JP5646326B2 - オプトエレクトロニクスコンポーネント - Google Patents

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Description

本出願は、オプトエレクトロニクスコンポーネントに関する。
窒化化合物半導体をベースとする半導体レーザーダイオードの場合、放射の発生効率は、通常では波長が長くなるにつれて減少する。これにより、緑色のスペクトル範囲の放射を発生させることが、より難しくなる。したがって、これまで、緑色のレーザー放射は、非線形光学結晶によって周波数が2倍にされる赤外スペクトル範囲におけるレーザー放射によって、しばしば発生させてきた。この方法においては、アラインメントおよび組立てに関して比較的高いコストがかかる。さらには、このような結晶のコストがかかり、変換効率が比較的低い。
1つの目的は、発光放射が、従来の半導体レーザーダイオードによって直接的にカバーすることのできないスペクトル範囲内であるオプトエレクトロニクスコンポーネントを提供することである。
この目的は、特許請求項1の主題によって達成される。従属特許請求項は、有利な形状構造および発展形態に関する。
一実施形態によると、本オプトエレクトロニクスコンポーネントは、半導体層列を有する半導体本体を備えており、半導体層列が、ポンプ放射(pump radiation)を発生させるように設けられているポンプ領域と、発光放射(emission radiation)を発生させるように設けられている発光領域と、を備えている。ポンプ領域および発光領域は、互いに積み重なって配置されている。ポンプ放射は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時に発光領域に光ポンピングを行う。オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、発光放射は半導体本体から横方向に現れる。ピーク波長が従来の半導体レーザーダイオードにおいて達成することが難しいスペクトル範囲内にある放射を、ポンプ放射によって、発光領域において単純な方法において発生させることができる。発光領域において発生する放射は、コヒーレントであることが好ましい。
ポンプ領域は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、電気的ポンピングされることが好ましい。したがって、電力の少なくとも一部が、ポンプ放射の形として光出力に変換され、次いで、発光放射に変換される。
発光放射およびポンプ放射は、横方向に伝搬することが好ましい。したがって、ポンプ放射は、発光放射と同じように、半導体本体において横方向に進行することができる。この場合、横方向とは、半導体層列の半導体層の主延在平面(main extension plane)に進む方向を意味するものと理解される。さらに、発光領域およびポンプ領域は、共通の導波管内に配置することができる。
1つの好ましい発展形態においては、発光領域およびポンプ領域は、2つのクラッド層の間に配置されている。これらのクラッド層は、ポンプ領域および発光領域に面しているクラッド層の側にそれぞれ配置されている半導体層の屈折率よりも低い屈折率を、それぞれが有することが、さらに好ましい。したがって、クラッド層によって、ポンプ放射および発光放射を横方向に同時に導波することができる。
1つの好ましい形状構造においては、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、一方の種類の電荷(すなわち電子またはホール)の電荷担体が、発光領域を通ってポンプ領域に注入される。好ましくは、電荷担体を注入するための第1のコンタクト層および第2のコンタクト層が設けられており、これらコンタクト層の間に発光領域およびポンプ領域が配置されている。第1のコンタクト層と第2のコンタクト層との間に発光領域を配置することによって、オプトエレクトロニクスコンポーネントを特にコンパクトに具体化することができる。さらには、発光領域とポンプ放射との光学的結合が単純化される。
発光放射のピーク波長は、ポンプ放射のピーク波長よりも大きいことが有利である。したがって、発光領域におけるポンプ放射の効果的な吸収が確保される。
1つの変形構造においては、発光放射のピーク波長もしくはポンプ放射のピーク波長、またはその両方は、紫外線または可視のスペクトル範囲内にある。一例として、ポンプ放射のピーク波長が青色または紫外線のスペクトル範囲内であり、発光放射のピーク波長が緑色のスペクトル範囲内であるようにすることができる。緑色のスペクトル範囲は、具体的には、490nm〜570nmの間の範囲(両端を含む)を意味するものと理解される。紫外スペクトル範囲は、およそ1nmから380nmまでの波長範囲を含んでいる。
さらに、発光放射のピーク波長は、480nm〜600nmの間(両端を含む)とすることができる。
発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、III−V属半導体材料を含んでいることが好ましい。具体的には、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)を含んでいることができる。この半導体材料は、紫外線および可視、特に、青色および緑色のスペクトル範囲の放射を発生させるうえで特に適している。
代替の変形構造においては、発光放射のピーク波長もしくはポンプ放射のピーク波長、またはその両方は、赤外線あるいは赤色のスペクトル範囲内にある。特に、赤色および赤外線のスペクトル範囲の放射を発生させるためには、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、AlInGa1−x−ySb、AlInGa1−x−yAs、またはAlInGa1−x−yP(各場合において0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)を含んでいることができる。
これに代えて、またはこれに加えて、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、最大で5%の窒素含有量を有するIII−V属半導体材料(例えばInGaAsN)を含んでいることができる。このタイプの半導体材料は、「希薄窒化物」とも称する。
1つの好ましい形状構造においては、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、量子構造を備えている。本出願のコンテキストにおいて、量子構造という表現は、具体的には、閉じ込めの結果として電荷担体においてエネルギ状態の量子化が起こりうる任意の構造を包含する。具体的には、量子構造という表現には、量子化の次元数に関する指定は何ら含まれない。したがって、量子構造は、特に、量子井戸、量子細線、量子ドットおよびこれらの構造の任意の組合せを包含する。
1つの好ましい発展形態においては、量子井戸層に隣接する半導体層(例えば、2つの隣接する量子井戸層の間のバリア層)のバンドギャップは、ポンプ領域の量子井戸層に隣接する半導体層に一致する。したがって、発光領域およびポンプ領域における量子井戸層には、各場合において、同一に、特に、材料組成に関して同一に具体化されている半導体材料を隣接させることができる。したがって、高い結晶品質での発光領域およびポンプ領域の形成が単純化される。
1つの好ましい形状構造においては、電荷担体バリアが半導体本体の中に形成されている。この電荷担体バリアは、一方の種類の電荷の透過率が他方の種類の電荷の透過率よりも高いことが好ましい。したがって、電荷担体バリアは、ホールバリアとして、または電子バリアとして具体化することができる。したがって、ポンプ領域の電気的ポンピング時、電子−ホール対の発光再結合が主としてポンプ領域において起こる状況を、改良された方法において達成することが可能である。
n型導電性にドープされた半導体本体領域に配置されている電荷担体バリア、または、n型導電性にドープされた半導体本体領域に隣接して配置されている電荷担体バリアは、ホールバリアとして具体化されていることが好ましい。
同様に、p型導電性にドープされた半導体本体領域に配置されている電荷担体バリア、または、p型導電性にドープされた半導体本体領域に隣接して配置されている電荷担体バリアは、電子バリアとして具体化されていることが好ましい。
ホールバリアは、例えば、隣接する半導体層の価電子帯端よりも自身の価電子帯端が下に位置する半導体層によって、形成することができる。同様に、電子バリアは、隣接する半導体層の伝導帯端よりも自身の伝導帯端が上に位置する半導体層によって、形成することができる。
これに代えて、またはこれに加えて、電荷担体バリアをトンネルバリアとして具体化することができる。トンネルバリアは、隣接する半導体材料のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有することが好ましい。
トンネルバリアは、好ましくは最大で10nmの厚さ、特に好ましくは最大で5nm(例えば2nm)を有する。電荷担体は、量子力学のトンネル効果によってこのトンネルバリアを通過することができる。この場合、トンネリング確率は、異なる伝導型の電荷担体において通常では異なる。したがって、透過率は、一方の種類の電荷(通常では電子)の方が他方の種類の電荷よりも高い。
1つの好ましい発展形態においては、電荷担体バリアから遠い方のポンプ領域の側に、さらなる電荷担体バリアが配置されている。この場合、電荷担体バリアがホールバリアとして具体化されており、さらなる電荷担体バリアが電子バリアとして具体化されている、またはこの逆であることが有利である。したがって、電子−ホール対の再結合を、特に効果的にポンプ領域に制限することができる。したがって、電力からポンプ放射への変換効率を、さらに相当に高めることができる。
電荷担体バリアは、ポンプ領域と発光領域との間に形成することができる。したがって、注入される電荷担体の再結合を、単純な方法においてポンプ領域に制限することができる。代替形態として、電荷担体バリアを、発光領域から遠い方のポンプ領域の側に配置することもできる。
1つの好ましい形状構造においては、半導体層列の半導体層の層厚は、ポンプ放射の所定の割合が発光領域に光学的に結合するように、具体化されている。具体的には、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時に発生するポンプ放射の光学モードに関連して、発光領域を垂直方向において適切に配置することによって、ポンプ放射と発光領域との結合の程度を設定することができる。
1つの変形構造においては、発光領域およびポンプ領域は、各場合において、同じ次数の光学モードにおいて動作するように、垂直に、すなわち横方向(transverse direction)に設けられている。具体的には、発光領域およびポンプ領域は、各場合において、光学基本モードにおいて動作するように、垂直方向に設けることができる。
発光領域とポンプ領域との間の距離は、ポンプ放射の所定の割合が発光領域に光学的に結合するように、設定されていることがさらに好ましい。発光領域とポンプ領域の間の距離と、光学モードにおけるポンプ放射の最大強度、具体的には、光学基本モードの場合におけるポンプ放射の最大単独強度(sole intensity maximum)が小さいほど、発光領域とポンプ放射との光学的結合性が強い。
発光領域およびポンプ領域は、互いに異なる次数を有する横光学モード(transverse optical modes)において動作するように、垂直方向に設けることもできる。具体的には、発光領域を基本モードにおいて動作するように設けることができ、ポンプ領域を一次モードにおいて動作するように設けることができる。
n次の光学モードは、n個の節点(node)を有する永続的な放射界(standing radiation field)によって区別される。ポンプ領域もしくは発光領域、またはその両方の光学モードの節点は、吸収層の領域に形成することができる。したがって、ポンプ放射もしくは発光放射、またはその両方の、吸収層における望ましくない吸収を、低減することができる。
半導体本体は、放射通過領域を有することが好ましい。発光放射、および該当する場合にポンプ放射は、放射通過領域を、特に共線的に(collinearly)通過することができる。
1つの好ましい形状構造においては、放射通過領域の上に光取り出し層(coupling-out layer)が形成されている。この光取り出し層は、多層構造として形成することもできる。具体的には、光取り出し層をブラッグミラーとして具体化することができる。ブラッグミラーによって、発光放射に対する反射率とポンプ放射に対する反射率とを、互いに個別に幅広い範囲内で設定することができる。
特に、光取り出し層による放射通過領域は、ポンプ放射に対する反射率よりも低い、発光放射に対する反射率を有するように具体化されていることが好ましい。具体的には、放射通過領域は、発光放射に対する最大で70%、好ましくは最大で50%の反射率と、ポンプ放射に対する少なくとも70%の反射率を有することができる。特に、オプトエレクトロニクスコンポーネントの光取り出しを目的としてポンプ放射が設けられていない場合、ポンプ放射に対する反射率を、80%以上、好ましくは90%以上とすることができる。
1つの好ましい発展形態においては、放射通過領域の反対側に位置する、半導体本体の領域は、発光放射およびポンプ放射に対する反射率として少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、特に好ましくは少なくとも90%を有するように、例えば反射層によって具体化されている。
1つの好ましい発展形態においては、発光放射もしくはポンプ放射、またはその両方のための共振器が、外部ミラーによって形成されている。この場合、発光放射は、発光領域と外部ミラーとの間の自由伝搬領域を通過する。
ポンプ放射および発光放射は、互いに異なる共振器の中をさらに伝搬することができる。具体的には、共振器は、共振器のタイプもしくは共振器の長さ、またはその両方に関して異なる様式に具体化することができる。一例として、ポンプ放射が線形共振器を伝搬する一方で、発光放射がリング共振器を伝搬する、またはこの逆とすることができる。
さらなる好ましい形状構造においては、オプトエレクトロニクスコンポーネントは、非線形光学素子を備えている。非線形光学素子は、発光放射の周波数混合、特に、周波数逓倍(例えば、周波数2逓倍)を目的として設けることができる。さらに、この非線形光学素子は、発光放射のための外部共振器の中に配置することができる。したがって、発光領域によって放出される放射の変換(例えば、緑色のスペクトル範囲から紫外スペクトル範囲への変換)を、特に効果的に行うことができる。
さらなる好ましい形状構造においては、オプトエレクトロニクスコンポーネントは、放射受信器(radiation receiver)を備えている。この放射受信器は、さらなる半導体層列を備えていることが好ましい。このさらなる半導体層列の層構造は、半導体層列の層構造に少なくとも部分的に一致していることができる。具体的には、発光領域およびポンプ領域を備えている半導体層列と、放射受信器のさらなる半導体層列とを、共通の堆積ステップにおいて、例えばエピタキシャル成長によって形成することができ、さらに、共通の半導体層列から成長させることが好ましい。これによって、製造が単純化される。さらには、発光領域およびポンプ領域を備えている半導体層列と、さらなる半導体層列とを、これらの半導体層列のための共通の成長基板上に配置することができる。
一例として、発光放射もしくはポンプ放射、またはその両方の強度を、放射受信器によって監視することができる。この目的のための追加のオプトエレクトロニクスコンポーネントを省くことができる。
1つの好ましい形状構造においては、発光領域およびポンプ領域を備えている半導体本体の上または内部に、ラテラル構造が形成されている。このタイプのラテラル構造によって、例えば、横(すなわち長手)方向においてシングルモード動作を達成することができる。このラテラル構造は、一例として、DFB(分布帰還)構造、またはDBR(分布ブラッグ反射器)構造とすることができる。
さらなる特徴、有利な形状構造、および利点は、例示的な実施形態の以下の説明を図面を参照しながら読み進めることによって明らかになるであろう。
オプトエレクトロニクスコンポーネントの第1の例示的な実施形態を概略的な断面図として示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第2の例示的な実施形態による、半導体本体の一部分における伝導帯端および価電子帯端のプロファイルを示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第3の例示的な実施形態による、半導体本体の一部分における伝導帯端および価電子帯端のプロファイルを示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態による、半導体本体の一部分における伝導帯端および価電子帯端のプロファイルを示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態による、半導体本体の一部分における伝導帯端および価電子帯端の垂直方向プロファイルと、発光再結合率Rの垂直方向プロファイルのシミュレーションの結果を示している。 それぞれ、異なる熱抵抗を有するオプトエレクトロニクスコンポーネントの例示的な実施形態における、注入電流Iの関数としての放出される放射出力Pのシミュレーションの結果を示している。 それぞれ、異なる熱抵抗を有するオプトエレクトロニクスコンポーネントの例示的な実施形態における、注入電流Iの関数としての放出される放射出力Pのシミュレーションの結果を示している。 それぞれ、オプトエレクトロニクスコンポーネントの3つの例示的な実施形態における、屈折率、ポンプ放射の光学モード、および発光放射の光学モードの、定性的な垂直方向プロファイルを示している。 それぞれ、オプトエレクトロニクスコンポーネントの3つの例示的な実施形態における、屈折率、ポンプ放射の光学モード、および発光放射の光学モードの、定性的な垂直方向プロファイルを示している。 それぞれ、オプトエレクトロニクスコンポーネントの3つの例示的な実施形態における、屈折率、ポンプ放射の光学モード、および発光放射の光学モードの、定性的な垂直方向プロファイルを示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態における、垂直方向における伝導帯端プロファイル、フェルミ準位、および電子密度のシミュレーションの結果を示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態(図7のベースとなっている実施形態)における、電圧Uの関数としての電流密度jのシミュレーションの結果を示している。 光取り出し層の2つの例示的な実施形態における、波長λの関数としての光取り出し層の反射率Rのシミュレーションの結果を示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第5の例示的な実施形態を概略的な側面図として示している。 オプトエレクトロニクスコンポーネントの第6の例示的な実施形態を概略的な側面図として示している。
図面において、同一要素、同一タイプの要素、および同一機能の要素には、同じ参照記号を付してある。
図面は、各場合において概略的に示してあり、したがって、必ずしも正しい縮尺ではない。比較的小さい要素、特に層の厚さは、明瞭さを目的として誇張して描いてある。
図1は、オプトエレクトロニクスコンポーネント1の第1の例示的な実施形態を概略的な断面図として示している。オプトエレクトロニクスコンポーネント1は、半導体層列を備えている半導体本体2を備えている。半導体層列は、半導体本体を形成しており、エピタキシャル成長によって、例えばMOVPEまたはMBEによって、形成されることが好ましい。半導体本体の半導体層列は、ポンプ放射を発生させるように設けられているポンプ領域3と、発光放射を発生させるように設けられている発光領域4と、を備えている。ポンプ領域および発光領域は、互いに積み重なって配置されている。
ポンプ放射は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時に発光領域4に光ポンピングを行う。したがって、発光放射は半導体本体から横方向に現れる。発光放射およびポンプ放射は、横方向に伝搬する。
半導体層列を備えている半導体本体2は、キャリア29の上に配置されている。このキャリアは、一例として、半導体本体2の半導体層列のための成長基板とすることができる。代替形態として、キャリア29は、成長基板以外とすることもできる。この場合、キャリアは、特に、結晶の純度に関して成長基板に課される厳しい要求条件を満たしている必要はなく、他の特性(例えば、熱伝導率、電気伝導率、機械的安定性のうちの1つ以上)に基づいて選択することができる。
オプトエレクトロニクスコンポーネント1は、第1のコンタクト層61および第2のコンタクト層62をさらに備えている。第1のコンタクト層および第2のコンタクト層は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、電荷担体を異なる側からこれらのコンタクト層を介してポンプ領域3の中に注入してポンプ領域3において電子−ホール対の再結合によって放射を発生させることができるように、配置されている。コンタクト層のそれぞれは、金属(例えば、Au、Ag、Ti、Pt、Al、またはNi)あるいはこれらの金属の少なくとも1つを備えている金属合金を含んでいることが好ましい。
したがって、ポンプ領域3は、垂直方向に電気的ポンピングされ、発光領域4に光ポンピングを行うポンプ放射は横方向に伝搬する。
ポンプ領域3は、一例として、3つの量子井戸層31を備えており、これら量子井戸層31の間に各バリア層32が配置されている。ポンプ領域には、3つ以外の数の量子井戸層、例えば、1つの量子井戸層、2つの量子井戸層、もしくは4つまたはそれ以上の量子井戸層を形成することもできる。
さらに、発光領域4は、1つの量子井戸層41を備えている。発光領域は、1つ以外の数として、2つまたはそれ以上の量子井戸層を備えていることもできる。発光領域4の1つまたは複数の量子井戸層のそれぞれは、発光領域のこれら量子井戸層における電子−ホール対の遷移エネルギが、ポンプ領域3の量子井戸層31における遷移エネルギよりも小さいように、具体化されていることが都合がよい。したがって、ポンプ領域において発生するポンプ放射を、発光領域において効果的に吸収することができる。
オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、一方の種類の電荷の電荷担体が発光領域4を通ってポンプ領域3に注入される。図示した例示的な実施形態においては、発光領域は、第2のコンタクト層62からポンプ領域3までの電荷担体の注入経路上に配置されている。
半導体層は、ポンプ領域の一方の側において少なくとも部分的にn型導電性にドープされており、ポンプ領域の他方の側において少なくとも部分的にp型導電性にドープされていることが有利である。したがって、ポンプ領域の2つの異なる側からポンプ領域内への電荷担体の注入が単純化される。
一例として、n型導電性の半導体層21およびn型導電性のクラッド層20を、ポンプ領域4とキャリア29との間に配置することができる。同様に、p型ドープされた半導体層22、24およびp型導電性のクラッド層23を、キャリアから遠い方のポンプ領域4の側に配置することができる。クラッド層は、クラッド層の間に配置されている半導体層の屈折率よりも低い屈折率を有することが有利である。これらクラッド層の間には、発光領域およびポンプ領域が配置されている。したがって、クラッド層の間におけるポンプ放射および発光放射の共通の横方向導波が単純化される。
発光領域4およびポンプ領域3は、同じ導電型にドープされた半導体本体領域に少なくとも一部が配置されていることが好ましい。具体的には、n型導電性にドープされた領域に、発光領域の全体と、ポンプ領域の全体または少なくとも一部とを配置することが可能である。
発光領域4およびポンプ領域3の半導体層は、その材料組成に関して幅広い制限内で変えることができる。
発光領域4もしくはポンプ領域3、またはその両方は、III−V属化合物半導体材料を含んでいることが好ましい。具体的には、緑色の発光放射を発生させるためには、好ましくは材料組成AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)をベースとする窒化化合物半導体材料が適している。表1は、緑色のスペクトル範囲(例えば532nmにおける)放射を発生させるために発光領域が設けられている、図1に示した層構造の例示的な材料組成を示している。
Figure 0005646326
この場合、発光放射のピーク波長を、発光領域4の量子井戸層41の厚さとそのIn含有量との適切な組合せによって設定することができ、この場合、In含有量を増大させる、もしくは層厚を大きくする、またはその両方によって、ピーク波長を大きくすることができる。一例として、10%のインジウム含有量yおよび厚さ2nmを有するInGaN量子井戸層41は、約532nmの波長を有する発光放射を発生させるうえで適している。この量子井戸層41に隣接する半導体層21および半導体層5は、それぞれGaNをベースとしており、したがって、量子井戸層41のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。発光領域は、2つ以上の量子井戸層を備えていることもでき、これらの量子井戸層は同じ導電型に具体化されていることが好ましい。
この場合、厚さ4nmおよび約5.1%のインジウム含有量yを有するInGaN量子井戸層は、ポンプ領域3の量子井戸層31に適している。バリア層32はGaNをベースとしており、すなわち、発光領域4の量子井戸層41に隣接している半導体層21および半導体層5と同じ組成を有する。ポンプ領域は3つの量子井戸層31を備えている。しかしながら、この変更形態として、1つのみ、2つ、または4つ以上の量子井戸層を備えている量子構造を設けることもできる。
したがって、ポンプ領域3の量子井戸層31は、発光領域4の量子井戸層41よりも低いインジウム濃度を有する。したがって、ポンプ領域3の量子井戸層への電荷担体の注入が、特に、発光領域4の量子井戸層への注入と比較して、単純化されている。
インジウム含有量が増すにつれて量子井戸層への電荷担体の注入が難しくなる理由は、InGaN/GaNの界面に形成されるピエゾ電界である。In含有量が高いほど、このピエゾ電界が強い。
したがって、電気的ポンピングされるポンプ領域3と、ポンプ領域3によって光学的にポンピングされる発光領域4とによって、ある波長範囲(例えば、緑色の波長範囲)内の放射を、外部電圧を印加することによる単純な方法において発生させることができる。したがって、緑色のスペクトル範囲内のコヒーレントな放射(例えば、レーザー放射)を発生させることが可能であり、非線形光学結晶における変換を省くことができる。したがって、電気的ポンピングされる半導体本体2において、緑色のコヒーレントな放射が発生する。
中間層5は、ポンプ領域3と発光領域4との間に配置されている。ポンプ放射と発光領域4との間の光学的結合性(optical coupling)を、この中間層によって設定することができる。中間層の厚さは、好ましくは1nm〜2μmの間(両端を含む)、特に好ましくは5nm〜1μmの間(両端を含む)である。この光学的結合性については、図6A〜図6Cを参照しながら詳しく説明する。
層の厚さもしくは材料の組成、またはその両方を設定することによって、別の発光波長を発生させることもできる。発光放射のピーク波長は、480nm〜600nmの間(両端を含む)にあることが好ましい。ポンプ放射のピーク波長は、青色または紫外線のスペクトル範囲内にあることが好ましい。
ポンプ領域3および発光領域4は、2つのクラッド層20,23の間に配置されており、これらのクラッド層はそれぞれAl0.06Ga0.94Nを含んでおり、したがって、クラッド層20,23の間に配置されているGaN半導体層(例えば、ポンプ領域3のバリア層32、それぞれ発光領域およびポンプ領域の側のクラッド層20およびクラッド層23に隣接する半導体層21,22)よりも、低い屈折率を有する。
説明した層列の材料組成の変更として、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、別の半導体材料、具体的にはIII−V属半導体材料を含んでいることができる。一例として、発光領域もしくはポンプ領域、またはその両方は、AlInGa1−x−ySb、AlInGa1−x−yAs、またはAlInGa1−x−yP(それぞれの場合において、0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1)を含んでいることができる。最大で5%の窒素含有量zを有するIII−V属半導体材料(例えばInGa1−yAs1−z)を採用することもできる。したがって、半導体材料および半導体層の厚さを適切に選択することによって、紫外線から可視範囲、さらには近赤外または中間赤外範囲までの広範囲において発光放射を設定することが可能である。一例として、中間赤外域における放射を放出するように設けられている発光領域を、近赤外域において放出するポンプ領域によって光ポンピングを行うことができる。
半導体層列を備えている半導体本体2は、放射通過領域26を有する。放射通過領域は、半導体本体2の半導体層列の半導体層の主延在方向に対して斜めに、または垂直に延びており、したがって、半導体本体の横方向の端部を形成している。
放射通過領域26は、例えば、劈開(cleavage)または開裂(breaking)によって、またはエッチング(例えば湿式化学エッチングまたは乾式化学エッチング)によって、形成することができる。
光取り出し層7は、放射通過領域26の上に形成されており、この光取り出し層によって、発光放射もしくはポンプ放射、またはその両方の反射率が、所定の値、または反射率の所定のスペクトルプロファイルに適合化される。適切な場合、光取り出し層を省くこともできる。図示した例示的な実施形態の変更形態として、光取り出し層7が、コンタクト層61,62もしくはキャリア29、またはその両方を覆わない、または一部のみを覆うことが可能である。
光取り出し層7は、ポンプ放射に対するよりも発光放射に対して低い反射率を有することができる。一例として、光取り出し層7は、発光放射に対して最大で70%、好ましくは最大で50%の反射率、ポンプ放射に対して少なくとも70%、好ましくは少なくとも80%、特に好ましくは少なくとも90%の反射率を有することができる。特に、半導体本体2から光を取り出すためではなく、発光領域4に光ポンピングを行うことのみを目的としてポンプ放射が提供される場合、光取り出し層は、ポンプ放射に対して少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%の反射率を有することもできる。
放射通過領域26とは反対の半導体本体2の側には、反射層28が形成されている。反射層は、ポンプ放射および発光放射に対する高い反射率を有することが好ましい。反射率は、少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、特に好ましくは少なくとも80%、最も好ましくは少なくとも90%とすることができる。
ポンプ放射の少なくとも一部を、半導体本体2から光を取り出す目的に提供することもできる。この場合、ポンプ放射に対する光取り出し層7の反射率が、より低いことも有利である。
したがって、オプトエレクトロニクスコンポーネントは、発光放射およびポンプ放射、すなわち、相互に異なるピーク波長を有する2つの放射成分(例えば、青色および緑色のスペクトル範囲の放射)を、同時に提供することができる。発光放射およびポンプ放射は、特に、放射通過領域を共線的に通過することができる。異なるピーク波長を有する放射成分の複雑な重ね合わせを省くことができる。
さらに、光取り出し層7は、多層構造として具体化することもできる。具体的には、ブラッグミラーを複数の層によって形成することができる。ブラッグミラーは、誘電性として形成されている層によって形成されていることが好ましい。これらの層は、少なくとも一部が、発光放射またはポンプ放射に対する光学的層厚(すなわち、層厚に屈折率を乗じたもの)として、発光放射のピーク波長の約1/4、またはポンプ放射のピーク波長の約1/4を有することができる。
誘電体層は、好ましくはあらかじめ作製された半導体本体2の上に堆積させることができる。このステップは、例えば、スパッタリングあるいは蒸着によって行うことができる。光取り出し層7は、例えば、酸化物(例:TiOまたはSiO)、窒化物(例:Si)、または酸窒化物(例:酸窒化ケイ素)を含んでいることができる。具体的には、SiO層およびSi層を備えている一対の層は、光取り出し層に適している。
光取り出し層について説明した特徴は、反射層28にもあてはまる。
説明した垂直構造を有する半導体本体2の上または内部に、ラテラル構造を形成することができる。一例として、ラテラル構造は、DFB半導体レーザーまたはDBR半導体レーザーの構造に従って具体化することができる。
図2は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの第2の例示的な実施形態における、ポンプ領域3および発光領域4を備えている半導体本体2の部分領域における伝導帯端Eおよび価電子帯端Eの概略的なプロファイルを示している。この第2の例示的な実施形態は、図1に関連して説明した第1の例示的な実施形態に実質的に対応している。
この場合、プロット上のz方向は、半導体本体2の半導体層列の半導体層の主延在方向に垂直である。したがって、z方向は、この半導体層の堆積方向に沿っている。
図1に関連して説明したように、ポンプ領域3および発光領域4のそれぞれは量子構造を備えており、一例として、ポンプ領域3が3つの量子井戸層31を備えており、発光領域4が1つの量子井戸層41を備えている。伝導帯端と価電子帯端との間のエネルギ差は、ポンプ領域3の量子井戸層31よりも発光領域4の量子井戸層41の方が小さい。したがって、ポンプ領域3の量子井戸層31において電子−ホール対の発光再結合によって発生する放射を、発光領域4、具体的には量子井戸層41において吸収させることができる。したがって、ポンプ放射のピーク波長よりも大きいピーク波長を有するコヒーレントな放射を、発光領域4において電子−ホール対の再結合によって発生させることができる。伝導帯端および価電子帯端の図示したプロファイルは、個々の半導体層の伝導帯端および価電子帯端の基本的なプロファイル(nominal profile)を概略的に示しているにすぎない。この極めて単純化した図においては、界面効果に起因するこれらのプロファイルの変化は考慮していない。
図1に関連して説明した例示的な実施形態とは異なり、半導体本体2に電荷担体バリア50が形成されている。この電荷担体バリアは、発光領域4とポンプ領域3との間に配置されている。
電荷担体バリア50は中間層5に形成されており、電荷担体バリアは、隣接する半導体材料よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料を含んでいる。一例として、電荷担体バリアを、10%〜30%の間(両端を含む)、好ましくは15%〜25%の間(両端を含む)のアルミニウム含有量を有するAlGaN電荷担体バリアとして、GaN中間層に具体化することができる。電荷担体バリアの厚さは、例えば、10nm〜50nmの間(両端を含む)(例:20nm)とすることができる。
電荷担体バリア50は、隣接する半導体材料の価電子帯端よりも低いエネルギ準位にある価電子帯端を有する。したがって、ポンプ領域3の一方の側からポンプ領域を通って発光領域4に達するホールの電流フローを回避することができる。このようにして、ポンプ領域3の中での電荷担体の発光再結合が促進される。その一方で、電荷担体バリア50の領域における伝導帯端のプロファイルは一定レベルであり、したがって、電子は妨げられることなく電荷担体バリアをポンプ領域の方に通過することができる。
図3Aおよび図3Bは、それぞれ、オプトエレクトロニクスコンポーネントの第3および第4の例示的な実施形態における、ポンプ領域3および発光領域4を備えている半導体本体2の部分領域における伝導帯端Eおよび価電子帯端Eの概略的なプロファイルを示している。これらのプロファイルは、図2と同様に、個々の半導体層の伝導帯および価電子帯の基本的なプロファイルを概略的に示しているにすぎず、界面効果は考慮していない。
図3Aに示した第3の例示的な実施形態は、図2に関連して説明した第2の例示的な実施形態に実質的に対応している。
第2の例示的な実施形態の変更形態として、発光領域4は、一例として3つの量子井戸層41を備えている。
さらに、第2の例示的な実施形態とは異なり、トンネルバリア51として具体化されている電荷担体バリア50が、ポンプ領域3と発光領域4との間に形成されている。
トンネルバリア51の場合には、伝導帯端Eは、隣接する半導体材料よりも高いエネルギ準位にある。同時に、価電子帯端Eは、隣接する半導体材料よりも低いエネルギ準位にある。トンネルバリアは、好ましくは最大で10nm、特に好ましくは最大で5nm(例えば2nm)の厚さを有する。隣接する半導体材料がGaNである場合、トンネルバリアとして、例えば30%〜70%の間(両端を含む)のアルミニウム含有量を有するAlGaN層が適している。
このようにして具体化されているトンネルバリアの場合においては、ホールの透過確率が電子の透過確率よりも低い。したがって、ホールの通過が妨げられるうるのに対して、電子は実質的に妨げられることなくトンネルバリアを通過することができる。したがって、トンネルバリア51はホールバリアを構成している。
発光領域4から遠い方のポンプ領域3の側には、電子バリアとして具体化されているさらなる電荷担体バリア55が配置されている。この場合、この電子バリアは、隣接する半導体層の伝導帯端よりも高いエネルギ準位にある伝導帯端を有する。その一方で、価電子帯端のプロファイルは、隣接する半導体材料と実質的に同じエネルギ準位にあり、したがって、ホールは実質的に妨げられることなく電子バリアをポンプ領域3の方に通過することができる。
一例として、GaN半導体材料に隣接する電子バリアとしては、10%〜30%の間(両端を含む)、好ましくは15%〜25%の間(両端を含む)のアルミニウム含有量を有するAlGaN半導体層が適している。電子バリアの厚さは、例えば、10nm〜50nmの間(両端を含む)(例:20nm)とすることができる。
したがって、半導体本体2は、2つの異なる種類の電荷に対してそれぞれの各電荷担体バリアを備えている。このようにして、半導体本体に注入される電荷担体の発光再結合を、特に効果的にポンプ領域に限定することができる。
示した例示的な実施形態の変更形態として、ホールバリアとして具体化されている電荷担体バリア50を省くこともできる。したがって、この場合には、オプトエレクトロニクスコンポーネントは電子バリアのみを備えている。
オプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態(図3Bのベースとなっている)は、図3Aに関連して説明した第3の例示的な実施形態に実質的に対応している。第3の例示的な実施形態とは異なり、ホールバリアとして機能する電荷担体バリア50は、トンネルバリアとして具体化されていない。この場合、ホールバリアは、図2に関連して説明したように具体化することができる。
図4は、図3Bに関連して説明したオプトエレクトロニクスコンポーネントの第4の例示的な実施形態における、伝導帯端のプロファイル401および価電子帯端のプロファイル402のシミュレーションの結果を示している。さらに、この図は、垂直方向zに沿った位置の関数としての発光再結合Rのプロファイル403を示している。
電荷担体バリア50およびさらなる電荷担体バリア55(それぞれ、各場合において、ホールバリアおよび電子バリアを形成している)によって、半導体本体2の電気的ポンピング時の発光再結合Rを、特に効果的にポンプ領域に制限することができる。ポンプ領域3の量子井戸層の領域のみにおいて0でない値を有する、発光再結合Rのプロファイル403が、このことを示している。
ここに示した伝導帯端および価電子帯端のシミュレートされたプロファイルにおいては、図2、図3A、および図3Bにおけるプロファイルとは異なり、ピエゾ電界などの界面効果も考慮されている。このことは、例えば、発光領域4のインジウム含有量子井戸層と、隣接する半導体層との間の界面において、伝導帯端が突然に上昇し、その直後に降下していることから明らかである。
図5Aおよび図5Bは、それぞれ、図中に記載したさまざまな熱抵抗の場合における、注入電流Iの関数としての出力Pのシミュレーションの結果を示している。この場合、発光領域は、図5Aに示した曲線においては20μmの幅、図5Bに示した曲線においては10μmの幅を有する。この場合、この幅は、半導体本体の半導体層の主延在平面において発光方向に垂直に延びる発光領域の広がりに関連する。
これらのシミュレーションは、図1に関連して説明したように具体化されている構造に基づいている。ポンプ放射は紫外スペクトル範囲内にあり、発光放射は緑色のスペクトル範囲内にある。放射通過領域の部分については、紫外スペクトル範囲に対して90%の反射率、緑色のスペクトル範囲に対して10%の反射率であるものと想定した。光取り出し領域とは反対側に位置しており、同様に共振器領域を形成している、半導体本体の領域の反射率は、各場合において、紫外スペクトル範囲および緑色のスペクトル範囲に対して90%の反射率である。これらのシミュレーションによると、熱抵抗が3K/Wであるとき、発光放射は0.25Wを超える出力を有することができる。
図6A〜図6Cは、それぞれ、垂直方向zにおける、ポンプ放射の電磁界603,613,623と、発光放射の電磁界604,614,624のシミュレーションの結果を示している。
電磁界の分布は、各場合において正規化して示してある。さらに、曲線601,611,621は、それぞれ、屈折率の定性的プロファイルを示している。
図6A〜図6Cは、それぞれ、ポンプ領域3が一次光学モードにおいて動作するように設けられている場合を示している。発光領域4は、光学基本モードにおいて動作するように設けられている。
図示したシミュレーション曲線が取得された半導体層列は、発光領域4とポンプ領域3との間の距離が変わっていることにおいて互いに異なる。図6Aは、発光領域4がポンプ放射の光学モードの節点付近に配置されている場合を示している。したがって、ポンプ放射と発光領域との間の光学的結合性は、比較的小さい。図6Bおよび図6Cに示したように、ポンプ領域と発光領域との間の距離を変化させることによって(図示した場合には距離を大きくすることによって)、ポンプ放射と発光領域との間の光学的結合性を増大させることが可能である。したがって、半導体層列の半導体層の層厚を適切に選択することによって、具体的には、ポンプ領域と発光領域との間の距離によって、この光学的結合性の強さを設定することが可能である。光学的結合性が高いほど、発光領域において吸収することのできるポンプ放射の割合が大きい。結果として、発光放射の出力も増大させることができる。
図7は、垂直方向における伝導帯端のプロファイル701およびフェルミ準位のプロファイル702のシミュレーションの結果を示している。さらに、図7は、電子密度分布703を示している。これらのシミュレーションは、各場合において、オプトエレクトロニクスコンポーネントの(図3Bに関連して説明した)第4の例示的な実施形態(この実施形態は図4のベースにもなっている)に基づいている。
図8は、これに対応する電流密度jを、電圧降下Uの関数として示している。このシミュレーションは、一例として、3つの量子井戸層を備えている発光領域4の影響を示しており、これらの量子井戸層は、各場合において10%のインジウム含有量を有する。インジウム含有量子井戸層と、隣接するGaN層との間の界面に発生するピエゾバリアに起因して、さらなる電圧降下が起こり、これによって、オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作電圧が上昇する。
しかしながら、図8に示したように、このさらなる電圧降下は、80kA/cmの電流密度においてわずかに1Vである。したがって、高いインジウム含有量にもかかわらず、発光領域4の量子井戸層によって動作電圧が少し上昇するのみであり、したがって、オプトエレクトロニクスコンポーネントのオプトエレクトロニクス特性が大きく低下することはない。
図9は、光取り出し層の2つの異なる例示的な実施形態における、波長λの関数としての反射率Rのシミュレーションの結果を示している。光取り出し層は、各場合において多層構造に形成されており、ブラッグミラーの形として具体化されている。図示した曲線120および曲線121は、各場合において405nm〜470nmの波長範囲において少なくとも90%の極めて高い反射率を有する。520nmの波長においては、曲線120の場合に反射率はほぼ0%であるのに対し、曲線121の場合には反射率が約50%である。図示したシミュレーションは、光取り出し層のブラッグミラーの層厚を変化させることによって、放射通過領域が青色または紫外スペクトル範囲においてポンプ放射に対する極めて高い反射率を有するように、放射通過領域を具体化できることを示している。同時に、発光放射に対する反射率を、オプトエレクトロニクスコンポーネントの要求条件に適合するように、広範囲にわたり設定することができる。
図10は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの第5の例示的な実施形態を概略的に示している。この場合、半導体層列を有する半導体本体2は、具体的には、図1、図2、図3A、または図3Bに関連して説明したように具体化することができる。図示したオプトエレクトロニクスコンポーネント1は、共振器85の端部ミラーとしての役割を果たす外部ミラーを備えている。したがって、共振器85は外部共振器として具体化されている。
半導体本体2および外部ミラー8は、取り付け支持体95の上に配置されており、好ましくは機械的に安定的に取り付け支持体95に結合されている。
外部ミラー8は半導体本体2から隔置されている。したがって、発光放射は、半導体本体2から外部ミラー8まで自由伝搬領域を通る。この自由伝搬領域には、非線形光学素子9(例えば、非線形光学結晶)を配置することができる。この非線形光学素子によって、発光放射もしくはポンプ放射、またはその両方を、非線形光学周波数混合、具体的には周波数逓倍(例えば、周波数2逓倍)によって、別の波長の放射に変換することができる。一例として、532nmの波長を有する緑色の放射を、周波数2逓倍によって、266nmの波長を有する紫外線放射にすることができる。
図示した例示的な実施形態においては、半導体本体の放射通過領域26は、ポンプ放射に対して高い反射率を有し、かつ発光放射に対して極めて低い反射率(例えば20%以下、好ましくは10%以下)を有するように、具体化することができる。このようにして、放射通過領域26は、ポンプ放射に対する共振器の端部領域を構成することができ、その一方で、外部ミラー8が、発光放射に対する共振器の端部領域を形成する。したがって、発光放射およびポンプ放射が、異なる長さを有する共振器において発振することができる。図示した例示的な実施形態の変更形態として、異なるタイプの共振器(例えば、リング共振器)において発光放射を発振させることもできる。この場合、放射通過領域26とは反対側に位置する半導体本体の側面領域が、発光放射に対する比較的低い反射率(例えば、20%以下、好ましくは10%以下)を有することができる。
図11は、オプトエレクトロニクスコンポーネントの第6の例示的な実施形態を側面図として概略的に示している。発光領域4およびポンプ領域3を備えている半導体本体2に加えて、このオプトエレクトロニクスコンポーネントは、放射受信器200を備えている。
この放射受信器200は、さらなる半導体層列210を備えている。このさらなる半導体層列の層構造(特に、その放射感受領域)は、発光領域4およびポンプ領域3を備えている半導体層列の層構造に、少なくとも部分的に一致している。したがって、放射受信器200の半導体層列と、ポンプ領域3および発光領域4を備えている半導体層列とを、共通の堆積ステップにおいて、例えばMOCVDまたはMBEによって形成することができる。
放射受信器200と、発光領域およびポンプ領域を備えている半導体本体2は、共通のキャリア29の上に配置することができ、共通のキャリア29は、半導体層列の成長基板によって形成することができる。したがって、このタイプのオプトエレクトロニクスコンポーネントにおいては、発光領域4と、ポンプ領域3と、放射受信器200の放射感受領域とを、モノリシックに集積化することができる。
放射受信器は、キャリア29から遠い方の側にコンタクト層63を備えている。放射受信器のコンタクト層は、コンタクト層61と一緒に堆積させることができる。
オプトエレクトロニクスコンポーネント1の動作時、コンタクト層63と第2のコンタクト層62との間で検出信号を取り出すことができる。
一例として、発光放射もしくはポンプ放射、またはその両方の強度を、放射受信器200によって監視することができる。この目的のための追加のオプトエレクトロニクスコンポーネントを省くことができる。
本特許出願は、独国特許出願第102007045463.7号および独国特許出願第102007058952.4号の優先権を主張するものであり、これらの文書の開示内容全体は、参照によって本出願に組み込まれるものとする。
本発明は、例示的な実施形態に基づいての説明によって制約されることはない。本発明は、任意の新規の特徴と、特徴の任意の組合せ(特に、特許請求項における特徴の任意の組合せを含む)を備えており、このことは、これらの特徴あるいは組合せ自体が請求項または例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、該当するものとする。

Claims (14)

  1. 半導体層列を有する半導体本体(2)を備えているオプトエレクトロニクスコンポーネント(1)であって、
    − 前記半導体本体(2)の前記半導体層列が、ポンプ放射を発生させるように設けられているポンプ領域(3)と、発光放射を発生させるように設けられている発光領域(4)と、を備えており、
    − 前記ポンプ領域(3)および前記発光領域(4)が、上下に積み重なって配置されており、
    − 前記発光領域(4)および前記ポンプ領域(3)が2つのクラッド層(20,23)の間に配置されており、前記クラッド層(20,23)によって、前記ポンプ放射および前記発光放射が共通して横方向に導波され、
    − 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント(1)の動作時、前記ポンプ放射が前記発光領域(4)に光ポンピングを行い、
    − 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント(1)の動作時、前記発光放射が前記半導体本体(2)から横方向に現れ、
    前記横方向とは、前記半導体層列の前記半導体層の主延在平面に進む方向であり、
    前記発光放射および前記ポンプ放射が前記横方向に伝搬し、
    前記オプトエレクトロニクスコンポーネントの動作時、前記ポンプ領域(3)が電気的ポンピングされ、一方の種類の電荷の電荷担体が前記発光領域(4)を通って前記ポンプ領域(3)に注入され、
    前記発光放射および前記ポンプ放射は、共線的に進行し、
    − 前記オプトエレクトロニクスコンポーネント(1)は、半導体レーザーダイオードであり、
    − 前記発光放射は、緑色のスペクトル範囲内のコヒーレントなレーザー放射であり、
    − 前記ポンプ領域(3)が第1のインジウム濃度を有する少なくとも1つの量子井戸層(31)を備え、
    − 前記発光領域(4)が、第2のインジウム濃度を有する少なくとも1つの量子井戸層(41)を備え、
    − 前記半導体層列が、前記量子井戸層に隣接するバリア層(32)を備え、
    − 前記第1のインジウム濃度は前記第2のインジウム濃度よりも低く、その結果、インジウム含有量子井戸層と、隣接する前記バリア層(32)との間の界面に発生するピエゾバリアに関して、前記ポンプ領域(3)の前記少なくとも1つの量子井戸層(31)への電荷担体の注入が前記発光領域(4)の前記少なくとも1つの量子井戸層(31)への注入と比較して、容易に行われるようになっている、
    オプトエレクトロニクスコンポーネント。
  2. − 前記発光放射のピーク波長は、前記ポンプ放射のピーク波長よりも大きく、
    − 前記発光放射の前記ピーク波長は、490nm〜570nmの間の範囲(両端を含む)の緑色のスペクトル範囲内である、
    請求項1に記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  3. − 電荷担体バリア(50)が前記半導体本体(2)に形成されており、
    − 前記電荷担体バリア(50)が、前記発光領域(4)と前記ポンプ領域(3)との間に配置されており、
    − 前記電荷担体バリア(50)が、前記電荷担体バリア(50)に隣接する半導体材料よりも大きいバンドギャップを有する半導体材料を含んでいる、
    請求項1または請求項に記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  4. − 前記電荷担体バリア(50)が、前記隣接する半導体材料の価電子帯端よりも低いエネルギ準位にある価電子帯端を有し、その結果、前記ポンプ領域(3)の一方の側から前記発光領域(4)に達するホールの電流フローが回避され、
    − 前記電荷担体バリア(50)の領域における伝導帯端のプロファイルは一定レベルであり、その結果、電子は妨げられることなく前記電荷担体バリア(50)を前記ポンプ領域(3)の方に通過する、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  5. − 前記電荷担体バリア(50)がトンネルバリア(51)として具体化されており、
    − 前記電荷担体バリア(50)の伝導帯端は、前記隣接する半導体材料よりも高いエネルギ準位にあり、
    − 前記電荷担体バリア(50)の価電子帯端は、前記隣接する半導体材料よりも低いエネルギ準位にある、
    請求項に記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  6. 前記発光領域(4)と前記ポンプ領域(3)との間の距離が、前記ポンプ放射の所定の割合が前記発光領域(4)に光学的に結合するように、設定されている、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  7. 前記発光領域(4)および前記ポンプ領域(3)が、それぞれ、同じ次数の光学モードにおいて動作するように、垂直方向に設けられている、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  8. 前記発光領域(4)および前記ポンプ領域(3)が、互いに異なる次数を有する光学モードにおいて動作するように、垂直方向に設けられている、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  9. 前記発光領域(4)もしくは前記ポンプ領域(3)、またはその両方が、AInGa1−x−yN、AlInGa1−x−ySb、AlInGa1−x−yAs、またはAlInGa1−x−yである、III−V属半導体材料を含んでおり、それぞれ0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1である、あるいは、最大で5%の窒素含有量を有するIII−V属半導体材料を含んでいる、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  10. 前記発光領域(4)もしくは前記ポンプ領域(3)、またはその両方が、量子構造を備えており、前記発光領域(4)および前記ポンプ領域(3)が、それぞれ、量子井戸層(31,41)を備えており、前記発光領域(4)の前記量子井戸層(41)に隣接する半導体層(5,21)のバンドギャップが、前記ポンプ領域(3)の前記量子井戸層(31)に隣接する半導体層(32,22,5)のバンドギャップに一致している、
    請求項1から請求項のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  11. 前記半導体本体(2)が、前記ポンプ放射に対する反射率よりも低い、前記発光放射に対する反射率を有するように具体化されている放射通過領域(26)、を有する、
    請求項1から請求項10のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  12. 前記半導体本体(2)が、前記発光放射および前記ポンプ放射が共線的に通過する放射通過領域(26)、を有する、
    請求項1から請求項10のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  13. 放射受信器(200)を備えており、前記放射受信器(200)がさらなる半導体層列(210)を備えており、前記半導体層列(210)の層構造が、前記ポンプ領域(3)および前記発光領域(4)を有する前記半導体層列の層構造に少なくとも部分的に一致している、
    請求項1から請求項12のいずれかに記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
  14. − 前記半導体層列と前記さらなる半導体層列(210)とが、共通の半導体層列からエピタキシャル成長させて形成され、
    − 前記発光放射もしくは前記ポンプ放射、またはその両方の強度を、放射受信器によって監視することができる、
    請求項13に記載のオプトエレクトロニクスコンポーネント。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9397580B1 (en) 2006-06-06 2016-07-19 Ideal Power, Inc. Dual link power converter
US9678519B1 (en) 2006-06-06 2017-06-13 Ideal Power, Inc. Voltage control modes for microgrid applications
US9431888B1 (en) 2006-06-06 2016-08-30 Ideal Power, Inc. Single-phase to three phase converter AC motor drive
US9647568B1 (en) 2013-02-15 2017-05-09 Ideal Power, Inc. Bi-directional multi-port applications
US9124095B1 (en) 2013-02-15 2015-09-01 Ideal Power Inc. Islanding detection in power converters
US9407133B1 (en) 2013-02-15 2016-08-02 Ideal Power, Inc. Active power conditioner
US9614458B1 (en) 2013-02-15 2017-04-04 Ideal Power, Inc. Methods for determining maximum power point tracking in power converters
US9219406B1 (en) 2013-02-15 2015-12-22 Ideal Power Inc. Systems and methods for assessing current in a resonant circuit
US9042131B2 (en) 2013-02-15 2015-05-26 Ideal Power Inc. Power-packet-switching converter with sequenced connection to link inductor
GB2531485B (en) 2013-12-11 2016-06-22 Ideal Power Inc Systems and methods for bidirectional device fabrication
WO2015109237A1 (en) 2014-01-16 2015-07-23 Ideal Power Inc. Structures and methods with reduced sensitivity to surface charge
DE102017111938B4 (de) * 2017-05-31 2022-09-08 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optisch gepumpte Halbleiterlaserdiode

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03126931A (ja) * 1989-10-12 1991-05-30 Fuji Photo Film Co Ltd 光波長変換デバイス
US5301204A (en) 1992-09-15 1994-04-05 Texas Instruments Incorporated Porous silicon as a light source for rare earth-doped CaF2 laser
US5796771A (en) * 1996-08-19 1998-08-18 The Regents Of The University Of California Miniature self-pumped monolithically integrated solid state laser
JPH11346021A (ja) * 1998-04-03 1999-12-14 Hewlett Packard Co <Hp> 発光装置およびその製造方法
EP1035623A1 (en) * 1998-12-04 2000-09-13 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw A device for emitting electromagnetic radiation and a method of producing such device
US8829546B2 (en) * 1999-11-19 2014-09-09 Cree, Inc. Rare earth doped layer or substrate for light conversion
JP4770058B2 (ja) * 2000-05-17 2011-09-07 日亜化学工業株式会社 発光素子及び装置
DE10026734A1 (de) * 2000-05-30 2001-12-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE10108079A1 (de) 2000-05-30 2002-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
US6493132B1 (en) 2001-02-14 2002-12-10 Agere Systems Guardian Corp. Monolithic optically pumped high power semiconductor lasers and amplifiers
US6879618B2 (en) * 2001-04-11 2005-04-12 Eastman Kodak Company Incoherent light-emitting device apparatus for driving vertical laser cavity
DE10129616A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterlaser, Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers und Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterlasers
US6714574B2 (en) * 2001-07-31 2004-03-30 Bookham Technology, Plc Monolithically integrated optically-pumped edge-emitting semiconductor laser
JP4047150B2 (ja) * 2002-11-28 2008-02-13 ローム株式会社 半導体発光素子
US7209506B2 (en) * 2003-07-31 2007-04-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically pumped semiconductor device and method for producing it
DE10345555A1 (de) * 2003-09-30 2005-05-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes und -empfangendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
US6947466B2 (en) * 2004-01-29 2005-09-20 Coherent, Inc. Optically pumped edge-emitting semiconductor laser
DE102004042146A1 (de) * 2004-04-30 2006-01-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte Halbleitervorrichtung
US7826511B1 (en) * 2005-03-25 2010-11-02 Hrl Laboratories, Llc Optically pumped laser with an integrated optical pump
DE102005048196B4 (de) * 2005-07-29 2023-01-26 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierender Halbleiterchip
KR100809413B1 (ko) * 2005-12-08 2008-03-05 한국전자통신연구원 광검출기를 구비한 수직 공진 표면방출레이저 및 그제조방법

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