JP2015518282A - 光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー(VECSEL)及び数個のポンプレーザーダイオードを具備する光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスに関係すると共に、上記のポンプレーザーダイオードは、 ミラー素子におけるポンプ放射の反射によってVECSELの活性領域を光学的にポンピングするように配置される。垂直の外部空洞の表面発光レーザーは、最も将来有望な高い輝度のレーザー源の一つであると共に、アドレス可能な2Dアレイの配置及び円形のビーム形状と同様の、エッジエミッターと比較された多数の利点を申し出る。
VECSELは、典型的には、第一の末端ミラー及び層のシーケンスに形成された活性領域、並びに、層のシーケンスから分離された及びレーザーの外部の空洞を形成する配置された第二の末端ミラーを具備する。標準的なセットアップにおいて、外部の空洞は、巨視的な光学素子で構成されるが、それらは、非常にかさ高なものであると共に伴われた調節を必要とする。ウェハから外部の光学的な構成要素を実現すると共に、典型的にはGaAsウェハであるレーザーのシーケンスを支えるウェハへこのウェハをボンディングすることによって、並行して何千ものマイクロVECSELを製造すると共にVCSEL(垂直の空洞の表面発光レーザーダイオード)と同様のウェハにおいて直接的にそれらを試験することは、可能なことである。
提示されたソリッドステートレーザーデバイスは、さらに詳細に付随する図面と関連して例の方式によって後に続くものに記載される。図は、
図1 提示されたレーザーデバイスの第一の例、
図2 提示されたレーザーデバイスを製造するための層のシーケンスの例、
図3 図2の層のシーケンスを構造化した後における提示されたレーザーデバイスのVECSEL及びVCSELの例示的な設計、
図4 提示されたレーザーデバイスの第二の例、
図5 提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細、
図6 提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細、
図7 提示されたレーザーデバイスの一部分の第三の例、
図8 提示されたレーザーデバイスの例の上面図、
図9 提示されたレーザーデバイスのさらなる例の上面図、及び、
図10 提示されたレーザーデバイスのさらなる例
を示す。
図1から3までは、提示されたレーザーデバイス及びそれの製造の第一の例を示す。
この例では、ポンプレーザーダイオードは、VECSEL200と同じチップ120に統合されるVCSEL300である。VCSEL300は、VECSEL200を囲むように配置される。この実施形態において、全ての半導体レーザーは、図1に指し示されたような上部発光レーザーである。少なくとも二つの径方向のミラー領域410、420を含有するミラー素子400(自由形態の光学部品)は、半導体チップ120の前方に整列させられる。この実施形態において、ミラー素子400は、半導体チップ120に面する第一の表面401及び第二の表面402からなる光学的に透明な本体で形成される。第一の表面401は、VECSEL200のレーザーの動作のための十分な反射率(R(λVECSEL)=80−99.5%)及び可能な限り高いVCSEL300のポンプ光の反射(R(λVCSEL)>95%、好ましくは>99%)を提供するためにコートされる。表面401は、異なる形状を備えた二つの領域に分割される。
より良好なヒートシンキングのために基板500の後に取り除くことを許容する(自由選択の)エッチストップ層101、基板500が取り除かれるものではないとすればこのエッチストップ層はまた省略されることができること、
高いドーピング濃度を備えた(自由選択の)nドープされた電流分布層102、
後にVCSELの末端ミラー(R≧99.9%)を形成するnドープされたDBR103(分布型ブラッグ反射器)、
技術において知られたようなVCSELの活性領域104(例.3個の量子井戸、電流閉じこめ層、及び酸化物のアパーチャ)、
後にVCSEL用のアウトカップリングミラー(R近似的に99%)を形成するpドープされたDBR105、
上部発光VCSELについて知られたような位相整合(空気に対する半導体)のためのキャップ層106、
VECSELの層のシーケンスからVCSELの層のスタックを分離するエッチストップ層100、
後にVECSELの第一の末端ミラーを形成する(自由選択の)ドープされてないDBR107、
技術から知られたようなVECSELの活性領域108(バリア層を備えた、定常波の腹における数個の量子井戸、井戸内のポンピング又はバリアポンピングについて最適化された、RPG構造(RPG:共振周期利得)、・・・)、及び、
共振の増強又は波長の安定化のための空気に対するARコーティング又はエタロン層を有するキャップ層109、
を具備する。
1. 光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスであって、
少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)及び数個のポンプレーザーダイオード(300)を具備すると共に、
上記の垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)が、
少なくとも第一の末端ミラー(107,105)及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の活性領域(108)を形成する層のスタック、並びに
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の外部空洞を形成する第二の末端ミラー(410)
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオード(300)がミラー素子(400)におけるポンプ放射(310)の反射によって光学的に上記の活性領域(108)をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子(400)は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の光軸(210)に配置されると共に前記活性領域(108)に上記のポンプ放射(310)を集中させるように及び同じ時間に前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の前記第二の末端ミラー(410)を形成するように設計される、
デバイス。
上記のポンプレーザーダイオード(300)は、垂直空洞の表面発光レーザーである、デバイス。
上記のポンプレーザーダイオード(300)は、第一のチップに形成されると共に、
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の上記の層のスタックは、第二のチップに形成されると共に、
上記の第一の及び第二のチップが、共通のサブマウント又はヒートシンク(501)に搭載される、
デバイス。
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の上記の層のスタックは、同じチップに形成される、
デバイス。
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の上記の層のスタックは、前記チップにおける同じ層の配列(100,103−109)に由来する、デバイス。
上記の層の配列(100,103−109)は、前記垂空洞の表面発光レーザーの層の構造を形成する層の第一の配列(103−106)及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の前記層のスタックの層の構造を形成する層の第二の配列(107−109)を具備すると共に、
上記の層の第一の及び第二の配列がエッチストップ層(100)によって分離される、
デバイス。
上記のミラー素子(400)は、上記の第二のい末端ミラーを形成する中央の領域(410)及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーダイオード(200)の前記活性領域(108)において上記のポンプ放射(310)を反射させると共に集中させるように設計される外側の領域(420,421)を具備する、デバイス。
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
上記のミラー素子(400)は、自由形態の光学部品である、デバイス。
上記のミラー素子(400)の上記の外側の領域(420,421)は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の前記活性領域(108)にある強度分布の前記ポンプ放射(310)を発生させるように設計されると共に、
前記強度分布は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)のレーザーモードに調和する、
デバイス。
上記のミラー素子(400)の上記の中央の領域(410)は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)においてガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
上記のミラー素子(400)の本体は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)のレーザー放射について光学的に透明な材料で作られる、デバイス。
上記のポンプレーザーダイオード(300)は、上記のミラー素子(400)に向かって前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー(200)の前記光軸(210)に対して実質的に平行に上記のポンプ放射(310)を放出するように配置される、デバイス。
100 エッチストップ層
101 エッチストップ層
102 電流分布層
103 nドープされたDBR
104 VCSELの活性領域
105 pドープされたDBR
106 キャップ層
107 ドープされていないDBR
108 VECSELの活性領域
109 キャップ層
120 半導体チップ
200 VECSEL
210 光軸
220 VECSELレーザー放出
300 VCSEL
310 ポンプ放射
320 p接触
330 n接触
340 ボンドパッド
350 ボンドワイヤー
400 ミラー素子(自由形態の光学部品)
401 ミラー素子の第一の表面
402 ミラー素子の第二の表面
410 中央の領域
420 外側の領域
421 特別に整形された外側の領域
430 マイクロレンズ
500 基板
501 サブマウント/ヒートシンク
502 金属
503 はんだ
504 光学的に透明なヒートスプレッダー
505 貫通孔
Claims (13)
- 光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスであって、
少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー及び数個のポンプレーザーダイオードを具備すると共に、
上記の垂直の外部空洞の表面発光レーザーが、
少なくとも第一の末端ミラー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの活性領域を形成する層のスタック、並びに
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの外部空洞を形成する第二の末端ミラー
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記の活性領域をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの光軸に配置されると共に前記活性領域に上記のポンプ放射を集中させるように及び同じ時間に前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記第二の末端ミラーを形成するように設計される、
デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、垂直空洞の表面発光レーザーである、デバイス。 - 請求項1又は2に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、第一のチップに形成されると共に、
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、第二のチップに形成されると共に、
上記の第一の及び第二のチップが、共通のサブマウント又はヒートシンクに搭載される、
デバイス。 - 請求項2に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、同じチップに形成される、
デバイス。 - 請求項4に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、前記チップにおける同じ層の配列に由来する、デバイス。 - 請求項5に従ったデバイスにおいて、
上記の層の配列は、前記垂空洞の表面発光レーザーの層の構造を形成する層の第一の配列及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記層のスタックの層の構造を形成する層の第二の配列を具備すると共に、
上記の層の第一の及び第二の配列がエッチストップ層によって分離される、
デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、上記の第二のい末端ミラーを形成する中央の領域及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーダイオードの前記活性領域において上記のポンプ放射を反射させると共に集中させるように設計される外側の領域を具備する、デバイス。 - 請求項7に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、自由形態の光学部品である、デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の外側の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記活性領域にある強度分布の前記ポンプ放射を発生させるように設計されると共に、
前記強度分布は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザーモードに調和する、
デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の中央の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーにおいてガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の本体は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザー放射について光学的に透明な材料で作られる、デバイス。 - 請求項1に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に向かって前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
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