JP4855038B2 - ファンネル構造のｖｅｃｓｅｌ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザーに係り、より詳細には、面発光レーザー及び垂直外部共振器形面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）に関する。
図１Ａは、従来のＶＣＳＥＬの断面図である。図示されたように、前記ＶＣＳＥＬの複数の層は、ｎ−ＧａＡｓ基板２、ｎ−ＤＢＲ（分散ブラッグ反射器）層４とｐ−ＤＢＲ層８との間の活性層６、及び上部導電層１０を備えている。光ビームを垂直方向に放出させる共振器１２は、前記層に垂直である。図示された構成で、開口部は約２０μｍ程度である。しかし、図１に表示されたグラフ１４に図示されたように、活性層での不均一なキャリア分布（すなわち、ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）により、従来のＶＣＳＥＬは単一横モード動作に限界があった。例えば、開口部の大きさが７〜８μｍより大きい単一モード信号を生成する設計を達成するのが困難であった。これは、従来のＶＣＳＥＬでは単一横モードの出力が制限されることを意味する。
図１Ｂは、特許文献１に開示された従来の技術であるＮｏｖａｌｕｘ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ（ＮＥＣＳＥＬ）を図示する。ＮＥＣＳＥＬレーザーの放出領域は、従来のＶＣＳＥＬの放出領域より１０倍も大きいために出力を増加させることができる。このような大きい放出領域は、従来のＶＣＳＥＬ設計による電流偏重（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ）問題を鑑みて設計された。基板が厚く、活性領域から距離が十分に提供されることから、キャリアが側面に広がることができ、したがって、活性領域でさらに均一なキャリア分布が提供できる。しかし、均一なキャリア分布を持つ開口部の大きさを拡大するためには、ＮＥＣＳＥＬは非常に厚いＧａＡｓ基板２０（例えば、１００μｍ以上）を使用する必要がある。
米国特許第６，２４３，４０７号明細書
本発明は、前記問題を改善したＶＣＳＥＬを提供することである。
本発明の一類型によれば、面発光レーザー素子は、第１電極層と第１反射層との間に配置された第１基板を備えることを特徴とする。活性領域は、第１反射層と第２反射層との間に配置されている。電流遮断層は、開口部を形成するために第２電極層と活性領域との間に配置される。第１半導体層は、第２電極層と第２反射層との間に配置される。第２電極層は、前記開口部に合わせて整列された貫通部を持つことができる。電流注入領域は、前記開口部と第２電極の貫通部との間に形成された共振器内に位置できる。前記電流注入領域は、共振器を通した電気伝導を容易にするため、貫通部と開口部の断面寸法よりも十分に小さな断面寸法を有するように形成する。
本発明によれば、活性領域で非常に理想的なキャリア分布プロファイルを持つので、高出力の単一横モード発振を可能にする。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図２Ａは、本発明の少なくとも一つの例示的な実施形態を図示する。図２Ａの断面図に図示されたように、ドーピングされていないか、またはｎ−ドーピングされたガリウムヒ素（ｎ−ＧａＡｓ）層２１０及びｐ−ドーピングされたガリウムヒ素（ｐ−ＧａＡｓ）層２１２が、ｐ−ＤＢＲ層２０８上で成長される。前記ｐ−ＤＢＲ層の反射率は、例えば、約３０％ないし９０％の範囲内で可変できる。このようなｐ−ｎ−ｐ構造によって、活性領域２０６で生成された光を実質的に減衰させずとも、前記ドーピングされていないまたはｎ−ドーピングされたＧａＡｓをキャリアが通過できないようにすることができる。亜鉛（Ｚｎ）拡散または注入技術を利用して、ファンネル状の電流注入領域２２０が垂直共振器の中心部に向かって形成できる。本技術分野の当業者は、キャリア分布をさらに調節するか最適化するために一つ以上の領域が前記垂直共振器内に形成され、均一なまたは多様な寸法の複数の領域が使われうるという点を認められる。
図１Ａ及び図２Ａを比較すると分かるように、基本的な構造は、従来のＶＣＳＥＬ構造と類似している。したがって、前記層の構造及び動作についての詳細な説明は省略する。図２Ａに図示されたように、前述したｐ−ｎ−ｐ構造は従来のＶＣＳＥＬ構造上に位置する。より詳細には、ｎ−ＧａＡｓ基板２０２、ｎ−ＤＢＲ層２０４、活性領域２０６、絶縁層（例えば、酸化物）２０７及びｐ−ＤＢＲ層２０８が基本的な構造を形成する。前記ドーピングされていないか、またはｎ−ドーピングされたｕ−／ｎ−ＧａＡｓ層２１０及びｐ−ＧａＡｓ層２１２は、前記ｐ−ＤＢＲ層２０８上に位置するが、それは、層間のキャリア伝導を一般的に防止するｐ−ｎ−ｐ構造を形成する。しかし、前記ｐ−ｎ−ｐ構造を貫通して形成された電流注入領域２２０は、共振器内のキャリア伝導（例えば、矢印２１８により指示されたように）を可能にする。図示されたように、前記電流注入領域２２０は、一般的に上部電極２１４及び開口２１６により形成された共振器に合わせて整列される。
図２Ｂを参照すれば、図２Ａの実施形態での電流分布が図示されている。電流分布は、前記電流注入領域及び活性領域を通じた２ステップの拡散により決定される。例えば、電流注入領域（例えば、Ｚｎ拡散層）を通じたキャリア分布２５０及び、活性領域を通じたキャリア分布２６０が図２Ｂに図示されている。図１Ａの従来のキャリア分布１４と比較する時、均一なキャリア分布２６０が活性領域で得られる。均一な活性領域の大きさは、上部ｐ−ＧａＡｓ層、ドーピングされていないまたはｎ−ドーピングされたＧａＡｓ層、ｐ−ＤＢＲ層の厚さ及び電流注入領域の大きさにより調節できる。例えば、電流注入領域の幅が狭くなるほど活性領域で均一なキャリア分布を得られる。均一なキャリア分布を持つ活性領域の大きさをさらに広げるためには、さらに広い幅の電流注入領域が望ましい。しかし、この場合に、ｐ−ＤＢＲ層の厚さが増加する。このようなｐ−ＤＢＲ層の厚さは多様な技術により増加できる。例えば、一般的に公知されたように、前記ｐ−ＤＢＲ層は（１／４）λの厚さを持つ複数の層を備える複層構造であるが、（１／４）λ層の代りに（３／４）λ層を使用できる。または、前記ｐ−ＤＢＲ層の上部にｐ−ＧａＡｓ層をダミー層としてさらに挿入してもよい。
図２Ａに図示された実施形態は、一般的にキャリアが正孔である構成と考えられる。ここで、亜鉛（Ｚｎ）は、前記電流注入領域を形成するためのアクセプタドーパントとして使われる。しかし、他の種類のアクセプタドーパントが使われてもよいという点を本技術分野の当業者は認められる。一方、図３に図示された実施形態は、キャリアが電子である構成であって、ｎ−ｐ−ｎ構造を持ち、ドナータイプのドーパント（例えば、Ｓｉ）を使用する。また、電圧バイアスは、前記正孔キャリア構成と逆方向になる（例えば、上部電極がグラウンドとなる）。
図３を参照すれば、本発明の他の実施形態が図示されている。前述したように、このような構成は電子キャリア構成と呼ばれ、一般的に、図２Ａに図示された実施形態と逆のドーパントタイプを持つ。したがって、基本的な構造は、ｐ−ＧａＡｓ基板３０２、ｐ−ＤＢＲ層３０４、活性領域３０６、絶縁層（例えば、酸化物）３０７及びｎ−ＤＢＲ層３０８により形成される。そして、ｐ−ＧａＡｓ層３１０及びｎ−ＧａＡｓ層３１２が前記ｎ−ＤＢＲ層３０８上に位置するが、これは、前記層間のキャリア伝導を一般的に防止するｎ−ｐ−ｎ構造を形成する。前記ｎ−ｐ−ｎ構造を貫通して共振器内に形成された電流注入領域３２０は、シリコン（Ｓｉ）拡散領域である。図示されたように、前記電流注入領域３２０は、一般的に上部電極３１４及び開口部３１６により形成された共振器に合わせて整列される。一般的に、図３に図示された電子キャリア構成は、図２Ａの正孔キャリア構成に比べて活性領域でさらに平坦な電流分布プロファイルを持つ。
図４を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態が図示されている。前記構成も電子キャリア構成として呼ばれ、一般的にドナータイプのドーパントを持つ。しかし、基本的な構造はトンネル接合４２５をさらに備え、類似したタイプの反射層４０４、４０８を持つ。図示されたように、前記基本的な構造は、ｎ−ＧａＡｓ基板４０２、第１ｎ−ＤＢＲ層４０４、活性領域４０６、絶縁層（例えば、酸化物）４０７及び第２ｎ−ＤＢＲ層４０８により形成される。追加的に、トンネル接合が前記活性領域４０６と第２ｎ−ＤＢＲ層４０８との間に位置する。前記トンネル接合４２５は、公知のように、高濃度でドーピングされたｎ＋／ｐ＋接合で形成される。そして、ｐ−ＧａＡｓ層４１０及びｎ−ＧａＡｓ層４１２が前記ｎ−ＤＢＲ層４０８上に位置するが、それは、前記層間のキャリア伝導を一般的に防止するｎ−ｐ−ｎ構造を形成する。前記ｎ−ｐ−ｎ構造を貫通して共振器内に形成された電流注入領域４２０は、シリコン（Ｓｉ）拡散領域である。図示されたように、前記電流注入領域４２０は、一般的に上部電極４１４及び開口部４１６により形成された共振器に合わせて整列される。トンネル接合４２５は、前記ｎ−ｐ−ｎ構造を前記ｎ−ＧａＡｓベースの基板構造と共に用いる。前述したように、（正孔拡散と逆に）電子拡散が使われるために、このような構成は活性領域４０６でさらに扁平なキャリア分布プロファイルを持ち、図２Ａの構成に比べてさらに速いキャリア移動度を持つ。
前述した実施形態は単に例示的なものであり、本発明は、前記例示された構造及び材料に限定されない。したがって、本発明の実施形態は、第１電極層（例えば、２０１、３０１、４０１）と第１反射層（例えば、２０４、３０４、４０４）との間に配置された第１基板（例えば、２０２、３０２、４０２）を備える面発光半導体装置が備えられる。活性領域（例えば、２０６、３０６、４０６）は、前記第１反射層と第２反射層（例えば、２０８、３０８、４０８）との間に配置されうる。電流遮断層（例えば、２０７、３０７、４０７）は、開口部（例えば、２１６、３１６、４１６）を形成するために前記活性領域上に配置されうる。第１半導体層（例えば、２１０、３１０、４１０）及び第２半導体層（例えば、２１２、３１２、４１２）が、第２電極層（例えば、２１４、３１４、４１４）と第２反射層との間に配置されうる。前記第２電極層は、実質的に前記開口部に合わせて整列された貫通部を持つことができる。電流注入領域（例えば、２２０、３２０、４２０）は、前記開口部と第２電極の貫通部との間に形成された共振器内に位置できる。前記電流注入領域は、前記第２半導体層、第１半導体層及び第２反射層を貫通するキャリア伝導が可能に構成できる。
前述したように、前記第１基板及び第１反射層は同じタイプでドーピング（例えば、ｎ−タイプまたはｐ−タイプ）されうる。また、一部の実施形態で、前記第２反射層は反対タイプにドーピングされうる。そして、第１半導体層は、第２半導体層と逆にドーピングされうる。例えば、図２Ａに図示されたように、第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板、第１反射層はｎ−ＤＢＲ層、第２反射層はｐ−ＤＢＲ層であり、第１及び第２半導体層はそれぞれｎ−ＧａＡｓ及びｐ−ＧａＡｓである。その代りに、図３に図示されたように、第１基板はｐ−ＧａＡｓ基板、第１反射層はｐ−ＤＢＲ層、第２反射層はｎ−ＤＢＲ層であり、第１及び第２半導体層は、それぞれｐ−ＧａＡｓ及びｎ−ＧａＡｓである。
図４に図示されたようなさらに他の実施形態で、トンネル接合層が前記活性領域と第２反射層との間に配置されうる。このような構成で、第１基板と第１及び第２反射層は同じタイプでドーピングされる。しかし、第１半導体層は、依然として第２半導体層と逆にドーピングされる。例えば、第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板、第１及び第２反射層はｎ−ＤＢＲ層であり、第１及び第２半導体層はそれぞれｐ−ＧａＡｓ及びｎ−ＧａＡｓである。
図５を参照すれば、本発明の少なくとも一つの実施形態によるさらに他の構成が図示されている。したがって、前述したレーザーのような面発光レーザー装置５１０は、出力カプラ５３０及び非線形光学素子５２０をさらに備えることができる。前記非線形光学素子５２０は、第２電極５１５と出力カプラ５３０との間に配置される。前記非線形光学素子５２０及び出力カプラ５３０は、前記開口部と第２電極５１５の貫通部との間に形成された共振器に実質的に合わせて整列されている。図示されたように、前記非線形光学素子５２０は、面発光レーザーの出力周波数を２倍にする２次調和波発生（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ＳＨＧ）結晶のような周波数倍加素子でありうる。したがって、赤外線レーザービーム５２５は、可視光線レーザービーム５３５に変換されて出力カプラ５３０から伝播される。図示されたように、前記非線形光学素子５２０及び出力カプラ５３０は、面発光レーザー装置５１０の外部に位置してＶＥＣＳＥＬを形成する。前記出力カプラ５３０は、例えばミラーでありうる。
前述した説明で言及されたように、本発明は例示された材料に限定されない。例えば、前記ＤＢＲ層は、レーザー共振器に対して高い反射度を提供し、かつキャリアの拡散を防止するために４〜４０個のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ対またはＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ対で形成できる。活性領域は、ポンピング吸収及び利得領域であり、１〜３個の量子ウェルを備える。例えば、ＩｎＧａＡｓ量子ウェル（または、ＩｎＧａＡｓ量子点、またはＩｎＡｓ（Ｎ）量子点、またはＧａＩｎＮＡｓ量子ウェルや量子点）が利得を提供し、ＧａＡｓＰ層が応力補償を提供できる。亜鉛（Ｚｎ）以外にも、ＭｇやＣのような他のアクセプタが電流注入領域の形成に使われうる。本技術分野の当業者には当然であるが、特定材料に対する多様な変形や代替が本発明の範囲を逸脱せずになされうる。
また、前述したように、本発明の実施形態はここで例示されたものに限定されない。したがって、本発明の他の実施形態は、図６に図示されたように、他の位置にある電流遮断層を備えることができる。例えば、図６に図示されたように、開口部を形成するための電流遮断層６０７が第２反射層６０８上に配置されてもよい。また、活性領域６０６は、第１反射層６０４と第２反射層６０８との間に配置されてもよい。第１半導体層６１０及び第２半導体層６１２は、第２電極層６１４と第２反射層６０８との間に配置されてもよい。第２電極層６１４は、実質的に前記開口部に合うように整列された貫通部を持つことができる。電流注入層６２０は、前記開口部と第２電極の貫通部との間に形成された共振器内に配置される。前記電流注入層は、既述したように、第２半導体層、第１半導体層及び第２反射層を通過するキャリアの伝導を可能にして構成できる。図２Ａ、図３及び図４の実施形態が図６に図示された構成に対応するように変形できるという点を強調するために、図６には、あらゆる層を図示していない。したがって、例示された実施形態に対するいろいろな変形が本発明の範囲内にあると見なされることができ、本発明は図示された形態のみに限定されない。
前述した説明から、本発明が属する技術分野の当業者は、本発明の実施形態がＮＥＣＳＥＬによる厚いｎ−ＧａＡｓ基板を再整列せずとも低い自由キャリア吸収を達成できるということを理解できる。同様に、本発明の実施形態は簡単な製造工程を可能にする（例えば、背面工程などが要求されない）。また、効率的な周波数変換が達成でき、ＮＥＣＳＥＬの設計に比べてサイズが小さいためにコンパクトな配列が可能になる。そして、本発明の形成において従来の技術がそのまま使われうる。しかし、拡散工程を使用する場合、量子ウェルの劣化を防止するために十分に低い温度（例えば、量子ウェル成長温度と関連して６５０℃以下）で拡散工程を維持することが望ましい。
図７は、本発明のさらに他の実施形態を図示する。図示された実施形態では、ドーパント拡散や注入を使用する代わりに、図７に図示されたようなファンネル構造を形成するところに、イオンまたは陽性子注入技術が使われうる。本技術分野の当業者ならば理解できるであろうが、前述したｎ−ｐ−ｎまたはｐ−ｎ−ｐ形態の電流遮断構造は、本実施形態では使われない。例えば、図示されたように、電極層７０１、ｎ−ＧａＡｓ基板７０２、ｎ−ＤＢＲ層７０４、活性領域７０６、絶縁層（例えば、酸化物）７０７及びｐ−ＤＢＲ層７０８が基本構造を形成する。前記ｐ−ＤＢＲ層７０８と第２電極層７１４との間にはｐ−ＧａＡｓ層７１０が位置する。電流注入領域７２０は、一般的に上部電極７１４及び開口部７１６により形成された共振器と共に整列される高抵抗領域７１２（例えば、ｐ−ＧａＡｓ層７１０に陽性子を注入して形成される）により定義される。
したがって、本実施形態は、第１電極層（例えば、７０１）と第１反射層（例えば、７０４）との間に配置された第１基板（例えば、７０２）を備える面発光レーザー装置を備えることができる。活性領域（例えば、７０６）は、前記第１反射層と第２反射層（例えば、７０８）との間に配置されうる。開口部を形成するための電流遮断層（例えば、７０７）が、前記活性領域と第２反射層（例えば、７０８）との間に配置されうる。第１半導体層（例えば、７１０）は、第２電極層（例えば、７１４）と第２反射層との間に配置されうる。前記第２電極層は、前記開口部と実質的に一致して整列された貫通部を持つ。電流注入領域（例えば、７２０）は、前記開口部と第２電極層の貫通部との間の共振器内に位置でき、共振器内の伝導が容易になるように構成される。また、前記電流注入領域は、前記第１半導体層内の共振器周辺に配置された高抵抗領域（例えば、７１２）により限定できる。前記高抵抗領域は、陽性子注入またはイオン注入のうち少なくとも一つの方法で形成できる。
また、第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板でもよく、第１反射層はｎ−ＤＢＲ層、第２反射層はｐ−ＤＢＲ層、そして第１半導体層はｐ−ＧａＡｓ層でありうる。その代りに、前記第１基板はｐ−ＧａＡｓ基板でもよく、第１反射層はｐ−ＤＢＲ層、第２反射層はｎ−ＤＢＲ層、そして第１半導体層はｎ−ＧａＡｓ層でありうる。活性領域は、前述したように複数の量子ウェルで形成できる。同様に、本実施形態は出力カプラをさらに備えることができ、非線形光学素子が前記第２電極と出力カプラとの間に配置されうる。前記非線形光学素子及び出力カプラは、図５に図示されたように、ＶＥＣＳＥＬを形成するために、前記第２電極層の外部に位置し、前記開口部と前記第２電極層の貫通部との間に形成された共振器に実質的に一致して整列される。
本発明は、半導体レーザーの関連技術分野に好適に用いられる。
従来のＶＣＳＥＬの構造を示す層断面図である。 従来のＮＥＣＳＥＬの構造を示す層断面図である。 本発明の少なくとも一つの実施形態による面発光レーザーの層断面図である。 本発明の少なくとも一つの実施形態による図２Ａの面発光レーザーについてのキャリア分布を示す図面。 本発明の少なくとも一つの実施形態による面発光レーザーの層断面図である。 本発明の少なくとも一つの実施形態による面発光レーザーの層断面図である。 本発明の少なくとも一つの実施形態によるＶＥＣＳＥＬの断面図である。 本発明の少なくとも一つの実施形態で電流遮断層のさらに他の位置を示す図面である。 本発明の少なくとも一つの実施形態による面発光レーザーの層断面図である。
符号の説明
２０１ 第１電極層、
２０２ 第１基板、
２０４ ｎ−ＤＢＲ層、
２０６ 活性領域、
２０７ 絶縁層、
２０８ ｐ−ＤＢＲ層、
２１０ ｎ−ドーピングされたガリウムヒ素（ｎ−ＧａＡｓ）層、
２１２ ｐ−ドーピングされたガリウムヒ素（ｐ−ＧａＡｓ）層、
２１４ 上部電極、
２１６ 開口、
２１８ キャリア伝導、
２２０ 電流注入領域。

Claims (23)

  1. 第１電極層と、
    前記第１電極層上に形成された第１基板と、
    前記第１基板上に形成された第１反射層と、
    前記第１反射層上に形成された活性領域と、
    前記活性領域上に形成された第２反射層と、
    前記第２反射層上に形成された第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に形成された第２電極層であって、前記活性領域に開口部を形成するための電流遮断層が前記活性領域と第２電極層との間に配置され、前記開口部に合わせて整列された貫通部を持つ第２電極層と、
    前記第２電極層の貫通部と前記開口部との間の共振器内に位置するものであり、前記共振器内の伝導を容易にするため、前記貫通部と前記開口部の断面寸法よりも十分に小さな断面寸法を有する電流注入領域と、
    を備えることを特徴とする面発光レーザー装置。
  2. 前記第１半導体層と第２電極層との間に配置された第２半導体層をさらに備え、前記第２反射層、第１半導体層及び第２半導体層はｐ−ｎ−ｐ構造を形成し、前記電流注入領域は共振器内の亜鉛（Ｚｎ）拡散及び亜鉛注入のうち、少なくとも一つの方法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  3. 前記第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板であり、第１反射層はｎ−ＤＢＲ、第２反射層はｐ−ＤＢＲであり、第１及び第２半導体層はそれぞれｎ−ＧａＡｓ及びｐ−ＧａＡｓであることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザー装置。
  4. 前記第１半導体層と第２電極層との間に配置された第２半導体層をさらに備え、前記第２反射層、第１半導体層及び第２半導体層はｎ−ｐ−ｎ構造を形成し、前記電流注入領域は、共振器内のシリコン（Ｓｉ）拡散及びシリコン注入のうち少なくとも一つの方法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  5. 前記第１基板はｐ−ＧａＡｓ基板であり、第１反射層はｐ−ＤＢＲ、第２反射層はｎ−ＤＢＲであり、第１及び第２半導体層はそれぞれｐ−ＧａＡｓ及びｎ−ＧａＡｓであることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザー装置。
  6. 前記活性領域は複数の量子ウェルで形成されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  7. 第１電極層と、
    前記第１電極層上に形成された第１基板と、
    前記第１基板上に形成された第１反射層と、
    前記第１反射層上に形成された活性領域と、
    前記活性領域上に形成された第２反射層と、
    前記第２反射層上に形成された第１及び第２半導体層と、
    前記第２半導体層上に形成された第２電極層であって、前記活性領域に開口部を形成するための電流遮断層が前記活性領域と前記第２反射層との間に配置され、前記開口部に合わせて整列された貫通部を持つ第２電極層と、
    前記第２電極層の貫通部と前記開口部との間の共振器内に位置するものであり、前記第２反射層、第１半導体層及び第２半導体層を通過する伝導を容易にするため、前記貫通部と前記開口部の断面寸法よりも十分に小さな断面寸法を有する電流注入領域と、
    を備えることを特徴とする面発光レーザー装置。
  8. 前記電流注入領域は、亜鉛拡散及び亜鉛注入のうち少なくとも一つの方法により形成されることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  9. 前記電流注入領域は、シリコン拡散及びシリコン注入のうち少なくとも一つの方法により形成されることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  10. 前記第１基板及び第１反射層は同一にドーピングされ、前記第２反射層は逆にドーピングされ、前記第１半導体層は第２半導体層と逆にドーピングされることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  11. 前記第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板であり、第１反射層はｎ−ＤＢＲ、第２反射層はｐ−ＤＢＲであり、第１及び第２半導体層はそれぞれｎ−ＧａＡｓ及びｐ−ＧａＡｓであることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザー装置。
  12. 前記第１基板はｐ−ＧａＡｓ基板であり、第１反射層はｐ−ＤＢＲ、第２反射層はｎ−ＤＢＲであり、第１及び第２半導体層はそれぞれｐ−ＧａＡｓ及びｎ−ＧａＡｓであることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザー装置。
  13. 前記活性領域は、複数の量子ウェルで形成されることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  14. 前記活性領域と第２反射層との間に配置されたトンネル接合層をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー装置。
  15. 前記第１基板と第１及び第２反射層とは同一にドーピングされ、前記第１半導体層は第２半導体層と逆にドーピングされることを特徴とする請求項１４に記載の面発光レーザー装置。
  16. 前記第１基板はｎ−ＧａＡｓ基板であり、第１及び第２反射層はｎ−ＤＢＲであり、第１及び第２半導体層はそれぞれｐ−ＧａＡｓ及びｎ−ＧａＡｓであることを特徴とする請求項１５に記載の面発光レーザー装置。
  17. 出力カプラと、前記第２電極層と出力カプラとの間に配置された非線形光学素子とをさらに備え、前記非線形光学素子及び出力カプラは、前記開口部と前記第２電極層の貫通部との間に形成された共振器に実質的に一致するように整列されたことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  18. 前記非線形光学素子は、２次調和波発生（ＳＨＧ）結晶であることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザー装置。
  19. 前記非線形光学素子は、前記面発光レーザーの出力周波数を２倍にすることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザー装置。
  20. 前記非線形光学素子及び出力カプラは、前記第２電極層の外部に配置されて垂直外部共振器形面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）を形成することを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザー装置。
  21. 前記出力カプラはミラーであることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザー装置。
  22. 前記電流遮断層は前記活性領域上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
  23. 前記電流遮断層は前記第２反射層上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5000277B2 (ja) * 2006-11-27 2012-08-15 浜松ホトニクス株式会社 テラヘルツ電磁波発生装置およびテラヘルツ電磁波検出装置
JP2009010248A (ja) * 2007-06-29 2009-01-15 Canon Inc 面発光レーザおよびその製造方法
JP4502223B2 (ja) 2007-12-05 2010-07-14 株式会社エスグランツ ビット列のマージソート装置、方法及びプログラム
JP5355276B2 (ja) * 2009-07-28 2013-11-27 キヤノン株式会社 面発光レーザ
US9112331B2 (en) 2012-03-22 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Surface emitting laser incorporating third reflector
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US9112332B2 (en) 2012-06-14 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Electron beam pumped vertical cavity surface emitting laser
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Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493577A (en) * 1994-12-21 1996-02-20 Sandia Corporation Efficient semiconductor light-emitting device and method
JPH10178235A (ja) * 1996-12-17 1998-06-30 Nec Corp 半導体面発光レーザ及びその製造方法
US6243407B1 (en) * 1997-03-21 2001-06-05 Novalux, Inc. High power laser devices
JP2000277852A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ、及びその製造方法
CA2415142C (en) * 2000-07-10 2012-03-20 Corporation For Laser Optics Research Systems and methods for speckle reduction through bandwidth enhancement
US6905900B1 (en) * 2000-11-28 2005-06-14 Finisar Corporation Versatile method and system for single mode VCSELs
DE10105722B4 (de) * 2001-02-08 2006-12-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiter-Laser mit Vertikalresonator und modenselektiven Gebieten
JP2003069151A (ja) * 2001-06-12 2003-03-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光型半導体レーザ素子
JP4184769B2 (ja) * 2002-11-26 2008-11-19 株式会社東芝 面発光型半導体レーザ及びその製造方法

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