JP2004521499A - Vcselにおける横断バンドギャップ構造を使用するモードの制御 - Google Patents
Vcselにおける横断バンドギャップ構造を使用するモードの制御 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004521499A JP2004521499A JP2002572685A JP2002572685A JP2004521499A JP 2004521499 A JP2004521499 A JP 2004521499A JP 2002572685 A JP2002572685 A JP 2002572685A JP 2002572685 A JP2002572685 A JP 2002572685A JP 2004521499 A JP2004521499 A JP 2004521499A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- surface emitting
- cavity surface
- vertical cavity
- mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18355—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a defined polarisation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/1213—Constructional arrangements comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
- H01S2301/166—Single transverse or lateral mode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
- H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
- H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
- H01S5/18377—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising layers of different kind of materials, e.g. combinations of semiconducting with dielectric or metallic layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
- H01S5/18394—Apertures, e.g. defined by the shape of the upper electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
【0001】
本発明は、垂直共振器面発光レーザに関し、更に詳しくは、光アパーチャを備えたフォトニックバンドギャップ構造を使用する横レーザモードの制御に関するものである。
【背景技術】
【0002】
レーザから放出される光放射は、様々な空間分布を備えている。レーザが放出する光放射に基本横モードのみが含まれている場合には、放射は、中心部が最も強く端部が弱いガウシアン分布断面を有する狭いレーザビームとなる。対照的に、高次の横モードを備えるレーザ放射の場合には、放射の断面に明るいスポットと暗いスポットが表れる。これらの横電磁モードは、従来、TEM00、TEM01、TEM10、TEM11などと表記されており、TEM00が基本横モードであって、その他のものは高次横モードである。
【0003】
高次の横モードを有する放射は、光ファイバへの結合と自由空間ビーム形成のための集束が困難であるため、通常、望ましくない。又、高次横モード放射は、基本横モード放射に比べ、光ファイバの伝播速度が多少低く、この結果、モード分散が発生する、即ち、光ファイバを伝播する際に光パルスが広がってしまう。
【0004】
垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)は、レーザを形成する基板に対して平行なミラーで形成された光共振器を備える半導体レーザである。従って、VCSELの光共振器は基板に対して垂直であって、光の放射は、基板に対して垂直の方向にVCSELから放出される。通常、VCSELは層構造をなしており、共振器ミラーは、活性半導体層の周りの分布ブラッグ反射器(DBR)の積層として形成される。
【0005】
VCSELは、従来のエッジ発光半導体レーザと比べ、様々な利点を備えている。例えば、VCSELは、極めて小さく製造可能であり、多数のVCSELを格納するアレイとして製造可能であり、製造の初期段階で試験(オンウエハ試験)可能であり、これは、VCSELの低価格生産における重要なパラメータであり、同一価格帯のレーザと比べ、非常に高速の変調に対応可能である。
【0006】
DBRは、構造の残りの部分と共にエピタキシャル成長させるか、或いは後工程で蒸着する。前者の場合には、ミラーは半導体材料で製造され、後者の場合には、ミラーは誘電体から製造される。VCSELの利得媒体は、活性層に電流を供給することによって形成する。通常、サイズがマイクロメートルレベルの小さな電流アパーチャを活性層の近傍に設け、利得領域の横方向の広がりを定義する。活性層に対する電流注入は、ミラーを半導体材料で製造する場合には、半導体材料に不純物を適切に添加することにより、ミラーを通じて実行することができる。誘電体ミラーの場合には、電流を伝えることができないため、電気的な接点により、活性層に横から電荷注入する。
【0007】
電流アパーチャは、利得領域の横方向の広がりとレーザの横モードレージングの両方を制御している。VCSEL設計における重要な課題の1つが、注入した電荷を横方向に濃縮し、共振器損失を克服してレージングを実現するのに十分な利得を提供するこの電流アパーチャに関連している。電流アパーチャの横方向の寸法は、レージングモードに効率的に結合可能なパワー量をも決定し、この結果、最終的にレーザから得られる出力パワーが決定される。妥当なパワー出力を得るために、しばしば、横モードの横断寸法に比べ、大きな電流アパーチャを備えることが必要となる。この結果、それらのVCSELにおいては、数mWの中規模のパワーで、既に複数の横モードレージングが始まることになる。直径が10μmを上回る電流アパーチャを有する通常の円形VCSELの場合には、TEM00モードの放射を放出するのは低電流においてのみであって、これより大きな電流では、高次の横モードレージングとなる。
【0008】
米国特許5,317,587号明細書は、VCSELの製造方法に関するものである。この方法は、透明な金属接点とメサ形状の領域に加え、誘電体による電流狭窄を使用し、注入電流の分布と光モードを別個に制御している。
【0009】
又、VCSELは、通常、偏光方向が無制御の放射を放出する。多くのアプリケーション(例:光磁気ディスク、光通信アプリケーションなど)においては、予め定められた偏光方向を備えるレーザが非常に望ましい。更には、VCSELアレイ内の隣接するVCSELは、互いに自由結合する傾向を有している。場合によっては、この結果、望ましくないビーム断面が生成されることになる。
【0010】
米国特許5,412,680号明細書は、好ましい導電方向を有する延伸(Strained)半導体層を使用することにより、VCSELの偏光とレージングモードを制御する方法を提供している。
【0011】
特開平10−284806号公報及び特開平11−186657号公報は、共振器ミラーと平行な面内に二次元フォトニックバンドギャップ(PBG)を有するVCSELを提供している。共振器損失を減少させるべく、PBG構造により、利得領域からの自然放出を制限している。
【0012】
アーチャック(Erchak)他による記事「半導体発光ダイオードにおける二次元フォトニック結晶による垂直放射への改善された結合(Enhanced coupling to vertical radiation using a two−dimensional photonic crystal in a semiconductor light−emitting diode)」(Applied Physics Letters、2001年、78号、563頁)においては、発光ダイオードの表面にPBG構造を使用し、光の抽出効率を最大6倍に向上させる方法について説明している。
【0013】
W. D. チョウ(W.D. Zhou)他は、Electronics Letters(2000年、第36巻、第28号、1541頁)において、面放出光デバイスに伴う実験について説明している。このデバイスは、GaAs/AlGaAs系から製造され、n型の底部分布ブラッグミラー、光利得用の2つの埋め込み型InGaAs量子井戸を有する不純物が添加されていないラムダ共振器、及びp型の上部層から構成されている。構造は、上部p型層、埋め込み型の利得材料を有するラムダ共振器、および底部ブラッグミラーの一部を貫通する孔の規則的なアレイから構成されている。そのエッチングの深さは、合計で0.8ミクロンである。この規則的な構造は、フォトニックバンドギャップ効果を得ると共に、これらの孔の1つを省略することによって定義される欠陥を備えることを目的としている。この構造は、欠陥を含む領域内に濃縮した光放出を維持することにより、欠陥によって定義されたモードでレージングしている。デバイスからの最大出力パワーは14.4μWと報告されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
この構造の場合には、フィールドとの十分なオーバーラップを得るために、上部及び利得領域を貫通してエッチングすることが必要である。この利得材料を貫通するエッチング要件により、欠陥領域内の利得材料の合計領域が制限され、この結果、生成される出力パワーが減少する。著者らは、14.4μWを実現しているが、実際に有用なものにするためには、少なくとも更に2桁程度大きなレベルのパワーが必要である。
【課題を解決するための手段】
【0015】
電流狭窄とモード制御を分離することにより、例えば、単一モード動作の形態で、大幅に向上したパワー出力と優れたビーム特性を有するVCSELを実現することができる。従来技術では、このような分離は、単純に高次モードに対して大きな損失を導入することによって、例えば、基本モードに比べ、低い反射率を高次モードに提供することによって、実行されてきた。しかしながら、エネルギーはモード間で結合可能であることから、この方法では、結果的に大きなエネルギー損失を引き起こし、低効率と低パワー出力を招くことになる。本発明は、これらの従来技術の欠点を伴うことなしに、利得領域の狭窄とモード制御の分離を提供している。
【0016】
第1の態様において、本発明は、光を生成し、この生成した光を放出するべく適合された利得領域を備える半導体材料層と;利得領域と、この利得領域と第1及び/又は第2ミラー間に位置する少なくとも1つのスペーサ層と、を有するレーザ共振器を形成する前記第1及び第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、これらミラーの少なくとも1つは、利得領域内で生成された光がこの少なくとも1つのミラーを通じて放出されることを許容するべく生成光に対して部分的に透明であり、レーザ共振器と利得領域は、生成光について少なくとも1つの横電磁モードをサポートする第1及び第2の少なくとも実質的に平行なミラーと;前記第1及び/又は第2ミラーの内部に、又は、これらに隣接して、或いは少なくとも1つのスペーサ層の中の1つの内部に形成されたフォトニックバンドギャップ領域であって、このフォトニックバンドギャップ領域は、第1及び第2ミラーに対して少なくとも実質的に平行に位置しており、フォトニックバンドギャップ領域は、生成光がこの領域を伝播することを実質的に妨げる予め定められた周期性を備え、更に、このフォトニックバンドギャップ領域は、生成光が光アパーチャを通じて伝播することを許容するべく、予め定められた周期性を有していない光アパーチャを定義しており、フォトニックバンドギャップ領域と光アパーチャの寸法は、それぞれの横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御するべく適合されており、第1及び第2ミラーに実質的に垂直の方向のフォトニックバンドギャップ領域の寸法は、その方向の垂直共振器面発光レーザの全体寸法よりも大幅に小さいフォトニックバンドギャップ領域と、を有している。
【0017】
従って、本発明によれば、VCSEL共振器内に、又は、これに隣接して、レージングモードを制御する光アパーチャを備えるPBG領域を提供することにより、電流狭窄とモード制御を分離している。放射の横成分が内部に伝播できない領域を提供することによってレーザ動作を抑圧又は予防することにより、それぞれのモードのレージングを制御している点が本発明の利点である。この結果、これらの領域内に実質的に延長するモードのレーザ動作が消滅することになる、或いは、存在するにしても、ごくわずかなものになる。即ち、この方法では、モードに対して大きな損失を導入することによってレージングを抑圧するのではなく、正確に表現するならば、それらのモードが禁止されているのである。別の観点から見れば、高次のモードがサイズで制限されており、この結果、それらが得るモード利得は、基本モードに比べて格段に低いものになり、従って、高次モードのレージングに比べ、基本モードのレージングが促進されるのである。PBG領域に垂直に入射する放射は、PBG領域内、即ち、光アパーチャの内部においてPBG領域の影響を受けず、従って、PBG領域による損失を被ることなく、通常どおりに、ミラーによって反射される。
【0018】
従って、利得領域をフルに使用しているため、本発明によれば、十分なパワーが提供され、VCSELが実用的なものになる。これは本発明の大きな利点である。一方、W. D. チョウ他による記事(Electronics Letters、2000年、第36巻、第28号、1541頁)の場合には、利得領域のごく一部しか使用しておらず、この結果、出力の観点で非実用的なレベルにまでパワーが減少している。
【0019】
スペーサ層は、利得領域と、ミラーの中の1つの間に配置することができる。この代わりに、1つのスペーサ層を利得領域と第1ミラーの間に配置し、別のスペーサ層を利得領域と第2ミラーの間に配置することも可能である。或いは、この代わりに、2つ又はそれ以上のスペーサ層(例:様々な材料から製造されたもの)を利得領域と第1及び/又は第2ミラーの間に配置したり、或いは、1つ又は複数のスペーサ層をいくつかの層(例:様々な材料から製造されたもの)で構成することも可能である。
【0020】
第1及び/又は第2ミラーの内部、又は、これらに隣接して、或いはスペーサ層の中の1つの内部にPBG領域を配置することにより、PBG領域が利得領域の全体を貫通して延長しないようにしている。この結果、VCSELから十分な出力パワーを提供するべく利得領域の全体を利用できるようになっており、これは大きな利点である。
【0021】
PBG領域は、利得領域とまったく交差しないように配置することが好ましい。
【0022】
本出願における「横モード」及び「モード」という用語は、特筆しない限り、従来からTEM00、TEM01、TEM10、TEM11などと表記されている横電磁モードを指している。
【0023】
フォトニックバンドギャップ効果は、実験及び理論の両面において既に十分に立証されている。これらの効果は、材料内に一、二、又は三次元の周期的な微細構造を形成することによる一、二、又は三次元における材料の誘電率などの光学定数の周期的な変化に基づいたものである。この微細構造により、結果的に、屈折率の変化(空気孔のエッチング)及び、例えば、円形やその他の形状の金属領域を蒸着することによる、吸収係数の変化のいずれかがもたらされる。
【0024】
レーザ共振器は、生成光について複数の横モードをサポートすることができる。本出願においては、横電磁モードは、電磁場の伝播を説明する波動ベクトルkの分布と見なすことができる。すべての波動ベクトルkは、PBG領域に平行な面などの共振器の延長に対して垂直の面上に投影することができる。このような面上へのkの投影は、波動ベクトルkの横成分kτと表記され、この「横」という用語は、kではなく、共振器の広がりを指している。
【0025】
それぞれの電磁モードのレーザ動作は、光アパーチャの内部に位置する横成分kτとフォトニックバンドギャップ領域の内部に位置する横成分kτ間の比率を制御することにより、好ましいことに、フォトニックバンドギャップ領域と光アパーチャの寸法によって制御される。即ち、光アパーチャの内部に位置する横成分kτとPBG領域の内部に位置する横成分kτ間の比率は、この比率が高いモードよりも低いモードのレーザ動作を抑圧又は防止するべく横電磁モードのレーザ動作の抑圧又は防止を決定するのである。このフォトニックバンドギャップ領域と光アパーチャの寸法は、共振器の基本横電磁モード(TEM00)のレーザ動作に比べ、高次の横電磁モードのレーザ動作を抑圧又は防止するべく適合させることが好ましい。
【0026】
VCSELを電気的に駆動する場合には、VCSELは、利得領域を定義するべく半導体材料の領域に電流を供給する電流供給手段を更に有することができる。この代わりに、VCSELを光学的にポンピングする場合には、VCSELは、利得領域を定義する領域に光ポンピングを提供する手段を有することができる。いずれの場合にも、利得領域は、第1及び第2ミラーに少なくとも実質的に平行な第2面において共振器の2つ又はそれ以上の横電磁モードと実質的にオーバーラップしているという点で特徴付けることができる。
【0027】
従って、この電流狭窄とモード制御の分離により、モード制御機能(例:単一モード動作)を具備すると同時に、格段に大きな利得領域の実現が可能となる。モード制御がPBG領域と光アパーチャによって提供されているため、利得領域は、単一モード動作を低下させるさせることなく、複数の横モードにエネルギー的に結合可能である。従って、本発明によれば、PBG領域が放射を吸収せず、最終的にエネルギーが基本レージングモードに結合されるため、その他のモードに結合したエネルギーが消失することはない。
【0028】
通常、第1及び第2平行ミラーは、分布ブラッグ反射器(DBR)であり、これらの中の1つは、入射する放射の一部を透過することによって出力カプラを形成している。本発明によるモード制御においては、PBGは、この出力結合ミラーに限定されるものではない。光アパーチャは様々なモードの波動ベクトルの横成分の許容領域を構成しており、光アパーチャは、いずれにあっても光のアパーチャとして機能する。
【0029】
本発明によるVCSELの光アパーチャは、3回又はこれ以上の対称性を備えることができる。通常、光アパーチャは正多角形の形状になる。
【0030】
光アパーチャは延長することが可能であって、第1軸に沿う寸法αと、第1軸に対して垂直の第2軸に沿う寸法βを備えることができ、ここで、β<αである、この場合のフォトニックバンドギャップ領域と細長い光アパーチャの寸法は、それぞれの横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御し、第1軸に少なくとも実質的に平行に偏光されていない横電気モードにおけるレーザ動作を抑圧又は防止するべく適合されている。
【0031】
この細長い光アパーチャは、2回の対称性を備えることができる。
【0032】
更に、フォトニックバンドギャップ領域は、生成光がこの領域内を伝播することを実質的に妨げる周期性を備えた散乱中心からなる周期的な格子によって構成可能であり、この散乱中心は第1軸にそって延長されており、この散乱中心の延長は、この場合には、第1軸に少なくとも実質的に平行に偏光されていない横電気モードのレーザ動作を抑圧又は防止するべく、適合されている。
【0033】
この散乱中心の延長により、PBG領域の対称性が破壊され、この結果、第1軸と平行に偏光されている電場が経験する散乱中心の散在する断面は、第1軸に対して垂直に偏光されている電場の場合と比べ、小さなものになる。経験する散乱中心の散在する断面が小さくなることにより、第1軸に平行に偏光されているモードのレージングに対する抑圧は、第1軸に対して垂直に偏光されているモードのレージングに比べ、少なくなる。
【0034】
一実施例において、垂直共振器面発光レーザは、予め定められた周期性を有していない領域であって2つ又はそれ以上の「結合レーザ共振器」を形成する2つ又はそれ以上の分離された光アパーチャを有することが可能であり、この実施例におけるフォトニックバンドギャップ領域と2つ又はそれ以上の光アパーチャの寸法は、それぞれのレーザ共振器における横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御するべく適合されており、この結果、垂直共振器面発光レーザのフェーズドアレイを形成している。
【0035】
従って、本発明の一態様では、VCSELのフェーズドアレイを提供可能であり、これは、光を生成し、この生成した光を放出するべく適合された利得領域を備える半導体材料本体と;利得領域と、この利得領域と第1及び/又は第2ミラーの間に位置する少なくとも1つのスペーサ層と、を有するレーザ共振器を形成する第1及び第2平行ミラーであって、これらのミラーの中の少なくとも1つは、利得領域において生成された光がこの少なくとも1つのミラーを通じて放出されることを許容するべく生成光に対して部分的に透明である第1及び第2平行ミラーと;第1及び/又は第2ミラーの内部又はこれらに隣接して、或いは少なくとも1つのスペーサ層の中の1つの内部に形成されたフォトニックバンドギャップ領域であって、このフォトニックバンドギャップ領域は、第1及び第2ミラーに対して少なくとも実質的に平行であり、フォトニックバンドギャップ領域は、生成光がこの領域を伝播することを実質的に妨げる予め定められた周期性を備え、更に、このフォトニックバンドギャップ領域は、第1又は第2ミラー内部、又は、これらに隣接する面上への利得領域の投影によって定義される領域の内部に位置する2つ又はそれ以上の分離された光アパーチャを定義しており、これらの2つ又はそれ以上の光アパーチャは、予め定められた周期性を有していない領域であって2つ又はそれ以上の「結合レーザ共振器」を形成し、フォトニックバンドギャップ領域と2つ又はそれ以上の光アパーチャの寸法は、それぞれのレーザ共振器における横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御するべく適合されているフォトニックバンドギャップ領域と、を有している。
【0036】
光アパーチャの寸法と位置は、レーザから離れたところで放出光が集束するように適合させることができる。このアパーチャは、遠視野の焦点を最適化するために、様々な形状に形成することができる。2つ又はそれ以上のアパーチャも、本発明の第1及び第3の態様による光アパーチャと同様であってよい。
【0037】
第2の態様において、本発明は、横電磁モードの制御機能を有するVCSELを製造する方法を提供し、この方法は、基板を提供する段階と;この基板上に、分布ブラッグ反射器の第1平行積層を形成する段階と;この第1平行積層上に、活性層とスペーサ層を形成する段階と;この活性層及びスペーサ層上に、分布ブラッグ反射器の第2平行積層を形成する段階と;第1及び/又は第2平行積層の中の1つ又は複数の層、或いはスペーサ層の誘電率に周期的な変化を生成することにより、第1及び/又は第2平行積層の内部又はこれらに隣接して、或いはスペーサ層の内部にフォトニックバンドギャップ領域を形成する段階であって、このフォトニックバンドギャップ領域は、横電磁モードを制御する光アパーチャの境界を定めるべく形成されており、この光アパーチャは、誘電率の周期的な変化を有していないフォトニックバンドギャップ内の領域によって形成されている段階と;を有している。
【0038】
この誘電率の周期的な変化は、第1及び/又は第2平行積層内に、孔からなる周期的な格子を形成することによって形成することが好ましい。この代わりに、第2積層上の周期的な格子内に半導体材料又金属性のパッドを蒸着することにより、誘電率の周期的な変化を形成することも可能である。
【0039】
VCSELの所望の特性に応じて、正多角形の形状を用いるなどにより、光アパーチャは、3回又はそれ以上の対称性を備えることができる。この代わりに、放射の偏光を制御するべく、光アパーチャは、2回の対称性を備え、モードの偏光軸を定義する第1軸に沿って延長することも可能である。この場合には、光アパーチャは、全体として、通常、長方形、どの2辺も平行ではない四辺形(trapezium)、又は楕円の形状を備えることになる。
【0040】
この方法は、活性層内に利得領域を定義する電流アパーチャを形成する段階と、活性層に電流を供給する電荷注入手段を形成する段階と、を有することが好ましい。
【0041】
この代わりに、第1平行積層を波長λpの放射に対して少なくとも実質的に透明な材料によって形成することも可能であり、この場合の活性層は、VCSELの光学的なポンピングを実現するべく、波長λpの放射を少なくとも実質的に吸収する。
【0042】
フォトニックバンドギャップ領域を形成する段階は、横電磁モードの個別の制御機能を有する結合された垂直共振器面発光レーザのアレイを形成するために、2つ又はそれ以上の光アパーチャの境界を定めるべくフォトニックバンドギャップ領域を生成する段階を有することができる。
【0043】
以上の本発明の第1及び第2の態様は、相互に関連している。
【発明を実施するための最良の形態】
【0044】
図1Aに示されている本発明の好適な実施例においては、VCSELレーザ1は、基板101上に、底部ミラー102、活性層104、上部ミラー105を有している。上部ミラーの内部には、散乱中心116からなる二次元の周期的な格子で構成されたPBG領域115が形成されている。このPBG領域115は、光アパーチャ118の境界を定めており、この光アパーチャは、周期的な格子内の欠陥又は欠陥領域などの散乱中心からなる周期的な格子を有していない領域である。
【0045】
図1Bは、図1AのVCSELレーザの側面図であり、このレーザのレージング横モード121と、この横モードが結合する伝播モード122を示している。可能なのは、PBG領域を保持する面内の光アパーチャ118の内部に存在している横モード121のレージングのみであるという点が重要な特徴である。PBG領域115内に実質的に延長する横モードの場合には、その横成分がPBG領域115内を伝播できないため、レーザ動作が抑圧又は防止されることになる。この結果、この好適な実施例によるVCSELは、様々な横モードのレージングを制御可能である。
【0046】
PBG領域115の効果は、レーザにおける様々なモードの寸法を見ることによって示すことができる。PBG領域115を保持する面内では、横モードは、この面内に位置する電場ベクトルとして表すことができる。そのモードが光アパーチャ118と実質的に同一のサイズ及び対称性又は形状を備える基本TEM00モードの場合には、モードの電場ベクトルは、光アパーチャ118の内部に実質的に位置する。図3Aには、これが示されている。一方、モードが高次モード(例:TEM10)の場合には、モードの電場ベクトルは、その大きな部分がPBG領域115の内部に少なくとも部分的に位置することになり、この結果、そのモードの横成分は面内を伝播できず、そのモードは抑圧されることになる。図3Bに、これが示されている。
【0047】
図1Cは、図1A及び図1Bの実施例に類似の異なる実施例を示している。この場合には、PBG領域115と光アパーチャ118は、放射を放出しない不透明のミラー102側に位置している。PBG領域115と光アパーチャ118がレーザ共振器内の横モードのレージングを抑圧又は防止しているため、PBG領域115は、出力結合ミラー105側に位置する必要はないのである。
【0048】
図2Aは、図1A及び図1Bの好適な実施例の平面図を示している。この図には、PBG領域115を形成する周期的な格子が詳細に示されている。周期的な格子115は、三角形の格子であるが、その他の格子も使用可能である。
【0049】
図2B乃至図2Eは、本発明のいくつかの更なる好適な実施例の平面図を示している。これらの図のVCSELの基本構造は、図1A及び図1Bに関連して説明した実施例と実質的に等しく、PBG領域115及び/又は光アパーチャ118の特性のみが変更されている。示されているすべての実施例において、周期的な格子115は三角形であるが、その他の格子も使用可能である。
【0050】
図2Bでは、光アパーチャ120が延長されており、この結果、PBG領域115は、横モードに対し方向に応じて異なる影響を与える。PBG領域115を保持する面内で、光アパーチャ120の延長の長さよりも実質的に小さな広がりを備える横モードも、細長い光アパーチャ120の側部においてはPBG領域115内に延長するため、空間的にカットオフされる。このPBG構造は、延長に沿うか、或いは垂直になる横モードの偏光の自然な軸を形成している。これらの2つのモードは、利得材料とのオーバーラップが異なっており、経験するモード利得の大きさが異なる。延長に沿って偏光されたモードの場合には、大きなモード利得を備えており、この偏光モードのレージングは促進されるが、垂直に偏光されたモードのレージングは抑圧される。
【0051】
図2Cにおいて、散乱中心117が共通軸に沿って延長されており、この結果、PBG領域115は非対称になっている。この延長に対して平行な方向においては、散乱中心117は、延長に対して垂直の方向におけるよりも小さな断面を備えている。これは、延長に対して平行な方向でモードの横成分の電場が経験する格子内の散在する断面が、延長に対して垂直の方向におけるよりも小さいことを意味している。この結果、PBGの効果は非対称になり、延長に対して垂直に偏光されたモードは、延長に対して平行に偏光されたモードに比べ、抑圧されることになる。このように、図2Cの非対称なPBG領域115は、放出された放射の偏光を制御するのである。更に、光アパーチャ122は、図2Aに関連して説明した実施例と同様に、即ち、高次のモードにおけるレーザ動作を抑圧することにより、モードを制御する。
【0052】
図2D及び図2Eにおいては、PBG領域115は、いくつかの光アパーチャ118、124、125、126の境界を定めている。この結果、このVCSELは、複数の結合レーザ共振器を明確な相対位置に格納している。図2Dにおいては、光アパーチャ118は、図2Aのものと類似しており、5つの結合レーザ共振器をサポートしている。図2Eにおいては、アパーチャ124、125、126は、3つの同心リング形状になっている。アレイの結合レーザ共振器が近接し同一の利得領域を共有しているため、これらの共振器は結合し、異なる共振器から放出される放射はコヒーレント、即ち、同位相になる。放出される放射がコヒーレントであるため、異なる共振器からの放射は、アレイから離れたところで干渉することになる。共振器の形状と相対位置により、アレイからの遠視野が決定される。図2Dにおける円盤形状とリング形状の光アパーチャ124、125、126は、これらのアパーチャの直径によって決定される距離に焦点を生成することになる。アレイから距離Dの遠視野に焦点を形成する光アパーチャの直径を決定するのは、厚さδと半径距離εの同心シェルの球の中心に所望の焦点を想定することによって、最も容易に実行可能である、即ち、この球はタマネギとよく似ている。即ち、平面により、この平面に対して垂直の方向における中心からこの平面までの距離がDとなるように、この球を切断する。切断された表面は、一連の同心リングを形成することになる。最も外側のリングは、δに近い厚さを備えており、この厚さはリングの中心に向かって増加し、中心部は、円形の円盤を形成することになる。この切断表面のリング及び円盤に類似の寸法と形状を備える光アパーチャを設けることにより、遠視野が干渉し、アレイから距離Dのところに焦点が形成されることになる。通常、これらの光アパーチャは、完璧な円形形状を備えることができないため、結果的に生成される焦点も、通常、完璧な焦点ではない。
【0053】
図4及び図5に示されているように、このVCSELは、基板101上にエピタキシャル成長させた積層100を有しており、この積層100は、底部ミラー102、第1スペーサ層103、活性層104、第2スペーサ層103、電流アパーチャ114、及び上部ミラー105又は110を有している。加えて、このVCSELには、上部接点108及び基板接点109も含まれている。この積層100の成長、並びに様々な層の蒸着は、半導体産業において周知の標準的な方法を使用して実行可能である。
【0054】
第1ミラー102は、交互に変化する異なる屈折率nrを備える半導体材料の層を成長させることによって形成されており、これらの層は、〜λ/nr4の厚さを備えている。これらの層は、高屈折率層としてはGaAsから、低屈折率層としてはGaAlAs又はAlAsから製造可能である。活性層104は、第1DBRミラー102上でスペーサ層103間に挟持されている。この活性層104は、通常、量子井戸構造(例:GaAs障壁層によって分離されたInGaAs量子井戸層、又はAlGaAs障壁層によって分離されたGaAs量子井戸層)を形成するいくつかの層によって形成されている。
【0055】
図4において、電流アパーチャ114は、イオン注入領域106によって定義されており、このイオン注入領域の半導体材料は、活性層に近接する薄膜内で準絶縁状態になっている。マスキングによって小さな領域が除外されており、注入の影響を受けていない導電性のアパーチャ114が残されている。
【0056】
この代わりに、図5に示されているように、電流アパーチャ114は、VCSEL構造内の層の中の1つを選択的に酸化し、電流アパーチャ114を定義する酸化領域107を形成することによっても定義可能である。まず、メサ構造をエッチングして側壁を露出させた後に、選択的な酸化を実行する。
【0057】
図5における上部ミラー105は、異なる屈折率を備える半導体材料を使用して積層100の残りの部分と同一のプロセス段階でエピタキシャル成長させたものであり、これらの層は、〜λ/nr4の厚さを備えている。これらの層に適切に不純物を添加しn又はp型半導体材料を生成することにより、接点108からミラー105を通じて電流を注入することができる。
【0058】
この代わりに、図4に示されているように、上部ミラー110は、異なる屈折率を備える誘電体材料を使用して後工程で蒸着することも可能であり、これらの層は、〜λ/nr4の厚さを備えている。誘電体ミラーは電流を伝えることができないため、活性層への電荷注入は、VCSELの上部表面上の上部ミラー110の周囲に形成された電極108から側部注入される。
【0059】
VCSELの電気接点108及び109は、金属蒸着やリフトオフ法などの半導体産業において周知の標準的なフォトリソグラフィ法によって形成可能である。ウエハ上の個別のレーザは、エピタキシャル成長した層を貫通し共通n型基板までエッチングすることにより、相互に電気絶縁することができる。
【0060】
VCSEL設計における重要な課題の1つは、注入したキャリアを横方向に濃縮し、共振器損失を克服してレージングを実現するのに十分な大きさの利得を実現することに関連している。キャリアの濃縮が良好な場合には、低電流の注入でレージングが実現し、レージングのしきい値が低下する。普通、電流アパーチャ114は、注入したキャリアの濃縮を実現するべく、活性層の近くに設けられる。
【0061】
従来技術によるVCSELの場合には、VCSELの主要なモード動作も、電流アパーチャによって制御されている。電流アパーチャを小さくすることにより、高次モードのレージングが始まるパワーのしきい値に到達するまで、単一基本モード動作を得ることができる。しかしながら、電流アパーチャを小さくすれば、利得領域に供給可能なパワーが限定される。一方、電流アパーチャを大きくすれば、高次モードのレージングが低いしきい値電流で、或いは、常に始まることになる。即ち、VCSELにおける電流アパーチャの寸法は、単一モードと高パワー動作の間の微細なバランスの産物なのである。VCSELは、光学的にポンピングすることも可能である。この場合には、活性層とポンピングビーム間の空間的なオーバーラップによって利得領域が定義されるが、これは、結局、電流アパーチャと等価であり、このオーバーラップのサイズには、同一の考慮事項が適用されることになる。
【0062】
本発明によれば、電流狭窄とモード制御が分離されている。電流狭窄は、従来技術と同様に電流アパーチャ、或いは、同様にポンピングビームの集束によって提供されており、モード制御は、PBG領域と光アパーチャによって提供されている。図6及び図7は、電流アパーチャ114と光アパーチャ118の相対寸法を示す半透明の平面図を示している。
【0063】
図6は、光アパーチャ118、電流アパーチャ114、PBG領域115、及びVCSEL1の代表的な相対寸法を示している。図7は、これら類似の寸法と共に、光アパーチャ118のアレイの寸法を示している。
【0064】
本発明によるVCSELレーザの代表的な寸法は、次のとおりである。
・光アパーチャ118の直径:0.2μm〜100μm、例えば1μm〜100μm、例えば5μm〜50μm
・光アパーチャのアレイの直径:10μm〜200μm、例えば10μm〜100μm、例えば20μm〜50μm
・電流アパーチャの直径:a=2μm〜200μm、例えば3μm〜200μm、例えば10μm〜100μm
・PBG領域の直径:b=2μm〜200μm、例えば10μm〜200μm、例えば30μm〜100μm
・VCSELの直径:c=10μm〜1000μm、例えば30μm〜500μm、例えば50μm〜150μm
【0065】
図7から、アレイ内のすべての光アパーチャ118は、活性層104上に垂直に投影された際に、電流アパーチャ/利得領域の内部に位置するように配置することが好ましいことがわかる。
【0066】
このPBG微細構造は、図8A〜図8Dに関連して説明するように、いくつかの異なる方法によって、いくつかの異なる位置に形成可能である。この微細構造は、平面内における材料の誘電率の二次元の周期的な変動であり、これは、例えば、孔、空気又は誘電率が異なる別の材料が充填されたもの、をエッチングするか、又は材料の表面上に柱を形成することによる材料の屈折率の変化、及び、例えば、材料表面上に金属パッドを蒸着することによる材料の吸収係数の変化によって生成可能である。
【0067】
図8Aは、上部ミラー上に形成された半導体の柱140の形態のPBG微細構造を備えるVCSELの側面図を示している。柱140は、通常、次の段階によって形成される。
I.既存の積層を形成すると共に、蒸着又はエピタキシャル成長によって半導体材料の層を提供する段階
II.フォトリソグラフィ段階によって柱を定義する段階
III.反応イオンエッチングによって柱を形成する段階
【0068】
図8B及び図8Cは、上部ミラーの内部、又はこの下にエッチングされた孔142の形態のPBG微細構造を備えるVCSELの側面図を示している。これらの孔、即ち、柱142のエッチングは、その深さに応じて、反応イオンエッチングによって実行可能である。変調格子は、電子ビームリソグラフィ又はUVリソグラフィによって定義することができる。孔の深さは、数100nmが好ましいが、その目的、即ち光モードを制御するために、有用な範囲において変化可能である。これらの孔には、屈折率が異なる材料を充填するか、或いは、空のままで残してもよい(空気を充填する)。
【0069】
図8Dは、金属パッド144の形態のPBG微細構造を備えるVCSELを示している。格子内における金属パッド144の蒸着は、金属蒸着やリフトオフ法などの半導体産業において周知の標準的なフォトリソグラフィ法によって実行可能である。
【0070】
上部ミラー内にレージングモードを定義する微細構造を提供することにより、非ゼロの横成分を有する、PBG面から外れた伝播光がPBG面のPBG領域内に進入することをPBG領域が妨げ、この結果、光アパーチャがモードを定義しているのである。従って、ミラー内におけるPBG面の位置は変更可能である。最強の効果を実現するには、抑圧又は防止対象のモードが最高の強度(電界強度)、即ち最大の横成分、を備えるミラー内の面にPBG面を形成する必要がある。
【0071】
前述のように、このPBG微細構造は、いくつかの異なる周期的な格子によって製造可能である。図9は、散乱中心の間に距離Λhcを備えるハニカム格子を示している。図10は、散乱中心の間に距離Λtriaを備える三角形の格子を示している。六角形、四角形、長方形、及び菱形などのその他の格子も使用可能である。
【0072】
図11は、図1A、図1B、図2A、及び図4に関連して説明した好適な実施例の三角形のPBG構造の詳細を示している。この場合には、光アパーチャ118は、「円形」の領域内に隣接して位置する7つの散乱中心を除去することによって格子内に欠陥領域を導入することにより、形成されている。この光アパーチャ118は、基本モードTEM00においてのみレージングを提供するべく適合されている。TEM00は、、理想的には円形の対称性を備えているため、光アパーチャは、円形の対称性を備えることが好ましい。しかしながら、完璧な円形の対称性を周期的な格子において得ることは不可能であり、従って、高度な対称性が好ましい。図11に示されている光アパーチャは、六角形の対称性を備えており、角度0°、30°、60°、90°、120°、及び150°において6つの対称軸を有している。これを6回対称と呼ぶ。図4の場合のように、1つの散乱中心のみを除去した場合にも、光アパーチャ118は、やはり6回対称を備えることになろう。基本モードにおいてのみレージングを提供するべく適合された光アパーチャは、3回又はこれ以上の対称性を備えることが好ましい。
【0073】
図12は、図2Bに関連して説明した好適な実施例の三角形のPBG構造の詳細を示している。この場合には、光アパーチャ120は、細長い領域内に隣接して位置する9つの散乱中心を除去することによって格子内に欠陥領域を導入することにより、形成されている。この光アパーチャ120は、細長い光アパーチャ120の長さ方向に沿って偏光を備えるモードのレージングを提供するべく適合されている。この光アパーチャのアウトラインは、長方形(図2B)、どの面も平行ではない四辺形(trapezoid)(図12)、又は楕円であることが好ましい。しかしながら、完璧な幾何学形状を得ることはできない。最も重要なことは、光アパーチャがレージングに与える影響がモードの偏光に応じて異なっており、延長に対して交差するように偏光されたモードは抑圧又は防止され、延長に沿って偏光されたモードは促進されるという点である。モードの偏光は、1つは延長と交差し、他方は延長に沿う2つの垂直に偏光されたモードの重ね合わせとして表すことができるため、細長い光アパーチャの2回の対称性が好ましい。
【0074】
図13は、図2Cに関連して説明した好適な実施例の三角形のPBG構造の詳細を示している。この場合には、散乱中心117が共通方向に沿って延長されており、光アパーチャ118は、1つの散乱中心を除去することによって格子内に欠陥領域を導入することにより、形成されている。前述のように、細長い散乱中心117により、PBG構造内に非対称性が導入されており、この結果、PGB構造の効果も非対称のものとなる。細長い散乱中心117の寸法は、短軸に沿って1nm〜500nm、長軸に沿っては50nm〜100nmであってよい。
【0075】
図14は、図2D及び図7に関連して説明した好適な実施例の三角形のPBG構造の詳細を示している。この場合には、パターン内に別個に位置する7つの散乱中心を除去することによって格子内に7つの欠陥領域を導入することにより、7つの光アパーチャ118が形成されている。光アパーチャ118のそれぞれは、基本モードTEM00においてのみレージングを提供するべく適合されており、従って、図1A、図1B、図2A、及び図6に関連して説明したものと類似の光アパーチャのアレイを形成している。これらの光アパーチャの位置とサイズは、所望の遠視野を生成するべく変更可能である。
【0076】
電流アパーチャのサイズ又はポンピングレーザの焦点が十分に大きく、モードと活性層間のオーバーラップの中に利得領域を設けることができる場合には、レージングモードのサイズを制御するのは光アパーチャのサイズである。利得領域が小さ過ぎる場合には、レージングモードのサイズは、これによって制限されるようになる。従って、利得領域のサイズがレージングモードを制限せず、この機能が光アパーチャのタスクとなるように、利得領域と光アパーチャ間の相対的なサイズを調節する必要がある。通常、光アパーチャは、2μm〜50μmの間の直径を備えている。しかしながら、VCSEL構造の残りの部分の設計に応じて、この範囲を超える直径を使用可能である。
【0077】
PBGはモードの横成分に影響を与えるため、VCSEL(光アパーチャ)からのレーザ光放出の望ましい角度は、PBG構造の格子周期Λの設計において考慮すべき重要な特性である。ミラーに対して垂直の方向knに放出された光は、横モードを備えておらず、従って、PBGの影響を受けることはない。knに対して角度θをなす方向kθに放出される光は、knsinθの横成分を備えている。
【0078】
微細構造領域内の孔の間の適切な距離Λは、次の式から算出することができる。
【0079】
sin(θ)2π/λ=(2π/Λ)・(1/f(A)’)
【0080】
ここで、θは放出光の角度であり、λは空気中における光の波長であり、f(A)は、PBGの微細構造と、低屈折率材料に対する高屈折率材料の充填比Aによって決定されるフォームファクタである。一次元ブラッグ反射器の場合には、f(A)は0.25であり、二次元のPBG構造の場合には、これを上回る可能性がある。例えば、θ=10°で、λ=1μmの場合には、距離Λは、この波長の数倍になる可能性があり、このPBG微細構造は、これらの設計パラメータにおいて、10°を上回る外角を有するモードを抑圧するようになる。
【0081】
これらのPBG構造のVCSELのアプリケーションには、ローカルエリアネットワーク用のトランスミッタなどの単一モード動作が望ましい光通信が含まれる。加えて、これらPBG構造のVCSELから得られる単一モードパワーを拡張した領域では、光記憶領域のアプリケーションが可能である。更には、PBG VCSELの改善された遠視野特性により、例えば、希土類を添加した光ファイバや導波路などの光ポンピング領域におけるアプリケーションも可能であろう。
【0082】
図15は、図6との比較で、本発明の別の実施例を示している。この実施例においては、PBG微細構造115は、半径方向に実現されており、従って、図15に示されているように、同心円を形成している。この場合、PBG構造は、主として一次元の周期的な、或いは順周期的な構造である。円の中心におけるアパーチャ118は、レージング動作の光モードを定義しており、同心の屈折率の変化により、高次のモードがレージング状態に到達するのを防止している。図15においては、平面図で、横方向の屈折率の変化と中心におけるアパーチャ118を示す同心円115を示している。そして、側面図では、横方向の一次元の屈折率の変化の一実施例を示しており、この場合には、上部ミラー105内に円形の溝をエッチングすることによって形成されている。その他の実施例は、二次元のPBGアレイの実現に関して説明したとおりである。
【0083】
前述のようにPBG微細構造115が円形の対称形状を備えている場合には、それらの円は、周期的に配列しないことが好ましい。即ち、隣接する円間の距離にピッチを導入するのである。好適な実施例においては、このピッチは、ベッセル関数によって表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0084】
【図1A】本発明の好適な実施例によるPBG領域と光アパーチャを有するVCSELの透視図。
【図1B】基本光モードを概略的に描いた図1Aの実施例の断面図。
【図1C】基本光モードを概略的に描いた図1Aの実施例に類似の別の実施例の断面図。
【図2A】本発明の一実施例のPBG領域と光アパーチャを示す図。
【図2B】本発明の一実施例のPBG領域と光アパーチャを示す図。
【図2C】本発明の一実施例のPBG領域と光アパーチャを示す図。
【図2D】本発明の一実施例のPBG領域と光アパーチャを示す図。
【図2E】本発明の一実施例のPBG領域と光アパーチャを示す図。
【図3A】本発明によるVCSELレーザの光アパーチャと横電磁モード間のオーバーラップを示す図。
【図3B】本発明によるVCSELレーザの光アパーチャと横電磁モード間のオーバーラップを示す図。
【図4】誘電体上部ミラーとイオン注入によって定義された電流アパーチャを有するVCSELの断面図。
【図5】エピタキシャル成長させた半導体の上部ミラーとVCSEL内の層の中の1つを酸化することによって定義された電流アパーチャを有するVCSELの断面図。
【図6】本発明の好適な実施例によるVCSELの半透明の平面図であり、接点、PBG構造、光アパーチャ、及び電流アパーチャを示す図。
【図7】本発明の好適な実施例によるVCSELのフェーズドアレイの半透明の平面図であり、接点、PBG構造、光アパーチャ、及び電流アパーチャを示す図。
【図8A】好適な実施例によるVCSELレーザの断面図を示しており、PBG領域を形成する一方法を示す図。
【図8B】好適な実施例によるVCSELレーザの断面図を示しており、PBG領域を形成する一方法を示す図。
【図8C】好適な実施例によるVCSELレーザの断面図を示しており、PBG領域を形成する一方法を示す図。
【図8D】好適な実施例によるVCSELレーザの断面図を示しており、PBG領域を形成する一方法を示す図。
【図9】ハニカム状の周期的な格子を示す図。
【図10】三角形の周期的な格子を示す図。
【図11】図2Aの実施例のPBG領域と光アパーチャの詳細な図。
【図12】図2Bの実施例のPBG領域と光アパーチャの詳細な図。
【図13】図2Cの実施例のPBG領域と光アパーチャの詳細な図。
【図14】図2Dの実施例のPBG領域と光アパーチャの詳細な図。
【図15】本発明の別の実施例によるVCSELの半透明の平面図であり、この場合には、PBG構造が球対称となっていることを示す図。
Claims (23)
- 垂直共振器面発光レーザであって、
光を生成し、前記生成した光を放出するべく適合された利得領域を備える半導体材料層と、
前記利得領域と、前記利得領域と第1及び/又は第2ミラーとの間に位置する少なくとも1つのスペーサ層と、を有するレーザ共振器を形成する前記第1及び第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、前記ミラーの少なくとも1つは、前記利得領域内で生成された光が前記少なくとも1つのミラーを通じて放出されるのを許容するべく、前記生成光に対して部分的に透明であり、前記レーザ共振器と前記利得領域は、前記生成光の少なくとも1つの横電磁モードをサポートする第1及び第2の少なくとも実質的に平行なミラーと、
前記第1及び/又は前記第2ミラーの内部又は、これらに隣接して、或いは前記少なくとも1つのスペーサ層の中の1つの内部に形成されたフォトニックバンドギャップ領域であって、前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記第1及び第2ミラーに対して少なくとも実質的に平行に位置しており、前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記生成光が前記領域内を伝播することを実質的に妨げる予め定められた周期性を備えており、更に、前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記生成光が光アパーチャを通じて伝播することを許容するべく、前記予め定められた周期性を有していない光アパーチャを定義しており、前記フォトニックバンドギャップ領域と前記光アパーチャの寸法は、それぞれの横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御するべく適合されており、前記第1及び第2ミラーに実質的に垂直の方向の前記フォトニックバンドギャップ領域の寸法は、前記方向の前記垂直共振器面発光レーザの全体寸法よりも大幅に小さいフォトニックバンドギャップ領域と、を有する垂直共振器面発光レーザ。 - 前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記利得領域と交差しないように位置している請求項1記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記レーザ共振器と前記利得領域は、前記生成光の複数の横モードをサポートし、それぞれの横電磁モードは、前記フォトニックバンドギャップ領域における横成分kτを備える波動ベクトルkの分布によって定義可能であり、前記フォトニックバンドギャップ領域と前記光アパーチャの寸法は、前記光アパーチャの内部に位置する横成分kτと前記フォトニックバンドギャップ領域の内部に位置する横成分kτ間の比率を制御することにより、それぞれの横電磁モードのレーザ動作を制御する請求項1又は請求項2記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記光アパーチャの内部に位置する横成分kτと前記フォトニックバンドギャップ領域の内部に位置する横成分kτ間の前記比率は、高い比率を備えるモードに比べ、低い比率を備えるモードのレーザ動作を抑圧又は防止するべく、横電磁モードのレーザ動作の抑圧又は防止を決定する請求項3記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記フォトニックバンドギャップ領域と前記光アパーチャの寸法は、前記共振器の基本横電磁モード(TEM00)のレーザ動作に比べ、高次の横電磁モードのレーザ動作を低下させるべく適合されている請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記半導体材料の予め定められた領域に電流を供給する電流供給手段を更に有しており、前記予め定められた領域は、前記利得領域を定義し、前記予め定められた領域は、前記第1及び第2ミラーに少なくとも実質的に平行な面内で前記共振器の2つ又はそれ以上の横電磁モードと実質的なオーバーラップを備えていることによって特徴付けられている請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記半導体材料の予め定められた領域に光ポンピングを提供する光ポンピング手段を更に有しており、前記予め定められた領域は、前記利得領域を定義し、前記予め定められた領域は、前記第1及び第2ミラーに少なくとも実質的に平行な面内で前記共振器の2つ又はそれ以上の横電磁モードと実質的なオーバーラップを備えていることによって特徴付けられている請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記第1及び第2平行ミラーは、分布ブラッグ反射器である請求項1乃至請求項7のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記光アパーチャは、3回又はそれ以上の対称性を備えている請求項1乃至請求項8のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記光アパーチャは、延長されており、第1軸に沿う寸法αと、前記第1軸に垂直の第2軸に沿う寸法βを備えており(ここで、β<αである)、前記フォトニックバンドギャップ領域と前記細長い光アパーチャの寸法は、それぞれの横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御し、前記第1軸に少なくとも実質的に平行に偏光されていない横電磁モードのレーザ動作を抑圧又は防止するべく適合されている請求項1乃至請求項9のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記細長い光アパーチャは、2回の対称性を備えている請求項10記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記生成光が前記領域内を伝播することを実質的に妨げる周期性を備える散乱中心からなる周期的な格子によって形成されており、前記散乱中心は、前記第1軸に沿って延長されており、前記散乱中心の延長は、前記第1軸に対して少なくとも実質的に平行に偏光されていない横電気モードのレーザ動作を抑圧又は予防するべく適合されている請求項1乃至請求項11のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記垂直共振器面発光レーザは、前記予め定められた周期性を有していない領域であって2つ又はそれ以上の「結合レーザ共振器」を形成する2つ又はそれ以上の分離された光アパーチャを有しており、前記フォトニックバンドギャップ領域と前記2つ又はそれ以上の光アパーチャの寸法は、それぞれのレーザ共振器内の横電磁モードのレーザ動作の効率を少なくとも部分的に制御するべく適合されており、この結果、垂直共振器面発光レーザのフェーズドアレイを形成している請求項1乃至請求項12のいずれか一項記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 前記光アパーチャの寸法と位置は、前記レーザから離れたところで前記放出光を集束させるべく適合されている請求項13記載の垂直共振器面発光レーザ。
- 横電磁モードの制御機能を有する垂直共振器面発光レーザを製造する方法であって、
基板を提供する段階と、
前記基板上に、分布ブラッグ反射器の第1平行積層を形成する段階と、
前記第1平行積層上に、活性層とスペーサ層を形成する段階と、
前記活性層及びスペーサ層上に、分布ブラッグ反射器の第2平行積層を形成する段階と、
前記第1及び/又は第2平行積層の中の1つ又は複数の層、或いは前記スペーサ層の誘電率に周期的な変化を形成することにより、前記第1及び/又は前記第2平行積層の内部、又は、これらに隣接して、或いは前記スペーサ層の内部にフォトニックバンドギャップ領域を形成する段階であって、前記フォトニックバンドギャップ領域は、前記横電磁モードを制御する光アパーチャの境界を定めるべく形成されており、前記光アパーチャは、前記誘電率の周期的な変化を有していない前記フォトニックバンドギャップ領域内の領域によって形成されている段階と、を有する方法。 - 前記誘電率の周期的な変化は、前記第1及び/又は前記第2平行積層内に、孔からなる周期的な格子を形成することによって形成される請求項15記載の方法。
- 前記誘電率の周期的な変化は、前記第2積層上の周期的な格子内に金属パッドを蒸着することによって形成される請求項15記載の方法。
- 前記光アパーチャは、3回又はそれ以上の対称性を備えている請求項15乃至請求項17のいずれか一項記載の方法。
- 前記光アパーチャは、正多角形の形状を少なくとも実質的に備えている請求項18記載の方法。
- 前記光アパーチャは、2回の対称性を備え、前記モードの偏光軸を定義する第1軸に沿って延長されている請求項15乃至請求項17のいずれか一項記載の方法。
- 前記活性層内に利得領域を定義する電流アパーチャを形成する段階と、
前記活性層に電流を供給する電荷注入手段を形成する段階と、を更に有する請求項15乃至請求項20のいずれか一項記載の方法。 - 前記第1平行積層は、波長λpの放射に対して少なくとも実質的に透明な材料で形成されており、前記活性層は、波長λpの放射を少なくとも実質的に吸収する請求項15乃至請求項20のいずれか一項記載の方法。
- 前記フォトニックバンドギャップ領域を形成する段階は、横電磁モードの個別の制御機能を有する結合された垂直共振器面発光レーザのアレイを形成するために、2つ又はそれ以上の光アパーチャの境界を定めるべく前記フォトニックバンドギャップ領域を形成する段階を有している請求項15乃至請求項22のいずれか一項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US27424301P | 2001-03-09 | 2001-03-09 | |
PCT/DK2002/000146 WO2002073753A2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-07 | Mode control using transversal bandgap structure in vcsels |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004521499A true JP2004521499A (ja) | 2004-07-15 |
JP2004521499A5 JP2004521499A5 (ja) | 2005-12-22 |
JP4275948B2 JP4275948B2 (ja) | 2009-06-10 |
Family
ID=23047403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002572685A Expired - Lifetime JP4275948B2 (ja) | 2001-03-09 | 2002-03-07 | Vcselにおける横断バンドギャップ構造を使用するモードの制御 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6683898B2 (ja) |
EP (1) | EP1371120B1 (ja) |
JP (1) | JP4275948B2 (ja) |
CN (1) | CN1263208C (ja) |
AU (1) | AU2002237203A1 (ja) |
CA (1) | CA2478174C (ja) |
DK (1) | DK1371120T3 (ja) |
WO (1) | WO2002073753A2 (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007035994A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光書き込みシステム及び光伝送システム |
JP2007073945A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Canon Inc | 面発光レーザ、該面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法 |
JP2007173291A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2007189033A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP2007189034A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP2008034795A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-02-14 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP2008124287A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Ricoh Co Ltd | 波長変換素子 |
JP2008522388A (ja) * | 2004-11-29 | 2008-06-26 | アライト フォトニックス エイピーエス | 単一モードフォトニック結晶vcsel |
JP2008211013A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光半導体レーザ素子 |
US7483466B2 (en) | 2005-04-28 | 2009-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vertical cavity surface emitting laser device |
JP2009111360A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-21 | Canon Inc | 面発光レーザ |
JP2009539236A (ja) * | 2006-05-29 | 2009-11-12 | アライト フォトニクス アンパーツゼルスカブ | フォトニック結晶又はフォトニックバンドギャップ垂直共振器面発光レーザーを製造する方法 |
US7733936B2 (en) | 2005-04-28 | 2010-06-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser |
JP2010183071A (ja) * | 2009-01-08 | 2010-08-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JP2011108935A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 2次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法 |
Families Citing this family (91)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10353951A1 (de) | 2003-11-18 | 2005-06-16 | U-L-M Photonics Gmbh | Polarisationskontrolle von Vertikaldiodenlasern durch ein monolothisch integriertes Oberflächengitter |
GB0008546D0 (en) * | 2000-04-06 | 2000-05-24 | Btg Int Ltd | Optoelectronic devices |
US7352786B2 (en) * | 2001-03-05 | 2008-04-01 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Apparatus for driving light emitting element and system for driving light emitting element |
JP4621393B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-01-26 | 富士ゼロックス株式会社 | 表面発光型半導体レーザ及び表面発光型半導体レーザの製造方法 |
FR2824228B1 (fr) * | 2001-04-26 | 2003-08-01 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif electroluminescent a extracteur de lumiere |
JP3561244B2 (ja) * | 2001-07-05 | 2004-09-02 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 二次元フォトニック結晶面発光レーザ |
FR2832513B1 (fr) * | 2001-11-21 | 2004-04-09 | Centre Nat Rech Scient | Structure a cristal photonique pour la conversion de mode |
AU2003224626A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-22 | The Government Of The United States Of America As Represented By Thesecretary Of The Navy | Photonic-crystal distributed-feedback and distributed-bragg reflector lasers |
US6932518B2 (en) * | 2002-03-19 | 2005-08-23 | Finisar Corporation | Circuit board having traces with distinct transmission impedances |
US7254149B2 (en) | 2002-03-19 | 2007-08-07 | Finisar Corporation | Submount, pedestal, and bond wire assembly for a transistor outline package with reduced bond wire inductance |
US7044657B2 (en) * | 2002-03-19 | 2006-05-16 | Finisar Corporation | Transistor outline package with exteriorly mounted resistors |
US7042067B2 (en) * | 2002-03-19 | 2006-05-09 | Finisar Corporation | Transmission line with integrated connection pads for circuit elements |
US6879306B2 (en) * | 2002-05-02 | 2005-04-12 | Eastman Kodak Company | Scanned display systems using color laser light sources |
US6829281B2 (en) * | 2002-06-19 | 2004-12-07 | Finisar Corporation | Vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals |
US20040001665A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-01 | Majd Zoorob | Optical device |
US7085301B2 (en) * | 2002-07-12 | 2006-08-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Photonic crystal single transverse mode defect structure for vertical cavity surface emitting laser |
US6704343B2 (en) | 2002-07-18 | 2004-03-09 | Finisar Corporation | High power single mode vertical cavity surface emitting laser |
US7292613B2 (en) * | 2002-07-30 | 2007-11-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Half-wavelength micropost microcavity with electric field maximum in the high-refractive-index material |
US6778581B1 (en) * | 2002-09-24 | 2004-08-17 | Finisar Corporation | Tunable vertical cavity surface emitting laser |
US6810056B1 (en) | 2002-09-26 | 2004-10-26 | Finisar Corporation | Single mode vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals with a central defect |
JP2004266280A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体レーザおよび光ポンピングされる半導体装置 |
CN1314176C (zh) * | 2003-03-03 | 2007-05-02 | 中国科学院半导体研究所 | 单模微腔半导体激光器 |
US7098589B2 (en) * | 2003-04-15 | 2006-08-29 | Luminus Devices, Inc. | Light emitting devices with high light collimation |
EP1496583B1 (en) * | 2003-07-07 | 2016-05-18 | II-VI Laser Enterprise GmbH | A vertical cavity surface emitting laser having improved transverse mode control and a method of forming the same |
JP5068457B2 (ja) * | 2003-09-18 | 2012-11-07 | 日本電気株式会社 | 光学素子 |
US7351601B2 (en) * | 2003-10-15 | 2008-04-01 | California Institute Of Technology | Methods of forming nanocavity laser structures |
US7443902B2 (en) * | 2003-10-15 | 2008-10-28 | California Institute Of Technology | Laser-based optical switches and logic |
US20050157974A1 (en) * | 2003-10-15 | 2005-07-21 | Axel Scherer | Optical switching and logic systems and methods |
US7480319B2 (en) * | 2003-10-15 | 2009-01-20 | California Institute Of Technology | Optical switches and logic and methods of implementation |
JP4641736B2 (ja) * | 2003-10-28 | 2011-03-02 | ソニー株式会社 | 面発光半導体レーザーとその製造方法及び光学装置 |
JP4130799B2 (ja) | 2003-12-24 | 2008-08-06 | 三星電子株式会社 | マルチビーム型半導体レーザ |
WO2005078512A1 (ja) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | フォトニック結晶半導体デバイスおよびその製造方法 |
US7781777B2 (en) * | 2004-03-08 | 2010-08-24 | Showa Denko K.K. | Pn junction type group III nitride semiconductor light-emitting device |
US7901870B1 (en) | 2004-05-12 | 2011-03-08 | Cirrex Systems Llc | Adjusting optical properties of optical thin films |
US7209616B2 (en) * | 2004-05-18 | 2007-04-24 | Paradigm Optics, Incorporated | Method for producing parallel arrays of fibers |
JP4602701B2 (ja) * | 2004-06-08 | 2010-12-22 | 株式会社リコー | 面発光レーザ及び光伝送システム |
WO2006024025A2 (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-02 | Nanosource, Inc. | Optical-mode-confined and electrical-current-confined semiconductor light sources utilizing resistive interfacial layers |
US20060243961A1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-11-02 | University Of Southern California | Adaptive quantum design for QCSE devices and nanophotonic devices |
US7565084B1 (en) | 2004-09-15 | 2009-07-21 | Wach Michael L | Robustly stabilizing laser systems |
JP4371029B2 (ja) * | 2004-09-29 | 2009-11-25 | サンケン電気株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JP4743902B2 (ja) * | 2004-11-16 | 2011-08-10 | キヤノン株式会社 | 色光源装置、色光源のシステム、データプロジェクタおよびレーザビームプリンタ |
US7609376B2 (en) * | 2005-01-05 | 2009-10-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method and apparatus for pixel display and SERS analysis |
JP4027392B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2007-12-26 | キヤノン株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザ装置 |
EP1879272A4 (en) * | 2005-04-28 | 2008-06-18 | Rohm Co Ltd | PHOTONIC CRYSTAL LASER |
CN100349340C (zh) * | 2005-07-15 | 2007-11-14 | 中国科学院半导体研究所 | 2.5维光子晶体面发射激光器 |
US20070030873A1 (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Finisar Corporation | Polarization control in VCSELs using photonics crystals |
EP1933431A4 (en) * | 2005-09-05 | 2011-06-15 | Univ Kyoto | LIGHT EMITTING LASER LIGHT SOURCE WITH TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL SURFACE |
US7388233B2 (en) * | 2005-10-17 | 2008-06-17 | Luminus Devices, Inc. | Patchwork patterned devices and related methods |
US7391059B2 (en) | 2005-10-17 | 2008-06-24 | Luminus Devices, Inc. | Isotropic collimation devices and related methods |
US20070085098A1 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-19 | Luminus Devices, Inc. | Patterned devices and related methods |
WO2007047565A2 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Luminus Devices, Inc. | Patterned devices and related methods |
US7348603B2 (en) * | 2005-10-17 | 2008-03-25 | Luminus Devices, Inc. | Anisotropic collimation devices and related methods |
JP2007234824A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Canon Inc | 垂直共振器型面発光レーザ |
JP5037835B2 (ja) * | 2006-02-28 | 2012-10-03 | キヤノン株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザ |
US20070217472A1 (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-20 | Doug Collins | VCSEL semiconductor devices with mode control |
JP4769658B2 (ja) * | 2006-07-31 | 2011-09-07 | キヤノン株式会社 | 共振器 |
US7499480B2 (en) * | 2006-11-16 | 2009-03-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Photonic crystal structure and surface-emitting laser using the same |
US7535946B2 (en) * | 2006-11-16 | 2009-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Structure using photonic crystal and surface emitting laser |
JP5111161B2 (ja) * | 2007-04-19 | 2012-12-26 | キヤノン株式会社 | フォトニック結晶層を有する構造体、それを用いた面発光レーザ |
JP5020866B2 (ja) * | 2007-05-07 | 2012-09-05 | キヤノン株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザ |
JP4350774B2 (ja) | 2007-07-31 | 2009-10-21 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ |
DE102007059621A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht und strahlungsemittierende Bauelemente |
JP5117156B2 (ja) * | 2007-10-05 | 2013-01-09 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
US8921826B2 (en) * | 2007-11-27 | 2014-12-30 | Technion Research & Development Foundation Limited | Light source based on simultaneous two-photon emission |
CN101458210B (zh) * | 2007-12-12 | 2012-09-19 | 清华大学 | 折射率传感器 |
JP4968959B2 (ja) | 2008-03-06 | 2012-07-04 | キヤノン株式会社 | フォトニック結晶および該フォトニック結晶を用いた面発光レーザ |
JP5047013B2 (ja) * | 2008-03-12 | 2012-10-10 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP5167974B2 (ja) * | 2008-06-16 | 2013-03-21 | 豊田合成株式会社 | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
US8217410B2 (en) * | 2009-03-27 | 2012-07-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Hybrid vertical cavity light emitting sources |
CN102667544B (zh) | 2009-07-17 | 2015-09-02 | 惠普开发有限公司 | 具有聚焦能力的非周期性光栅反射镜及其制作方法 |
CN102483476B (zh) | 2009-09-23 | 2014-11-26 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 基于衍射光栅的光学装置 |
CN102714395B (zh) * | 2010-01-29 | 2015-06-10 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 具有非周期性光栅的垂直腔表面发射激光器 |
WO2011093893A1 (en) | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optical devices based on non-periodic sub-wavelength gratings |
WO2012057788A1 (en) | 2010-10-29 | 2012-05-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Small-mode-volume, vertical-cavity, surface-emitting laser |
US20150288145A1 (en) * | 2012-01-25 | 2015-10-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Vertical-cavity surface-emitting lasers with non-periodic gratings |
JP2013161965A (ja) * | 2012-02-06 | 2013-08-19 | Kyoto Univ | 半導体発光素子 |
US10811845B2 (en) * | 2012-02-28 | 2020-10-20 | Thorlabs Quantum Electronics, Inc. | Surface emitting multiwavelength distributed-feedback concentric ring lasers |
TW201415666A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-04-16 | Alpha Plus Epi Inc | 半導體元件 |
GB201607996D0 (en) * | 2016-05-06 | 2016-06-22 | Univ Glasgow | Laser device and method for its operation |
KR102182921B1 (ko) * | 2016-08-08 | 2020-11-25 | 피니사 코포레이숀 | 에칭된 평탄화 vcsel |
CN109891692B (zh) * | 2016-09-28 | 2021-09-10 | 菲尼萨公司 | 注入物再生长vcsel和具有不同vcsel类型的异构组合的vcsel阵列 |
US10916916B2 (en) | 2017-03-23 | 2021-02-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser |
KR102319348B1 (ko) * | 2017-03-23 | 2021-10-29 | 삼성전자주식회사 | 메타 구조 리플렉터를 구비하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 및 이를 포함하는 광학 장치 |
CN108923261B (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-29 | 常州纵慧芯光半导体科技有限公司 | 垂直腔面发射激光器的像素结构及其制作方法 |
TWI805824B (zh) * | 2018-08-13 | 2023-06-21 | 新加坡商Ams傳感器亞洲私人有限公司 | 低發散垂直空腔表面發射雷射及結合其之模組及主裝置 |
WO2020045453A1 (ja) * | 2018-08-27 | 2020-03-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 発光装置 |
KR102566409B1 (ko) | 2018-09-12 | 2023-08-11 | 삼성전자주식회사 | 나노구조체 리플렉터를 적용한 복수의 수직 공진형 표면 발광 레이저를 포함하는 어드레서블 레이저 어레이 소자 |
JP7485284B2 (ja) * | 2020-07-14 | 2024-05-16 | 国立大学法人京都大学 | フォトニック結晶面発光レーザ素子 |
US11699893B2 (en) | 2020-11-24 | 2023-07-11 | Vixar, Inc. | VCSELs for high current low pulse width applications |
CN113507040A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 半导体激光器及其制备方法 |
WO2024043944A2 (en) * | 2022-01-29 | 2024-02-29 | The Regents Of The University Of California | Systems and methods for scaling electromagnetic apertures, single mode lasers, and open wave systems |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04144183A (ja) * | 1990-10-04 | 1992-05-18 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
US5317587A (en) | 1992-08-06 | 1994-05-31 | Motorola, Inc. | VCSEL with separate control of current distribution and optical mode |
US5412680A (en) | 1994-03-18 | 1995-05-02 | Photonics Research Incorporated | Linear polarization of semiconductor laser |
US5784400A (en) * | 1995-02-28 | 1998-07-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant cavities employing two dimensionally periodic dielectric materials |
US5712865A (en) * | 1995-09-28 | 1998-01-27 | Sandia Corporation | Temperature-insensitive vertical-cavity surface-emitting lasers and method for fabrication thereof |
US5724374A (en) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Picolight Incorporated | Aperture comprising an oxidized region and a semiconductor material |
WO1998026316A1 (en) * | 1996-12-13 | 1998-06-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Tunable microcavity using nonlinear materials in a photonic crystal |
US6304588B1 (en) * | 1997-02-07 | 2001-10-16 | Xerox Corporation | Method and structure for eliminating polarization instability in laterally-oxidized VCSELs |
JPH10284806A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-10-23 | Canon Inc | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ |
JP3684778B2 (ja) * | 1997-08-21 | 2005-08-17 | 富士ゼロックス株式会社 | 面発光型半導体レーザアレイ |
JPH11168263A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-06-22 | Canon Inc | 光デバイス装置及びその製造方法 |
US6154480A (en) * | 1997-10-02 | 2000-11-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Vertical-cavity laser and laser array incorporating guided-mode resonance effects and method for making the same |
US6021147A (en) | 1997-11-04 | 2000-02-01 | Motorola, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser for high power single mode operation and method of fabrication |
JPH11186657A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-09 | Canon Inc | フォトニックバンド構造を有する垂直共振器レーザ |
US5991326A (en) * | 1998-04-14 | 1999-11-23 | Bandwidth9, Inc. | Lattice-relaxed verticle optical cavities |
US6160834A (en) * | 1998-11-14 | 2000-12-12 | Cielo Communications, Inc. | Vertical cavity surface emitting lasers with consistent slope efficiencies |
US6507595B1 (en) * | 1999-11-22 | 2003-01-14 | Avalon Photonics | Vertical-cavity surface-emitting laser comprised of single laser elements arranged on a common substrate |
US6434180B1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-08-13 | Lucent Technologies Inc. | Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) |
-
2002
- 2002-03-07 CN CNB028095561A patent/CN1263208C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-07 JP JP2002572685A patent/JP4275948B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-07 WO PCT/DK2002/000146 patent/WO2002073753A2/en active Application Filing
- 2002-03-07 AU AU2002237203A patent/AU2002237203A1/en not_active Abandoned
- 2002-03-07 DK DK02703515.3T patent/DK1371120T3/da active
- 2002-03-07 EP EP02703515.3A patent/EP1371120B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-07 CA CA2478174A patent/CA2478174C/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-08 US US10/092,502 patent/US6683898B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008522388A (ja) * | 2004-11-29 | 2008-06-26 | アライト フォトニックス エイピーエス | 単一モードフォトニック結晶vcsel |
US7769067B2 (en) | 2005-04-28 | 2010-08-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Vertical cavity surface emitting laser device |
US7733936B2 (en) | 2005-04-28 | 2010-06-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface emitting laser |
US7483466B2 (en) | 2005-04-28 | 2009-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vertical cavity surface emitting laser device |
JP2007035994A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光書き込みシステム及び光伝送システム |
JP2007073945A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Canon Inc | 面発光レーザ、該面発光レーザにおける二次元フォトニック結晶の製造方法 |
JP4548329B2 (ja) * | 2005-12-19 | 2010-09-22 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型半導体レーザ |
JP2007173291A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2007189033A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP4605024B2 (ja) * | 2006-01-12 | 2011-01-05 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型半導体レーザ |
JP4548345B2 (ja) * | 2006-01-12 | 2010-09-22 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型半導体レーザ |
JP2007189034A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP2009539236A (ja) * | 2006-05-29 | 2009-11-12 | アライト フォトニクス アンパーツゼルスカブ | フォトニック結晶又はフォトニックバンドギャップ垂直共振器面発光レーザーを製造する方法 |
JP2008034795A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-02-14 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザ |
JP2008124287A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Ricoh Co Ltd | 波長変換素子 |
JP2008211013A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光半導体レーザ素子 |
JP2009111360A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-05-21 | Canon Inc | 面発光レーザ |
JP4709259B2 (ja) * | 2007-10-12 | 2011-06-22 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ |
JP2010183071A (ja) * | 2009-01-08 | 2010-08-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JP2011108935A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 2次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2478174C (en) | 2012-02-21 |
WO2002073753A3 (en) | 2002-12-12 |
CN1263208C (zh) | 2006-07-05 |
AU2002237203A1 (en) | 2002-09-24 |
CA2478174A1 (en) | 2002-09-19 |
EP1371120A2 (en) | 2003-12-17 |
EP1371120B1 (en) | 2013-05-08 |
DK1371120T3 (da) | 2013-07-22 |
US20020163947A1 (en) | 2002-11-07 |
US6683898B2 (en) | 2004-01-27 |
WO2002073753A2 (en) | 2002-09-19 |
JP4275948B2 (ja) | 2009-06-10 |
CN1507684A (zh) | 2004-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4275948B2 (ja) | Vcselにおける横断バンドギャップ構造を使用するモードの制御 | |
JP4944788B2 (ja) | 単一モードフォトニック結晶vcsel | |
US7085301B2 (en) | Photonic crystal single transverse mode defect structure for vertical cavity surface emitting laser | |
Yokouchi et al. | Two-dimensional photonic crystal confined vertical-cavity surface-emitting lasers | |
KR100759603B1 (ko) | 수직 공진기형 면발광 레이저 장치 | |
US7769067B2 (en) | Vertical cavity surface emitting laser device | |
US7668220B2 (en) | Single mode vertical cavity surface emitting laser using photonic crystals with a central defect | |
EP2020712B1 (en) | Surface-emitting laser | |
US6704343B2 (en) | High power single mode vertical cavity surface emitting laser | |
US8416826B2 (en) | Photonic crystal surface emitting laser | |
US20070030873A1 (en) | Polarization control in VCSELs using photonics crystals | |
JP4360806B2 (ja) | 光学的にポンピングされる面発光型半導体レーザ装置および該装置の製造方法 | |
EP1012933A1 (en) | Laser device | |
Mawst et al. | Leaky defect modes of two-dimensional VCSEL arrays | |
KR20030081918A (ko) | 수직공진 표면발광 레이저 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071106 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080108 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20080205 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20080219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080501 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081021 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090203 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090305 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4275948 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120313 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130313 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140313 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |