ
ブレイヤにおける放射のゲインｇは、３９１ｃｍ−１に等しいことと、 出力領域７内の自然放出についての分散が制限された発散の角△φ１は、１１
．６ｍｒａｄ（数値計算について、自然放出のためのスペクトルラインの半分の
幅が２０ｍｎに等しいと仮定した）に等しいことと、 を見出した。
【００４９】 回折が制限された発散の角△φ２（５）は、単に、０．２ｍｒａｄに等しいこ
とが見出され、これを考慮に入れると、出力領域７内の発散の総角△φは、１１
．８ｍｒａｄに等しい。（６）による出力領域７からの放射の射出後、垂直平面
における発散の角Θ１は、４０．８ｍｒａｄ（２．３゜）に等しい。出力自然放
出についての近接フィールド放射は、出力領域７の側面表面８に位置される環状
表面の形状を有し、リングの幅は、９３０μｍに等しく、その総面積は、０．０
２８ｃｍ−２に等しい。リングの周辺全体にわたる出力放射は、アクティブレイ
ヤ３の平面に対する角φ（１８゜）に等しい角度で傾斜される。
【００５０】 外部効率ηは、出力表面の自然放出の垂直入射を有するエミッタ１の実施形態
について得られる式を使用して計算され、 η＝ηｉ・ηｉｎ・ηα・（１−Ｒ）・［１＋（ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）１＋（
ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）２＋（ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）３＋．．．］ （１０） ここで、ηｉは、生成される自然放出光量子の数対注入された電子ホール対の比
によって画定される内部量子効率であり、Ｒは、前記表面の垂直入射についての
出力領域７の出力表面への自然放出のための反射係数であり、 ηαは、 ηα＝ｅｘｐ（−αＲＯＲ１・μ・Ｄｉｎ） （１１） に等しい出力領域７を通る単一のパスについての放射の光損失（吸収、拡散）を
決定する効率であり、 ここで、μは、出力領域の形状によりほぼ０．４から１．５に変わることができ
る数字であり、Ｄｉｎは、出力領域７の内側表面６の直径である。
【００５１】 式（７）は、ηｉｎを計算するのに使用された。その計算において、係数ηｉ 、αＩＲ、αＲＯＲ１は、それぞれ、１（通常、高品質のヘテロ構造におけるケ
ースであるように）、５ｃｍ−１および０．６ｃｍ−１に等しいと仮定した［Ｒ
．Ｋ．Ｗｉｌｌａｒｄｓｏｎ および Ａ．Ｃ．Ｂｅｅｒ、ｅｄｓ．、Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［Ｒｕｓ
ｓｉａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ
ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ、Ｖｏｌ．３、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ＩＩＩ−Ｖ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］、Ｉｚｄａｔ．Ｍｉｒ、Ｍｏｓｃｏｗ
（１９７０）、ｐｐ．４５４−４５８］。インジェクション領域１０の端部面表
面を通る自然放出の漏出のための損失は、それらが小さいので計算において無視
された（αｅｎｄは、ゼロに等しいと仮定された）。係数ηｉｎ（７）およびη α （１０）は、それぞれ、０．９８７２および０．９１８０に等しかった。ηα （１０）に関する計算において、数値係数μは、（０．５ｃｏｓφ）、特に０．
４７５６に等しかった。仮定を考慮して計算されるエミッタ１についての外部効
率ηは、（９）により０．８６０８であった。自然放出についての出力パワーＰ
（ワット）は、 Ｐ＝η・Ｊ・（ｈν） （１２） のように規定され、 ここで、ＪＡは、インジェクション領域を貫通する動作電流であり、（ｈν）は
、ボルトで示される放射の光量子のエネルギーである。１００Ａ／ｃｍ２の動作
電流密度について達成される７．０６５Ａに等しい電流Ｊに関して決定される自
然放出のパワーＰ（１１）は、１２．５Ｗに等しい。近接フィールド放出のため
の単位面積での放射パワーは、８３．３Ｗ／ｃｍ２である。６０４ｎｍの放出波
長のための発光効率曲線を考慮すると、１２．５Ｗの得られるパワーは、４９５
２ルーメンに等しい光パワーＰｏｐｔに相当する。得られるパワーＰｏｐｔに対
するそれが放出する内部の総立体角（２π・△φ）の比として画定される光放射
強度Ｑｏｐｔは、１９３２７カンデラに等しい。
【００５２】 図１７および図１８に示されるエミッタ１の次の変形において、出力領域７は
、複数の規則正しく間隔が置かれた直円錐台と、２つの互いに直交する方向にお
ける前述のすべての円錐の外側表面を接続する「ジャンパ（ｊｕｍｐｅｒ）」２
２（図１８において、それは、９個の円錐と１０個のジャンパとで構成されてい
る）とで構成されている。同一形状および面積を有するインジェクション領域１
０のような出力領域７の内側表面６は、ジャンパ２２の底ベースによって接続さ
れ、かつそれらの円形直径の２倍によって分離されるクラッディングレイヤ４に
同等に間隔が置かれている、リングとして形成されている。接触部レイヤ１７は
、ＧａＡｓ基板で作られている。電流は、接触部レイヤ１７に配置される連続し
たオーム接触部１１と、すべての円錐の外側表面９に配置されて、ジャンパ２２
を結合するオーム接触部１２とを介して供給される。このエミッタ１において、
インジェクション領域１０のための小さな面積（すなわち、１０μｍ以上の直径
を有する）を選択することによって、出力領域７のための１ミクロン以上の全体
の厚さを確実にすることが可能である。これは、出力領域７のレイヤが、ヘテロ
構造２を有する単一のプロセス内に成長されることが可能であり、かつそれらが
、化学的なアシストによるイオンビームエッチング［Ｊ．Ｄ．Ｃｈｉｎｎら．、
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｖｏｌ．Ａｌ、ｐｐ．７０１−７０４
（１９８３）］によって形成されることが可能なので、エミッタ１のための製造
技術を簡素化することを可能とする。同時に、エミッタ１（出力領域７における
小さな吸収損失のため）は、高い外部効率を有し、光源のサイズおよび形状に何
ら基本的な制限を有さず、そしてその結果として放出についての高いパワーおよ
び光パワーを有することができる。出力領域７の１つあるいはいくつかの円錐は
、出力領域７の側（図には示されていない）に、１つあるいはいくつかの導電性
ワイヤ２０を取付けるため大きい直径で作られることができる。
【００５３】 図２および図８に示されるエミッタ１の別の変形において、インジェクション
領域１０の平面と円錐形の出力領域７の側方表面８の母面によって作られる傾斜
の角Ψは、（３π／４−φ／２）に等しいように、特に１２６゜に選択された。
その結果、幅９００μｍのリングの形状を有する放射近接フィールドは、外側表
面９の周辺に沿って、特に、前記外側表面９への側方表面８の突出箇所に配置さ
れる。自然放出は、前述の突出箇所に直交する方向に射出し、突出箇所に、反射
防止コーティング２３が適用される。問題となっているエミッタ１についての係
数μは、０．６８５に等しい。これは、係数ηαのいくらかの減少を導き、結果
として、係数ηのいくらかの減少を導く。残りの特性は、エミッタ１の第１の変
形の特性に近似している。
【００５４】 図３は、エミッタ１の次の変形を示し、インジェクション領域１０の平面と円
錐形の出力領域７の側方表面５の母面によって作られる傾斜の角Ψは、（π／４
−φ／２）に等しく、特に、３６゜に等しい。この結果、放出は、ヘテロ構造２
、接触部１１、および接触部レイヤ１７に透明である外側環状部分に適用される
反射防止コーティング２３を有する出力領域７の内側表面６の外側環状部分を通
って、射出する。係数μ＝１．４３５である。
【００５５】 エミッタの次の変形において（図４および図９を参照）、出力領域７は、３０
００μｍの直径Ｄｉｎを有する直円柱の形状で実施される。これは、下記の結果
を導く。このようなエミッタ１は、隣接する出力領域７を有する集合において、
伝搬角φ（２）が、１６゜５０’に等しい角σより大きくないｎｅｆｆの値によ
って特徴付けられる、ヘテロ構造２を備える必要がある。このエミッタ１におい
て、これは、サブレイヤ１４、１５の厚さを０．１μｍまで増大し、レイヤ１６
の厚さを０．１μｍにまで減少することによって達成された（表を参照）。これ
は、１６゜３０’にまで角φにおける減少を導く。そのうえ、上記の変形に対比
して、このエミッタ１において、いくらかの自然放出は、それが出力領域７から
射出する前に、いくらが側方表面８からの多重反射を受ける間に射出する（図４
を参照）。このような反射の数は、斜め入射についての出力領域７の出力表面へ
の自然放出に関する反射係数Ｒｏｂにより、それは、次に、角φに等しい側方表
面８への放射の入射の角による。提案されたエミッタ１において、光線は、規則
的な方法で出力領域７を移動し、それは、放射が、小さな損失で出力領域７から
射出することを可能とする。３０００μｍの出力領域の厚さを選択し、そのこと
は、光線が外側表面９に達する前に、出射光線の３回の反射を確実にした。出力
領域７の側方表面８への放射の入射角は、１６゜３０’に等しく、そして側方表
面８での放射の屈折角は、７９゜２０’に等しかった。他の計算データについて
は、係数ｇは、３９１ｃｍ−１であり、ηｉｎは、０．９８７２であり、ηαは
、０．９０９８であり、偏光されていない自然放出についてのＲｏｂは、０．４
１９８であり、そして出力領域７内の３回の反射についての外部効率ηは、０．
８０９８である。ηの値は、出力表面への自然放射の斜め入射を有する（特に、
円筒形出力領域を有する）エミッタの変形に関して得られる関係を使用して計算
された。
【００５６】 η＝ηｉ・ηｉｎ・ηα・（１−Ｒｏｂ）・［１＋（ηα・Ｒｏｂ）１＋（η α ・Ｒｏｂ）２＋（ηα・Ｒｏｂ）３＋．．．］ （１３） したがって、７．０６５Ａの電流Ｊ（Ｊは１００Ａ／ｃｍ２に等しい）について
、Ｐ（１１）は、１１．７４Ｗであり、Ｐｏｐｔは、４６５３ルーメンに等しく
、そしてＱｏｐｔは、１８２７６カンデラに等しい。
【００５７】 エミッタ１の別の変形の出力領域７（図５および図１０を参照）は、矩形の平
行六面体の形状で作られ、そして、２つのレイヤ２４、２５で構成され、その屈
折率は、関係（１）に相当するが、この場合、レイヤ２５の屈折率は、レイヤ２
４におけるよりも大きい。２つのレイヤは、電気的に導電性である。インジェク
ション領域１０のような内側表面６は、矩形の形状を有する。水平平面における
係数Ｒｏｂは、上記の変形に対照的に、出力領域７の側方側への放射の入射角に
応じ、０．３から１の範囲内で変化する。これは、この変形についての外部効率
におけるいくらかの減少を導く。放射が出力領域７から射出後、水平平面におけ
る放射についての発散の角Θ２は、各側方側についてπラジアンに等しい。上記
に示される出力領域７の２つのレイヤの組成は、出力領域７の全体の厚さを減少
することを可能にする。このエミッタ１の他の特徴および特色は、上記の変形に
類似する。エミッタが最も簡単に作られることに留意されたい。
【００５８】 上記に考慮される本発明の変形について（図１乃至図４を参照）、製造技術を
簡素化して、エミッタの価格を減少するために、出力領域７の出力表面への反射
防止コーティング２３の適用は、省略されてもよいことに留意されたい。出力領
域７の側方表面８からの多重反射のため（図４および図５、さらに、式（１２）
を参照）、あるいは出力領域７の側方表面８から反射して返される放射のインジ
ェクション領域１０からのマルチプル再放出のため（図１、図２および図３、さ
らに、式（９）を参照）、反射防止コーティングが存在するときよりもずっと小
さい外部効率（９）、（１２）を得ることが可能である。さらに、提案されたエ
ミッタについての製造技術を簡素化するために、それらのインジェクション領域
１０は、バリア領域を有さずに作られることができる（図１乃至図５を参照）こ
とに留意されたい。
【００５９】 個々の変形において、電源電圧を増大することによる電源への高いパワーエミ
ッタのより効果的な整合は、導入されたバリア領域２６、２７を使用して、イン
ジェクション領域１０と、それらの直列のガルヴァーニ電気接続とを作ることに
よって達成されることができる（図６を参照）。この場合、出力領域７は、電気
的に導電性のレイヤ２８と絶縁性レイヤ２９とで構成され、そしてインジェクシ
ョン領域１０の一つの側のバリアレイヤ２６は、それを少なくともクラッディン
グレイヤ５まで絶縁し、もう１つの側のバリアレイヤ２７は、それを絶縁性レイ
ヤ２９にまで全体を絶縁する。この場合、バリアレイヤ２７によって分離される
２つの隣接したインジェクション領域１０についての独立オーム接触部３０は、
メタライゼーションレイヤ３１によって対に接続される（図６を参照）。
【００６０】 小さな光源と高い放射の明るさとを有するエミッタ１の変形について（図１２
および図１３を参照）、内側表面６および外側表面９が矩形の形状を有する六面
体として出力領域７が実施される。内側表面６についての矩形の両側面は、１０
００×３０００μｍ２である。インジェクション領域１０は、同一の寸法と同一
の面積とを有する。六面体の側方表面８は、４つの面で構成されている。反射防
止コーティング２３は、出力表面を有する面の１つに適用され、そして反射コー
ティング３２は、残りの３つの面に適用される。すべての面は、（π／２−φ）
に等しい、特に７２゜の傾斜の同一角Ψを有して作られる。動作デバイスにおい
て、３つの面への放射入射は、反射されて、１８゜に等しい同一の伝搬角φで、
インジェクション領域１０に反射して返される。上記に考慮される図１による変
形に関するかぎり、発散の総角△φは、０．６８゜（１１．８ｍｒａｄ）に等し
いことに留意されたい。０．３４゜に等しい△φ／２の値は、エミッタ１の出力
領域７の傾斜面が、最大効率を達成するために作られる精度に相当する。推定は
、ここで考慮される第１の変形のエミッタ１に関するかぎり、この戻された放射
の大部分が、ほぼ同一の外部効率ηを有する出力表面を通って出力領域７から射
出することを示している。この場合、３．０Ａの電流ＪについてのパワーＰ（１
１）は、５．３Ｗに等しい。放射近接フィールドについて得られる単位面積当た
りのパワーは、８００．６Ｗ／ｃｍ２に等しく、それは、エミッタ１の第１の変
形と比べてほぼ１０倍である。垂直平面および水平平面における問題となってい
るエミッタ１についての発散の角Θ１、Θ２は、それぞれ２．３゜と９０゜に等
しい。この場合、光放射強度Ｑｏｐｔは、１９３２７カンデラに等しいことが見
出された。
【００６１】 さらに、それらの出力表面の部分への反射コーティングの適用によって、図２
および図８、図３および図９、図４、図５および図１０とに示されるエミッタ１
の他の変形についての近接フィールド放射面積における減少と、その明るさにお
ける増大を達成することが可能であることに留意されたい。
【００６２】 複数の独立して制御可能なビームを有するエミッタ１の別の変形について（図
１４、図１５および図１６を参照）、それぞれが５００個のインジェクション領
域１０を含有するインジェクション領域１０の２００個の線形シーケンス（線形
アレー）は、バリア領域２６によってへテロ構造２のレイヤ５に作られた。各イ
ンジェクション領域１０の直径は、１８μｍであり、それらは、３０μｍ離れて
、同等に間隔が置かれて、そして２つの互いに直交する方向に配置された。厚さ
９μｍの共通の直線出力領域を作成するために、直径１８μｍの直円柱の線形シ
ーケンスで作られ、線形アレーにおける各インジェクション領域１０と同軸であ
り、そしてジャンパ２２によって接続される出力領域７は、各線形アレーに相当
する。各矩形のジャンパ２２は、長さ１２μｍおよび幅６μｍで作られた。エミ
ッタ１の全体のサイズは、１５×６ｍｍ２であった。各線形アレーのための共通
の出力領域７の外側表面９に、メタライゼーションレイヤ３３を有するオーム接
触部１２が、そこに作られた（２００個のストリップ）。反対側に、独立オーム
接触部３０が、線形アレーの長さと直交する方向に、それらを接続するメタライ
ゼーションレイヤ３１（５００個のストリップ）と共に、インジェクション領域
１０に作られた。このエミッタ１の製造において、ダブルサイディッドアライン
メントを有するフォトリソグラフィプロセスと、化学的にアシストされたイオン
ビームエッチングとを含む、知られているプレナー技術方法を使用した。製造中
、エミッタ１は、図に示されていないホルダウエハに取り付けられた。このエミ
ッタ１のために行われる計算は、下記の結果を示した。出力領域７の側方表面８
に１０゜４０’の角度で向けられる出力放射は、９゜１０’に等しい発散△φを
有する。３回の反射についての外部効率ηは、０．９５６６である。１．０１７
ｍＡ（４００Ａ／ｃｍ２のＪ）の電流についての単一のインジェクション領域１
０からのパワーＰ（１１）は、２ｍＷに等しい。放射ビームのそれぞれ（１０、
０００ビームの範囲外）は、残りと関係なく、スイッチオンされることができる
。ビーム密度は、１１１１１ｃｍ−２であった。
【００６３】 図１９および図２０は、製造されたエミッタの実験用モデルのための予備測定
の結果を示し、それは、自然放出についての狭い放射パターンに関するわれわれ
の自明でない推定を十分に確認している。エミッタは、９８０ｎｍの波長で放射
の強い漏れを有する特別に構成されたヘテロ構造（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓの化合物で作られる）に基づいて製造された。インジェクション領域
は、５０×５００μｍ２の面積を有する。出力領域７は、９０゜に等しい傾斜の
角Ψを有する３つの面の側方表面と、７２゜に等しい傾斜の角Ψを有する面の１
つの出力側面表面８とを有する、六面体の形状を有する。コーティングは、エミ
ッタ１に適用されなかった。測定データから（図１９、曲線３５）、垂直平面に
おける出力自然放出（０．５レベル）についての発散の角Θ１は、３．３゜に等
しく、この場合、放出は、１９゜の角度（計算は１８．５゜を示した）だけアク
ティブレイヤの平面に対して傾斜されていることが分かる。水平平面において、
予期通り、放出は、実質的に、無指向性である（図１９、曲線３６）。パワー−
電流特性の測定の結果（図２０、曲線３７）は、本発明によって提案されるエミ
ッタについて高効率を得ることが可能であるという立証である。測定は、第１の
実験用モデル（最適からはほど遠い構成）について行われ、パワーは、幅５０μ
ｍのインジェクション領域を有する４０゜開口における傾斜側方面から測定され
たことに留意されたい。さらに、連続波（ｃｗ）動作において、われわれは、４
００Ａ／ｃｍ２に等しい電流密度ｊまで全体に動作電流Ｊ（ｍＡ）へのＰ（ｍＷ
）の線形依存関係を得たことに留意されたい。これは、熱散逸条件が提案された
エミッタにおいて良好であるという立証である。
【００６４】 （商業上の適用） インジェクションインコヒレントエミッタは、光インジケータ、交通信号灯、
フルカラーディスプレイ、スクリーン、ホームプロジェクションテレビジョンな
どの情報ディスプレイデバイスに、ファイバ光通信およびデータ伝送システムに
、固体およびファイバレーザおよび増幅器をポンピングすることに関する医療装
置の構成に、さらに、真空電球およびＥＬランプの代わりに、白色ＬＥＤとして
使用される。
【００６５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（π／２−φ）を作る。
【図２】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（３π／４−φ／２）を作る。
【図３】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（π／４−φ／２）を作る。
【図４】 直円柱の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通する軸方向断面
を概略的に示している。
【図５】 エミッタの側方側の１つに沿う軸方向断面を概略的に示し、その出力領域は、
矩形の平行六面体の形状であり、特に、それは、２つの電気的に導電性のレイヤ
で作られ、第２のレイヤの屈折率ｎＲＯＲ２は、ヘテロ構造の境をなす第１のレ
イヤの屈折率ｎＲＯＲ１よりも大きい。
【図６】 エミッタの側方側の１つに沿う軸方向断面を概略的に示し、その出力領域は、
矩形の平行六面体の形状であり、特に、それは、２つのレイヤから作られ、第１
のレイヤが、電気的に導電性であり、第２のレイヤが、絶縁性であり、この場合
、インジェクションレイヤが、直列ガルヴァーニ電気接続されている。
【図７】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図１に示されている。
【図８】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図２に示されている。
【図９】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図４に示されている。
【図１０】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図５に示されている。
【図１１】 ホルダに取り付けられる提案されたエミッタの横断面図を概略的に示している
。
【図１２】 小さな近接フィールド放射と放射の高い明るさとを有するエミッタの長手方向
断面図を概略的に示し、放射出力が、六面体放射出力領域の一つの側方面により
生じる。
【図１３】 小さな近接フィールド放射と放射の高い明るさとを有するエミッタの長手方向
横断面図を概略的に示し、放射出力が、六面体放射出力領域の一つの側方面によ
り生じる。
【図１４】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、インジェクション領域の線
形シーケンスの長さに沿って概略的に示し、共有の出力領域が、複数の規則正し
く間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の形状で、各線形シーケンスのため
に作られている。
【図１５】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、インジェクション領域の線
形シーケンスの長さに直交する断面を概略的に示し、共有の出力領域が、複数の
規則正しく間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の形状で、各線形シーケン
スのために作られている。
【図１６】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、平面図を概略的に示し、共
有の出力領域が、複数の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の
形状で、各線形シーケンスのために作られている。
【図１７】 出力領域が、複数（９）の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互に接続された直
円錐台として作られるエミッタの対称平面に沿う断面図を概略的に示している。
【図１８】 出力領域が、複数（９）の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互に接続された直
円錐のように作られるエミッタの平面図を概略的に示している。
【図１９】 垂直平面（Θ１）と水平平面（Θ２）とにおける放射の発散角の実験に基づく
測定の結果を示している。
【図２０】 放射パワー対エミッタの実験用モデルを貫通する電流を示している。
【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月２６日（２０００．４．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項４１】 少なくとも２つの隣接したインジェクション領域が、放射
出力領域の絶縁性の第２のレイヤに対して全体にわたり、ガルヴァーニ電気的に
絶縁され、前記インジェクション領域のオーム接触部が、メタライゼーションレ
イヤによって、ガルヴァーニ電気接続されることを特徴とする、請求項８に記載
の、または請求項１１から１５のいずれか一項に記載の、または請求項１９、２
２、２４もしくは３２に記載の、または請求項３６から４０のいずれか一項に記
載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月２５日（２００１．７．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 インジェクションインコヒレントエミッタ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、オプトエレクトロニクス技術、特に、狭い放射パターンを有する、
効率のよい、高性能の、超ルミネセンスで、かつコンパクトな半導体ダイオード
自然放出源に関する。
【０００２】 （従来の技術） インジェクションインコヒレント（非干渉性）エミッタ（以下「Ｅｍｉｔｔｅ
ｒ（エミッタ）」と呼ぶ）は、電気エネルギーを、所定のスペクトル成分および
空間的分布（光学共振器がないとき）の光放射エネルギーに変換するデバイスで
ある。様々なタイプのインジェクションインコヒレントエミッタは、赤外線から
青色の放射および紫外線までの広範囲の波長について知られている、表面放出す
る発光ダイオードであり、ルミネセンスのマルチパス発光ダイオード［Ｆ．Ａ．
Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．２０、ｐｐ．
２８３９−２８４１（１９９４）、Ｈ．Ｓｕｇａｗａｒａら、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．、ｖ．３１、Ｎｏ．８、ｐｐ．２４４６−２４５１（１９９２
）、３ Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅら、米国特許第５、５３７、４３３号 １９９６
年７月１６日、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．、ｖ．３４、Ｌ１３３２、（１９９５）］と、エッジエミッタ［Ａ．Ｔ
．Ｓｅｍｅｎｏｖら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．、ｖ．２９、ｐｐ．８５
４−８５７、（１９９３）、Ｇ．Ａ．Ａｌｐｈｏｎｓｅら、ＩＥＥＥ Ｊ． ｏ
ｆ Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖ．ＱＥ−２４、ｐｐ．２４５４−
２４５７、（１９８８）］とを含んでいる。これら放射源のさらなる広範囲の適
用は、不十分な高さの効率と、放射強度と、パワーとによって、さらに、いくつ
かの適用について、放射の大きな発散によって妨げられてきた。
【０００３】 ［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．
２０、ｐｐ．２８３９−２８４１（１９９４）］からの知られているエミッタは
、マルチパスであり、半導体化合物ＡｌＧａＩｎＰに基づくヘテロ構造を含んで
いる。該ヘテロ構造は、バンドギャップＥａ（ｅＶ）、１μｍから１．５μｍの
範囲内の厚さｄａのアクティブレイヤ、および光学的に均質なレイヤの２つのク
ラッディングレイヤ（ｐ−タイプとｎ−タイプ導電率）を含有し、該２つのクラ
ッディングレイヤは、単一のサブレイヤから成り、かつアクティブレイヤの第１
の表面と反対側の第２の表面とにそれぞれに配置される。２つの放射出力領域の
面積Ｓｉｎμｍ２の内側表面は、アクティブレイヤから遠いクラッディングレイ
ヤの表面の各側に１つ配置されている。前記放射出力領域（以下ＲＯＲと呼ぶ）
は、放射に透明であり、かつ矩形の平行六面体の形状で、ｐ−タイプとｎ−タイ
プの導電率である均質な半導体化合物ＧａＰから作成されている。平行六面体の
側方表面は、内側表面および外側表面とアクティブレイヤの平面と９０゜の傾斜
の直線角Ψを作る。面積ＳＩＲ（μｍ２）のチャージキャリヤインジェクション
領域は、アクティブレイヤと一致し、そして、ｐ−タイプ放射出力領域およびｎ
−タイプ放射出力領域にそれぞれに作成されるオーム接触部によって形成される
。必要とされた対応するメタライゼーションレイヤが存在する。直流電流が印加
されるとき、非平衡キャリヤの再結合は、自然放出の生成によりインジェクショ
ン領域において生じ、インジェクション領域からｐ−タイプ出力領域とｎ−タイ
プ出力領域の両方へ向う方向を含む全ての方向に伝搬する。ランダムな多重反射
後、自然放出の特定の部分が、出力表面を通って発光ダイオードから様々な角度
で射出する。出力表面は、部分的に、ｐ−タイプの出力領域の外側表面と両タイ
プの出力領域の側方表面とに配置される。垂直平面における出力放射の発散の角
度Θ１および水平平面における出力放射の発散の角度Θ２は、この場合、最大許
容値（１８０°まで）を有する。ここにおいて、また下記において、アクティブ
レイヤの平面に直交する、平面として垂直平面を規定する。垂直平面に直交しか
つ出力表面に配置される平面として、水平平面を規定する。水平平面を貫通する
放射の各方向に、前述の方向の放射ビームを含有するそれ自身の垂直平面が一致
できることに留意されたい。６０４ｎｍの波長について、知られているエミッタ
［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ６４、Ｎｏ．２０
、ｐｐ．２８３９−２８４１（１９９４）］は、外部効率１１．５％と、放射（
１Ａの電流について）の光パワー９３．２ ｌｍ／Ａとを有している。連続波（
ｃｗ）動作についてその動作電流密度は、１００Ａ／ｃｍ２以下である。この場
合、出力表面に対する光ビームの方向は、無秩序（ランダム）である。
【０００４】 （発明の開示） 本発明によって取り組まれている問題は、増加された、外部効率、パワー、光
パワー、放射強度、および光放射強度を有し、出力について広範囲な方向を有す
る指向性自然放出を実現する能力を有する、独立してスイッチオンされることが
できるビームを有するエミッタを含む、マルチビームＥｍｉｔｔｅｒｓ（エミッ
タ）、線形エミッタアレー、および二次元エミッタアレーの構成を含み、エミッ
タを構成すると同時に、それらを作成する技術を簡素化することである。
【０００５】 本発明によれば、取り組まれている問題は、アクティブレイヤと、クラッディ
ングレイヤと、オーム接触部と、アクティブレイヤの少なくとも１つの側に、ヘ
テロ構造に隣接した放射に透明な放射出力領域とを含む、ヘテロ構造を備えるイ
ンジェクションインコヒレントエミッタを提供することによって解消される。少
なくとも１つの放射出力領域が作成され、そして、前記出力領域が、屈折率ｎＲ ＯＲｑ と、放射について光損失係数αＲＯＲｑ（ｃｍ−１）と、厚さｄＲＯＲｑ （μｍ）により特徴付けられる少なくとも１つのレイヤを有し、、ここで、ｑ＝
１、２、．．ｐは、ヘテロ構造を有する境界から数えられるとき、出力領域のレ
イヤに標識付けする連続した番号を表わす整数として規定される。隣接した放射
出力領域を有するヘテロ構造は、実効屈折率ｎｅｆｆによって特徴付けられ、こ
こで、実効屈折率ｎｅｆｆおよび屈折率ｎＲＯＲ１は、以下の関係を満たすよう
に選択され、 ０<ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）＝φ≦ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ−
ｍｉｎ／ｎＲＯＲ１）＝φｍａｘ、 および、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、ｎｍｉｎよ
りも大きい。 ここで、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、実用値である放射出力領域を有する多数のへテロ
構造についてすべての可能性なｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎは、ヘテロ構
造のクラッディングレイヤにおける屈折率の最小のものであり、φは、アクティ
ブレイヤの面と放射出力領域内に伝搬する放射についての正面への法線によって
作られる伝搬の角度であり、φｍａｘは、可能な伝搬角度のための上部境界であ
る。
【０００６】 提案されたエミッタの特徴は、ヘテロ構造全体および放射出力領域の本質的な
特徴であり、それらの動作の詳細、およびエミッタのために達成される出力特性
に影響を及ぼす。ヘテロ構造のレイヤおよびサブレイヤの数、それらの厚さおよ
び組成は、インジェクション領域で発生し、かつアクティブレイヤの平面に対し
て伝搬角φで主に方向付けられる自然放出の強度について、特に、垂直平面にお
ける狭い放射パターンを達成するために、提案されたエミッタのために選択され
る。このための必要な条件は、レーザダイオードの光学共振器に伝搬されるレー
ザモードについて漏れ条件として知られている関係が満たされることである。［
Ｊ．Ｋ．Ｂｕｔｔｌｅｒ、Ｙ．Ｋｒｅｓｓｅｌ および Ｉ．Ｌａｄａｎｙ、Ｉ
ＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ、Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．、ｖ．ＱＥ−１１、ｐ．
４０２、（１９７５）］ ｎｅｆｆ＜ｎＲＯＲ１ （１） 実効屈折率ｎｅｆｆは、関係β＝（２π／λ）ｎｅｆｆから計算によって得ら
れることが可能であり、ここで、βは、アクティブレイヤにおける方向の１つに
おいて放射に対して一定の複合波伝搬の絶対値であり、そして、λは、放射波長
である。本発明において、条件（１）は、さらに、自然放出に適用可能であるこ
とを提案し、そして実験に基づいて確認した。結果的に、指向性自然放出につい
ての伝搬角φは、レーザモードについての漏れ角に等しいように、特に、 φ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１） （２） のように規定される。
【０００７】 そのうえ、指向性自然放出について伝搬角φの範囲全体、結果的に、比率（ｎ ｅｆｆ ／ｎＲＯＲ１）の範囲全体を使用することを提案している。関係（１）お
よび（２）は、角φ（ゼロよりも大きいφ）について下部境界を決定する。関係
（３）と（４）とを使用して、問題となっている伝搬角について上部境界φｍａ ｘ を決定することを提案する。
【０００８】 ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）≦ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ−ｍｉｎ／
ｎＲＯＲ１）＝φｍａｘ （３） ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、ｎｍｉｎよりも大きい。 （４） ここで、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、実際の値である放射出力領域７を有する多数のレ
ーザへテロ構造２についてすべての可能性なｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎ は、ヘテロ構造のクラッディングレイヤにおける屈折率の最小のものである。化
合物ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓに基づくものなどの実際に使用する
いくつかのヘテロ構造について行った数値計算は、最大漏れ角φｍａｘが、ほぼ
３０°と３５°とに等しいことを示した。
【０００９】 出力領域において伝搬する自然放出についての垂直平面における発散の角△φ
は、スペクトル分散によって（すなわち、自然放出についてのスペクトルバンド
△λ内で変わる波長λの関数として伝搬角φにおける広がりによって）、かつ回
折によって決定される。分散が制限された発散の角△φ１は、波長λにおける（
範囲△λ内）屈折率ｎｅｆｆ、ｎＲＯＲ１の知られている依存関係についての式
（２）を使用して、数値計算によって決定されることができる。知られている近
似関係［Ｈ．Ｃ．Ｃａｓｅｙ および Ｍ．Ｂ．Ｐａｎｉｓｈ、Ｈｅｔｅｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ（ヘテロ構造レーザ）、Ｐｔ．１［Ｒｕｓｓｉ
ａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ］、Ｉｚｄａｔ．Ｍｉｒ、Ｍｏｓｃｏｗ（１９８
１）、ｐｐ．８９−９７］を使用するとき、回折が制限された発散の角△φ２は
、 △φ２＝γ・λ／（ｎｅｆｆＤＩＲ・ｓｉｎφ） （５） のように表わされ、 ここで、γは、角△φが決定される放射強度レベルで示す数値係数であり（γは
、レベル０．５に対して、１に等しく、またγは、レベル０．１に対して２に等
しい）、そしてＤＩＲは、選択された方向におけるアクティブレイヤの平面のイ
ンジェクション領域のサイズである。出力領域７の内側の垂直平面における放射
について発散の総角△φは、（△φ１＋△φ２）に等しい。出力領域の外側の垂
直平面における出力放射のための発散の角Θ１は、よく知られているフレネルの
式［Ｒ．Ｗ．Ｄｉｔｃｈｂｕｒｎ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ［Ｒｕｓｓ
ｉａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、Ｄｉｔｃｈｂｕｒｎ’ｓ Ｌｉｇｈｔ］、Ｉ
ｚｄａｔ．Ｎａｕｋａ、Ｍｏｓｃｏｗ（１９６５）、ｐｐ．３９８−４０２］を
使用して決定され、特に、Θ１は、ほぼａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎ（△φ））に
等しい。角△φが小さいと考える場合、角Θ１は、 Θ１≒（ｎＲＯＲ１／ｎ０）・△φ （６） のように推測されることが可能であり、 ここで、ｎ０は、出力表面に境界をつける媒体の屈折率である（空気の場合、ｎ ０ は、１に等しい）。
【００１０】 得られる指向性自然放出について、出力領域におけるその入力効率ηｉｎは、
（φ−△φ／２）から（φ＋△φ／２）の伝搬角で、インジェクション領域から
出力領域に移動する自然光量子の数と、インジェクション領域における自然光量
子の総数との比によって決定される。われわれは、ηｉｎが、 ηｉｎ＝αＯＲ／（αＯＲ＋αＩＲ＋αｅｎｄ） （７） のように規定されることが可能であることを見出し、 ここで、ｇ（ｃｍ−１）は、インジェクション電流密度ｊ（Ａ／ｃｍ２）につい
てのヘテロ構造における放射についてのゲインであり、αＩＲ（ｃｍ−１）は、
インジェクション領域内の放射の吸収と拡散によって決定される光損失係数であ
り、αｅｎｄ（ｃｍ−１）は、インジェクションの端部境界を通って漏れる放射
によって決定される損失係数であり、αＯＲは、インジェクション領域から出力
領域に漏れる出射指向性自然放出のための正味損失係数である。その結果として
、かなりの程度まで、エミッタの外部効率を決定する入力効率ηｉｎは、主とし
て、出力領域に隣接したクラッディングサブレイヤの厚さおよび／または組成（
屈折率）によって制御される。αＯＲ＞＞（αＩＲ＋αｅｎｄ）を選択する場合
、そのとき、１に近いηｉｎを得ることができる。クラッディングレイヤの特性
により、インジェクション領域からの自然放出の片側出力か、あるいは両側出力
かのいずれかが、実現されることが可能である。
【００１１】 ヘテロ構造のための適切な選択が、狭く方向付けられる自然放出の生成を結果
として生ずるという本発明の基礎をなす仮定条件は、自明でない。ヘテロ構造内
の自然放出は、個々の自然光量子の伝搬のランダムな性質のために、無指向性で
あると普通に考えられている（たとえば、［Ｙｕ．Ｒ．Ｎｏｓｏｖ、Ｏｐｔｏｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ［ｉｎ Ｒｕｓｓｉａｎ］、Ｍｏｓｃｏｗ、Ｉｚｄａｔ．
Ｒａｄｉｏ ｉ Ｓｖｙａｚ（１９８９）］、ｐ．１４１を参照）。提案された
エミッタについての本質的な特徴の提案された集合体を実現するとき、放出の結
果として起こる効率のよい出力を有する垂直平面における自然放出のための狭い
放射パターンを達成することを、実験に基づいて明らかにし、計算によって確認
し、それは、きわめて高い外部効率、パワー、光パワー、放射強度、および光放
射強度と、アクティブレイヤと直交する方向を含む異なる制御可能な方向におけ
る出力放射の能力と、独立して制御可能なビームを有する線形エミッタアレーお
よび二次元エミッタアレーを含む、マルチビームエミッタの実現化へと導く。
【００１２】 本発明で言及された本質的な特徴のすべては、下記に考慮される様々な変形に
おいて、特に、異なる組成、幅、厚さ、レイヤの数、サブレイヤの数、ヘテロ構
造と出力領域との両方に属する領域の数を有する変形において、提案されたエミ
ッタを実現することを可能とし、さらに、指向性自然放出の高い効率出力を得る
ために、出力領域の様々な異なる形状および変形された形状を実現することを可
能とする。
【００１３】 出力領域の構成を選択する際に、導入した特有の特徴で、自然放出は、垂直平
面において狭い放射パターンを有するが、対応する水平平面において、その伝搬
が、あらゆる方向において（インジェクションレーザにおける漏れやすいモード
に対比して）同等である可能性がある（２πの範囲内）という事実から始めた（
ここでは、知られているエミッタにおけるように［Ｆ．Ａ．Ｋｉｓｈら、Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖ．６４、Ｎｏ．２０、ｐｐ．２８３９−２８４１
、（１９９４）］、水平平面は、対応する垂直平面に直交する平面として規定さ
れ、それは次に、アクティブレイヤの平面に直交する）。これは、その形状と、
そして次に、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られる傾斜の
角Ψに対する、出力領域からの自然放出の出力効率の依存関係を決定した。最も
高い効率は、たとえば、直円錐台あるいは直円柱として、インジェクション領域
の平面に直交し、そしてその中心を貫通する軸に対して回転立体の形状の出力領
域を選択する場合に達成されることが可能である。放射出力の異なる方向（アク
ティブレイヤの平面に対する）が、角φにより、傾斜の角Ψを適切に選択するこ
とによって実現される。個々の場合において、出力領域は、回転立体としてだけ
でなく、たとえば、六面体として実施されることができるが、この場合、出力領
域からの放射出力効率は減少される。
【００１４】 取り組まれる問題は、さらに、下記の場合に解消される。
【００１５】 アクティブレイヤが、少なくとも１つのサブレイヤから形成されることができ
る。アクティブレイヤの第１の表面および反対側の第２の表面にそれぞれに配置
されるクラッディングレイヤは、それぞれにクラッディングサブレイヤＩｉ、Ｉ
Ｉｊから形成される。ここで、ｉ＝１、２．．．ｋおよびｊ＝１、２、．．．ｍ
は、アクティブレイヤから数えるとき、屈折率ｎＩｉ、ｎＩＩｊをそれぞれ有す
るクラッディングサブレイヤに標識付けする連続した数字を表わす整数として規
定され、少なくとも１つのクラッディングサブレイヤは、各クラッディングレイ
ヤに作られる。この場合、ヘテロ構造構成は、少なくとも１つのクラッディング
サブレイヤが、勾配レイヤとして、すなわち、単調に変わる組成を有して実施さ
れることを可能とする。このような勾配クラッディングレイヤは、各勾配レイヤ
を細分することによって得られる、対応するｎＩｉ、ｎＩＩｊを有するクラッデ
ィングレイヤのサブレイヤの有限数として考えられる。アクティブレイヤが、互
いにバリアサブレイヤによって分離される、１つあるいはいくつかのアクティブ
サブレイヤ（量子サイズの厚さを有するサブレイヤを含む）として作られ、そし
てクラッディングレイヤが、勾配レイヤとして作られるか、または、１つあるい
はいくつかのサブレイヤからなる提案されたヘテロ構造構成は、注入された非平
衡キャリヤから自然光量子への変換の内部効率を増大し、その結果、全体として
、エミッタの効率を増大することを可能とする。
【００１６】 取り組まれた問題への解決は下記のように達成される。
【００１７】 少なくとも１つのインジェクション領域は、動作増幅器において作られる。実
際に、動作デバイスにおけるインジェクション領域は、非平衡キャリヤのインジ
ェクションが生ずるそれ（面積）の部分のためのアクティブレイヤと一致する。
一連のインジェクション領域の存在が、マルチビームエミッタを生成することを
可能にする。
【００１８】 好ましい実施形態において、放射出力領域に隣接したクラッディングレイヤの
厚さは、アクティブレイヤの反対側に配置されるクラッディングレイヤの厚さ未
満であるように選択され、および／または放射出力領域に隣接したクラッディン
グサブレイヤの屈折率は、アクティブレイヤの反対側に配置される外側クラッデ
ィングサブレイヤの屈折率より大きいように選択される。
【００１９】 本発明の特徴の提案された発展は、指向性の実質的な改善と、外部効率におけ
る増大とを伴い、インジェクション領域から放射出力領域への自然放出の一方向
性伝搬を結果として生ずる。
【００２０】 いうまでもなく、出力領域の内側表面へのインジェクション領域の直接照射は
、その制限を超えるべきでない。厚さｄＲＯＲ１の選択は、伝搬角φ、インジェ
クション領域ＤＩＲの最大寸法、および傾斜の角Ψによる。結果的に、エミッタ
の好ましい実施形態において、取り組まれる問題を解消するために、ヘテロ構造
に隣接した放射出力領域の導入された内側表面の大きさおよび面積Ｓｉｎ以下で
あるように、インジェクション領域の大きさおよび面積ＳＩＲを選択し、そして
１μｍから１００００μｍの範囲の放射出力領域ｄＲＯＲｑの厚さを選択するこ
とが好都合である。
【００２１】 多くの場合、放射出力領域は、電気的に導電性として実施されるべきであり、
そしてオーム接触部は、放射出力領域の導入された外側表面に作られるべきであ
る。これは、エミッタのための製作技術を簡素化することを可能にする。
【００２２】 エミッタの好ましい実施形態において、取り組まれる問題を解消するために、
放射出力領域は、光学的に均質の材料で作られる。出力領域が自然放出に透明で
あるという必要条件は、エミッタの効率のよい動作のために、出力領域における
自然放出の吸収および拡散による光損失を小さくする必要があることを意味する
。単一のレイヤからなる出力領域について、これは、下記の条件が満たされる場
合である。
【００２３】 αＲＯＲ１＜＜（μ・Ｄｉｎ）−１ （８） 式中、μは、出力領域の形状により、ほぼ０．４から１．５で変化することがあ
る数字であり、Ｄｉｎは、選択された方向における出力領域の内側表面の大きさ
である。たとえば、半導体材料について、出力領域についてのバンドギャップＥ ＲＯＲ１ は、波長λによって決定されるアクティブレイヤのバンドギャプＥａよ
り大きくなければならない。αＲＯＲ１（ｃｍ−１）の低い値を達成するために
、出力領域が非導電性になる場合、少なくとも２つのレイヤから放出出力領域を
作ることが好都合であり、ヘテロ構造の境をなす第１のレイヤは、電気的に導電
性とされ、そして第２のレイヤは、第１のレイヤについてのαＲＯＲ１よりも低
い光損失係数αＲＯＲ２を有する材料から作られ、そして、この場合、第２のレ
イヤは、絶縁体から作られるのがよい。上記のことは、出力領域を貫通するとき
の放射の吸収および拡散のため、光損失における減少の結果として、エミッタの
効率を増大することを可能にする。
【００２４】 出力領域のレイヤにおける放出の伝搬を制御でき、その結果として、第１のレ
イヤについての屈折率ｎＲＯＲ１と、第２のレイヤについての屈折率ｎＲＯＲ２ とで異なる屈折率を選択することによって、出力領域およびそのレイヤの厚さを
制御することが可能である。この場合、第１のレイヤにおいて、放射は、ａｒｃ
ｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）に等しい伝搬角φで伝搬し（（２）を参照）、
そして、第２のレイヤにおいて、放射は、ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ２ ）に等しい伝搬角φで伝搬する（（２）を参照）。同様に、出力領域のｑ番目の
レイヤについて、下記の関係が満たされる。
【００２５】 φｑ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲｑ） （９） したがって、出力領域の２つのレイヤ間の境界における伝搬の角φｑは、両側
において変化する。たとえば、２つのレイヤからなる出力領域について、第２の
レイヤの屈折率ｎＲＯＲ２が、ヘテロ構造の境をなす第１のレイヤの屈折率ｎＲ ＯＲ１ 未満であるように選択される場合、そのとき、角φ２は、角φより大きい
。反対の場合について、ｎＲＯＲ２がｎＲＯＲ１より小さい場合、そのとき、第
２のレイヤの厚さは、前述のケースにおけるよりも薄く作られることが可能であ
り、それは、出力領域の厚さにおける減少、さらに、製造技術の簡素化、および
エミッタのための製造経費における減少へと導く。ｎＲＯＲ２をｎｅｆｆより小
さいものとして選択すると、さらに技術を簡略にすること、および出力領域の厚
みｄＲＯＲ１を低減すること、すなわち全ての方向をミクロンの寸法まで縮小す
ることが可能となる。この場合、反射漏れ条件（１）は、出力領域の第２のレイ
ヤについて満足されず、出力領域の第２のレイヤを有する境界での出射漏れ放射
の少なくとも一部は、内部の全反射を受け、ヘテロ構造に戻る。伝搬の角φｑを
減少する別の提案された方法は、ｎｅｆｆより大きい屈折率を有するサブレイヤ
Ｉｉおよび／またはＩＩｊを、隣接する出力領域との集合状態で実効屈折率ｎｅ ｆｆ を有するヘテロ構造のクラッディングレイヤに導入することを含む。
【００２６】 さらに、目的を成し遂げるために、放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが
、半導体から作られることと、放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが、導入
された基板から作られることとを提案する。これは、エミッタのための製造技術
の簡素化を結果として生ずる。
【００２７】 電気的に導電性の第１のレイヤを有するマルチレイヤ出力領域の上記に考慮さ
れるすべてのケースにおいて、オーム接触部は、出力領域の電気的に導電性の第
１のレイヤに作られ、それは、抵抗のため熱損失の減少と、エミッタのための製
造技術の簡素化とを結果として生ずる。この場合、電気的に導電性のレイヤの厚
さは、インジェクション領域の最小直線寸法以下であるように作られることが好
都合である。オーム接触部の提案された実施形態を使用する際の効率は、インジ
ェクション領域の大きさと、提案されたエミッタを貫通する電流密度とによる。
さらに、一般の場合、出力領域が、半導体材料以外でで作られてよいことが注目
される。その特性、特に屈折率ｎＲＯＲ１（一般の場合、ＮＲＯＲｑ（９）を参
照）および光損失係数αＲＯＲｑは、必要条件（１）および（８）を満たすこと
だけが重要である。
【００２８】 取り組まれる問題は、さらに、出力領域構成の様々な提案された変形を使用し
て解消される。放射出力領域は、少なくとも１つの直円錐台であり、直円錐台の
底面の１つが、ヘテロ構造に配置されるときに実施される構成が提案されている
。その円錐台の側方表面は、その母面によって形成される。このような出力領域
を有するエミッタにおいて、出力放射について異なる方向を実現して、出力表面
の放射の垂直入射についての最大効率、放射パワー、および強度を得ることが可
能である。この場合、さらに、 アクティブレイヤの平面に対する伝搬角φでの放射出力の方向を得るために、
内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られる傾斜の直線角Ψが、
（π／２−φ−σ）から（π／２−φ＋σ）の範囲で選択され、σは、放射出力
領域内に伝搬する放射についての出力表面の内部全反射の角度であることと、 放射出力領域が配置される側のアクティブレイヤの平面に対して直角な放射出
力の方向を得るために、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作ら
れる傾斜の直線角Ψが、（３π／４−φ／２−σ／２）から（３π／４−φ／２
＋σ／２）の範囲で選択されることと、 ヘテロ構造が配置される側のアクティブレイヤの平面に対して直角な放射出力
の方向を得るために、内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られ
る傾斜の直線角Ψが、（π／４−φ／２−σ／２）から（π／４−φ／２＋σ／
２）の範囲で選択されることと、 が提案されている。
【００２９】 取り組まれる問題は、さらに、少なくとも１つの直円柱であり、直円柱の底面
の１つがヘテロ構造に配置されるときに、出力領域を実施することによって解消
されることが好都合であり、それは、製造技術の簡素化と、出力領域における指
向性多重反射を使用するときに、エミッタについての特性の高い値の達成とを可
能とする。
【００３０】 出力領域は、少なくとも１つの六面体であり、六面体の底面の１つがヘテロ構
造に配置されるときに形成される、エミッタがさらに提案されている。この場合
、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（π／２−φ−△φ／２）から（π／２−φ＋△φ／２）の範囲で選
択され、ここで、△φは、垂直平面における放射についての発散の角度であるこ
とと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（３π／４−φ／２−△φ／２）から（３π／４−φ／２＋△φ／２
）の範囲で選択されることと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、（π／４−φ／２−△φ／２）から（π／４−φ／２＋△φ／２）の
範囲で選択されることと、 出力領域の内側表面と六面体の側方表面の少なくとも１つに作られる傾斜の直
線角Ψが、π／２に等しいように選択されることと、 が好都合である。
【００３１】 六面体として出力領域の構成を選択することは、製造技術を簡素化することと
、さらに、近接フィールド放射の領域を減少すると同時に、エミッタの明るさを
増大することを可能とする。
【００３２】 出力領域が、直円柱あるいは六面体として作られ、その出力表面がアクティブ
レイヤの平面に直交するすべてのエミッタについて、伝搬角φは、全反射の角σ
未満であるように選択されるべきであり、それは、出力表面の放射出力領域から
延在する放射の内部全反射と、対応する損失とを削除することを可能とする。
【００３３】 そのうえ、反射防止コーティングが、導入された出力表面の少なくとも一部に
適用されることと、さらに、反射コーティングが出力表面の一部に適用されるこ
ととが提案され、それは、エミッタの効率、パワー、強度、および明るさにおい
てさらなる増大を可能とする。
【００３４】 エミッタの変形は、さらに、複数の指向性放射の出力ビームを有して提案され
ている。これらの変形は、少なくとも２つのインジェクション領域でのヘテロ構
造において、それらの製造中に、同一の伝搬角φが形成され、そして、電流がビ
ームの独立制御のために独立して供給されるとき、各インジェクション領域への
独立オーム接触部が、ヘテロ構造の外側に作られるという点で、上記の変形と識
別される。
【００３５】 マルチビームエミッタの１つの変形に関して、独立オーム接触部を有する各イ
ンジェクション領域のために、関連した放射出力領域が形成されることができる
。
【００３６】 マルチビームエミッタのもう１つの変形に関して、１つの共有の放射出力領域
が、独立接点がある場合と、ない場合の両方で、いくつかのインジェクション領
域のために少なくとも形成されることができる。
【００３７】 取り組まれる問題は、さらに、指向性自然放出の出力ビームの線形シーケンス
を有し、電流供給源への独立接続を有するこれらを含む、エミッタを製造するた
めに、下記のように、 独立接点を有する同一の大きさのインジェクション領域が、インジェクション
領域の線形シーケンスとして、単一のラインに沿ってヘテロ構造内に規則正しく
間隔がおかれていることと、 放射出力領域側に、それらの外側表面の少なくとも一部に、線形シーケンスに
含まれるインジェクション領域を電気的に接続するストリップの形状に実施され
るメタライゼーションレイヤが、導入されることとを含む。
【００３８】 指向性自然放出の出力ビームの二次元アレーを有し、電流供給源への独立接続
を有するこれらを含むエミッタを製造するために、取り組まれる問題は、 ヘテロ構造内にインジェクション領域の少なくとも２つの線形シーケンスを形
成することと、 インジェクション領域が配置される側に、ストリップとして独立接点にメタラ
イゼーションレイヤを実施し、ストリップのそれぞれが、インジェクション領域
の各線形シーケンスから電気的に１つのインジェクション領域を接続することと
、によって解消される。
【００３９】 拡散による非平衡キャリヤの損失と表面再結合とを減少することによって効率
を増大するために、インジェクション領域は、アクティブレイヤの少なくとも全
体に含まれる導入されたバリアレイヤによってサイズが制限されることが好都合
である。
【００４０】 インジェクション領域の直列のガルヴァーニ電気接続によって、電源にエミッ
タをより効果的に整合するために、少なくとも２つの隣接したインジェクション
領域が、出力領域の絶縁性の第２のレイヤ全体にガルヴァーニ電気的に絶縁され
ることと、前述のインジェクション領域のオーム接触部が、メタライゼーション
レイヤによってガルヴァーニ電気接続されることとが提案されている。
【００４１】 本発明の本質は、適切に選択された、組成、厚さ、レイヤの数、サブレイヤの
数、さらに、所定の屈折率を有する材料で作られる放射出力領域の非自明の実施
、出力領域からの放射出力の結果として起こる効率を有する指向性自然放出を生
成することを可能とするレイヤの数で形成される、ヘテロ構造のためのオリジナ
ルな構成である。出力効率は、さらに、出力領域の側方表面の母面の傾斜の適切
な角Ψの選択によって増大される。上述のすべては、外部効率、パワー、光パワ
ー、放射強度、およびインジェクションインコヒレントエミッタの光放射強度を
増大し、さらに、それぞれ独立してスイッチオンされることが可能なビームを有
するエミッタを含むマルチビームエミッタアレー、線形エミッタアレー、および
二次元エミッタアレーの構成を含み、それらを作るための技術の簡素化で、異な
る放射出力方向において高い指向性自然放出を達成することを可能とする。
【００４２】 本発明の技術的な実施は、今まで十分に開発されている知られている基本製造
プロセスに基づいていることに留意されたい。一般に使用されているエミッタに
関する放射波長の範囲は、赤外線から紫外線に及んでいる。適切なヘテロ構造は
、波長の範囲の異なる部分に使用されている。紫外線放出、青色の放出および緑
色の放出（０．３６μｍ＜λ＜０．５８μｍ）のためには、最も効果的なヘテロ
構造は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ、さらに、ＺｎＣｄＳＳｅ／ＧａＡｓ
の系における半導体化合物に基づくものであり、赤色の放出および黄色の放出（
０．５８μｍ＜λ＜０．６９μｍ）のためには、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの系
における化合物、赤外線放出（０．７７μｍ＜λ＜１．２μｍ）のためには、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの系における化合物とＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓの系における化合物であり、赤外線放出（１．２μｍ＜λ＜２．０μｍ）の
ためには、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの系における化合物であり、赤外線放出（２
．０μｍ＜λ＜４．０μｍ）のためには、ＡｌＧａＩｎＳｂＡｓ／ＧａＡｓの系
における化合物である。使用されるλと選択されたヘテロ構造とによる表示され
た範囲のそれぞれにおいて、出力領域のための適切な材料は、条件（１）および
（８）を満たすように選択される必要がある。出力領域のために下記の半導体材
料、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮの系ためにＧａＮ、ＺｎＣｄＳＳｅ／Ｇａ
Ａｓの系のためにＺｎＳｅ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの系のためにＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの系のためにＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓの系のためにＧａＡｓとＧａＰ、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの系のためにＳｉ
とＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＳｂＡｓ／ＧａＡｓの系のためにＳｉとＧａＡｓを提
案することができる。最近開発された「ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ（ウエハ結
合）」技術（たとえば、Ｈ．Ｗａｄａら．、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｎｔｏｎ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔｅ．ｖ．８、ｐ．１７３、（１９９６））は、これらの提案
を首尾よく実施するのに使用されることが可能である。本発明によって提案され
る指向性自然放出を有する効率のよいエミッタの構成は、上記に表示した放射波
長範囲とヘテロ構造システムのすべてに少なくとも適用可能である。イルミネー
ションに使用される白色光エミッタは、下記のように、３つの基本色（赤、緑、
青）の放射を混合することによってか、あるいは特にこのために選択される材料
の青い光エミッタから、赤および緑のルミネセンスの放射を励起することによっ
てのいずれかで得られることができる。本発明は図１乃至図１８から理解される
であろう。
【００４３】 （発明を実施するための最良の形態） 以下において、本発明は、添付の図面を参照として特定の実施形態によって説
明されている。エミッタの構成のために示されている例示は、単なる実施形態で
はなく、別の実施形態を暗示し、その特別の詳細は、特許請求の範囲における特
徴を集めて表わされている。
【００４４】 変形の１つが図１および図７に概略的に示されている提案されたエミッタ１は
、知られているＭＯＣ−ハイブリッドエピタキシ（ＭＯＣＶＤ）方法によって成
長され、かつサブレイヤＩｊ、ＩＩｊをそれぞれ有する、クラッディングレイヤ
４、５間に配置されるアクティブレイヤ３からなるヘテロ構造２を備え、ここで
、ｉ＝１．．．ｋであり、ｊ＝１．．．ｍである。この場合、アクティブレイヤ
３は、いくつかのアクティブサブレイヤと、それらを分離するバリアサブレイヤ
（図１に図示せず）とで構成されている。側方表面８を有する直円錐台の形状を
有し、その母面の傾斜の角Ψが７２゜に等しい、半導体出力領域７の内側表面６
は、アクティブレイヤ３から遠いクラッディングレイヤ５のサブレイヤＩＩｍの
表面に配置されている。その円錐の高さは、９２１μｍに等しい。直径３０００
μｍの円錐の底部円形底面は、出力領域７の内側表面６である。出力領域７のた
めの円錐の上部底面（２４０１μｍに等しい小さな直径の円）は、出力領域７の
外側表面９である。エミッタのインジェクション領域１０は、アクティブレイヤ
３（それらの面積は等しい）と一致し、円形形状を有する。その直径ＤＩＲは、
３０００μｍに等しく、その面積ＳＩＲは、０．０７０６５ｃｍ２に等しく、そ
の厚さは、アクティブレイヤ３の厚さに等しい。オーム接触部１１は、出力領域
７の位置と反対側の構造に作られ、オーム接触部１２は、出力領域７の外側表面
９に作られる。この構成におけるクラッディングレイヤ４は、サブレイヤ１３（
Ｉ１）、１４（Ｉ２）とで構成され、クラッディングレイヤ５は、サブレイヤ１
５（ＩＩ１）、１６（ＩＩ２）とで構成されている。半導体接触部レイヤ１７は
、アクティブレイヤ３から遠いクラッディングレイヤ４のサブレイヤＩｋの表面
に、特に、サブレイヤ１４に配置されている。本発明で提案されるエミッタを、
たとえば、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰの他の半導体化合物から作られるヘテロ構造
２に製造するとき（１４頁を参照）、エミッタのオーム抵抗を減少するように構
成される接触部レイヤ１７は、必要とされないことに留意されたい。表は、ヘテ
ロ構造２の、また接触部レイヤ１７と出力領域７について、レイヤおよびサブレ
イヤの組成、厚さ、屈折率、タイプ、ドープ濃度、および吸収係数を示している
（２４頁参照）。ヘテロ構造２のアクティブレイヤ３のこの組成のための放射波
長λ（表を参照）は、６０４ｎｍに等しい。
【００４５】 図１において、さらに、下記の図２乃至図５、図１２、図１３および図１５に
おいて、従来の矢印は、出力領域７内とその外側に、レーザ放射の伝搬の方向を
示している。内側表面６と側方表面８との間の傾斜の直線角Ψは、任意に、内側
表面６から離れた方向に進むように取られている。
【００４６】 １つの可能な実施形態として、エミッタ１は、たとえば、円錐形の傾斜反射壁
１９（図１１を参照）を有するホルダ１８（同時に電気リード線である）に、伝
導性の銀含有ペーストを使用してオーム接触部１１の側によって取り付けられた
。ワイヤ２０を介するオーム接触部１２は、他の電気的リード線２１に接続され
た。必要とされたパワーは、オーム接触部１１、１２に供給される。エミッタ１
を有するホルダは、１．５に等しい屈折率ｎ０を有する透明な絶縁化合物（図１
１には図示せず）を用いて置かれる。
【００４７】 このおよび以下のエミッタ１に関する基本パラメータは、数値計算によって得
られた。実効屈折率ｎｅｆｆ、伝搬角φ、出射漏れ放射についての係数αＯＲ、
および指向性自然放出についての分散が制限された発散の角△φ１は、マルチレ
イヤへテロ構造における適切な境界条件を有するＭａｘｗｅｌｌの方程式を解く
ために、マトリックス方法［Ｊ．Ｃｈｉｌｗａｌｌら、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｓ．Ａ
ｍｅｒ．、Ａ、ｖ．１、Ｎｏ．７、ｐｐ．７４２−７５３、（１９８４）］に基
づく特定のプログラムを使用して計算された。
【００４８】 特に、表に示されるヘテロ構造２のレイヤと出力領域７との特性を有するエミ
ッタ１について、 実効屈折率ｎｅｆｆが、３．２９２１であることと、 伝搬角ψが、１８゜であることと、 注入領域から出力領域７への出射漏れ放射についての係数αＯＲが、３８６．
６ｃｍ−１に等しいことと、 出力領域７内の自然放出についての分散が制限された発散の角△φ１は、１１
．６ｍｒａｄ（数値計算について、自然放出のためのスペクトルラインの半分の
幅が２０ｍｎに等しいと仮定した）に等しいことと、 を見出した。
【００４９】 回折が制限された発散の角△φ２（５）は、単に、０．２ｍｒａｄに等しいこ
とが見出され、これを考慮に入れると、出力領域７内の発散の総角△φは、１１
．８ｍｒａｄに等しい。（６）による出力領域７からの放射の射出後、垂直平面
における発散の角Θ１は、４０．８ｍｒａｄ（２．３゜）に等しい。出力自然放
出についての近接フィールド放射は、出力領域７の側面表面８に位置される環状
表面の形状を有し、リングの幅は、９３０μｍに等しく、その総面積は、０．０
２８ｃｍ−２に等しい。リングの周辺全体にわたる出力放射は、アクティブレイ
ヤ３の平面に対する角φ（１８゜）に等しい角度で傾斜される。
【００５０】 外部効率ηは、出力表面の自然放出の垂直入射を有するエミッタ１の実施形態
について得られる式を使用して計算され、 η＝ηｉ・ηｉｎ・ηα・（１−Ｒ）・［１＋（ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）１＋（
ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）２＋（ηｉｎ・ηα ２・Ｒ）３＋．．．］ （１０） ここで、ηｉは、生成される自然放出光量子の数対注入された電子ホール対の比
によって画定される内部量子効率であり、Ｒは、前記表面の垂直入射についての
出力領域７の出力表面への自然放出のための反射係数であり、 ηαは、 ηα＝ｅｘｐ（−αＲＯＲ１・μ・Ｄｉｎ） （１１） に等しい出力領域７を通る単一のパスについての放射の光損失（吸収、拡散）を
決定する効率であり、 ここで、μは、出力領域の形状によりほぼ０．４から１．５に変わることができ
る数字であり、Ｄｉｎは、出力領域７の内側表面６の直径である。
【００５１】 式（７）は、ηｉｎを計算するのに使用された。その計算において、係数ηｉ 、αＩＲ、αＲＯＲ１は、それぞれ、１（通常、高品質のヘテロ構造におけるケ
ースであるように）、５ｃｍ−１および０．６ｃｍ−１に等しいと仮定した［Ｒ
．Ｋ．Ｗｉｌｌａｒｄｓｏｎ および Ａ．Ｃ．Ｂｅｅｒ、ｅｄｓ．、Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［Ｒｕｓ
ｓｉａｎ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ａｎｄ
ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ、Ｖｏｌ．３、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ＩＩＩ−Ｖ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］、Ｉｚｄａｔ．Ｍｉｒ、Ｍｏｓｃｏｗ
（１９７０）、ｐｐ．４５４−４５８］。インジェクション領域１０の端部面表
面を通る自然放出の漏出のための損失は、それらが小さいので計算において無視
された（αｅｎｄは、ゼロに等しいと仮定された）。係数ηｉｎ（７）およびη α （１０）は、それぞれ、０．９８７２および０．９１８０に等しかった。ηα （１０）に関する計算において、数値係数μは、（０．５ｃｏｓφ）、特に０．
４７５６に等しかった。仮定を考慮して計算されるエミッタ１についての外部効
率ηは、（９）により０．８６０８であった。自然放出についての出力パワーＰ
（ワット）は、 Ｐ＝η・Ｊ・（ｈν） （１２） のように規定され、 ここで、ＪＡは、インジェクション領域を貫通する動作電流であり、（ｈν）は
、ボルトで示される放射の光量子のエネルギーである。１００Ａ／ｃｍ２の動作
電流密度について達成される７．０６５Ａに等しい電流Ｊに関して決定される自
然放出のパワーＰ（１１）は、１２．５Ｗに等しい。近接フィールド放出のため
の単位面積での放射パワーは、８３．３Ｗ／ｃｍ２である。６０４ｎｍの放出波
長のための発光効率曲線を考慮すると、１２．５Ｗの得られるパワーは、４９５
２ルーメンに等しい光パワーＰｏｐｔに相当する。得られるパワーＰｏｐｔに対
するそれが放出する内部の総立体角（２π・△φ）の比として画定される光放射
強度Ｑｏｐｔは、１９３２７カンデラに等しい。
【００５２】 図１７および図１８に示されるエミッタ１の次の変形において、出力領域７は
、複数の規則正しく間隔が置かれた直円錐台と、２つの互いに直交する方向にお
ける前述のすべての円錐の外側表面を接続する「ジャンパ（ｊｕｍｐｅｒ）」２
２（図１８において、それは、９個の円錐と１０個のジャンパとで構成されてい
る）とで構成されている。同一形状および面積を有するインジェクション領域１
０のような出力領域７の内側表面６は、ジャンパ２２の底ベースによって接続さ
れ、かつそれらの円形直径の２倍によって分離されるクラッディングレイヤ４に
同等に間隔が置かれている、リングとして形成されている。接触部レイヤ１７は
、ＧａＡｓ基板で作られている。電流は、接触部レイヤ１７に配置される連続し
たオーム接触部１１と、すべての円錐の外側表面９に配置されて、ジャンパ２２
を結合するオーム接触部１２とを介して供給される。このエミッタ１において、
インジェクション領域１０のための小さな面積（すなわち、１０μｍ以上の直径
を有する）を選択することによって、出力領域７のための１ミクロン以上の全体
の厚さを確実にすることが可能である。これは、出力領域７のレイヤが、ヘテロ
構造２を有する単一のプロセス内に成長されることが可能であり、かつそれらが
、化学的なアシストによるイオンビームエッチング［Ｊ．Ｄ．Ｃｈｉｎｎら．、
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｖｏｌ．Ａｌ、ｐｐ．７０１−７０４
（１９８３）］によって形成されることが可能なので、エミッタ１のための製造
技術を簡素化することを可能とする。同時に、エミッタ１（出力領域７における
小さな吸収損失のため）は、高い外部効率を有し、光源のサイズおよび形状に何
ら基本的な制限を有さず、そしてその結果として放出についての高いパワーおよ
び光パワーを有することができる。出力領域７の１つあるいはいくつかの円錐は
、出力領域７の側（図には示されていない）に、１つあるいはいくつかの導電性
ワイヤ２０を取付けるため大きい直径で作られることができる。
【００５３】 図２および図８に示されるエミッタ１の別の変形において、インジェクション
領域１０の平面と円錐形の出力領域７の側方表面８の母面によって作られる傾斜
の角Ψは、（３π／４−φ／２）に等しいように、特に１２６゜に選択された。
その結果、幅９００μｍのリングの形状を有する放射近接フィールドは、外側表
面９の周辺に沿って、特に、前記外側表面９への側方表面８の突出箇所に配置さ
れる。自然放出は、前述の突出箇所に直交する方向に射出し、突出箇所に、反射
防止コーティング２３が適用される。問題となっているエミッタ１についての係
数μは、０．６８５に等しい。これは、係数ηαのいくらかの減少を導き、結果
として、係数ηのいくらかの減少を導く。残りの特性は、エミッタ１の第１の変
形の特性に近似している。
【００５４】 図３は、エミッタ１の次の変形を示し、インジェクション領域１０の平面と円
錐形の出力領域７の側方表面５の母面によって作られる傾斜の角Ψは、（π／４
−φ／２）に等しく、特に、３６゜に等しい。この結果、放出は、ヘテロ構造２
、接触部１１、および接触部レイヤ１７に透明である外側環状部分に適用される
反射防止コーティング２３を有する出力領域７の内側表面６の外側環状部分を通
って、射出する。係数μ＝１．４３５である。
【００５５】 エミッタの次の変形において（図４および図９を参照）、出力領域７は、３０
００μｍの直径Ｄｉｎを有する直円柱の形状で実施される。これは、下記の結果
を導く。このようなエミッタ１は、隣接する出力領域７を有する集合において、
伝搬角φ（２）が、１６゜５０’に等しい角σより大きくないｎｅｆｆの値によ
って特徴付けられる、ヘテロ構造２を備える必要がある。このエミッタ１におい
て、これは、サブレイヤ１４、１５の厚さを０．１μｍまで増大し、レイヤ１６
の厚さを０．１μｍにまで減少することによって達成された（表を参照）。これ
は、１６゜３０’にまで角φにおける減少を導く。そのうえ、上記の変形に対比
して、このエミッタ１において、いくらかの自然放出は、それが出力領域７から
射出する前に、いくらが側方表面８からの多重反射を受ける間に射出する（図４
を参照）。このような反射の数は、斜め入射についての出力領域７の出力表面へ
の自然放出に関する反射係数Ｒｏｂにより、それは、次に、角φに等しい側方表
面８への放射の入射の角による。提案されたエミッタ１において、光線は、規則
的な方法で出力領域７を移動し、それは、放射が、小さな損失で出力領域７から
射出することを可能とする。３０００μｍの出力領域の厚さを選択し、そのこと
は、光線が外側表面９に達する前に、出射光線の３回の反射を確実にした。出力
領域７の側方表面８への放射の入射角は、１６゜３０’に等しく、そして側方表
面８での放射の屈折角は、７９゜２０’に等しかった。他の計算データについて
は、係数ｇは、３９１ｃｍ−１であり、ηｉｎは、０．９８７２であり、ηαは
、０．９０９８であり、偏光されていない自然放出についてのＲｏｂは、０．４
１９８であり、そして出力領域７内の３回の反射についての外部効率ηは、０．
８０９８である。ηの値は、出力表面への自然放射の斜め入射を有する（特に、
円筒形出力領域を有する）エミッタの変形に関して得られる関係を使用して計算
された。
【００５６】 η＝ηｉ・ηｉｎ・ηα・（１−Ｒｏｂ）・［１＋（ηα・Ｒｏｂ）１＋（η α ・Ｒｏｂ）２＋（ηα・Ｒｏｂ）３＋．．．］ （１３） したがって、７．０６５Ａの電流Ｊ（Ｊは１００Ａ／ｃｍ２に等しい）について
、Ｐ（１１）は、１１．７４Ｗであり、Ｐｏｐｔは、４６５３ルーメンに等しく
、そしてＱｏｐｔは、１８２７６カンデラに等しい。
【００５７】 外部効率ηの計算について上記に示される式（１０）、（１３）において、隣
接した出力領域７を有するヘテロ構造２、より正確には、ヘテロ構造２における
アクティブレイヤ３およびクラッディングレイヤ４、５によって形成される導波
路によって捕獲されない、放出光量子の部分と関連する自然放出損失を決定する
、係数η０を導入していないことに留意されたい。低電流密度についての係数η ０ の値は、前述の導波路の数値開口にほぼ等しく、アクティブレイヤにおけるキ
ャリヤの反転についての電流密度を越える電流密度について、係数η０は１に近
いことが可能である。外部効率η、さらに、それに応じるパワー特性Ｐ、Ｐｏｐ ｔ およびＱｏｐｔの推定で示されるエミッタ１の変形において、係数η０の特定
の値に関連する補正を考慮に入れるべきである。
【００５８】 エミッタ１の別の変形の出力領域７（図５および図１０を参照）は、矩形の平
行六面体の形状で作られ、そして、２つのレイヤ２４、２５で構成され、その屈
折率は、関係（１）に相当するが、この場合、レイヤ２５の屈折率は、レイヤ２
４におけるよりも小さい。２つのレイヤは、電気的に導電性である。インジェク
ション領域１０のような内側表面６は、矩形の形状を有する。水平平面における
係数Ｒｏｂは、上記の変形に対照的に、出力領域７の側方側への放射の入射角に
応じ、０．３から１の範囲内で変化する。これは、この変形についての外部効率
におけるいくらかの減少を導く。放射が出力領域７から射出後、水平平面におけ
る放射についての発散の角Θ２は、各側方側についてπラジアンに等しい。上記
に示される出力領域７の２つのレイヤの組成は、出力領域７の全体の厚さを減少
することを可能にする。このエミッタ１の他の特徴および特色は、上記の変形に
類似する。エミッタが最も簡単に作られることに留意されたい。
【００５９】 上記に考慮される本発明の変形について（図１乃至図４を参照）、製造技術を
簡素化して、エミッタの価格を減少するために、出力領域７の出力表面への反射
防止コーティング２３の適用は、省略されてもよいことに留意されたい。出力領
域７の側方表面８からの多重反射のため（図４および図５、さらに、式（１２）
を参照）、あるいは出力領域７の側方表面８から反射して返される放射のインジ
ェクション領域１０からのマルチプル再放出のため（図１、図２および図３、さ
らに、式（９）を参照）、反射防止コーティングが存在するときよりもずっと小
さい外部効率（９）、（１２）を得ることが可能である。さらに、提案されたエ
ミッタについての製造技術を簡素化するために、それらのインジェクション領域
１０は、バリア領域を有さずに作られることができる（図１乃至図５を参照）こ
とに留意されたい。
【００６０】 さらに、上記の変形（図５および図１０を参照）におけるように、エミッタ１
の次の変形において、出力領域７は、矩形の平行六面体として実施され、２つの
電気的に導電性レイヤ２４、２５から構成されている。しかしこの場合、レイヤ
２５の屈折率ｎＲＯＲ２は、レイヤ２４についての屈折率ｎＲＯＲ１未満だけで
なく、ｎｅｆｆ未満でもある（請求項１によれば、ｎＲＯＲｑがｎｅｆｆよりも
大きいという特徴付ける条件は、第一のレイヤのほかに、出力領域７の他のレイ
ヤには拡大されないことに留意されたい）。さらに、オーム抵抗を減少するため
に、レイヤ２５におけるより少ない幅のバンドギャップを有する半導体から作ら
れる接触部レイヤは、出力領域７のレイヤ２５の外側表面９に適用され、ヘテロ
構造２のレイヤの面におけるインジェクション領域は、絶縁性バリヤレイヤによ
ってサイズが制限される。インジェクション領域は、矩形ストリップとして形成
され、たとえば、出力領域７の矩形の平行六面体の内側表面の長さＤｉｎに等し
いその長さＤＩＲは、ほぼ大きさ以上だけインジェクション領域の幅Ｗよりも大
きい。
【００６１】 インジェクション領域におけるキャリヤの反転についての電流密度を越えるよ
うに、インジェクション領域を通過する電流密度を選択することによって、電子
ホール対と誘導放出の生成との優勢な強制再結合が確実にされる。従来の超ルミ
ネセンスエミッタ（たとえば、Ａ．Ｔ．Ｓｅｍｅｎｏｖら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．
Ｌｅｔｔ．， ｖ．２９，ｐｐ．８５４−８５７（１９９３））において、超ル
ミネセンス放出と呼ばれるこの誘導放出は、インジェクション領域ストリップの
長い側に沿う導波路（ヘテロ構造２のアクティブレイヤ３とクラッディングレイ
ヤ４、５とによって形成される）を通って方向付けられる。エミッタ１の問題と
なっている変形において、超ルミネセンス放出は、２つの互いに反対側の方向に
、伝搬角φ（（２）を参照）で、２つの平面波（これは、概算であるが、十分に
許容可能である）として出力領域７の第１のレイヤ２４に漏れる。この場合、レ
イヤ２４の厚さｄＲＯＲ１は、Ｄｉｎのｔａｎφ倍未満であり、次に、出力領域
７の第２のレイヤ２５への入射後、出射漏れ超ルミネセンス放出の特定の部分が
、全体的にそこから反射される。この後、反射された放射は、ヘテロ構造２の前
述の導波路に戻り、次に、レイヤ２５からの内部全反射が続くレイヤ２４への超
ルミネセンスの漏れのプロセスが、再度繰り返される。光線のこのような多重の
反射の数は、主に、角度φ（２）の大きさと、出力領域７のレイヤ２４の厚さｄ ＲＯＲ１ と、インジェクション領域の長さＤＩＲとによって主に決定される。誘
導放出は、主に、第１のレイヤ２４の反対側の側方平面（幅Ｗ）を通って出射す
る。好ましい実施形態において、反射防止コーティングは、外部効率ηを増大す
るために、エミッタ１の前述の側方表面に適用される。個々の場合において、所
定の反射係数を有するコーティングを適用することが望ましい。これにより、外
部効率の所定の値が達成される動作電流を減少することを可能にすることができ
る。
【００６２】 ヘテロ構造２および出力領域７のレイヤの組成および厚さを選択することによ
って、ヘテロ構造２から出力領域７の第１のレイヤ２４への超ルミネセンス放出
の漏れは、ヘテロ構造２の導波路における放射についてのゲインが、特定の測定
が行われることなく（たとえば、Ｃｈｉｎｇ−Ｆｕｈ Ｌｉｎら．、ＩＥＥＥ
Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖ．８、Ｎｏ．２、ｐｐ．２０６−２０８（
１９９６）による論文におけるように）、レーザー光を発することを生じないほ
どに十分に低いようなレートで確実にされることが可能である（動作電流密の所
定の範囲について）。この場合、動作電流の適切な値に対して、インジェクショ
ンインコヒレントエミッタについての外部効率ηの高い値と、放射出力パワーＰ
の高い値とが達成されることができる。実際問題として、エミッタ１のこの変形
における主な放射損失は、それが出力領域７のレイヤ２４を通過するときの放射
の吸収によって主に決定されることができる、すなわちこの場合、ηは、ほぼη α に等しい（（１１）を参照）。
【００６３】 第１のレイヤ２４の側方平面へのエミッタ１の近接フィールド放射面積は、矩
形の大きさによって制限され、一方の側は、レイヤ２４の厚さｄＲＯＲ１よりも
わずかに大きく、そして他方の側は、インジェクション領域ストリップの幅Ｗよ
りもわずかに大きい。垂直平面における発散の角Θ１は、出力領域７の第１のレ
イヤ２４の厚さｄＲＯＲ１によって分割される波長λにほぼ等しいように推定さ
れる。厚さｄＲＯＲ１（１μｍから１００μｍの範囲であることが好ましい）の
選択によって、エミッタ１の出力表面への発散の角Θ１が減少されるだけでなく
、高い放射パワーを達成するのに重要であるその出力表面への放射密度がかなり
減少されることが可能である。
【００６４】 この変形におけるエミッタ１の第１の実験モデルの予備測定から（λは８１０
ｎｍに等しく、ｄＲＯＲ１、ＤＩＲおよびＷは、それぞれ３μｍ、１０００μｍ
、１５０μｍに等しい）、外部効率ηは、６０％よりも大きく、エミッタのパワ
ーは、８Ｗ以上であり、そして発散の角である角Θ１およびΘ２は、それぞれ２
０゜および７゜未満であるということになる。
【００６５】 次の変形において、上記の変形に対照的に、インジェクション領域は、狭くて
（２μｍから５μｍの幅が好ましい）、長い（０．５ｍｍから数ｍｍの長さが好
ましい）矩形ストリップの形状で作られ、フレアアウトし（５゜から１５゜のフ
レア角度が好ましい）、そのフレア部分の長さは、０．５ミリメートルから２ミ
リメートルか、それ以上が好ましい。このような形状は、優勢な誘導放出が生じ
るエミッタ１の動作電流を減少することを可能にする（すなわち、η０は、ほぼ
１に等しい）。これは、次に、さらに、外部効率における増大へと導く。さらに
、問題となっているインジェクション領域の形状は、ストリップのフレア端部か
ら現れるとき、水平平面における放射の発散の角Θ２を実質的に減少することを
可能とする。
【００６６】 多数の場合、上記で考慮されるものに類似するようなエミッタ１の変形が可能
であり、２つのレイヤの出力領域７は、ヘテロ構造２のアクティブレイヤ３の両
側に作られ、そしてさらに変形において、出力領域７の第２のレイヤ２５の役割
は、出力領域７の第１のレイヤ２４の光学的に反射された外側表面９によって果
たされる。
【００６７】 ２つのレイヤの出力領域７を有する上記に考慮される変形における厚さｄＲＯ Ｒ１ 、ｄＲＯＲ２における減少のため、ウエハ結合技術は、もはや必要とされず
、ヘテロ構造２および出力領域７は、単一のエピタキシャル成長生成プロセスで
製造されることができることに留意することは重要である。これにより、エミッ
タについての製造技術を簡素化し、費用が安くなり、異なる波長に適用されるよ
うな用途の広い技術とする。
【００６８】 個々の変形において、電源電圧を増大することによる電源への高いパワーエミ
ッタのより効果的な整合は、導入されたバリア領域２６、２７を使用して、イン
ジェクション領域１０と、それらの直列のガルヴァーニ電気接続とを作ることに
よって達成されることができる（図６を参照）。この場合、出力領域７は、電気
的に導電性のレイヤ２８と絶縁性レイヤ２９とで構成され、そしてインジェクシ
ョン領域１０の一つの側のバリアレイヤ２６は、それを少なくともクラッディン
グレイヤ５まで絶縁し、もう１つの側のバリアレイヤ２７は、それを絶縁性レイ
ヤ２９にまで全体を絶縁する。この場合、バリアレイヤ２７によって分離される
２つの隣接したインジェクション領域１０についての独立オーム接触部３０は、
メタライゼーションレイヤ３１によって対に接続される（図６を参照）。
【００６９】 小さな光源と高い放射の明るさとを有するエミッタ１の変形について（図１２
および図１３を参照）、内側表面６および外側表面９が矩形の形状を有する六面
体として出力領域７が実施される。内側表面６についての矩形の両側面は、１０
００×３０００μｍ２である。インジェクション領域１０は、同一の寸法と同一
の面積とを有する。六面体の側方表面８は、４つの面で構成されている。反射防
止コーティング２３は、出力表面を有する面の１つに適用され、そして反射コー
ティング３２は、残りの３つの面に適用される。すべての面は、（π／２−φ）
に等しい、特に７２゜の傾斜の同一角Ψを有して作られる。動作デバイスにおい
て、３つの面への放射入射は、反射されて、１８゜に等しい同一の伝搬角φで、
インジェクション領域１０に反射して返される。上記に考慮される図１による変
形に関するかぎり、発散の総角△φは、０．６８゜（１１．８ｍｒａｄ）に等し
いことに留意されたい。０．３４゜に等しい△φ／２の値は、エミッタ１の出力
領域７の傾斜面が、最大効率を達成するために作られる精度に相当する。推定は
、ここで考慮される第１の変形のエミッタ１に関するかぎり、この戻された放射
の大部分が、ほぼ同一の外部効率ηを有する出力表面を通って出力領域７から射
出することを示している。この場合、３．０Ａの電流ＪについてのパワーＰ（１
１）は、５．３Ｗに等しい。放射近接フィールドについて得られる単位面積当た
りのパワーは、８００．６Ｗ／ｃｍ２に等しく、それは、エミッタ１の第１の変
形と比べてほぼ１０倍である。垂直平面および水平平面における問題となってい
るエミッタ１についての発散の角Θ１、Θ２は、それぞれ２．３゜と９０゜に等
しい。この場合、光放射強度Ｑｏｐｔは、１９３２７カンデラに等しいことが見
出された。
【００７０】 さらに、それらの出力表面の部分への反射コーティングの適用によって、図２
および図８、図３および図９、図４、図５および図１０とに示されるエミッタ１
の他の変形についての近接フィールド放射面積における減少と、その明るさにお
ける増大を達成することが可能であることに留意されたい。
【００７１】 複数の独立して制御可能なビームを有するエミッタ１の別の変形について（図
１４、図１５および図１６を参照）、それぞれが５００個のインジェクション領
域１０を含有するインジェクション領域１０の２００個の線形シーケンス（線形
アレー）は、バリア領域２６によってへテロ構造２のレイヤ６に作られた。各イ
ンジェクション領域１０の直径は、１８μｍであり、それらは、３０μｍ離れて
、同等に間隔が置かれて、そして２つの互いに直交する方向に配置された。厚さ
９μｍの共通の直線出力領域を作成するために、直径１８μｍの直円柱の線形シ
ーケンスで作られ、線形アレーにおける各インジェクション領域１０と同軸であ
り、そしてジャンパ２２によって接続される出力領域７は、各線形アレーに相当
する。各矩形のジャンパ２２は、長さ１２μｍおよび幅６μｍで作られた。エミ
ッタ１の全体のサイズは、１５×６ｍｍ２であった。各線形アレーのための共通
の出力領域７の外側表面９に、メタライゼーションレイヤ３３を有するオーム接
触部１２が、そこに作られた（２００個のストリップ）。反対側に、独立オーム
接触部３０が、（線形アレーの長さと直交する方向に）それらを接続するメタラ
イゼーションレイヤ３１（５００個のストリップ）と共に、インジェクション領
域１０に作られた。このエミッタ１の製造において、ダブルサイディッドアライ
ンメントを有するフォトリソグラフィプロセスと、化学的にアシストされたイオ
ンビームエッチングとを含む、知られているプレナー技術方法を使用した。製造
中、エミッタ１は、図に示されていないホルダウエハに取り付けられた。このエ
ミッタ１のために行われる計算は、下記の結果を示した。出力領域７の側方表面
８に１０゜４０’の角度で向けられる出力放射は、９゜１０’に等しい発散△φ
を有する。３回の反射についての外部効率ηは、０．９５６６である。１．０１
７ｍＡ（４００Ａ／ｃｍ２のＪ）の電流についての単一のインジェクション領域
１０からのパワーＰ（１１）は、２ｍＷに等しい。放射ビームのそれぞれ（１０
、０００ビームの範囲外）は、残りと関係なく、スイッチオンされることができ
る。ビーム密度は、１１１１１ｃｍ−２であった。
【００７２】 図２１および図２５は、矩形平行六面体として実施され、アクティブレイヤ３
における単一のラインに沿って配置される３つのインジェクション領域１０（図
２１乃至図２５には図示せず）を有する、エミッタ１の変形を概略的に示してい
る。エミッタ１の中間部分において、インジェクション領域は、長さが幅より少
なくとも数倍である矩形のストリップ形状を有する。クラッディングレイヤ４側
において、中間インジェクション領域は、他の２つのエッジ出力領域７における
電流密度とは異なる電流密度が通過することを可能にする、独立オーム接触部３
０を有する。エッジインジェクション領域は、図２５に示されるようなフレアフ
ァネル形状を有する。反射防止コーティング２３（図２１乃至図２５には図示せ
ず）は、エミッタ１の出力表面に適用される。エッジインジェクション領域にお
ける出力領域７は、厚さが、エッジインジェクション領域１０の長さＬＩＲのｔ
ａｎφ倍に少なくとも等しい、単一のレイヤで構成される。クラッディングレイ
ヤ５の厚さは、エミッタ１の中間およびエッジ部分とは異なる（図２１を参照）
。その結果、放射の強い漏れが、エッジインジェクション領域において生じ、実
質的には、漏れは、中間インジェクション領域においては生じない。低電流密度
のための中間インジェクション領域の選択された大きさ（０．５ｍｍから１．０
ｍｍの長さが好ましく、２μｍから５μｍの幅が好ましい）の全体でこの情況は
、２つの互いに反対側の方向に、中間ストリップインジェクション領域の長い側
に沿って伝搬する誘導放射についての優勢な特定の部分を確実にする。電流にお
けるさらなる増加とともに、誘導（超ルミネセンス）放出は、中間インジェクシ
ョン領域からエッジインジェクション領域に供給され、前記放出は、非常に効率
よく、垂直平面および水平平面の両方における小さい発散の角度を有する出力領
域７からの結果として起こる出力で、エッジインジェクション領域に供給される
電力の超ルミネセンス放射パワーへの変換を始める。この場合、外部効率ηを計
算する式に現れる以前に導入された係数η０は、１に近い。
【００７３】 この変形は、優勢な誘導（超ルミネセンス）放出が実施されるエミッタ１につ
いての動作電流におけるさらなる減少を可能とする。これは、外部効率（６０％
から７０％よりも大きい）と、放出の高い品質と動作上の確実性とを有する出力
パワー（１つのエミッタ１から、５Ｗから１０Ｗよりも大きい）とを達成するこ
とを可能にする。
【００７４】 図２２および図２５に示されるエミッタ１の変形は、エミッタ１のエッジ部分
において、出力領域７が、２つの電気的に導電性のレイヤ２４、２５で構成され
、第２のレイヤ２５の屈折率ｎＲＯＲ２が、ヘテロ構造２の実効屈折率ｎｅｆｆ 未満であるということにより、上記の変形と識別される。
【００７５】 第１のレイヤ２４の厚さは、エミッタ１の上記の変形に対照的に、エッジイン
ジェクション領域の長さＬＩＲのｔａｎφ倍よりもかなり小さい。このような２
つのレイヤの出力領域７を有するエミッタ１は、前の箇所で考慮された。独立接
触部の中間インジェクション領域への導入、および放射の漏れがないヘテロ構造
２の中間インジェクション領域の使用により、エミッタ１のこの変形について、
上記の変形と比べて製造技術を簡素化するだけでなく、それらの特性の高い値を
保つことを可能にする。
【００７６】 エミッタ１の次の変形（図には図示せず）は、接触部レイヤ１７およびオーム
接触部１１が連続して作られる、すなわち、独立接触部３０が省かれ、インジェ
クション領域に別々に電力を供給する必要がないという事実によって、上記の２
つの変形と識別される。このようなエミッタ１の利点は、その動作上の簡素化で
ある。
【００７７】 図２３および図２５に示されるエミッタ１の変形は、放射の漏れが、アクティ
ブレイヤ３の両側において生じるという事実によって、上記の変形と識別される
。これは、エミッタ１の３つのインジェクション領域すべてで同一である、クラ
ッディングレイヤ４、５の厚さの選択によって達成される。したがって、エミッ
タ１は、アクティブレイヤ３の両側に、２つのレイヤの出力領域７を含み、出力
領域７のそれぞれに、２つの電気的に導電性のレイヤ２４、２５があり、レイヤ
２５の屈折率ｎＲＯＲ２は、実効屈折率ｎｅｆｆよりも小さい。
【００７８】 図２４および図２５に示されるエミッタ１の変形は、３つのインジェクション
領域のすべてにおいて、１つのレイヤの出力領域７およびクラッディングレイヤ
５が、同一として実施されるという事実によって、図２１および図２５に示され
るエミッタ１の変形と識別される。
【００７９】 エミッタ１の２つの上記の変形における中間インジェクション領域に作られる
独立接触部３０の存在は、漏れ放射の相対部分が、中間インジェクション領域か
らエッジインジェクション領域へ出射する超ルミネセンス放出と比べて小さくな
るレベルまで、それを通って電流密度を増大することを可能にする。この場合、
電流密度の前述のレベルが達成可能で、そして容認可能なために、ヘテロ構造２
は、電流密度に対するヘテロ構造２における結果として生ずる形式上のゲインの
依存性についての、急勾配のスロープを有する数値計算によって選択される。特
にこのような作用は、エミッタ１の上記の２つの変形において選択される、ヘテ
ロ構造２のタイプの特性である。エミッタ１の最後の２つの変形の利点は、それ
らの製造技術の簡素化である。それらは、パルスモードにおいて使用されること
が好ましい。
【００８０】 多数の場合、図２１および図２５に示されるものに対照的に、３つのインジェ
クション領域の２つ含む変形が使用されることが可能であることに留意されたい
。さらに、多くの場合、インジェクション領域は矩形のストリップ形状を有する
ことができる。さらに、放射パワーにおける増大は、単一のチップにおける同一
タイプのエミッタ１のいくつかの変形を一体化することによって得られることが
できることに、さらに留意されたい。
【００８１】 図１９および図２０は、製造されたエミッタの実験用モデルのための予備測定
の結果を示し、それは、自然放出についての狭い放射パターンに関するわれわれ
の自明でない推定を十分に確認している。エミッタは、９８０ｎｍの波長で放射
の強い漏れを有する特別に構成されたヘテロ構造（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓの化合物で作られる）に基づいて製造された。インジェクション領域
は、５０×５００μｍ２の面積を有する。出力領域７は、９０゜に等しい傾斜の
角Ψを有する３つの面の側方表面と、７２゜に等しい傾斜の角Ψを有する面の１
つの出力側面表面８とを有する、六面体の形状を有する。コーティングは、エミ
ッタ１に適用されなかった。測定データから（図１９、曲線３５）、垂直平面に
おける出力自然放出（０．５レベル）についての発散の角Θ１は、３．３゜に等
しく、この場合、放出は、１９゜の角度（計算は１８．５゜を示した）だけアク
ティブレイヤの平面に対して傾斜されていることが分かる。水平平面において、
予期通り、放出は、実質的に、無指向性である（図１９、曲線３６）。パワー−
電流特性の測定の結果（図２０、曲線３７）は、本発明によって提案されるエミ
ッタについて高効率を得ることが可能であるという立証である。測定は、第１の
実験用モデル（最適からはほど遠い構成）について行われ、パワーは、幅５０μ
ｍのインジェクション領域を有する４０゜開口における傾斜側方面から測定され
たことに留意されたい。さらに、連続波（ｃｗ）動作において、われわれは、４
００Ａ／ｃｍ２に等しい電流密度ｊまで全体に動作電流Ｊ（ｍＡ）へのＰ（ｍＷ
）の線形依存関係を得たことに留意されたい。これは、熱散逸条件が提案された
エミッタにおいて良好であるという立証である。
【００８２】 （商業上の適用） インジェクションインコヒレントエミッタは、光インジケータ、交通信号灯、
フルカラーディスプレイ、スクリーン、ホームプロジェクションテレビジョンな
どの情報ディスプレイデバイスに、ファイバ光通信およびデータ伝送システムに
、固体およびファイバレーザおよび増幅器をポンピングすることに関する医療装
置の構成に、さらに、真空電球およびＥＬランプの代わりに、白色ＬＥＤとして
使用される。
【００８３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（π／２−φ）を作る。
【図２】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（３π／４−φ／２）を作る。
【図３】 直円錐台の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通するエミッタ
の軸方向断面を概略的に示し、放射出力領域の側面表面の母面が、その内側表面
と傾斜の直線角Ψ（π／４−φ／２）を作る。
【図４】 直円柱の形状に作られる、放射出力領域の中央の対称軸を貫通する軸方向断面
を概略的に示している。
【図５】 エミッタの側方側の１つに沿う軸方向断面を概略的に示し、その出力領域は、
矩形の平行六面体の形状であり、特に、それは、２つの電気的に導電性のレイヤ
で作られ、第２のレイヤの屈折率ｎＲＯＲ２は、ヘテロ構造の境をなす第１のレ
イヤの屈折率ｎＲＯＲ１よりも大きい。
【図６】 エミッタの側方側の１つに沿う軸方向断面を概略的に示し、その出力領域は、
矩形の平行六面体の形状であり、特に、それは、２つのレイヤから作られ、第１
のレイヤが、電気的に導電性であり、第２のレイヤが、絶縁性であり、この場合
、インジェクションレイヤが、直列ガルヴァーニ電気接続されている。
【図７】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図１に示されている。
【図８】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図２に示されている。
【図９】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図４に示されている。
【図１０】 エミッタについての平面図（出力領域からの見た）を概略的に示し、その軸方
向断面が、図５に示されている。
【図１１】 ホルダに取り付けられる提案されたエミッタの横断面図を概略的に示している
。
【図１２】 小さな近接フィールド放射と放射の高い明るさとを有するエミッタの長手方向
断面図を概略的に示し、放射出力が、六面体放射出力領域の一つの側方面により
生じる。
【図１３】 小さな近接フィールド放射と放射の高い明るさとを有するエミッタの長手方向
横断面図を概略的に示し、放射出力が、六面体放射出力領域の一つの側方面によ
り生じる。
【図１４】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、インジェクション領域の線
形シーケンスの長さに沿って概略的に示し、共有の出力領域が、複数の規則正し
く間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の形状で、各線形シーケンスのため
に作られている。
【図１５】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、インジェクション領域の線
形シーケンスの長さに直交する断面を概略的に示し、共有の出力領域が、複数の
規則正しく間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の形状で、各線形シーケン
スのために作られている。
【図１６】 複数の自然放出ビームを有するエミッタについて、平面図を概略的に示し、共
有の出力領域が、複数の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互接続された直円柱の
形状で、各線形シーケンスのために作られている。
【図１７】 出力領域が、複数（９）の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互に接続された直
円錐台として作られるエミッタの対称平面に沿う断面図を概略的に示している。
【図１８】 出力領域が、複数（９）の規則正しく間隔が置かれ、かつ相互に接続された直
円錐のように作られるエミッタの平面図を概略的に示している。
【図１９】 垂直平面（Θ１）と水平平面（Θ２）とにおける放射の発散角の実験に基づく
測定の結果を示している。
【図２０】 放射パワー対エミッタの実験用モデルを貫通する電流を示している。
【図２１】 １つのレイヤ出力領域と、中間およびエッジインジェクション領域について
異なる厚さのクラッディングレイヤとを有する、エミッタの長手方向断面図を概
略的に示している。
【図２２】 ２つのレイヤ出力と、中間およびエッジインジェクション領域について異な
る厚さのクラッディングレイヤとを有する、エミッタの長手方向断面図を概略的
に示している。
【図２３】 アクティブレイヤの両側に配置される２つのレイヤ出力領域と、中間および
エッジインジェクション領域について同一の厚さのクラッディングレイヤとを有
する、エミッタの長手方向断面図を概略的に示している。
【図２４】 １つのレイヤ出力領域と、中間およびエッジインジェクション領域について
同一の厚さのクラッディングレイヤとを有するエミッタの長手方向断面図を概略
的に示している。
【図２５】 長手方向断面図が図２１乃至図２４に示されている、エミッタについて下か
らの図を概略的に示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ， ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ 【要約の続き】 のアクティブレイヤに直交する方向を含む、異なる制御 可能な方向における放射出力を実現するための能力を達 成するために、ヘテロ構造および出力領域が提案されて いる。独立して制御可能なビームを有する線形エミッタ および二次元エミッタアレイを含むマルチビームインコ ヒレントエミッタが、さらに提案されている。

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクティブレイヤと、クラッディングレイヤと、オーム接触
    部と、アクティブレイヤの少なくとも１つの側に、対応するクラッディングレイ
    ヤに隣接した放射に透明な放射出力領域とを含む、ヘテロ構造を備えるインジェ
    クションインコヒレントエミッタであって、適切な形状の少なくとも１つの放射
    出力領域が作成され、前記放射出力領域が、屈折率ｎＲＯＲｑと、放射について
    の光損失係数αＲＯＲｑ（ｃｍ−１）と、厚さｄＲＯＲｑ（μｍ）とにより特徴
    付けられる少なくとも１つのレイヤを有し、ここで、ｑ＝１、２、．．．ｐは、
    前記ヘテロ構造を有する境界から数えられるとき、出力領域のレイヤを標識付け
    する連続した番号を表わす整数として規定され、隣接した放射出力領域を有する
    ヘテロ構造は、実効屈折率ｎｅｆｆによって特徴付けられ、ここで、実効屈折率
    ｎｅｆｆおよび屈折率ｎＲＯＲ１は、以下の関係を満たすように選択され、 ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ／ｎＲＯＲ１）≦ａｒｃｃｏｓ（ｎｅｆｆ−ｍｉｎ／
    ｎＲＯＲ１）、 および、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、ｎｍｉｎよりも大きい、 ここで、ｎｅｆｆ−ｍｉｎは、実際の値である放射出力領域を有する多数のへテ
    ロ構造についてすべての可能性なｎｅｆｆの最小値であり、ｎｍｉｎは、ヘテロ
    構造のクラッディングレイヤにおける屈折率の最小のものである、インジェクシ
    ョンインコヒレントエミッタ。
  2. 【請求項２】 ヘテロ構造のアクティブレイヤが、少なくとも１つのサブレ
    イヤから形成されることを特徴とする、請求項１に記載のインジェクションイン
    コヒレントエミッタ。
  3. 【請求項３】 アクティブレイヤの第１の表面と反対側の第２の表面とにそ
    れぞれ配置されるクラッディングレイヤが、それぞれクラッディングサブレイヤ
    Ｉｉ、ＩＩｊから形成され、ここで、ｉ＝１、２．．．ｋおよびｊ＝１、２．．
    ．ｍは、前記アクティブレイヤから数えられるとき、屈折率ｎＩｉ、ｎＩＩｊを
    それぞれ有するクラッディングサブレイヤを標識付けする連続した番号を表わす
    整数として規定され、少なくとも１つのクラッディングサブレイヤが、各クラッ
    ディングレイヤに作られることを特徴とする、請求項１または２に記載のインジ
    ェクションインコヒレントエミッタ。
  4. 【請求項４】 へテロ構造の少なくとも１つのクラッディングサブレイヤが
    、勾配レイヤとして実施されることを特徴とする、請求項３に記載のインジェク
    ションインコヒレントエミッタ。
  5. 【請求項５】 少なくとも１つのインジェクション領域が、動作エミッタに
    作られることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のインジェク
    ションインコヒレントエミッタ。
  6. 【請求項６】 放射出力領域に隣接したクラッディングレイヤの厚さが、ア
    クティブレイヤの反対側に配置されるクラッディングレイヤの厚さ未満であるよ
    うに選択されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のイン
    ジェクションインコヒレントエミッタ。
  7. 【請求項７】 放射出力領域に隣接したクラッディングサブレイヤの屈折率
    が、アクティブレイヤの反対側に配置される外側クラッディングサブレイヤの屈
    折率より大きいように選択されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか
    一項に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  8. 【請求項８】 インジェクション領域の大きさおよび面積ＳＩＲが、ヘテロ
    構造の対応するクラッディングレイヤに隣接し、内側表面と呼ばれる、放射出力
    領域の表面の大きさおよび面積Ｓｉｎ以下であるように選択されることを特徴と
    する、請求項１から７のいずれか一項に記載のインジェクションインコヒレント
    エミッタ。
  9. 【請求項９】 放射出力領域の厚さｄＲＯＲｑが、１μｍから１０、０００
    μｍの範囲から選択されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に
    記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  10. 【請求項１０】 放射出力領域が、電気的に導電性として実施されることを
    特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のインジェクションインコヒ
    レントエミッタ。
  11. 【請求項１１】 オーム接触部が、内側表面と反対側の放射出力領域の外側
    表面に作られることを特徴とする、請求項１０に記載のインジェクションインコ
    ヒレントエミッタ。
  12. 【請求項１２】 放射出力領域が、光学的に均質の材料で作られることを特
    徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインジェクションインコヒ
    レントエミッタ。
  13. 【請求項１３】 放射出力領域が、少なくとも２つのレイヤから作られ、へ
    テロ構造の境をなす第１のレイヤが、電気的に導電性に作られ、第２のレイヤが
    、第１のレイヤについての光損失係数αＲＯＲ１よりも低い光損失係数αＲＯＲ ２ を有する材料から作られることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一
    項に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  14. 【請求項１４】 第２のレイヤが、絶縁性として実施されることを特徴とす
    る、請求項１３に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  15. 【請求項１５】 第２のレイヤの屈折率ｎＲＯＲ２が、ヘテロ構造の境をな
    す第１のレイヤの屈折率ｎＲＯＲ１よりも低いように選択されることを特徴とす
    る、請求項１３に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  16. 【請求項１６】 放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが、半導体から作
    られることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のインジェク
    ションインコヒレントエミッタ。
  17. 【請求項１７】 放射出力領域の少なくとも１つのレイヤが、導入された基
    板から作られることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載のイ
    ンジェクションインコヒレントエミッタ。
  18. 【請求項１８】 オーム接触部が、放射出力領域の電気的に導電性の第１の
    レイヤに作られることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の
    インジェクションインコヒレントエミッタ。
  19. 【請求項１９】 放射出力領域が、少なくとも１つの直円錐台の形状に作ら
    れ、直円錐台の底面の１つが、直円錐台に隣接したクラッディングサブレイヤに
    配置されることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載のインジ
    ェクションインコヒレントエミッタ。
  20. 【請求項２０】 内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られ
    る傾斜の直線角Ψが、（π／２−φ−σ）から（π／２−φ＋σ）の範囲から選
    択され、ここで、φは、アクティブレイヤの平面と放射出力領域内に伝搬する放
    射について正面への法線によって作られる角度であり、σは、放射出力領域内に
    伝搬する放射について出力表面への内部全反射の角度であることを特徴とする、
    請求項１９に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  21. 【請求項２１】 内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られ
    る傾斜の直線角Ψが、（３π／４−φ／２−σ／２）から（３π／４−φ／２＋
    σ／２）の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１９に記載のインジェ
    クションインコヒレントエミッタ。
  22. 【請求項２２】 内側表面と放射出力領域の側方表面の母面によって作られ
    る傾斜の直線角Ψが、（π／４−φ／２−σ／２）から（π／４−φ／２＋σ／
    ２）の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１９に記載のインジェクシ
    ョンインコヒレントエミッタ。
  23. 【請求項２３】 出力領域が、少なくとも１つの直円柱として形成され、直
    円柱の底面の１つが、直円柱に隣接したクラッディングレイヤに配置されること
    を特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載のインジェクションイン
    コヒレントエミッタ。
  24. 【請求項２４】 出力領域が、少なくとも１つの六面体として形成され、六
    面体の底面の１つが、六面体に隣接したクラッディングレイヤに配置されること
    を特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載のインジェクションイン
    コヒレントエミッタ。
  25. 【請求項２５】 出力領域の内側表面と六面体の側方平面の少なくとも１つ
    によって作られる傾斜の直線角Ψが、（π／２−φ−△φ／２）から（π／２−
    φ＋△φ／２）の範囲から選択され、ここで、△φは、垂直平面における放射に
    ついての発散の角度であることを特徴とする、請求項２４に記載のインジェクシ
    ョンインコヒレントエミッタ。
  26. 【請求項２６】 出力領域の内側表面と六面体の側方平面の少なくとも１つ
    によって作られる傾斜の直線角Ψが、（３π／４−φ／２−△φ／２）から（３
    π／４−φ／２＋△φ／２）の範囲から選択されることを特徴とする、請求項２
    ４または２５のいずれかに記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  27. 【請求項２７】 出力領域の内側表面と六面体の側方平面の少なくとも１つ
    によって作られる傾斜の直線角Ψが、（π／４−φ／２−△φ／２）から（π／
    ４−φ／２＋△φ／２）の範囲から選択されることを特徴とする、請求項２４か
    ら２６のいずれか一項に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  28. 【請求項２８】 出力領域の内側表面と六面体の側方平面の少なくとも１つ
    によって作られる傾斜の直線角Ψが、π／２に等しいように選択されることを特
    徴とする、請求項２４から２７のいずれか一項に記載のインジェクションインコ
    ヒレントエミッタ。
  29. 【請求項２９】 伝搬角φが、全反射の角σ未満であるように選択されるこ
    とを特徴とする、請求項２３から２８のいずれか一項に記載のインジェクション
    インコヒレントエミッタ。
  30. 【請求項３０】 反射防止コーティングが、導入された出力表面の少なくと
    も一部に適用されることを特徴とする、請求項１９から２９のいずれか一項に記
    載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  31. 【請求項３１】 反射コーティングが、出力表面の一部に適用されることを
    特徴とする、請求項１９から３０のいずれか一項に記載のインジェクションイン
    コヒレントエミッタ。
  32. 【請求項３２】 ヘテロ構造において、少なくとも２つのインジェクション
    領域が、同一の伝搬角φで形成されることを特徴とする、請求項１から３１のい
    ずれか一項に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  33. 【請求項３３】 独立オーム接触部が、ヘテロ構造の外側の各インジェクシ
    ョン領域に作られることを特徴とする、請求項３３に記載のインジェクションイ
    ンコヒレントエミッタ。
  34. 【請求項３４】 各インジェクション領域について、関連した放射出力領域
    が形成されることを特徴とする、請求項３２に記載のインジェクションインコヒ
    レントエミッタ。
  35. 【請求項３５】 １つの共有の放射出力領域が、少なくともいくつかのイン
    ジェクション領域について形成されることを特徴とする、請求項３２または３３
    に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  36. 【請求項３６】 同一の大きさのインジェクション領域が、インジェクショ
    ン領域の線形シーケンスとして、単一のラインに沿ってヘテロ構造において、順
    序付けられた方法で配置されることを特徴とする、請求項３２から３５のいずれ
    か一項に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  37. 【請求項３７】 放射出力領域側において、少なくとも放射出力領域の外側
    表面の一部に、線形シーケンスに含まれるインジェクション領域を電気的に接続
    するストリップの形状で実施されるメタライゼーションレイヤが適用されること
    を特徴とする、請求項３５または３６に記載のインジェクションインコヒレント
    エミッタ。
  38. 【請求項３８】 インジェクション領域の少なくとも２つの線形シーケンス
    が、ヘテロ構造に形成されることを特徴とする、請求項３６または３７に記載の
    インジェクションインコヒレントエミッタ。
  39. 【請求項３９】 インジェクション領域が配置される側に、インジェクショ
    ン領域の独立接触部上のメタライゼーションレイヤが、ストリップとして実施さ
    れ、ストリップそれぞれが、動作デバイスにおいて、インジェクション領域の各
    線形シーケンスからの１つのインジェクション領域を電気的に接続することを特
    徴とする、請求項３８に記載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
  40. 【請求項４０】 インジェクション領域が、アクティブレイヤに対して少な
    くとも全体にわたり、導入されたバリアレイヤによってサイズが制限されること
    を特徴とする、請求項８、１９、２３、２４もしくは３２に記載の、または請求
    項３６から３９のいずれか一項に記載のインジェクションインコヒレントエミッ
    タ。
  41. 【請求項４１】 少なくとも２つの隣接したインジェクション領域が、放射
    出力領域の絶縁性の第２のレイヤに対して全体にわたり、ガルヴァーニ電気的に
    絶縁され、前記インジェクション領域のオーム接触部が、メタライゼーションレ
    イヤによって、ガルヴァーニ電気接続されることを特徴とする、請求項８に記載
    の、または請求項１１から１５のいずれか一項に記載の、または請求項１９、２
    ２、２４もしくは３２に記載の、または請求項３６から４０のいずれか一項に記
    載のインジェクションインコヒレントエミッタ。
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