JP2003513477A - 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ用の方法および装置 - Google Patents

一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ用の方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）（２００）は、電気的にポンピングされるインプレーン半導体レーザおよび垂直キャビティ表面発光レーザ（２５０）を、インプレーン半導体レーザと共に形成されたビーム・ステアリング素子（２１２）と一体化することによって形成される。インプレーン半導体レーザは、端面発光レーザ（２４０）、インプレーン表面発光レーザ、または折返しキャビティ表面発光レーザを含むいくつかの異なる種類のインプレーン半導体レーザであってよい。インプレーン半導体レーザは、ＶＣＳＥＬを光学的にポンピングしてレーザ発光させる。インプレーン半導体レーザは、比較的短い波長の光子を放出するように構成され、それに対してＶＣＳＥＬは比較的長い波長の光子を放出するように構成される。インプレーン半導体レーザおよびＶＣＳＥＬは、原子結合、ウェーハ・ボンディング、メタル・ボンディング、エポキシ接着剤、または他の公知の半導体結合技術を含むいくつかの方法で結合することができる。ビーム・ステアリング素子（２１２）は、光学格子であっても鏡付き表面であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、半導体レーザに関する。具体的には、本発明は、光学的にポンピン
グされる半導体レーザに関する。
【０００２】 （発明の背景） 半導体レーザはますます重要になっている。半導体レーザの最も重要な用途の
１つは、光ファイバ通信媒体が使用される通信システムである。電子通信が進歩
すると共に、電子通信システムのデータ帯域幅を大きくするうえで通信速度の重
要性が増している。改良された半導体レーザは、ローカル・エリア・ネットワー
ク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エ
リア・ネットワーク（ＷＡＮ）などの光ファイバ通信媒体を使用する通信システ
ムのデータ帯域幅を大きくするうえで重要な役割を果たしている。電子構成要素
およびシステムを光学的に相互接続する好ましい構成要素は、垂直キャビティ表
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と呼ばれる半導体レーザである。ＶＣＳＥＬの構造
および動作の現状は公知である。光ファイバの光学特性のため、レーザから比較
的長い波長で放射された光子は、比較的長い距離を伝搬し、光学ノイズ源から受
ける妨害が比較的少ない。したがって、１．２５μｍを超える波長のような比較
的長い波長で動作できるＶＣＳＥＬを形成することが望ましい。
【０００３】 レーザは、いくつかの方法で励起またはポンピングすることができる。通常、
ＶＣＳＥＬは、光子の放射を刺激するように電源によって電気的に励起されてい
る（電気的にポンピングされている）。しかし、電気的ポンピングを使用して長
い波長で光子を放射させることは、いくつかの欠点のために商業的に成功してい
ない。現在の所、実際的な用途向けの電気的にポンピングされる実施可能なモノ
リシック長波長ＶＣＳＥＬはない。長波長ＶＣＳＥＬの動作にはインジウム−リ
ン化物半導体基板を使用することが望ましい。しかし、インジウム−リン化物に
格子整合し、レーザ光線を反射するのに十分な大きさの屈折率差をもたらすこと
のできるモノリシック半導体回折ブラッグ反射器（ＤＢＲ）はない。格子整合は
、レーザ材料の成長が転移しないようにするうえで重要である。これに代わる方
法が提案され実証されているが、その成功は限られたものである。１つの方法と
して、リン化インジウム・ベースの活性材料系にヒ化ガリウム物／ヒ化アルミニ
ウムガリウム（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）ＤＢＲをウェーハ・ボンディングする
ことが挙げられる。７０℃までの一定波（ＣＷ）工程が実現されているが、この
装置は、どんな用途に使用するにしても出力電圧が低すぎる。
【０００４】 最近では、ＶＣＳＥＬを光学的に励起（光学的にポンピング）して光子の放射
を刺激できることが示されている。ここで図１を参照すると、インプレーンレー
ザ１００は、放射した光子１０１Ａを鏡１０２によって光子１０１Ｂの方向に向
け、ＶＣＳＥＬ１０６に結合させることが示されている。インプレーンレーザ１
００は、比較的短い波長（８５０ナノメートル（ｎｍ）から９８０ナノメートル
（ｎｍ））で光子１０１Ａを放射するように電気的に励起されるように構成され
ている。インプレーンレーザ１００からの方向を変えられた光子１０１Ｂも比較
的短い波長を有しており、ＶＣＳＥＬ１０６を光学的に励起する。ＶＣＳＥＬ１
０６は、比較的長い波長（１２５０ｎｍから１８００ｎｍ）で光子１０８を放射
するように光学的に励起されるように構成されている。図１のシステムの欠点は
、その構成要素が一体化されていないことである。Ｖｉｊａｙｓｅｋｈａｒ Ｊ
ａｙａｒａｍａｎの米国特許第５５１３２０４号および第５７５４５７８号（「
Ｊａｙａｒａｍａｎ特許」と呼ぶ）には、電気的にポンピングされる短波長ＶＣ
ＳＥＬを光学的にポンピングされる長波長ＶＣＳＥＬと一体化するにはどうすべ
きかが示されている。しかし、Ｊａｙａｒａｍａｎ特許によって示された一体化
された装置にはいくつかの欠点がある。電気的にポンピングされる短波長ＶＣＳ
ＥＬを使用して、長波長ＶＣＳＥＬを光学的にポンピングする際の１つの問題は
、電流の注入により、電気的にポンピングされる短波長ＶＣＳＥＬで多量の熱が
発生することである。電気的にポンピングされるＶＣＳＥＬから発生した熱は効
果的に放散することができず、長波長ＶＣＳＥＬに結合され、その接合温度を上
昇させ、その結果、長波長ＶＣＳＥＬは効率的にレーザ発光することができなく
なる。他の欠点は、電気的にポンピングされる短波長ＶＣＳＥＬの電気接触面積
が比較的小さく、電流が抵抗性のｐ型添加ＤＢＲの多数の層を通過する必要があ
るため、電気比抵抗が大きいことである。電気的にポンピングＶＣＳＥＬを使用
する際の他の欠点は、熱の流路が制限されるため熱抵抗が大きいことである。電
気的にポンピングされるＶＣＳＥＬ内の小さなキャリア閉じ込め領域によって、
熱は、放散するのが困難な小さな領域に蓄積する。他の欠点は、電気的にポンピ
ングされるＶＣＳＥＬからの出力電圧が限られており、光学的にポンピングされ
る長波長ＶＣＳＥＬからの出力電力にも悪影響を与えることである。Ｊａｙａｒ
ａｍａｎ特許の一体化された装置は、８０℃で一定波電力出力を生成するという
データ・リンク・モジュール仕様を満たすのに十分な電力を生成することはでき
ない。他の欠点は、Ｊａｙａｒａｍａｎ特許で提案されたように２つのＶＣＳＥ
Ｌを製造するコストが比較的高いことである。
【０００５】 従来技術の制限を解消することが望ましい。
【０００６】 （発明の簡単な概要） 簡単に言えば、本発明は、特許請求の範囲に記載された方法、装置、およびシ
ステムを含む。一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面放射
レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、電気的にポンピングされるインプレーン半導体レーザ
および垂直キャビティ表面発光レーザを、インプレーン半導体レーザと共に形成
されたビーム・ステアリング素子と一体化することによって形成される。インプ
レーン半導体レーザは、端部発光レーザ、インプレーン表面発光レーザ、または
折返しキャビティ表面発光レーザを含むいくつかの異なる種類のインプレーン半
導体レーザであってよい。インプレーン半導体レーザは、ＶＣＳＥＬを光学的に
ポンピングしてレーザ発光させる。インプレーン半導体レーザは、比較的短い波
長の光子を放射するように構成され、それに対してＶＣＳＥＬは比較的長い波長
の光子を放射するように構成される。インプレーン半導体レーザおよびＶＣＳＥ
Ｌは、原子結合、ウェーハ・ボンディング、メタル・ボンディング、エポキシ接
着剤、または他の公知の半導体結合技術を含むいくつかの方法で結合することが
できる。ビーム・ステアリング素子は光学格子であっても鏡付き表面であっても
よい。一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザの
いくつかの実施態様を開示する。
【０００７】 図面中の同様な参照番号および符号は同様な機能を果たす同様な要素を示す。
【０００８】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 本発明の以下の詳細な説明では、本発明を完全に理解するために多数の特定の
事項について述べる。しかし、当業者には、これらの特定の事項なしに本発明を
実施できることが自明であろう。他の例では、本発明の各態様を不必要に曖昧に
することのないように公知の方法、手順、構成要素、および回路については説明
しない。
【０００９】 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣ
ＳＥＬ）は、電気的にポンピングされるインプレーン半導体レーザおよび垂直キ
ャビティ表面発光レーザを、インプレーン半導体レーザと共に形成されたビーム
・ステアリング素子と一体化することによって形成される。インプレーン半導体
レーザは、端部発光レーザ、インプレーン表面発光レーザ、または折返しキャビ
ティ表面発光レーザを含むいくつかの異なる種類のインプレーン半導体レーザで
あってよい。インプレーン半導体レーザは、ＶＣＳＥＬを光学的にポンピングし
てレーザ発光させる。インプレーン半導体レーザは、比較的短い波長の光子を放
射するように構成され、それに対してＶＣＳＥＬは比較的長い波長の光子を放射
するように構成される。インプレーン半導体レーザおよびＶＣＳＥＬは、原子結
合、ウェーハ・ボンディング、メタル・ボンディング、エポキシ接着剤、または
他の公知の半導体ボンディング技術を含むいくつかの方法で結合することができ
る。ビーム・ステアリング素子は、光学格子であっても鏡付き表面であってもよ
い。一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザのい
くつかの実施形態を開示する。
【００１０】 電気的にポンピングされるインプレーン短波長半導体レーザは、比較的短い波
長（７７０ナノメートル（ｎｍ）から１１００ナノメートル（ｎｍ））で動作す
るように構成され、光学的にポンピングされる長波長ＶＣＳＥＬは比較的長い波
長（１２５０ｎｍから１７００ｎｍ）で動作するように構成される。一体化され
た光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬのインプレーン短波長半導体レーザは従
来の端部発光レーザまたはインプレーン表面発光レーザであってよい。長波長Ｖ
ＣＳＥＬは、電気的にポンピングされる短波長半導体レーザによって光学的にポ
ンピングされることにより、電力を使用せずに動作する。各レーザを一体化でき
るかどうかは、２つのレーザを形成する際に使用される半導体材料の種類に依存
する。２つのレーザは、モノリシック・エピタキシャル成長や、原子結合、ウェ
ーハ・ボンディング、メタル・ボンディング、エポキシ接着剤、または他の公知
の半導体ボンディング技術を介した２つのレーザの外層の接合などの半導体処理
方法によって１つのユニットに一体化される。また、垂直キャビティ表面発光レ
ーザは、長波長ＶＣＳＥＬから反射された光が直接インプレーン・レーザに返さ
れるのを回避し、それによってインプレーン・レーザに光学ノイズが送り返され
るのを回避するようにインプレーン半導体レーザにある角度で結合することがで
きる。光子を単一横モードで放射されるように利得誘導するように垂直キャビテ
ィ表面発光レーザに結合される小スポット・ポンプ光線を第３のレーザを使用し
て生成することもできる。ポンプ・レーザとも呼ばれるインプレーン短波長半導
体レーザは、多縦モードまたは多横モードであってよいが、長波長ＶＣＳＥＬか
らの出力は単一縦モードである。長波長ＶＣＳＥＬからの出力は、幾何学的な一
体化方式およびパターン化に応じて単一横モードであってよい。長波長ＶＣＳＥ
Ｌが単一モード・ファイバと最適に結合するように単一横モードで動作すること
が好ましい。長波長ＶＣＳＥＬの変調は、インプレーン短波長半導体レーザを直
接電気的に変調するか、または外部変調器を使用して外部変調を行うことによっ
て行うことができる。
【００１１】 次に、図２を参照すると、本発明の第１の実施形態としての一体化された光学
的にポンピングされるＶＣＳＥＬ２００が示されている。一体化された光学的に
ポンピングされるＶＣＳＥＬ２００は、長波長ＶＣＳＥＬ２５０と一体化された
短波長インプレーン半導体レーザ、すなわち端部発光レーザ２４０を含んでいる
。端部発光（ＥＥ）レーザ２４０は、６００ｎｍから１１１０ｎｍの範囲の波長
でレーザ光線（すなわち、光子）を放射することができる。端部発光レーザ２４
０は通常、波長が７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、または９８０ｎｍである光子を放射
する。レーザ光線２０９Ａは、ビーム・ステアリング素子２１２によって長波長
ＶＣＳＥＬ２５０の方へ向けられ、長波長ＶＣＳＥＬ２５０を光学的にポンピン
グする。長波長ＶＣＳＥＬ２５０は、光学的なポンピングに応答して、１２５０
ｎｍから１６５０ｎｍの範囲の波長でレーザ光線を放射する。長波長ＶＣＳＥＬ
２５０は通常、波長が１３００ｎｍまたは１５５０ｎｍのレーザ光線を放射する
。ビーム・ステアリング素子２１２は鏡、光学格子、または他の反射表面であっ
てよい。好ましい実施形態のビーム・ステアリング素子２１２は、レーザ光線２
０９Ｂを形成するために、光子をビーム２０９Ａにほぼ垂直な角度に向ける。こ
の場合、入射角および屈折角はほぼ４５°である。
【００１２】 端部発光レーザ２４０は、基板２０１、クラッディング層２０２、活性領域２
０３、及びクラッディングと接点領域２０４を含む。基板２０１は、一体化され
た光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ構造２００の形成が完了した後で除去す
ることのできるヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）であることが好ましい。クラディング
２０２は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）またはヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧ
ａＡｓ）であることが好ましい。基板２０１またはクラディング層２０２は、電
気的にポンピングされるインプレーン半導体レーザ用の電気接点の１つを形成す
る接点層として動作することができる。活性層２０３の材料は、出力される光子
の所望の波長に応じて選択される。９８０ナノメートル（ｎｍ）の波長が必要で
ある場合、活性層２０３はＩｎＧａＡｓ量子井戸（ＱＷ）である。８５０ナノメ
ートルの波長が必要である場合、活性層２０３ではヒ化カリウム（ＧａＡｓ）Ｑ
Ｗであってもよい。所望の波長が７８０ｎｍである場合、活性層はヒ化ガリウム
アルミニウム（ＧａＡｌＡｓ）ＱＷであっても、ヒ化リン化ガリウムアルミニウ
ム（ＧａＩｎＡｓＰ）ＱＷであってもよい。好ましい実施形態では、クラッディ
ングと接点層２０４はｐ型ＧａＡｓ材料である。放射を刺激するために。直線状
のファセット２１１Ａおよび２１１Ｂはレーザ・キャビティ用の鏡として働く。
ファセット２１１Ａおよび２１１Ｂは互いに平行であり、へき開、エッチング、
イオン・ミリング、または他の公知の半導体プロセスによって形成される。反射
効率を高めるミラー・コーティングとして働く誘電コーティングをファセット２
１１Ａおよび２１１Ｂに付加することができる。端部発光レーザ２４０から放射
された光子は、ビーム・ステアリング素子２１２によって反射または変位され、
長波長ＶＣＳＥＬ２５０に送り込まれる。ビーム・ステアリング素子２１２は、
入射光子を長波長ＶＣＳＥＬ２５０の方へ反射するように入射光子に対して約４
５°の角度に設定される。ビーム・ステアリング素子２１２は、ドライ・エッチ
ングまたはイオン・エッチングあるいは材料を除去する他の公知の半導体プロセ
スによって形成される。ファセット２１１Ａおよび２１１Ｂは、インプレーン半
導体レーザのレーザ・キャビティの外部に形成され、それに対してビーム・ステ
アリング素子２１２は、キャビティの外部に形成されるが、一体化された光学的
にポンピングされるＶＣＳＥＬ２００と一体化されている。長波長ＶＣＳＥＬ２
５０は、回折ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２０５、長波長活性領域２０６、第２の
回折ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２０７、基板２０８で構成されている。回折ブラ
ッグ反射器ＤＢＲ２０５は、各層の厚さが４分の１波長である材料対を形成する
ことによって、特に所望の長波長向けに構成される。ＤＢＲ２０５は、誘電ＤＢ
Ｒでも、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲでも、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ ＤＢ
Ｒでも、ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ ＤＢＲでもよい。誘電ＤＢＲは、厚さが４
分の１波長の層または他の同等の材料層の二酸化ケイ素／二酸化チタン対を付着
させることによって形成される。長波長ＶＣＳＥＬ用の活性領域２０６は、Ｉｎ
ＧａＡｓＰやＩｎＡｌＧａＡｓなどの材料で形成された単一の量子井戸でも、複
数の量子井戸でもよい。好ましい実施形態では、活性領域２０６は、ＩｎＧａＡ
ｓｐで形成された３つから９つの量子井戸を有している。ＤＢＲ２０７は、長波
長ＶＣＳＥＬ動作用のＤＢＲ２０５と同様に形成される。長波長ＶＣＳＥＬ２５
０が形成された基板２０８は、結合後に一体化された光学的にポンピングされる
ＶＣＳＥＬ構造が完成した後に除去することのできるＩｎＰ基板またはＧａＡｓ
基板であることが好ましい。端部発光レーザ２４０は、リッジ導波管、リブ導波
管、酸化物閉じ込め構造、または他の公知のレーザ発光強化構造を含む。長波長
ＶＣＳＥＬ２５０は、ポンピング、酸化物による屈折率誘導、またはエッチング
・メサによる屈折率誘導によって利得誘導される。動作時に、レーザ光線２０９
Ａは、端部発光レーザ２４０によって短波長レーザ出力として放射される前にフ
ァセット２１１Ａとファセット２１１Ｂの間で前後に反射される。レーザ光線２
０９Ａは、ビーム・ステアリング素子２１２によってほぼ垂直にレーザ光線２０
９Ｂの方向へ向けられる。レーザ光線２０９Ｂは、長波長ＶＣＳＥＬ２５０に結
合され、長波長ＶＣＳＥＬ２５０を光学的にポンピングし、レーザ光線２２２を
長波長で生成する。
【００１３】 端部発光レーザなどのインプレーン半導体レーザは、電力出力が比較的高くな
るように製造するのが比較的容易である。端部発光レーザは、活性領域２０３の
熱抵抗が小さくなるように活性領域２０３から発生する熱を拡散するという利点
を有する。また、端部発光レーザは、やはり電気抵抗が小さくなるように、電気
接点を形成する表面積が比較的大きい。端部発光レーザ２４０を含む電気的にポ
ンピングされるインプレーン半導体レーザは、十分に高い電力を生成することが
できるので、長波長ＶＣＳＥＬ２５０への反射効率を改善するようにビーム・ス
テアリング素子をコーティングする必要はない。図２の一体化された光学的にポ
ンピングされるＶＣＳＥＬの第１の実施形態では、端部発光レーザ２４０は、Ｖ
ＣＳＥＬ２５０のＤＢＲ２０５が端部発光レーザ２４０と共に成長するかどうか
に応じて、ボンディング界面２１０Ａまたは２１０Ｂで長波長ＶＣＳＥＬ２５０
に結合される。ＤＢＲ２０５は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ対で作られている場合
、端部発光レーザ２４０と共に成長し、レーザ間のボンディング界面は２１０Ｂ
になる。ＤＢＲ２０５がＧａＡｓ／ＡｌＧａＧｓ対で作られておらず、誘電ＤＢ
Ｒ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓＰのような他の何らか
の材料で作られている場合、レーザ間のボンディング界面は２１０Ａになる。２
つのレーザは、原子結合、分子結合、エポキシ・ボンディング、または半導体材
料同士を結合する他の公知のボンディング方法によっていずれかのボンディング
界面２１０Ａまたは２１０Ｂで結合される。ボンディング界面２１０Ａまたは２
１０Ｂで結合するのに用いられる材料は、所望の波長で光子を伝えられるように
光学的に透明である。
【００１４】 次に図３Ａから３Ｆを参照すると、一体化された光学的にポンピングされるＶ
ＣＳＥＬ３００Ａないし３００Ｆが示されている。図３Ａにおいて、一体化され
た光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ａは、インプレーン半導体レーザ
、すなわちインプレーン表面発光レーザ３４０Ａ、および長波長ＶＣＳＥＬ３５
０Ａを備えている。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、ＶＣＳＥＬ３５０
ＡのＤＢＲ３０３がインプレーン表面発光レーザ３４０Ａと共に成長するかどう
かに応じてボンディング界面３１０Ａまたはボンディング界面３１０Ｂで長波長
ＶＣＳＥＬ３５０Ａに結合される。ＤＢＲ３０３は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ対
で作られている場合、インプレーン発光レーザ３４０Ａと共に成長し、レーザ間
のボンディング界面は３１０Ｂになる。ＤＢＲ３０３がＧａＡｓ／ＡｌＧａＧｓ
対で作られておらず、誘電ＤＢＲ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ／ＩｎＡｌ
ＧａＡｓＰのような他の何らかの材料で作られている場合、レーザ間のボンディ
ング界面は３１０Ａになる。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、ウェーハ
・ボンディング、メタル・ボンディング、エポキシ・ボンディング、または他の
公知の半導体ボンディング技術によって長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａに結合するこ
とができる。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、図２のインプレーン・レ
ーザと同様な公知の材料の複数の層で構成されている。インプレーン・レーザは
、それぞれリッジ導波管インプレーン半導体レーザ、リブ導波管インプレーン半
導体レーザ、または酸化物が閉じ込められたインプレーン半導体レーザを形成す
る、エッチングされたメサ、リブ、または酸化物のキャリア閉じ込め構造を含む
閉じ込め構造を含むことができる。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、ク
ラッディング層に結合されておりレーザ・キャビティ内で光子を反射し十分なエ
ネルギーの光子が通過できるようにするレーザ・キャビティ鏡３０２を含んでい
る。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、７８０ｎｍ、８５０ｎｍ、または
９８０ｎｍでレーザ発光するように製造され構成されることが好ましい。インプ
レーン表面発光レーザの表面は、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳ
ＥＬ３００Ａから光学的に除去されるヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）であることが好
ましい。ビーム・ステアリング素子２１２がレーザ・キャビティの外側に位置す
るのに対して、インプレーン表面発光レーザ３４０Ａは、反射のためにインプレ
ーン表面発光レーザ３４０Ａのレーザ・キャビティ内にビーム・ステアリング素
子３１２を含んでいる。ビーム・ステアリング素子３１２は、ぼぼ４５°の角度
であり、インプレーン表面発光レーザ３４０Ａの半導体材料をエッチングするこ
とによって形成されることが好ましい。直線状のファセット３１１は、レーザ３
４０Ａの半導体材料にほぼ垂直にへき開またはエッチングすることによって形成
される。レーザ・キャビティ内のビーム・ステアリング素子３１２は、インプレ
ーン・レーザ・キャビティファセット３１１またはレーザ・キャビティ鏡３０２
からの入射光を全反射させる。レーザ・キャビティ鏡３０２は、ＤＢＲと同様に
形成され、短波長光子を反射し伝えるように材料ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／Ａｌｙ Ｇａ１−ｙＡｓ対の層を含んでいる。レーザ・キャビティ鏡３０２およびビーム
・ステアリング素子３１２は、インプレーン格子表面発光レーザを形成する格子
表面に置き換わることができる。格子表面のリッジは、該表面がレーザ・キャビ
ティ内で光子を反射すると共に短波長光子を長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａ内に向け
る鏡面として働くことができるように形成されている（スペーシング、エッチン
グ角度など）。長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａは、回折ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３
０３、活性領域３０４、第２のＤＢＲ３０５、および基板３０６を備えている。
インプレーン表面発光レーザ３４０Ａから発生する短波長光子の波長は７８０ｎ
ｍ、８５０ｎｍ、または９８０ｎｍであることが好ましい。ＤＢＲ３０３および
ＤＢＲ３０５は、特に長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａ向けに構成されており、誘電Ｄ
ＢＲ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ ＤＢＲ、またはＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓＰ ＤＢＲであってよい。活性領域３０４は、特に長波長ＶＣＳＥ
Ｌ向けに構成されており、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）、
ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ヒ化インジウムアルミニウムガリウ
ム（ＩｎＡｌＧａＡｓ）、ヒ化アンチモン化ガリウム（ＧａＡｓＳｂ）、または
ヒ化窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＮ）で形成された単一量子井戸構造
または多重量子井戸構造であってよい。基板３０６は、ＶＣＳＥＬレーザ３５０
Ａを形成する際に使用される他の材料に応じてＩｎＰ基板またはＧａＡｓ基板で
ある。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ａの動作時には
、短波長の光子３０９Ａがインプレーン表面発光レーザ３４０Ａの直線状のファ
セット３１１、ビーム・ステアリング素子３１２、およびレーザ・キャビティ鏡
３０２によって反射される。インプレーン表面発光レーザ３４０Ａから出力され
た短波長光子のレーザ光線３０９Ｂは長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａに結合され長波
長ＶＣＳＥＬ３５０Ａを光学的にポンピングする。レーザ発光しきい値に達する
と、長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ａが長波長格子３３３を放射する。
【００１５】 次に図３Ｂを参照すると、インプレーン表面発光レーザ３４０Ｂおよび長波長
ＶＣＳＥＬ３５０Ｂを有する一体化された光学的にポンピングされる長波長ＶＣ
ＳＥＬ３００Ｂが示されている。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳ
ＥＬ３００Ｂは、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ａに
類似しているが、インプレーン表面発光レーザ３４０Ｂのキャビティ内に形成さ
れた２つのビーム・ステアリング素子３１２Ａおよび３１２Ｂを有している。ビ
ーム・ステアリング素子３１２Ｂは、製造がより簡単であり、より高い出力電力
を与えるより効率的な反射表面を形成するという点で、直線状のファセット３１
１よりも好ましい。ビーム・ステアリング素子３１２Ｂはビーム・ステアリング
素子３１２Ａに類似している。ＶＣＳＥＬの表面の２つの位置から２条のレーザ
光線が放射されるのを回避するために、ＤＢＲ鏡３０３の、他の例ではレーザ光
線が反射される部分が除去され、１つの長波長ＶＣＳＥＬ共振キャビティ鏡がな
くなっている。部分３１３はエッチングによって除去するのが好ましいが、イオ
ン・ミリングのような他の公知の半導体処理技術を使用することができる。イン
プレーン表面発光レーザ３４０Ｂおよび長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｂの他の要素は
、すでに図３Ａの一体化された長波長ＶＣＳＥＬ３００Ａに関して説明したレー
ザ３４０Ａおよび３５０Ａに類似している。
【００１６】 次に図３Ｃを参照すると、インプレーン表面発光レーザ３４０Ｂおよび長波長
ＶＣＳＥＬ３５０Ｃを有する一体化された光学的にポンピングされる長波長ＶＣ
ＳＥＬ３００Ｃが示されている。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳ
ＥＬ３００Ｃは、ＶＣＳＥＬ３００Ｂと同じインプレーン表面発光レーザ３４０
Ｂをビーム・ステアリング素子３１２Ａおよび３１２Ｂと共に有している。長波
長ＶＣＳＥＬ３５０Ｃでは、部分３１３が層３０３から除去される代わりに、長
波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｃの表面から単一のレーザ光線３３３が放射されるように
活性領域３０４から部分３１４が除去されている。なお、インプレーン表面発光
レーザ３４０ＢおよびＶＣＳＥＬ３５０Ｃの同様な番号の要素は、図３Ｂに関し
て説明した要素および一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００
Ｂに類似している。
【００１７】 次に、図３Ｄを参照すると、第５の実施形態、すなわち一体化された光学的に
ポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ｄが示されている。一体化された光学的にポ
ンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ｄはインプレーン表面発光レーザ３４０Ｂおよ
び長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｄを含んでいる。一体化された光学的にポンピングさ
れるＶＣＳＥＬ３００Ｄは、ＶＣＳＥＬ３００Ｂと同じインプレーン表面発光レ
ーザ３４０Ｂをビーム・ステアリング素子３１２Ａおよび３１２Ｂと共に有して
いる。長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｄでは、部分３１３または３１４の代わりに、回
折ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３０５および基板の材料から部分３１５が除去され
ている。このため、長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｄの表面から単一のレーザ光線３３
３が放射される。なお、インプレーン表面発光レーザ３４０ＢおよびＶＣＳＥＬ
３５０Ｄの同様な番号の要素は、図３Ｂに関して説明した要素および一体化され
た光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ｂに類似している。
【００１８】 次に、図３Ｅを参照すると、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥ
Ｌ３００Ｅが示されている。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ
３００Ｅはインプレーン表面発光レーザ３４０Ｂおよび長波長ＶＣＳＥＬ３５０
Ｅを含んでいる。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ｅは
、ＶＣＳＥＬ３００Ｂと同じインプレーン表面発光レーザ３４０Ｂをビーム・ス
テアリング素子３１２Ａおよび３１２Ｂと共に有している。この場合、長波長Ｖ
ＣＳＥＬ３５０Ｅでは、部分３１３、３１４、または３１５の代わりに、回折ブ
ラッグ反射器ＤＢＲ３０３、活性領域３０４、ＤＢＲ３０５、および基板３０６
から部分３１６が除去されている。このようにして、長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｅ
から単一のレーザ光線３３３が放射される。なお、インプレーン表面発光レーザ
３４０ＢおよびＶＣＳＥＬ３５０Ｅの同様な番号の要素は、図３Ｂに関して説明
した要素および一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ３００Ｂに類
似している。
【００１９】 次に、図３Ｆを参照すると、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥ
Ｌ３００Ｆの第７の実施形態が示されている。一体化された光学的にポンピング
されるＶＣＳＥＬ３００Ｆはインプレーン表面発光レーザ３４０Ｃおよび長波長
ＶＣＳＥＬ３５０Ｆを含んでいる。インプレーン表面発光レーザ３４０Ｃは、そ
れ自体の基板３０１とビーム・ステアリング素子３１２Ａおよび３１２Ｂとを含
んでいる。長波長ＶＣＳＥＬ３５０Ｆの基板３０６が除去されており、部分３１
３、３１４、３１５、または３１６の代わりに、回折ブラッグ反射器ＤＢＲ３０
３、活性領域３０４、およびＤＢＲ３０５から部分３１７が除去されている。図
３Ｆは、インプレーン表面発光レーザ３４０用の基板と長波長ＶＣＳＥＬ３５０
用の基板の一方をどのように除去できるかを示している。
【００２０】 次に、図４Ａを参照すると、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥ
Ｌ４００が示されている。一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ４
００は、長波長ＶＣＳＥＬ４５０と一体化された折返しキャビティ表面発光レー
ザ（ＦＣＳＥＬ）４４０を含んでいる。折返しキャビティ表面発光レーザ４４０
は、ｎ型添加ＧａＡｓ基板４０１、回折ブラッグ反射器ＤＢＲ４０２、活性領域
４０４、クラッディング領域４０６を含んでいる。基板４０１はＧａＡｓである
ことが好ましい。ＤＢＲ４０２の層は、ｘの範囲が０から０．５であり、ｙの範
囲が０．５から１である材料のｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡ
ｓ対で形成されることが好ましく、通常は５対から２５対、好ましい実施形態で
は１０対の層を有する。活性領域４０４は、ＧａＡｓ量子井戸構造、ＡｌＧａＡ
ｓ量子井戸構造、またはＩｎＧａＡｓ量子井戸構造であってよく、ＩｎＧａＧｓ
量子井戸構造であることが好ましい。この量子井戸構造は、単一の量子井戸でも
複数の量子井戸でもよいが、好ましい実施形態では、３つから９つの量子井戸が
使用されている。クラッディング層４０６はｐ型のＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ
であり、ｐ型ＧａＡｓであることが好ましい。活性領域４０４、クラッディング
４０６、ＤＢＲ４０２の一部の材料には、外側の斜めのビーム・ステアリング素
子４１２および内側の斜めのビーム・ステアリング素子４１１がエッチングされ
ている。外側の斜めのビーム・ステアリング素子４１２および内側の斜めのビー
ム・ステアリング素子４１１は、入射光に対して約４５°であり、折返しキャビ
ティ表面発光レーザ４４０の折返しキャビティを形成することが好ましい。長波
長ＶＣＳＥＬ４５０は、ＤＢＲ４１２、量子井戸活性領域４１４、ＤＢＲ４１６
、および基板４１８を含んでいる。ＤＢＲ４１２は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
ＤＢＲでもＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ ＤＢＲでも誘電ＤＢＲでよく、誘電ＤＢＲ
であることが好ましい。活性領域４１４は、ＩｎＧａＡｓＰでもＩｎＡｌＧａＡ
ｓでもよく、複数の量子井戸を有するＩｎＧａＡｓＰ量子井戸構造であることが
好ましい。ＤＢＲ４１６は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ、ＩｎＧａＡｓＰ
または誘電体ＤＢＲとすることができ、好ましくはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの対
から製作される。長波長ＶＣＳＥＬ４５０の基板４１８は、ＧａＡｓでもＩｎＰ
でもよく、ＩｎＰ基板であることが好ましい。ＤＢＲ４１２およびＤＢＲ４１６
は、放射を増幅し刺激する１．３μｍまたは１．５５μｍの長い波長を持つ実質
的な反射（好ましくは９９％以上）をもたらす厚さを有することが好ましい。折
返しキャビティ表面発光レーザ４４０と長波長ＶＣＳＥＬ４５０は、溶解、接着
、メタル・ボンディング、エポキシ・ボンディング、または他の公知の半導体ボ
ンディング方法によって界面で一体化されている。界面４１０は、ＦＣＳＥＬ４
４０と長波長ＶＣＳＥＬ４５０が機械的に位置合わせされる場合にはエア・ギャ
ップであってもよい。動作時には、折返しキャビティ表面発光レーザ４４０は短
波長レーザ光線を生成し、このレーザ光線がビーム・ステアリング素子４１１と
ビーム・ステアリング素子４１２とＤＢＲ４０２とクラッディング４０６との間
で４０９Ａ、４０９Ｂ、および４０９Ｃとして反射される。インプレーン・レー
ザ光線４０９Ａはビーム・ステアリング素子４１１によって反射されてほぼ垂直
なビーム４０９Ｂになり、長波長ＶＣＳＥＬ４５０に結合され、長波長ＶＣＳＥ
Ｌ４５０を光学的にポンピングする。長波長ＶＣＳＥＬ４５０は、十分にポンピ
ングされてレーザ発光しきい値に達した後、長波長レーザ光線４４４を放射する
。
【００２１】 次に図４Ｂを参照すると、一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
ティ表面発光レーザ４００の側面断面図が示されている。図４Ｂを見るとわかる
ように、クラディング層４０６は、ＦＣＳＥＬ４４０に対する電流注入時に閉じ
込めを可能にする酸化物リッジ４０５を含んでいる。酸化物リッジ４０５は、ア
ルミニウム含有量が非常に多いヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）層またはヒ化アル
ミニウムガリウム（ＡｌＧａＧｓ）層の一部を酸化して酸化アルミニウム（Ａｌ
Ｏ２）領域を作ることによって形成されている。
【００２２】 次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、光学的にポンピングされる長波長Ｖ
ＣＳＥＬ５００の一体化アレイが示されている。基本的に、一体化アレイ５００
は、Ｎ個の一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ４００を含んでい
る。図５Ｂでは、一体化されたＶＣＳＥＬ４００Ａないし一体化されたＶＣＳＥ
Ｌ４００Ｎは、基板４０１およびＤＢＲ４０２の基本層上に形成されている。一
体化されたＶＣＳＥＬ４００Ａないし一体化されたＶＣＳＥＬ４００Ｎの各々は
、それぞれ長波長ＶＣＳＥＬ４５０Ａないし４５０Ｎと一体化された別々の折返
しキャビティ表面発光レーザＦＣＳＥＬ４４０Ａないし４４０Ｎで形成されてい
る。折返しキャビティ表面発光レーザ４４０Ａないし４４０Ｎの各々が別々の電
気接点を有しているので、一体化された長波長ＶＣＳＥＬ４００Ａないし４００
Ｎの各々を一体化アレイ５００内で個々に制御することができる。一体化された
ＶＣＳＥＬ４００Ａないし４００Ｎの各々は、別々に制御されるレーザ出力４４
４Ａないし４４４Ｎを放射する。次に、図５Ａを参照するとわかるように、一体
化されたＶＣＳＥＬ４００Ａの断面は、アレイ内の一体化された光学的にポンピ
ングされるＶＣＳＥＬ４００Ａないし４００Ｎの各例を示している。折返し垂直
キャビティ表面発光レーザ４４０Ａは、基板４０１、ＤＢＲ４０２、ＤＢＲ４０
３Ａの一部および活性領域４０４Ａ、クラッディング層４０６Ａを含んでいる。
垂直長波長垂直キャビティ表面発光レーザ４５０Ａは、誘電ＤＢＲ４１２Ａおよ
び活性領域４１４Ａ、ＤＢＲ４１６Ａおよび基板４１８Ａを含んでいる。長波長
垂直キャビティ表面レーザ４５０Ａないし４５０Ｎの各々は、インタフェース４
１０Ａないし４１０Ｎによってそれぞれの折返しキャビティ表面発光レーザ４４
０Ａないし４４０Ｎに結合されている。ＦＣＳＥＬ４４０Ａないし４４０Ｎの各
々は同じ基板４０１およびＤＢＲ４０２を共用している。ＦＣＳＥＬ４４０Ａな
いし４４０Ｎおよび長波長ＶＣＳＥＬ４５０Ａないし４５０Ｎで使用される材料
は、一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬ４００の図４Ａおよび図
４Ｂに関してすでに説明した折返しキャビティ表面発光レーザ４４０および長波
長ＶＣＳＥＬ４５０の同様な番号の要素に関して説明した材料と同じである。長
波長ＶＣＳＥＬを大きなＦＣＳＥＬと一体化した後、長波長ＶＣＳＥＬ４５０Ａ
ないし４５０Ｎの間の領域ですべての層をエッチングすることができ、層によっ
ては、別々に制御される一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬのア
レイ５００を形成するようにＦＣＳＥＬ４４０ＡないしＦＣＳＥＬ４４０Ｎ間の
領域でエッチングできる層もある。
【００２３】 一体化された光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬの各実施形態は、短波長レ
ーザ光線から長波長レーザ光線への波長変換を行う。一体化された光学的にポン
ピングされるＶＣＳＥＬの各実施形態は縦モード変換も行う。縦モードとは、横
モード、すなわち実際上のレーザ空間モードに対するレーザ光線のスペクトル分
布である。すなわち、横モードに対して、多モード・レーザ光線を単一モード・
レーザ光線出力に変換するか、または単一モード・レーザ光線を多モード・レー
ザ光線出力に変換することができる。あるいは、短波長多モード・レーザ光線が
長波長多モード・レーザ光線出力として生成され、短波長単一モード・レーザ光
線が長波長単一モード・レーザ光線出力として生成されるように、モード変換を
行わなくてもよい。レーザが単一モードであるか、それとも多モードであるかは
、ポンプ・レーザの実現形態、すなわちインプレーン短波長レーザと長波長ＶＣ
ＳＥＬの幾何学的レイアウトとによって決定される。
【００２４】 本発明は実施形態に対する多数の利点を有している。本発明の１つの利点は、
インプレーン短波長レーザを使用しているので製造コストが低いことである。本
発明の他の利点は、熱抵抗および電気抵抗が小さくなることによって熱放散が良
好になるため、温度の分散の影響を受けにくいことである。本発明の他の利点は
、一体化されたレーザにウェーハ試験を施して、欠陥のある装置および既知の良
好なダイを判定できることである。当業者には、本発明の他の利点が、本開示を
読了した後に明らかになろう。
【００２５】 本発明の好ましい実施形態について説明した。本発明を特定の実施形態で説明
したが、本発明は、このような実施形態によって制限されると解釈すべきもので
はなく、特許請求の範囲に従って解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、長波長ＶＣＳＥＬを光学的にポンピングする従来技術のシステムのブ
ロック図である。
【図２】 本発明の一体化された光学的にポンピングされる長波長ＶＣＳＥＬの第１の実
施形態の拡大断面図である。
【図３Ａ】〜
【３Ｆ】 本発明の一体化された光学的にポンピングされる長波長ＶＣＳＥＬの第２ない
し第７の実施形態の図である。
【図４】 本発明の一体化された光学的にポンピングされる長波長ＶＣＳＥＬの第８の実
施形態の拡大断面図である。
【図５】 本発明の第９の実施形態に関する一体化された光学的にポンピングされる長波
長ＶＣＳＥＬのアレイの拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 リー，シン−チュン アメリカ合衆国・91032・カリフォルニア 州・カラバサス・パーク エンセナーダ・ 23246 (72)発明者 チェン，ヨン アメリカ合衆国・91362・カリフォルニア 州・サウザンド オークス・ブレイジング スター ドライブ・3089 Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA11 AA65 AA73 AA74 AA85 AB05 AB17 AB18 AB19 AB20 AB21 BA02 CA04 CA05 CA07 CA17 CB02 DA35 EA24 EA29 GA36 【要約の続き】 であっても鏡付き表面であってもよい。

Claims (63)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面
    発光レーザであって、 比較的短い波長の光子を生成するように電気的にポンピングされる、比較的短
    い波長の光子を放射するインプレーン半導体レーザと、 インプレーン半導体レーザに結合されており、インプレーン半導体レーザから
    入射角で放射された比較的短い波長の光子を屈折角に向けるビーム・ステアリン
    グ素子と、 インプレーン半導体レーザに結合されており、インプレーン半導体レーザから
    放射されビーム・ステアリング素子によって向きを定められた比較的短い波長の
    光子を受け取り、光学的にポンピングされ、表面から長い波長の光子を放射する
    垂直キャビティ表面発光レーザとを備える一体化された光学的にポンピングされ
    る垂直キャビティ表面発光レーザ。
  2. 【請求項２】 インプレーン半導体レーザが端部発光レーザである請求項１
    に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ
    。
  3. 【請求項３】 インプレーン半導体レーザがインプレーン表面発光レーザで
    ある請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表
    面発光レーザ。
  4. 【請求項４】 インプレーン半導体レーザが格子表面発光レーザである請求
    項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レ
    ーザ。
  5. 【請求項５】 インプレーン半導体レーザが折返しキャビティ表面発光レー
    ザである請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビテ
    ィ表面発光レーザ。
  6. 【請求項６】 折返しキャビティ表面発光レーザが、 ｎ型ヒ化ガリウム基板と、 基板に結合されたｎ型ヒ化アルミニウムガリウム回折ブラッグ反射器と、 １つまたは複数のヒ化インジウムガリウム量子井戸構造を有する活性領域と、 活性領域に結合されたｐ型ヒ化ガリウム・クラッディング層と、 クラッディング層内に形成された酸化物閉じ込め領域とを含み、 ビーム・ステアリング素子が、光子を垂直キャビティ表面発光レーザの方へ向
    けるようにｎ型ヒ化アルミニウムガリウム回折ブラッグ反射器、活性層、および
    クラッディング層の一部の縁部に形成された内側の斜めのビーム・ステアリング
    素子および外側の斜めのビーム・ステアリング素子である請求項５に記載の一体
    化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  7. 【請求項７】 垂直キャビティ表面発光レーザが、 誘電材料で形成された第１の回折ブラッグ反射器と、 １つまたは複数のヒ化リン化インジウムガリウム量子井戸構造を有する活性領
    域と、 ヒ化リン化インジウムガリウム／リン化インジウムの材料対の層で形成された
    第２の回折ブラッグ反射器と、 第２の回折ブラッグ反射器に結合されたリン化インジウム基板とを含む請求項
    ６に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レー
    ザ。
  8. 【請求項８】 インプレーン半導体レーザが、６００ナノメートルから１１
    ００ナノメートルの範囲の波長を有する光子を放射するように電気的にポンピン
    グされる請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビテ
    ィ表面発光レーザ。
  9. 【請求項９】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１２００ナノメートルか
    ら１７５０ナノメートルの範囲の波長を有する光子を放射するように電気的にポ
    ンピングされる請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キ
    ャビティ表面発光レーザ。
  10. 【請求項１０】 垂直キャビティ表面発光レーザが、原子結合、ウェーハ・
    ボンディング、メタル・ボンディング、およびエポキシ・ボンディングの組のう
    ちの１つによってインプレーン半導体レーザに結合される請求項１に記載の一体
    化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  11. 【請求項１１】 インプレーン半導体レーザが、リッジ導波管インプレーン
    半導体レーザを形成するリッジ導波管を含む請求項１に記載の一体化された光学
    的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  12. 【請求項１２】 インプレーン半導体レーザは、リブ導波管インプレーン半
    導体レーザを形成するリブ導波管を含む請求項１に記載の一体化された光学的に
    ポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  13. 【請求項１３】 インプレーン半導体レーザが、酸化物が閉じ込められたイ
    ンプレーン半導体レーザを形成する酸化物閉じ込め領域を含む請求項１に記載の
    一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  14. 【請求項１４】 インプレーン半導体レーザが、アルミニウムを含まない活
    性領域を有するインプレーン・レーザである請求項１に記載の一体化された光学
    的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  15. 【請求項１５】 インプレーン半導体レーザが、自然にへき開されたファセ
    ットであるレーザ・キャビティ鏡を含む請求項１に記載の一体化された光学的に
    ポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  16. 【請求項１６】 インプレーン半導体レーザが、エッチングされたファセッ
    トであるレーザ・キャビティ鏡を含む請求項１に一体化された光学的にポンピン
    グされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  17. 【請求項１７】 ビーム・ステアリング素子が、レーザ・キャビティ内の光
    子のエネルギーを増幅し、光子を垂直キャビティ表面発光レーザに向ける角度に
    ファセットをエッチングすることによって形成されたレーザ・キャビティ鏡でも
    ある請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表
    面発光レーザ。
  18. 【請求項１８】 ファセットがエッチングされる角度が、３５°から５５°
    の範囲である請求項１７に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キ
    ャビティ表面発光レーザ。
  19. 【請求項１９】 ファセットがエッチングされる角度が、４２°から４８°
    の範囲である請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャ
    ビティ表面発光レーザ。
  20. 【請求項２０】 インプレーン表面発光レーザが、クラッディング層と、光
    子を反射し閉じ込めるようにクラッディング層上にモノリシックに成長させた半
    導体回折ブラッグ反射器とを含む請求項３に記載の一体化された光学的にポンピ
    ングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  21. 【請求項２１】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光学的にポンピングさ
    れ比較的長い波長の光子を放射するように１つまたは複数のヒ化リン化インジウ
    ムガリウム量子井戸で形成された活性領域を有する長波長垂直キャビティ表面発
    光レーザである請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キ
    ャビティ表面発光レーザ。
  22. 【請求項２２】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光学的にポンピングさ
    れ比較的長い波長の光子を放射するように１つまたは複数のヒ化インジウムアル
    ミニウムガリウム量子井戸で形成された活性領域を有する長波長垂直キャビティ
    表面発光レーザである請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる
    垂直キャビティ表面発光レーザ。
  23. 【請求項２３】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光学的にポンピングさ
    れ比較的長い波長の光子を放射するように１つまたは複数のヒ化アンチモン化ガ
    リウム量子井戸で形成された活性領域を有する長波長垂直キャビティ表面発光レ
    ーザである請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザ。
  24. 【請求項２４】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光学的にポンピングさ
    れ比較的長い波長の光子を放射するように１つまたは複数のヒ化窒化アンチモン
    化ガリウム量子井戸で形成された活性領域を有する長波長垂直キャビティ表面発
    光レーザである請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キ
    ャビティ表面発光レーザ。
  25. 【請求項２５】 垂直キャビティ表面発光レーザが、インプレーン半導体レ
    ーザの半導体製造時にインプレーン半導体レーザの上層上にモノリシックに成長
    させたヒ化アルミニウムガリウムで形成された第１の回折ブラッグ反射器を含む
    請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発
    光レーザ。
  26. 【請求項２６】 垂直キャビティ表面発光レーザの他のすべての層が、１つ
    または複数のヒ化リン化インジウムガリウム量子井戸で形成された活性領域を含
    むインプレーン半導体レーザとは別に処理され、ウェーハを溶解させることによ
    ってインプレーン半導体レーザ上に成長させた第１の回折ブラッグ反射鏡に結合
    される請求項２５に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビテ
    ィ表面発光レーザ。
  27. 【請求項２７】 垂直キャビティ表面発光レーザの他のすべての層が、１つ
    または複数のヒ化インジウムアルミニウムガリウム量子井戸で形成された活性領
    域を含むインプレーン半導体レーザとは別に処理され、ウェーハを溶解させるこ
    とによってインプレーン半導体レーザ上に成長させた第１の回折ブラッグ反射鏡
    に結合される請求項２５に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キ
    ャビティ表面発光レーザ。
  28. 【請求項２８】 垂直キャビティ表面発光レーザの他のすべての表面が、１
    つまたは複数のヒ化アンチモン化ガリウム量子井戸で形成された活性領域を含む
    インプレーン半導体レーザの半導体処理時に第１の回折ブラッグ反射器上にモノ
    リシックに成長する請求項２５に記載の一体化された光学的にポンピングされる
    垂直キャビティ表面発光レーザ。
  29. 【請求項２９】 垂直キャビティ表面発光レーザの他のすべての表面が、１
    つまたは複数のヒ化窒化インジウムガリウム量子井戸で形成された活性領域を含
    むインプレーン半導体レーザの半導体処理時に第１の回折ブラッグ反射器上にモ
    ノリシックに成長する請求項２５に記載の一体化された光学的にポンピングされ
    る垂直キャビティ表面発光レーザ。
  30. 【請求項３０】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１つまたは複数の量子
    井戸の活性領域と、第１の回折ブラッグ反射器と、活性領域と共にモノリシック
    に成長させた第２の回折ブラッグ反射器とを含む請求項１に記載の一体化された
    光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  31. 【請求項３１】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１つまたは複数の量子
    井戸の活性領域と、第１の回折ブラッグ反射器と、活性領域に対して溶解させた
    第２の回折ブラッグ反射器ウェーハとを含む請求項１に記載の一体化された光学
    的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  32. 【請求項３２】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１つまたは複数の量子
    井戸の活性領域と、第１の回折ブラッグ反射器と、活性領域に結合された第２の
    回折ブラッグ反射器ウェーハとを含む請求項１に記載の一体化された光学的にポ
    ンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  33. 【請求項３３】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１つまたは複数の量子
    井戸の活性領域と、第１の回折ブラッグ反射器と、活性領域にエポキシ結合され
    た第２の回折ブラッグ反射器ウェーハとを含む請求項１に記載の一体化された光
    学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  34. 【請求項３４】 垂直キャビティ表面発光レーザがインプレーン半導体レー
    ザに斜めに結合される請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる
    垂直キャビティ表面発光レーザ。
  35. 【請求項３５】 垂直キャビティ表面発光レーザが、１つまたは複数の量子
    井戸の活性領域と、活性領域上に付着させた誘電鏡とを含む請求項１に記載の一
    体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  36. 【請求項３６】 垂直キャビティ表面発光レーザが、その第１の回折ブラッ
    グ反射器として誘電鏡を含む請求項に記載の一体化された光学的にポンピングさ
    れる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  37. 【請求項３７】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光子を単一横モードで
    放射されるように利得誘導する酸化物領域を第１および第２の回折ブラッグ反射
    器内に含む請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザ。
  38. 【請求項３８】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光子を単一横モードで
    放射されるように屈折率誘導する酸化物領域を第１および第２の回折ブラッグ反
    射器内に含む請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャ
    ビティ表面発光レーザ。
  39. 【請求項３９】 光子を単一モードで放射されるように利得誘導するように
    垂直キャビティ表面発光レーザに結合される小スポット・ポンプ光線を生成する
    第３のレーザをさらに備える請求項１に記載の一体化された光学的にポンピング
    される垂直キャビティ表面発光レーザ。
  40. 【請求項４０】 垂直キャビティ表面発光レーザが、光子を単一横モードで
    放射するように活性領域に結合されたパターン化された誘電鏡を含む請求項１に
    記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  41. 【請求項４１】 ビーム・ステアリング素子がインプレーン半導体レーザと
    一体化される請求項１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャ
    ビティ表面発光レーザ。
  42. 【請求項４２】 ビーム・ステアリング素子が格子である請求項４１に記載
    の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  43. 【請求項４３】 ビーム・ステアリング素子が、斜めにエッチングされたフ
    ァセットである請求項４１に記載の一体化された光学的にポンピングされる垂直
    キャビティ表面発光レーザ。
  44. 【請求項４４】 斜めにエッチングされたファセットが、レーザ・キャビテ
    ィの一部としてインプレーン半導体レーザと一体化される請求項４３に記載の一
    体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  45. 【請求項４５】 斜めにエッチングされたファセットが、レーザ・キャビテ
    ィの外側にインプレーン半導体レーザと一体化される請求項４３に記載の一体化
    された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザ。
  46. 【請求項４６】 格子が、レーザ・キャビティの一部としてインプレーン半
    導体レーザと一体化される請求項４２に記載の一体化された光学的にポンピング
    される垂直キャビティ表面発光レーザ。
  47. 【請求項４７】 格子が、レーザ・キャビティの外側にインプレーン半導体
    レーザと一体化される請求項４２に記載の一体化された光学的にポンピングされ
    る垂直キャビティ表面発光レーザ。
  48. 【請求項４８】 第１の半導体レーザと、第１の半導体レーザと一体化され
    た第２の半導体レーザとを備え、 前記第１の半導体レーザが、第１のレーザ光線を生成するように半導体エピタ
    キシャル平面の平面内でのレーザ発光作用を有し、かつ電気的なポンピングに応
    答し、 前記第２の半導体レーザが、第２のレーザ光線を生成するように半導体エピタ
    キシャル平面にほぼ垂直なレーザ発光作用を有し、かつ第１の半導体レーザによ
    る光学的なポンピングに応答し、前記半導体レーザ装置が、 前記第１のレーザ光線を前記第２のレーザの方へ向けるビーム・ステアリング
    素子をさらに備える半導体レーザ装置。
  49. 【請求項４９】 長波長垂直キャビティ表面発光レーザを光学的にポンピン
    グする方法であって、 ビーム・ステアリング素子をインプレーン半導体レーザと一体化し、 垂直キャビティ表面発光レーザをインプレーン半導体レーザと一体化し、 ビーム・ステアリング素子によって垂直キャビティ表面発光レーザの方へ向け
    られる第１の複数の光子を生成するようにインプレーン半導体レーザを電気的に
    ポンピングし、 垂直キャビティ表面発光レーザで第１の複数の光子を受け取り、第１の複数の
    光子を受け取ったことに応答して第２の複数の光子を生成することを含む方法。
  50. 【請求項５０】 インプレーン半導体レーザが端部発光レーザである請求項
    ４９に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 ビーム・ステアリング素子が、端部発光レーザの外側にあ
    り、基板を端部発光レーザに結合する請求項５０に記載の方法。
  52. 【請求項５２】 インプレーン半導体レーザがインプレーン表面発光レーザ
    である請求項４９に記載の方法。
  53. 【請求項５３】 ビーム・ステアリング素子が、インプレーン表面発光レー
    ザのキャビティ内に形成される請求項５２に記載の方法。
  54. 【請求項５４】 光ファイバを介して情報を送受信する光ファイバ通信シス
    テムであって、 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザを含み
    、該一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表面発光レーザが、 比較的短い波長の光子を生成するように電気的にポンピングされる、比較的短
    い波長の光子を放射するインプレーン半導体レーザと、 インプレーン半導体レーザに結合されており、インプレーン半導体レーザから
    入射角で放射された比較的短い波長の光子を屈折角に向けるビーム・ステアリン
    グ素子と、 インプレーン半導体レーザに結合されており、インプレーン半導体レーザから
    放射されビーム・ステアリング素子によって向きを定められた比較的短い波長の
    光子を受け取り、光学的にポンピングされ、表面から長い波長の光子を放射する
    垂直キャビティ表面発光レーザとを含む光ファイバ通信システム。
  55. 【請求項５５】 インプレーン半導体レーザが端部発光レーザであり、ビー
    ム・ステアリング素子が、端部発光レーザの外側にあり、基板を端部発光レーザ
    に結合する、光ファイバを介して情報を送受信する請求項５４に記載の光ファイ
    バ通信システム。
  56. 【請求項５６】 インプレーン半導体レーザがインプレーン表面発光レーザ
    であり、ビーム・ステアリング素子が、インプレーン表面発光レーザのレーザ・
    キャビティ内に一体に形成されることによって該キャビティに結合される、光フ
    ァイバを介して情報を送受信する請求項５４に記載の光ファイバ通信システム。
  57. 【請求項５７】 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表
    面発光レーザが、インプレーン半導体レーザを変調することによって信号を生成
    するように変調される、光ファイバを介して情報を送受信する請求項５４に記載
    の光ファイバ通信システム。
  58. 【請求項５８】 一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビティ表
    面発光レーザが、外側の変調器によって信号を生成するように変調される、光フ
    ァイバを介して情報を送受信する請求項５４に記載の光ファイバ通信システム。
  59. 【請求項５９】 複数の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザを備え、それぞれの一体化された光学的にポンピングされる
    垂直キャビティ表面発光レーザが、 比較的短い波長の光子を生成するように電気的にポンピングされる、比較的短
    い波長の光子を放射する折返しキャビティ表面発光レーザと、 折返しキャビティ表面発光レーザに結合されており、折返しキャビティ表面発
    光レーザから入射角で放射された比較的短い波長の光子を屈折角に向けるビーム
    ・ステアリング素子と、 折返しキャビティ表面発光レーザに結合されており、折返しキャビティ表面発
    光レーザから放射されビーム・ステアリング素子によって向きを定められた比較
    的短い波長の光子を受け取り、光学的にポンピングされ、表面から長い波長の光
    子を放射する垂直キャビティ表面発光レーザとを含むレーザ・アレイ。
  60. 【請求項６０】 複数の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザの各々が、各折返しキャビティ表面発光レーザとの別々の電
    気接続によって別々に制御される請求項５９に記載のレーザ・アレイ。
  61. 【請求項６１】 複数の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザの各々が、各折返しキャビティ表面発光レーザとの電気接続
    によって集合的に制御される請求項５９に記載のレーザ・アレイ。
  62. 【請求項６２】 複数の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザの各々が、折返しキャビティ表面発光レーザ用の第１の回折
    ブラグ反射器と基板とを集合的に共用する請求項５９に記載のレーザ・アレイ。
  63. 【請求項６３】 複数の一体化された光学的にポンピングされる垂直キャビ
    ティ表面発光レーザの各々が、第１の回折ブラッグ反射器の別々の部分、別々の
    活性領域と、各折返しキャビティ表面発光レーザごとの別々の酸化物リッジを含
    む別々のクラッディング層とを有する請求項５９に記載のレーザ・アレイ。
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