JPH02302085A - 電気励起キャビティ・レーザ装置 - Google Patents
電気励起キャビティ・レーザ装置Info
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- JPH02302085A JPH02302085A JP2107735A JP10773590A JPH02302085A JP H02302085 A JPH02302085 A JP H02302085A JP 2107735 A JP2107735 A JP 2107735A JP 10773590 A JP10773590 A JP 10773590A JP H02302085 A JPH02302085 A JP H02302085A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、低レーザしきい電流を目指して設計された電
気励起垂直キャビティ・レーザ構造に関する。個別（デ
ィスクリートな）素子も考察しているが、重要な特徴は
、しきい値の低減（及び、これに伴う発熱量の低下）に
よって今や実用的となった集積化可能な構造である。
気励起垂直キャビティ・レーザ構造に関する。個別（デ
ィスクリートな）素子も考察しているが、重要な特徴は
、しきい値の低減（及び、これに伴う発熱量の低下）に
よって今や実用的となった集積化可能な構造である。
［従来の技術］
最近の開発においては、個別素子によるものであれ、集
積化されたものであれ、高価でなく信頼性のあるレーザ
の要求に注意が向けられることが多い。非常に多くの専
門分野、幾つか挙げれば、光通信、医療診断、兵器、基
礎科学的研究などにおいてレーザは重要なのであるが、
開発に関しては極めて肝心な点で遅れている。高密度小
型集積素子が利用できないことに起因する空白が特に顕
著である。
積化されたものであれ、高価でなく信頼性のあるレーザ
の要求に注意が向けられることが多い。非常に多くの専
門分野、幾つか挙げれば、光通信、医療診断、兵器、基
礎科学的研究などにおいてレーザは重要なのであるが、
開発に関しては極めて肝心な点で遅れている。高密度小
型集積素子が利用できないことに起因する空白が特に顕
著である。
例えば、−チップ上の素子間の通信、チップ間の通信、
並びに目下のところは半導体素子に依存しているスイッ
チング、増幅、及びその他の機能の実施を可能にする真
に集積可能なレーザが導入されれば、様々の重要な利点
がもたらされるであろう。全光型の回路を使用すれば、
計算速度を倍加することができると推定される。投影型
ディスプレイやプリンタに高密度レーザ配列を利用すれ
ば、産業界に相当な影響を与えるであろう。
並びに目下のところは半導体素子に依存しているスイッ
チング、増幅、及びその他の機能の実施を可能にする真
に集積可能なレーザが導入されれば、様々の重要な利点
がもたらされるであろう。全光型の回路を使用すれば、
計算速度を倍加することができると推定される。投影型
ディスプレイやプリンタに高密度レーザ配列を利用すれ
ば、産業界に相当な影響を与えるであろう。
光学的な相互接続は、一般に光学的作用のみならず電子
的作用を行うのに適した材料で構成された集積回路に組
み込むことが考慮される。例えば、適切なバンドギャッ
プ値を有する■−■族化合物やその他の化合物半導体を
使用することは、光電子集積回路に役立つものと思われ
る。光学作用は、シリコン技術と共に重要な役割を果た
すことができる。シリコン回路は恐らく暫くは電子的優
位性が続くが、他の材料のチップと重ね合わせることに
よって、例えばチップ間通信を行うなどの光学的能力を
備えることができる。ファイバ光学系の急速な導入によ
り、既に遠距離通信には大変革が起こった。レーザが安
く利用できれば、ファイバ光学系は、（工業においても
、家庭においても）加入者線の布設と端末の接続の両方
に拡張されることになる。
的作用を行うのに適した材料で構成された集積回路に組
み込むことが考慮される。例えば、適切なバンドギャッ
プ値を有する■−■族化合物やその他の化合物半導体を
使用することは、光電子集積回路に役立つものと思われ
る。光学作用は、シリコン技術と共に重要な役割を果た
すことができる。シリコン回路は恐らく暫くは電子的優
位性が続くが、他の材料のチップと重ね合わせることに
よって、例えばチップ間通信を行うなどの光学的能力を
備えることができる。ファイバ光学系の急速な導入によ
り、既に遠距離通信には大変革が起こった。レーザが安
く利用できれば、ファイバ光学系は、（工業においても
、家庭においても）加入者線の布設と端末の接続の両方
に拡張されることになる。
他に関係があるものとしては、正確な位置決めのための
操縦可能なビーム、及び高出力配列が含まれる。
操縦可能なビーム、及び高出力配列が含まれる。
このような潜在的な用途も見逃されていない。
世界的な熱心な努力の結果、相当の進歩を遂げた。
最近の研究により、分子線エピタキシー（ＭＢＥ ：
Ｍ。
Ｍ。
１ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｔａｘｙ）及び有機金
属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａ
ｎｉｃ ＣｈｅｌＩｌｆｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）などの複雑な製造技術の恩恵から小型の
素子が作られるようになった。特に、ＭＢＥは、寸法制
御、寸法の一様性、欠陥の排除、及び正面の平滑性が全
て波長の微細さで要求される多層の構造の出現の賜のと
言わなければならない。表面放射垂直レーザでは、（Ｄ
Ｂ’Ｒ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆ
’１ｃｃｔｏｒ型の）キャビティを形成するためだけで
はなく、（例えば、量子井戸の形の）活性領域にそのよ
うな多層構造を利用することもできる。
属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａ
ｎｉｃ ＣｈｅｌＩｌｆｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）などの複雑な製造技術の恩恵から小型の
素子が作られるようになった。特に、ＭＢＥは、寸法制
御、寸法の一様性、欠陥の排除、及び正面の平滑性が全
て波長の微細さで要求される多層の構造の出現の賜のと
言わなければならない。表面放射垂直レーザでは、（Ｄ
Ｂ’Ｒ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆ
’１ｃｃｔｏｒ型の）キャビティを形成するためだけで
はなく、（例えば、量子井戸の形の）活性領域にそのよ
うな多層構造を利用することもできる。
レーザがあまり一般的に利用されないのは、主にレーザ
の動作に伴う熱の発生が障害となるためである。これは
集積化の場合、特にそ集積化の主たる目的である集積密
度の向上に伴って問題が悪化する一方だからである。所
与のレベルの動作効率に対して放熱の必要性はレーザ発
振しきい値が低下するほど低くなる。モしてレーザ発振
しきい値は材料のを効体積に一般には直線的に依存する
。
の動作に伴う熱の発生が障害となるためである。これは
集積化の場合、特にそ集積化の主たる目的である集積密
度の向上に伴って問題が悪化する一方だからである。所
与のレベルの動作効率に対して放熱の必要性はレーザ発
振しきい値が低下するほど低くなる。モしてレーザ発振
しきい値は材料のを効体積に一般には直線的に依存する
。
主として、この体積を減少させる方向で努力がなされて
きた。
きた。
キャビティ構造がミラー間の有効な材料の厚さ決定する
重要な要素である。レーザ発振構造の最も必要な条件は
、励起放射を生じさせる行程利得（ｐｅｒ−ｐａｓｓ
ｇａｉｎ）を与える反射率／損失特性である。最近発表
された研究によれば、表面放出構造において量子井戸を
仁か１つしか持たずにレーザ発振を可能とした点におい
てこの特性を限界まで持っていったようである（１９８
９年１２月１１日の「応用物理レターズ（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈ１ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｊの第５５（２
４）巻、ｐ、２４７３−ｐ、２４７５参照）。この研究
成果は、はぼ完全に近い反射率によっている。この反射
率はそれぞれが約２０周期のＤＢＲミラーを使用した結
果得られた９８０ｎｍのレーザ波長に対して９９．９％
である。実験は初めのうちは光学的励起を基本としてい
たが、直ちに電気励起（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｕｍ
ｐｉｎｇ）による兆候を認識したとのことである。
重要な要素である。レーザ発振構造の最も必要な条件は
、励起放射を生じさせる行程利得（ｐｅｒ−ｐａｓｓ
ｇａｉｎ）を与える反射率／損失特性である。最近発表
された研究によれば、表面放出構造において量子井戸を
仁か１つしか持たずにレーザ発振を可能とした点におい
てこの特性を限界まで持っていったようである（１９８
９年１２月１１日の「応用物理レターズ（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈ１ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｊの第５５（２
４）巻、ｐ、２４７３−ｐ、２４７５参照）。この研究
成果は、はぼ完全に近い反射率によっている。この反射
率はそれぞれが約２０周期のＤＢＲミラーを使用した結
果得られた９８０ｎｍのレーザ波長に対して９９．９％
である。実験は初めのうちは光学的励起を基本としてい
たが、直ちに電気励起（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｕｍ
ｐｉｎｇ）による兆候を認識したとのことである。
電気励起は、商用的に最も意義ある素子がとる形式であ
るが問題もある。ＤＢＲは明らかに今のところ最良の方
法であるが、本質的には直列の電気励起経路に使用する
には望ましい電気的特性を持っていない。適度な透過性
、屈折率（ｎ）、及び層間屈折率の差（Δｎ）を有する
最適化したブロッグ構造はＩ”Ｒの損失・発熱１ノベル
を招くが、結果的に有効材料の体積を増加させる必要が
ある（そして、そうすると益々発熱鼻が増す）。あるレ
ベルを越えるとそれ以上体積を増やしても補償できない
ほど発熱するようになる。必要なｐｎ接合を作り出すよ
うにＤＢＲを修正するためには、ドーピングが必要であ
るがこれを行うと結果的に散乱中心を生じ、従って損失
も増えることになる（そして、有効材料の体積をさらに
増やすことが必要になる）。多くの設計項目のうち考慮
すべき重要な事柄は放出方向への厚さである。これは回
折効果は別として損失も利得も一般に横方向の寸法、通
常は横の面積に直線的に依存するがらである。
るが問題もある。ＤＢＲは明らかに今のところ最良の方
法であるが、本質的には直列の電気励起経路に使用する
には望ましい電気的特性を持っていない。適度な透過性
、屈折率（ｎ）、及び層間屈折率の差（Δｎ）を有する
最適化したブロッグ構造はＩ”Ｒの損失・発熱１ノベル
を招くが、結果的に有効材料の体積を増加させる必要が
ある（そして、そうすると益々発熱鼻が増す）。あるレ
ベルを越えるとそれ以上体積を増やしても補償できない
ほど発熱するようになる。必要なｐｎ接合を作り出すよ
うにＤＢＲを修正するためには、ドーピングが必要であ
るがこれを行うと結果的に散乱中心を生じ、従って損失
も増えることになる（そして、有効材料の体積をさらに
増やすことが必要になる）。多くの設計項目のうち考慮
すべき重要な事柄は放出方向への厚さである。これは回
折効果は別として損失も利得も一般に横方向の寸法、通
常は横の面積に直線的に依存するがらである。
例えば、１９８８年７月２１日の「エレクトロニクス
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
Ｊ第２４＠、第１５号＜ｐ、９８２−９２９）に示され
た方向は、この問題を避けるために、電気路と光路とを
区別しようとするものである。この論文では、厚さ３８
ｍ直径３０μｍの活性領域を有する表面放出レーザ（Ｓ
ｕｒｆａｃｅ Ｅｎ＋ｉｔｔｉｎｇ Ｌａ５ｅｒ）を、
電流密度３０ｋＡ／ｃｉｆに相当するしきい電流Ｉｔｈ
−２００ｍＡでパルス駆動して室温下で動作させていた
。この例のキャビティは、ＤＢＲを１つだけ使用し、反
対側は従来の単面反射器に依っていた。この著者のＤＢ
Ｒをｎ型の側に置くという判断は、明らかにｐ型のドー
ピングにより電気抵抗が増大することによって余儀なく
されたものである。やはり別個の電流路と光路との使用
に依存する他の方法では、例えば有効材料とミラーとの
界面において、横方向に電流をポンプ注入するために種
々の方法が使用されている。「応用物理レターズＪ
（１９８７年１１月２３日）の第５１巻、第２１号、ｐ
。１６５５−ｐ、１６５７参照。
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
Ｊ第２４＠、第１５号＜ｐ、９８２−９２９）に示され
た方向は、この問題を避けるために、電気路と光路とを
区別しようとするものである。この論文では、厚さ３８
ｍ直径３０μｍの活性領域を有する表面放出レーザ（Ｓ
ｕｒｆａｃｅ Ｅｎ＋ｉｔｔｉｎｇ Ｌａ５ｅｒ）を、
電流密度３０ｋＡ／ｃｉｆに相当するしきい電流Ｉｔｈ
−２００ｍＡでパルス駆動して室温下で動作させていた
。この例のキャビティは、ＤＢＲを１つだけ使用し、反
対側は従来の単面反射器に依っていた。この著者のＤＢ
Ｒをｎ型の側に置くという判断は、明らかにｐ型のドー
ピングにより電気抵抗が増大することによって余儀なく
されたものである。やはり別個の電流路と光路との使用
に依存する他の方法では、例えば有効材料とミラーとの
界面において、横方向に電流をポンプ注入するために種
々の方法が使用されている。「応用物理レターズＪ
（１９８７年１１月２３日）の第５１巻、第２１号、ｐ
。１６５５−ｐ、１６５７参照。
要するに、例えばＩＣに必要とされるような真の低しき
い電流素子が無いのは、一つには（一致する電流路と光
路を使用する装置としては）絶対的に抵抗が高いこと、
さらには（別個の電流路と光路を使用する装置としては
）装置の機能上の問題に加え製造が難しいことが原因で
ある。
い電流素子が無いのは、一つには（一致する電流路と光
路を使用する装置としては）絶対的に抵抗が高いこと、
さらには（別個の電流路と光路を使用する装置としては
）装置の機能上の問題に加え製造が難しいことが原因で
ある。
［発明の概要コ
本発明の特徴は特定のレーザ構造にある。この構造は一
般に垂直キャビティ・レーザとして分類され、エツジ放
出型の素子と区別するために面放出レーザと呼ばれるこ
ともある。本発明のレーザは、比較的薄い活性領域（１
μｍ以下の薄さの領域）を使用することから実現され、
レーザ・キャビティの両側にＤＢＲミラーを使用するこ
とによる卓越した反射率損失特性によっても可能とされ
る低レーザ発振しきい値が実現可能である。本発明の方
法による電気ボンピングは、励起レーザ・ビームの一般
垂直方向と同じ方向の両ＤＢＲミラーによる電流通路に
依存する（専門用語で用いられる電流通路は、垂直キャ
ビティ・レーザにおいてレーザ発振方向を定義する時に
使用される意味と同じ意味で「垂直」と言われる）。
般に垂直キャビティ・レーザとして分類され、エツジ放
出型の素子と区別するために面放出レーザと呼ばれるこ
ともある。本発明のレーザは、比較的薄い活性領域（１
μｍ以下の薄さの領域）を使用することから実現され、
レーザ・キャビティの両側にＤＢＲミラーを使用するこ
とによる卓越した反射率損失特性によっても可能とされ
る低レーザ発振しきい値が実現可能である。本発明の方
法による電気ボンピングは、励起レーザ・ビームの一般
垂直方向と同じ方向の両ＤＢＲミラーによる電流通路に
依存する（専門用語で用いられる電流通路は、垂直キャ
ビティ・レーザにおいてレーザ発振方向を定義する時に
使用される意味と同じ意味で「垂直」と言われる）。
本発明のレーザ構造は、全て２つのＤＢＲを使用するが
、２つのうちの一方は他方より周期の数が少ない（対に
成った層が少ない）。これによって、周期の少ない方の
ＤＢＲはそれ自体のために、所望のキャビティ反射率を
達成するには不適当である。この「欠陥のあるＪ ＤＢ
Ｒは通常の反射器、一般には通常の金属反射器によって
補われ、結果的に９８％を越える（殆どの場合、９９％
を越える）所望の反射率となる。結果としての「複合（
ハイブリッド）」ミラーはｐ導電形の側に置かれる。こ
のように配置は、ポンプ路の直列抵抗を減らすために非
常に効果的である。
、２つのうちの一方は他方より周期の数が少ない（対に
成った層が少ない）。これによって、周期の少ない方の
ＤＢＲはそれ自体のために、所望のキャビティ反射率を
達成するには不適当である。この「欠陥のあるＪ ＤＢ
Ｒは通常の反射器、一般には通常の金属反射器によって
補われ、結果的に９８％を越える（殆どの場合、９９％
を越える）所望の反射率となる。結果としての「複合（
ハイブリッド）」ミラーはｐ導電形の側に置かれる。こ
のように配置は、ポンプ路の直列抵抗を減らすために非
常に効果的である。
本発明の教える基本的な様態は、複合ミラーのＤＢＲ部
分の歪みとして通常は見なされるものの形をとるのが一
般的である。一般に、従来の反射器に最も近いＤＢＲ層
は、動作中のＤＢＲに通常必要と考えられる１／４波長
（または、整数倍）前後の厚さのものである。この層は
屈折率がもう一方のブラッグ層より小さければ、それよ
り薄くし、屈折率がそれより大きければそれより厚くし
て反射率を最大にしている。実施例において詳述するよ
うにλ／４層の厚さから逸脱するのは、その金属の反射
器が理想的ではなく、最終ブラッグ層（通常のミラーに
最も近い層）の前面及び背面から反射された放射線に相
殺的干渉が起こる原因となる特性透過深度を示す（この
金属の反射器の特性のために、通常のミラーも実際は厚
さを変えである）という事実があるからである。通常の
ミラーとブラッグ・ミラーとの間にオーム接続を補償す
るために「接触層」を差し挾む必要がある場合、この「
位相整合」の層の厚さはさらに相応に調節される。
分の歪みとして通常は見なされるものの形をとるのが一
般的である。一般に、従来の反射器に最も近いＤＢＲ層
は、動作中のＤＢＲに通常必要と考えられる１／４波長
（または、整数倍）前後の厚さのものである。この層は
屈折率がもう一方のブラッグ層より小さければ、それよ
り薄くし、屈折率がそれより大きければそれより厚くし
て反射率を最大にしている。実施例において詳述するよ
うにλ／４層の厚さから逸脱するのは、その金属の反射
器が理想的ではなく、最終ブラッグ層（通常のミラーに
最も近い層）の前面及び背面から反射された放射線に相
殺的干渉が起こる原因となる特性透過深度を示す（この
金属の反射器の特性のために、通常のミラーも実際は厚
さを変えである）という事実があるからである。通常の
ミラーとブラッグ・ミラーとの間にオーム接続を補償す
るために「接触層」を差し挾む必要がある場合、この「
位相整合」の層の厚さはさらに相応に調節される。
本発明のレーザ構造の他の面は周知である。そのような
考察を光学反射及び電気伝導度の両面からＤＢＲの材料
に適用する。このような他の構造の場合と同様に、活性
領域に導入された自由キャリアは逃げるのを防ぐために
バンドギャップが十分増大した「制限」層に閉じ込める
ことが望ましい。この構造の他の材料のようにほぼ欠陥
の無い基板材料は、他の必要事項と調和するように放出
されたレーザ・エネルギーに対して殆ど透過的である。
考察を光学反射及び電気伝導度の両面からＤＢＲの材料
に適用する。このような他の構造の場合と同様に、活性
領域に導入された自由キャリアは逃げるのを防ぐために
バンドギャップが十分増大した「制限」層に閉じ込める
ことが望ましい。この構造の他の材料のようにほぼ欠陥
の無い基板材料は、他の必要事項と調和するように放出
されたレーザ・エネルギーに対して殆ど透過的である。
本発明の構造は、個別素子であってもよいし、光電子Ｉ
Ｃまたは全光型ＩＣに組み込んでもよい。
Ｃまたは全光型ＩＣに組み込んでもよい。
電気路及び光路は、両ＤＢＲの全ての層を通るのが一般
的であるが通路が必ずしも同じではない例もある。一実
施例においては非複合反射器の最終ＤＢＲの全体が、基
板に接しておらず例えば光ファイバとの結合を容易にす
るために一部がエツチングによって露出されている。他
の実施例では例えばレーザの動作を監視するために金属
のミラーに孔を利用している。
的であるが通路が必ずしも同じではない例もある。一実
施例においては非複合反射器の最終ＤＢＲの全体が、基
板に接しておらず例えば光ファイバとの結合を容易にす
るために一部がエツチングによって露出されている。他
の実施例では例えばレーザの動作を監視するために金属
のミラーに孔を利用している。
［実施例］
第１図の素子には、閉じ込め層２及び３によって挾まれ
た活性層１を含む。低い方の反射器４は、高屈折率の層
５と低屈折率の層６とを交互に重ねてできた分布ブラッ
グ反射器である。この上方のＤＢＲは、ｐｎ接合のｎ型
の面として機能するので各層はｎ型のかなりの不純物で
ドーピングされている。通常のＤＢＲ構造と共通に層５
及び６の各厚さは、励起放出の波長に対しくＤＢＲが構
成されている材料中で測定した）１／４波長の整数倍、
一般には１／４波長（λ／４）に等しい。さらに詳述す
るように、層５−６の対の数（周期の数）は少なくも９
８％、一般には９９％以上の反射率を与えるのに十分な
数であり、この条件はここにおける少なくとも１つの例
において２３周期を使用することによって達成されてい
る。基板７は結晶が必要とされている通りに完全であり
、その他の点では製造（エピタキシャル成長）と動作に
適した構成と厚さである。
た活性層１を含む。低い方の反射器４は、高屈折率の層
５と低屈折率の層６とを交互に重ねてできた分布ブラッ
グ反射器である。この上方のＤＢＲは、ｐｎ接合のｎ型
の面として機能するので各層はｎ型のかなりの不純物で
ドーピングされている。通常のＤＢＲ構造と共通に層５
及び６の各厚さは、励起放出の波長に対しくＤＢＲが構
成されている材料中で測定した）１／４波長の整数倍、
一般には１／４波長（λ／４）に等しい。さらに詳述す
るように、層５−６の対の数（周期の数）は少なくも９
８％、一般には９９％以上の反射率を与えるのに十分な
数であり、この条件はここにおける少なくとも１つの例
において２３周期を使用することによって達成されてい
る。基板７は結晶が必要とされている通りに完全であり
、その他の点では製造（エピタキシャル成長）と動作に
適した構成と厚さである。
高い屈折率及び低い屈折率、ｎ５を夫々有するｐ型導電
材料の、一般にλ／４の厚さの層９及び１０が交互に重
なってできた下方のＤＢＲ８は、ＤＢＲ４より周期数が
少ない。最上ブラッグ層１１は、構造干渉（ｃｏｎｓｔ
ｒｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が最大と
なるように設計された「位相整合」層である。図示した
ＩＲ造に対し、通常のミラー１２の材料は層１１への信
頼できるオーム接触とはならない。この欠陥は接触層１
３を設けることによって取り除かれる。層１１が層９及
び１０の材料の多い方と少ない方のいずれから構成され
ているかによって、層１１はλ／４より厚かったり薄か
ったりする。層１１の実際の厚さは層１３が存在する場
合、レーザ放射線が層１３によってさらに変化してミラ
一層１２に進入することによって生じる位相遅れに決定
的に依存する。
材料の、一般にλ／４の厚さの層９及び１０が交互に重
なってできた下方のＤＢＲ８は、ＤＢＲ４より周期数が
少ない。最上ブラッグ層１１は、構造干渉（ｃｏｎｓｔ
ｒｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が最大と
なるように設計された「位相整合」層である。図示した
ＩＲ造に対し、通常のミラー１２の材料は層１１への信
頼できるオーム接触とはならない。この欠陥は接触層１
３を設けることによって取り除かれる。層１１が層９及
び１０の材料の多い方と少ない方のいずれから構成され
ているかによって、層１１はλ／４より厚かったり薄か
ったりする。層１１の実際の厚さは層１３が存在する場
合、レーザ放射線が層１３によってさらに変化してミラ
一層１２に進入することによって生じる位相遅れに決定
的に依存する。
構造上の特徴を幾つか詳細に説明する。例えば第１図に
示した装置は、装置の他の部分と比較して面積の小さい
複合ミラ一部分を有する。配列を作る場合、レーザが占
める全領域に亘る連続した層の付着形成が好都合である
ことがわかった。個々のレーザの分離は、寸法１４のメ
サ構造を形成する上方の閉じ込め層２の深さまでエツチ
ングすることによって行われる。勿論、これに代わる方
法も周知のことであり、エツチングされる材料の構成、
意図するレーザ構造の密度など、多くの要因によっては
好ましい場合もある。例えば、エツチングによよる分離
の変形として、分離する材料の導電性を減少させるよう
にイオン衝撃を利用するものがある。回路設計によって
下方のブラッグ層の分離も左右される。素子の製造は必
ずしもエツチングによる必要はないことは言うまでもな
いが、選択成長（たぶんマスキング）などによって成長
したような構造の結果である。この部分の説明を極める
ことが目的ではない。本発明の多くの特徴に適した製造
方法は周知でありその他の方法も出現するであろう。
示した装置は、装置の他の部分と比較して面積の小さい
複合ミラ一部分を有する。配列を作る場合、レーザが占
める全領域に亘る連続した層の付着形成が好都合である
ことがわかった。個々のレーザの分離は、寸法１４のメ
サ構造を形成する上方の閉じ込め層２の深さまでエツチ
ングすることによって行われる。勿論、これに代わる方
法も周知のことであり、エツチングされる材料の構成、
意図するレーザ構造の密度など、多くの要因によっては
好ましい場合もある。例えば、エツチングによよる分離
の変形として、分離する材料の導電性を減少させるよう
にイオン衝撃を利用するものがある。回路設計によって
下方のブラッグ層の分離も左右される。素子の製造は必
ずしもエツチングによる必要はないことは言うまでもな
いが、選択成長（たぶんマスキング）などによって成長
したような構造の結果である。この部分の説明を極める
ことが目的ではない。本発明の多くの特徴に適した製造
方法は周知でありその他の方法も出現するであろう。
第１図に例示した本発明の装置において重要なことは放
熱の必要があまりないことである。室温における実際の
動作は（ＣＷ動作に対し）デユーティ・サイクル１００
％まで達成可能である。しかしながら、冷却することが
望ましい環境がある。
熱の必要があまりないことである。室温における実際の
動作は（ＣＷ動作に対し）デユーティ・サイクル１００
％まで達成可能である。しかしながら、冷却することが
望ましい環境がある。
そのような環境としては、例えばミラーの屈折率を故意
に下げたり、活性層の厚さを故意に厚くすることを必要
とするような設計基準の他に、高出力を実現するために
故意にしきい値以上のポンピングをすることが含まれる
。このような構造には熱電気冷却手段によって補助され
るように放熱器の使用が役立つ。このような変更態様は
、当業者の技術の範囲内で十分考えられるので詳細には
論じない。
に下げたり、活性層の厚さを故意に厚くすることを必要
とするような設計基準の他に、高出力を実現するために
故意にしきい値以上のポンピングをすることが含まれる
。このような構造には熱電気冷却手段によって補助され
るように放熱器の使用が役立つ。このような変更態様は
、当業者の技術の範囲内で十分考えられるので詳細には
論じない。
第１図に、金属ミラ一層１２に付着した電極１５及び基
板の底面上のディポジット金属層の形をとる電極１６（
実施例においては、厚さ１５００オングストロームの金
ゲルマニューム合金層を使用した）による電気回路を概
略的に示す（例］）。
板の底面上のディポジット金属層の形をとる電極１６（
実施例においては、厚さ１５００オングストロームの金
ゲルマニューム合金層を使用した）による電気回路を概
略的に示す（例］）。
第２図において、曲線２０．２１．２２及び２３は、例
１の装置に印加した２０ｍＡ、２５ｍＡ。
１の装置に印加した２０ｍＡ、２５ｍＡ。
３０ ｍ Ａ ％及び４０ｍＡのポンプ電流に対する放
出スペクトラムを表す。この装置は直径１５μｍ、厚さ
０．５ｎｍのＧａＡｓの活性層を用いて、０゜８６２３
μｍでレーザ動作を行う。しきい値を下回る曲線２０は
自然発生的な放出の観察された詳細がよく分かるように
振幅を１０倍に拡大しである。曲線２１．２２、及び２
３は、全てしきい値以上であるが励起放出をスパイク２
１．２２、及び２３として明らかに示している。強度の
高まりを分かり易くし、全て同一波長の所に位置するス
パイクの重複をさけるために、同図は３次元の図表とし
て表す。
出スペクトラムを表す。この装置は直径１５μｍ、厚さ
０．５ｎｍのＧａＡｓの活性層を用いて、０゜８６２３
μｍでレーザ動作を行う。しきい値を下回る曲線２０は
自然発生的な放出の観察された詳細がよく分かるように
振幅を１０倍に拡大しである。曲線２１．２２、及び２
３は、全てしきい値以上であるが励起放出をスパイク２
１．２２、及び２３として明らかに示している。強度の
高まりを分かり易くし、全て同一波長の所に位置するス
パイクの重複をさけるために、同図は３次元の図表とし
て表す。
第３図は、第１図の装置の変形様態を示す。図示した構
造は考慮された分離した形をとり、集積化されたもので
あれ、個別のものであれ、考慮された色々な素子に別個
にまたは組み合わせて統合することができる幾つかの特
徴を表す。第１図の特徴は（素子機能を果たし、または
製造などの過程で検査するために）光ファイバ１７を基
板の孔１８を通して、これを下方のＤＢＲに取り付ける
ことである。図では直接接触を示したが材料及び構造上
の特性を重視して考えれば透明な層（図示せず）を間に
挿入することもあり得る。この素子は一般に第１図のも
のと同様であり、活性領域３１、閉じ込め層３２及び３
３、並びに基板３７上の高屈折率層３５及び低屈折率層
３６を交互にして作られた下方のブラッグ反射器３４か
らなる。
造は考慮された分離した形をとり、集積化されたもので
あれ、個別のものであれ、考慮された色々な素子に別個
にまたは組み合わせて統合することができる幾つかの特
徴を表す。第１図の特徴は（素子機能を果たし、または
製造などの過程で検査するために）光ファイバ１７を基
板の孔１８を通して、これを下方のＤＢＲに取り付ける
ことである。図では直接接触を示したが材料及び構造上
の特性を重視して考えれば透明な層（図示せず）を間に
挿入することもあり得る。この素子は一般に第１図のも
のと同様であり、活性領域３１、閉じ込め層３２及び３
３、並びに基板３７上の高屈折率層３５及び低屈折率層
３６を交互にして作られた下方のブラッグ反射器３４か
らなる。
上方のミラーは高屈折率及び低屈折率の層３９．４０及
び４１から構成されたブラッグ部３８からなる複合構造
である。位相整合は層４１を適切な寸法にすることによ
って行われる。位相整合層４１とミラー４２との間のよ
うな電気的接触部は、接触層４３によって保証される。
び４１から構成されたブラッグ部３８からなる複合構造
である。位相整合は層４１を適切な寸法にすることによ
って行われる。位相整合層４１とミラー４２との間のよ
うな電気的接触部は、接触層４３によって保証される。
ワイヤ電極４５及び接地電極４６によってこの構造は電
気的に完結する。
気的に完結する。
活性層３１は、スペーサ３１ （ｂ）及び３１（Ｃ）に
よって分離されたレーザ量子井戸３１（ａ）でできてい
る。周知の多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ）構造と同様に、スペーサ３１（ｂ）は、励
起レーザ定在波内の高エネルギー位置に量子井戸ＱＷを
置くように設計される。薄い方のスペーサ３１ （Ｃ）
は、図示した三つ組の中で個々のＱＷ構造自体を形成す
るために必要とされる。図のようなＭＱＷ構造は、バル
ク材料に比較して効率を増す意味で常に有用であるが（
無用な）自然発生的な放射による発熱や、それに代わる
低エネルルギー位置またはゼロ・エネルギー位置におけ
るキャリヤの再結合による発熱が防止されるので本発明
の点から特に役立つ特徴である。
よって分離されたレーザ量子井戸３１（ａ）でできてい
る。周知の多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ）構造と同様に、スペーサ３１（ｂ）は、励
起レーザ定在波内の高エネルギー位置に量子井戸ＱＷを
置くように設計される。薄い方のスペーサ３１ （Ｃ）
は、図示した三つ組の中で個々のＱＷ構造自体を形成す
るために必要とされる。図のようなＭＱＷ構造は、バル
ク材料に比較して効率を増す意味で常に有用であるが（
無用な）自然発生的な放射による発熱や、それに代わる
低エネルルギー位置またはゼロ・エネルギー位置におけ
るキャリヤの再結合による発熱が防止されるので本発明
の点から特に役立つ特徴である。
総体的な効果はレーザ発振しきい値電流がさらに一層低
くなる（と共に、放熱の必要性もさらに一層低くなる）
ことである。同様の構造としてスペーサ３］、（ｂ）に
よって位置決めされるＱＷの三つ組に等しい厚さの通常
のバルク井戸を備えたものもある。
くなる（と共に、放熱の必要性もさらに一層低くなる）
ことである。同様の構造としてスペーサ３］、（ｂ）に
よって位置決めされるＱＷの三つ組に等しい厚さの通常
のバルク井戸を備えたものもある。
前記の略図には、さらにもう一つの特徴、即ち上方のブ
ラッグ・ミラー３８の中央の小さい領域に開いた孔４７
が含まれている。（励起放出の）１ないし２波長程度に
孔４７を小さく保つことによりキャビティには殆ど影響
しない。孔４７を通して放出される少量の放射線は、コ
ヒーレントであるが縁で起こるかなりの回折に影響され
る。達成され得る目的は、システムが動作していること
（レーザの放射線がキャビティの′基板側で生成されて
いること）を確かめるために監視することである。
ラッグ・ミラー３８の中央の小さい領域に開いた孔４７
が含まれている。（励起放出の）１ないし２波長程度に
孔４７を小さく保つことによりキャビティには殆ど影響
しない。孔４７を通して放出される少量の放射線は、コ
ヒーレントであるが縁で起こるかなりの回折に影響され
る。達成され得る目的は、システムが動作していること
（レーザの放射線がキャビティの′基板側で生成されて
いること）を確かめるために監視することである。
第４図は、第１図及び第３図で示した詳細な設計による
レーザ５１の配列を示す。これらの図に示すようにレー
ザ５１は基板（この場合５２）上に指示され、この基板
上で少なくとも幾つかの例ではレーザ５１が例えば分子
線エピタキシーによって成長させられる。第４図のみな
らず第５図に示したレーザも発光方向に寸法を誇張しで
ある。
レーザ５１の配列を示す。これらの図に示すようにレー
ザ５１は基板（この場合５２）上に指示され、この基板
上で少なくとも幾つかの例ではレーザ５１が例えば分子
線エピタキシーによって成長させられる。第４図のみな
らず第５図に示したレーザも発光方向に寸法を誇張しで
ある。
それらは一般に数ミクロンの高さに過ぎない。
第５図に光電子ＩＣの部分を示す。図示した部分は単に
共通の基板５５上の駆動電子回路５４とレーザ５３とか
らなる。共通基板導体によって完結されている電子回路
と導線５６によって接続された構成を略図で示す。
共通の基板５５上の駆動電子回路５４とレーザ５３とか
らなる。共通基板導体によって完結されている電子回路
と導線５６によって接続された構成を略図で示す。
設計上の検討事項
（１）概要
本発明の基本的な動機は、適切に作られた低しきい値の
（従って、集積化可能な）レーザ構造を得ることなので
、説明の大半はそのような点から行う。一般的に考えれ
ば、高出力装置のような用途もある。一般的な意味での
利点は、位ト目整合を行った従来の金属ミラーによって
短めのＤＢＲを補うようにした非対称のブラッグ・キャ
ビティの使用に関する。高出力の装置を設計することに
より、しきい値の低い装置に求められるようにキャビテ
ィ両端に対して９９％以上の反射率が維持できたり、ま
たは設計上の配慮から場合によっては主にキャビティの
ｎ導電性の側で反射率を落とす必要があったりする。ま
た活性層の厚さをキャビティの特性によって許される最
小限度を越えて厚くすることもできる。
（従って、集積化可能な）レーザ構造を得ることなので
、説明の大半はそのような点から行う。一般的に考えれ
ば、高出力装置のような用途もある。一般的な意味での
利点は、位ト目整合を行った従来の金属ミラーによって
短めのＤＢＲを補うようにした非対称のブラッグ・キャ
ビティの使用に関する。高出力の装置を設計することに
より、しきい値の低い装置に求められるようにキャビテ
ィ両端に対して９９％以上の反射率が維持できたり、ま
たは設計上の配慮から場合によっては主にキャビティの
ｎ導電性の側で反射率を落とす必要があったりする。ま
た活性層の厚さをキャビティの特性によって許される最
小限度を越えて厚くすることもできる。
レーザ構造の横方向の寸法は機能次第である。
合理的なバッキング密度で個々のデバイス領域とは関係
なく同じ放熱上の利点が実際に実現されるように、単位
面積当たりの電流によって低電流しきい値を考慮するこ
とが有意義である。ＩＣ用途の場合、設計基準の勧める
ところによれば、スポット・サイズは、一般に小さくな
り、それに伴って放出表面の寸法は１０ないし１５μｍ
またはそれ以下に相当する。
なく同じ放熱上の利点が実際に実現されるように、単位
面積当たりの電流によって低電流しきい値を考慮するこ
とが有意義である。ＩＣ用途の場合、設計基準の勧める
ところによれば、スポット・サイズは、一般に小さくな
り、それに伴って放出表面の寸法は１０ないし１５μｍ
またはそれ以下に相当する。
本節の以下の説明は、大部分、最大の関心事と思われる
低しきい値の点から行う。
低しきい値の点から行う。
（２）活性領域
究極的に詳細な絶対的最小の厚さは、使用される材料の
精密性（と一方では、レーザ波長のような光学的特性と
）によるが、最近の研究によれば、１μｍにも満たない
厚さの活性領域を使用することが考えられる。最も重点
的に研究された材料系に対する構造的最適化によると、
好ましい最大の活性領域の厚さは０．５μｍが勧められ
る。「厚さ」とは、ＱＷもしくは従来の分離井戸（ｓｐ
ａｃｅｄｗｅｌｌ ） 、または一様なバルク材料の閉
じ込め層（または、閉じ込め層を使用していない場合は
、ＤＢＲ）の間の全体的寸法を指す。僻１１において説
明した材料系のの場合、０．２５μｍの活性層の厚さに
対し、ＣＷまでの高いデユーティ・サイクルが許される
。研究した全てのシステムにおいて、周環利得は、説明
のブラッグ・ハイブリッドやブラッグ−キャビティによ
るレーザ動作に優に十分である。最適に設計されたＭＱ
Ｗの場合のほか、間隔を置いた従来の井戸の場合も、バ
ルク層の場合と同程度の活性層の厚さに対して、前記の
ような利得を達成することができるが、活性領域の肝心
な部分がスペーサで出来ているために、所与の出力強度
に対して発生する熱は少ない。
精密性（と一方では、レーザ波長のような光学的特性と
）によるが、最近の研究によれば、１μｍにも満たない
厚さの活性領域を使用することが考えられる。最も重点
的に研究された材料系に対する構造的最適化によると、
好ましい最大の活性領域の厚さは０．５μｍが勧められ
る。「厚さ」とは、ＱＷもしくは従来の分離井戸（ｓｐ
ａｃｅｄｗｅｌｌ ） 、または一様なバルク材料の閉
じ込め層（または、閉じ込め層を使用していない場合は
、ＤＢＲ）の間の全体的寸法を指す。僻１１において説
明した材料系のの場合、０．２５μｍの活性層の厚さに
対し、ＣＷまでの高いデユーティ・サイクルが許される
。研究した全てのシステムにおいて、周環利得は、説明
のブラッグ・ハイブリッドやブラッグ−キャビティによ
るレーザ動作に優に十分である。最適に設計されたＭＱ
Ｗの場合のほか、間隔を置いた従来の井戸の場合も、バ
ルク層の場合と同程度の活性層の厚さに対して、前記の
ような利得を達成することができるが、活性領域の肝心
な部分がスペーサで出来ているために、所与の出力強度
に対して発生する熱は少ない。
代表的なＭＱＷ構造を第３図との関係で説明する。この
構造は、３つ１組の量子井戸３組が定在波のエネルギー
・ピークに置かれるようにスペーサによって位置決めさ
れている前記量子井戸に依存するものである。前記の三
つ組を分離するスペーサ、ミラーの間の二つの境界にあ
るスペーサ、及び各組の別個の井戸の間のスペーサに関
して、全体の厚さは約０．３μｍである。例２．３．５
、及び７はＭＱＷ活性領域に依存する。
構造は、３つ１組の量子井戸３組が定在波のエネルギー
・ピークに置かれるようにスペーサによって位置決めさ
れている前記量子井戸に依存するものである。前記の三
つ組を分離するスペーサ、ミラーの間の二つの境界にあ
るスペーサ、及び各組の別個の井戸の間のスペーサに関
して、全体の厚さは約０．３μｍである。例２．３．５
、及び７はＭＱＷ活性領域に依存する。
構成の点からみれば（バルク材料でも井戸材料でも）活
性層の発光部材料は、所望の放射波長を与える直接遷移
のバンドギャップを有する半導体材料で構成されている
。さらに一段と一般的な用途が予想される限り、通信上
有利な波長の点からニア・タームの使用もあり得る。こ
のような０゜８６μｍ、１．３μｍ１及び１．５５μｍ
等の波長は、周知の化合物半導体、即ち０．８６μｍで
のにａＡｓやその他の波長におけるＩｎＧａＡｓＰの使
用によって達成することができる。分離したＩｎＧａＡ
ｓは１．０μｍで使用することができる。言うまでもな
く本発明の素子は、種々の半導体材料により許される限
り広い波長範囲に亘って使用することが可能である。
性層の発光部材料は、所望の放射波長を与える直接遷移
のバンドギャップを有する半導体材料で構成されている
。さらに一段と一般的な用途が予想される限り、通信上
有利な波長の点からニア・タームの使用もあり得る。こ
のような０゜８６μｍ、１．３μｍ１及び１．５５μｍ
等の波長は、周知の化合物半導体、即ち０．８６μｍで
のにａＡｓやその他の波長におけるＩｎＧａＡｓＰの使
用によって達成することができる。分離したＩｎＧａＡ
ｓは１．０μｍで使用することができる。言うまでもな
く本発明の素子は、種々の半導体材料により許される限
り広い波長範囲に亘って使用することが可能である。
特定の典型的な条件における構造の様相を説明する。例
１の構造に関しては指摘したように、活性層は、ヒ化ガ
リウムＧａＡｓである。以下の段落で述べる化合物は、
実際に例１で使用されるように同じ条件にある。
１の構造に関しては指摘したように、活性層は、ヒ化ガ
リウムＧａＡｓである。以下の段落で述べる化合物は、
実際に例１で使用されるように同じ条件にある。
詳細に説明していない事柄をもう１つ簡単に述べる。有
効なキャビティの寸法は、定在波の大きさを決定し、従
って、説明したように活性領域の厚さに主に基づく限り
、放射波長も決定するものであるが、閉じ込め層がある
場合には、恐らくその閉じ込め層全体に亘る放射線の透
過のために、そしてまたＤＢＲ内部でもある深さまで透
過するために、実際にはさらに幾分か厚くなる。この場
合、特定の波長についてそれに対応する正確な寸法は、
実験的に（最初の構造を作り、放射波長を測定し、ある
寸法・・・恐ら（は閉じ込め層の寸法・・・を調節し、
再び測定するというようにして）決定される。
効なキャビティの寸法は、定在波の大きさを決定し、従
って、説明したように活性領域の厚さに主に基づく限り
、放射波長も決定するものであるが、閉じ込め層がある
場合には、恐らくその閉じ込め層全体に亘る放射線の透
過のために、そしてまたＤＢＲ内部でもある深さまで透
過するために、実際にはさらに幾分か厚くなる。この場
合、特定の波長についてそれに対応する正確な寸法は、
実験的に（最初の構造を作り、放射波長を測定し、ある
寸法・・・恐ら（は閉じ込め層の寸法・・・を調節し、
再び測定するというようにして）決定される。
（３）閉じ込め層
閉じ込め層の性質及び作用は、至るところで説明されて
いる。１９７８年、ニューヨーク・アカデミツク（＾ｃ
ａｄｅｓｉｃ）刊のエイチ番シー・ケイシ・シュニｙ
（Ｈ，Ｃ，Ｃａ５ｅｙ、Ｊｒ、）及びエム・ビー・バニ
ラ（Ｍ、Ｂ、Ｐａｎ１ｓｈ）による「ヘテロ構造レーザ
：バートＡ 基本原理（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ、 Ｌａ５ｅｒｓ：Ｐａｒｔ Ａ Ｐｕｎｄａａ＋ｅ
ｎｔａｌ Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ） Ｊ 、第４．６節
（キャリヤ閉じ込め（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｎｒｉｎｅ
ｍｅｎｔ））（ｐ、２４５−ｐ、２５３）参照。この主
な目的は、自由キャリヤを活性領域に閉じ込めることで
ある。構成はエネルギー・ギャップＥ が活性層域のエ
ネルギー・ギャップより大きくなるように、選ばれた（
通常は、２５％のギャップ差が適当である）。これにつ
いても、１９７８年、ニューヨーク、アカデミツク（Ａ
ｃａｄｅｍ Ｉｃ）刊のエイチ・シー・ケイシ・シュニ
ー ７ （Ｈ，Ｃ，Ｃａ５ｅｙ、 Ｊｒ、）及びエム・
ビー・バニラ（Ｍ、Ｂ、Ｐａｎ１ｓｈｉ）による「ヘテ
ロ構造レーザ；バートＡ 基本原理（ｌｌｅｔｅｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａ５ｅｒｓ：Ｐａｒｔ Ａ Ｆｕ
ｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ） Ｊ、第
４．６節（キャリヤ閉じ込め（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｎ
ｆｉｎｃｍｃｎｔ））（ｐ、２４５−ｐ、２５３）参照
。この閉じ込め層の厚さは、感知できる程度のトンネル
現象を防ぐのに十分である（１００Ａ（オングストロー
ム）程度以上の厚さに対しては、トンネル現象を殆ど無
視することができる）。例コでは、約１０００Ａの厚さ
の層を使用しており、この閉じ込め層の厚さは、臨界的
ではない。閉じ込め層は、一般的に考えられているペテ
ロ接合に対して、小数キャリヤの逆注入を最小にすると
いう、もう一つの重要な機能を果たす。
いる。１９７８年、ニューヨーク・アカデミツク（＾ｃ
ａｄｅｓｉｃ）刊のエイチ番シー・ケイシ・シュニｙ
（Ｈ，Ｃ，Ｃａ５ｅｙ、Ｊｒ、）及びエム・ビー・バニ
ラ（Ｍ、Ｂ、Ｐａｎ１ｓｈ）による「ヘテロ構造レーザ
：バートＡ 基本原理（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ、 Ｌａ５ｅｒｓ：Ｐａｒｔ Ａ Ｐｕｎｄａａ＋ｅ
ｎｔａｌ Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ） Ｊ 、第４．６節
（キャリヤ閉じ込め（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｎｒｉｎｅ
ｍｅｎｔ））（ｐ、２４５−ｐ、２５３）参照。この主
な目的は、自由キャリヤを活性領域に閉じ込めることで
ある。構成はエネルギー・ギャップＥ が活性層域のエ
ネルギー・ギャップより大きくなるように、選ばれた（
通常は、２５％のギャップ差が適当である）。これにつ
いても、１９７８年、ニューヨーク、アカデミツク（Ａ
ｃａｄｅｍ Ｉｃ）刊のエイチ・シー・ケイシ・シュニ
ー ７ （Ｈ，Ｃ，Ｃａ５ｅｙ、 Ｊｒ、）及びエム・
ビー・バニラ（Ｍ、Ｂ、Ｐａｎ１ｓｈｉ）による「ヘテ
ロ構造レーザ；バートＡ 基本原理（ｌｌｅｔｅｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａ５ｅｒｓ：Ｐａｒｔ Ａ Ｆｕ
ｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ） Ｊ、第
４．６節（キャリヤ閉じ込め（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｎ
ｆｉｎｃｍｃｎｔ））（ｐ、２４５−ｐ、２５３）参照
。この閉じ込め層の厚さは、感知できる程度のトンネル
現象を防ぐのに十分である（１００Ａ（オングストロー
ム）程度以上の厚さに対しては、トンネル現象を殆ど無
視することができる）。例コでは、約１０００Ａの厚さ
の層を使用しており、この閉じ込め層の厚さは、臨界的
ではない。閉じ込め層は、一般的に考えられているペテ
ロ接合に対して、小数キャリヤの逆注入を最小にすると
いう、もう一つの重要な機能を果たす。
一般に、レーザ作用を行うｐｎ接合は、キャビティの端
型の側であることが望ましい。このような状況下では、
活性領域はｐ導電型となる。検査を行った構造において
は、閉じ込め層は、隣接するＤＢＲと同じ導電型にドー
プされ、この例では、ｎ型導電性である。このように機
能性の接合を設けることは、電子の移動度がホールの移
動度より本質的に大きいという事実を利用することにな
る。
型の側であることが望ましい。このような状況下では、
活性領域はｐ導電型となる。検査を行った構造において
は、閉じ込め層は、隣接するＤＢＲと同じ導電型にドー
プされ、この例では、ｎ型導電性である。このように機
能性の接合を設けることは、電子の移動度がホールの移
動度より本質的に大きいという事実を利用することにな
る。
キャビティの長さが増すほど、設計上の選択が重要とな
る。
る。
光学的見地からΔｎを最大にすることが望ましいので、
空気との境界では高反射率のブラッグ材料が使用され、
その他の境界（例えば、ブラッグ活性領域の境界）では
最大のΔｎを与える材料が選択される。しかし、電気抵
抗の最小化という電気的な配慮から、時としてΔｎの値
を下げることもある。
空気との境界では高反射率のブラッグ材料が使用され、
その他の境界（例えば、ブラッグ活性領域の境界）では
最大のΔｎを与える材料が選択される。しかし、電気抵
抗の最小化という電気的な配慮から、時としてΔｎの値
を下げることもある。
閉じ込め層の性質及び作用は、以上の通りである。別個
の閉じ込め層を前記の例の特定の材料系に′使用すれば
役に立つが、これは常にそうであるとは限らない。逆注
入も制限（閉じ込め）も隣接する活性領域に関係する閉
じ込め層のバンドギャップには依存しない。キャビティ
の一方または両方において、関係するバンド・エッジの
値の適切な変更と共に活性領域に関するギャップの増大
は、他の点ではＤＢＲの構成に適している材料において
は本質的に必要である。閉じ込め層の一方または両方に
対する必要性を除去することは、効率を高める上でかな
り役に立つ。
の閉じ込め層を前記の例の特定の材料系に′使用すれば
役に立つが、これは常にそうであるとは限らない。逆注
入も制限（閉じ込め）も隣接する活性領域に関係する閉
じ込め層のバンドギャップには依存しない。キャビティ
の一方または両方において、関係するバンド・エッジの
値の適切な変更と共に活性領域に関するギャップの増大
は、他の点ではＤＢＲの構成に適している材料において
は本質的に必要である。閉じ込め層の一方または両方に
対する必要性を除去することは、効率を高める上でかな
り役に立つ。
（４）分布ブラッグ反射器
ＤＢＲの設計基準は周知である。１９６４年、ニューヨ
ーク１ベルガモン（Ｐｅｒｇａｍｍｏｎ）刊のエム・ボ
ーン（Ｍ、Ｂｏｒｎ）及びイー・ウルツ（Ｅ、ＷＯＩｆ
）による「光学の原理（Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ ｏｒＯ
ｐｔ、１ｃｓ） Ｊの５１ページ（「多層反射器の原理
（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ Ｍｕｌｔｌｌａｙｅｒ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ） Ｊ ）参照。１９７５年１．
１月刊の［応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ）
Ｊ、第１４巻、第１１号（ＭＢＥ成長（ＭＢＥ Ｇｒ
ｏｗｔｈ） ）のジェイ・ビー争ファンーデルーツイー
ル（Ｊ、Ｐ。
ーク１ベルガモン（Ｐｅｒｇａｍｍｏｎ）刊のエム・ボ
ーン（Ｍ、Ｂｏｒｎ）及びイー・ウルツ（Ｅ、ＷＯＩｆ
）による「光学の原理（Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ ｏｒＯ
ｐｔ、１ｃｓ） Ｊの５１ページ（「多層反射器の原理
（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ Ｍｕｌｔｌｌａｙｅｒ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ） Ｊ ）参照。１９７５年１．
１月刊の［応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ）
Ｊ、第１４巻、第１１号（ＭＢＥ成長（ＭＢＥ Ｇｒ
ｏｗｔｈ） ）のジェイ・ビー争ファンーデルーツイー
ル（Ｊ、Ｐ。
Ｖａｎｄｅｒ Ｚｉｅｌ）とエム・アイレジムズ（Ｍ、
ｌ ｌｅｇｅｍｓ）の論文参照。ＤＢＲは屈折率の異
なる材料が交互になった層からなり、一般に「周期」の
点から論じられる。各周期は屈折率の高い材料と低い材
料との対からなる。連続した接合から反射された放射線
を建設的に強化するために、層の厚さは、（所望のコヒ
ーレントな放射に対して層の材料において測定された）
４分波長の整数倍である。ＤＢＲの厚さを最小にする場
合、層はλ／４の厚さとなる。最小化は直列抵抗を最小
にするために電気的に有用であり、光学的な立場からは
、統計的に分布する欠陥箇所から挿入される損失が最小
となるだけでなく、散乱も最小となる（散乱中心は、ｎ
形またはｐ形のドープ材の原子の位置に対応する）。Ｄ
ＢＲの厚さを最小にすると、この厚さもλ／４の厚さの
層に相当するが、これによって、回折による損失も最小
となる（行程距離が長くなると、そうでなくても存在す
る回折の影響がさらに悪化する）。
ｌ ｌｅｇｅｍｓ）の論文参照。ＤＢＲは屈折率の異
なる材料が交互になった層からなり、一般に「周期」の
点から論じられる。各周期は屈折率の高い材料と低い材
料との対からなる。連続した接合から反射された放射線
を建設的に強化するために、層の厚さは、（所望のコヒ
ーレントな放射に対して層の材料において測定された）
４分波長の整数倍である。ＤＢＲの厚さを最小にする場
合、層はλ／４の厚さとなる。最小化は直列抵抗を最小
にするために電気的に有用であり、光学的な立場からは
、統計的に分布する欠陥箇所から挿入される損失が最小
となるだけでなく、散乱も最小となる（散乱中心は、ｎ
形またはｐ形のドープ材の原子の位置に対応する）。Ｄ
ＢＲの厚さを最小にすると、この厚さもλ／４の厚さの
層に相当するが、これによって、回折による損失も最小
となる（行程距離が長くなると、そうでなくても存在す
る回折の影響がさらに悪化する）。
屈折率の値は、他の装置の基準に見合ったΔｎの達成可
能な最大値を与えるように選ばれる。この基準には、電
気的特性、即ち直列抵抗、及び種々の光学的特性が含ま
れる。最適な素子の設計は実に複雑である。−例として
試験を行った素子では、ｐ形のＤＢＲにおいて故意にΔ
ｎを減少させて有利に使用することによって、所望の９
９９６以上の反射率を達成するために周期の数を増やす
必要があった。主な目的は、発熱を少なくするために、
ブラッグ接合における障壁の高さを低くすることである
。この例では行程の長さが増加しても全体のＩ２Ｒ発熱
は減少した。
能な最大値を与えるように選ばれる。この基準には、電
気的特性、即ち直列抵抗、及び種々の光学的特性が含ま
れる。最適な素子の設計は実に複雑である。−例として
試験を行った素子では、ｐ形のＤＢＲにおいて故意にΔ
ｎを減少させて有利に使用することによって、所望の９
９９６以上の反射率を達成するために周期の数を増やす
必要があった。主な目的は、発熱を少なくするために、
ブラッグ接合における障壁の高さを低くすることである
。この例では行程の長さが増加しても全体のＩ２Ｒ発熱
は減少した。
ハイブリッド・ミラーの設計は複雑である。ここで許さ
れる損失は、重要なｐ型の抵抗（ＤＢＲ構造においては
、ｐ型材料の抵抗は、ｎ型材料の抵抗より２桁から３桁
大きい）の点から極めて重要である。一般に、ハイブリ
ッド・ミラーの目的は、所望の条件下でレーザ発振を起
こすに十分な複合的な反射性である。例の発明の動機か
らすれば、つまり低レーザ発振しきい値の観点から、や
はり９９％の程度か、それ以上の反射率が望ましい。例
１から７において使用したような構造は、この反射率を
与えるように金属ミラーによって補足した６周期のＤＢ
Ｒからなるハイブリッド・ミラーによっている。
れる損失は、重要なｐ型の抵抗（ＤＢＲ構造においては
、ｐ型材料の抵抗は、ｎ型材料の抵抗より２桁から３桁
大きい）の点から極めて重要である。一般に、ハイブリ
ッド・ミラーの目的は、所望の条件下でレーザ発振を起
こすに十分な複合的な反射性である。例の発明の動機か
らすれば、つまり低レーザ発振しきい値の観点から、や
はり９９％の程度か、それ以上の反射率が望ましい。例
１から７において使用したような構造は、この反射率を
与えるように金属ミラーによって補足した６周期のＤＢ
Ｒからなるハイブリッド・ミラーによっている。
ハイブリッド・ミラーの反射率は、金属反射器近傍のＤ
ＢＲの厚さに決定的に依存する。厚さの調節をしていな
い層を用いると、反射率が著しく低下するほどの破壊的
干渉が発生することが指摘されている。作用を受けたＤ
ＢＲ層の方が反射率の評価値が低いような普通の好まし
さの設計方法の下では、位相調整のために、一般に反射
率がより低い次のＤＢＲ層の厚さに比較して約２５％薄
くする必要がある。調節するべきＤＢＲ層の方が大きい
ＤＢＲ反射率を有する構造の場合、一般に位相調整のた
めに反射率がより大きい最近のＤＢＲ層に比較して５０
％程度まで薄くする必要がある。要するに、接合におい
て先行するＤＢＲ層の反射率の高低に依存する前側反射
波と後側反射波との間の位相変異の差の問題である。
ＢＲの厚さに決定的に依存する。厚さの調節をしていな
い層を用いると、反射率が著しく低下するほどの破壊的
干渉が発生することが指摘されている。作用を受けたＤ
ＢＲ層の方が反射率の評価値が低いような普通の好まし
さの設計方法の下では、位相調整のために、一般に反射
率がより低い次のＤＢＲ層の厚さに比較して約２５％薄
くする必要がある。調節するべきＤＢＲ層の方が大きい
ＤＢＲ反射率を有する構造の場合、一般に位相調整のた
めに反射率がより大きい最近のＤＢＲ層に比較して５０
％程度まで薄くする必要がある。要するに、接合におい
て先行するＤＢＲ層の反射率の高低に依存する前側反射
波と後側反射波との間の位相変異の差の問題である。
ハイブリッド・ミラー構造に起因する利点は、もう一つ
ある。金属反射器の効果は、ＤＢＲ分のスペクトル応答
に比例するスペクトル応答を平坦にすることである。キ
ャビティの最適化またはその他の配慮の結果、２つのＤ
ＢＲに異なる化合物を使用することになると、スペクト
ルの平坦化によって、スペクトルの重複が増加し、設計
上の複雑さがさらに一つ軽減される。
ある。金属反射器の効果は、ＤＢＲ分のスペクトル応答
に比例するスペクトル応答を平坦にすることである。キ
ャビティの最適化またはその他の配慮の結果、２つのＤ
ＢＲに異なる化合物を使用することになると、スペクト
ルの平坦化によって、スペクトルの重複が増加し、設計
上の複雑さがさらに一つ軽減される。
ハイブリッド・ミラーを（５成する適切な材料の選択は
、詳細な説明の不要な多数の要素に基づく。
、詳細な説明の不要な多数の要素に基づく。
基本的には、異なる発光波長における使用の選択に適し
た材料のスペクトル特性は周知の通りである。その他の
重要な特性は、例えば移動に対する安定性、加熱処理中
に起こる合金化（これは、電気的には役立つが、これに
伴う境界の凹凸化のために反射性を害する）の要素の安
定性、及び電気的接触の有効性（第１図の例では、金属
とＤＢＲとの中間に接触層の使用を生じる）などに関係
がある。例において説明した構造では、合金化していな
い銀及び金が、共に申し分なく使用できた。
た材料のスペクトル特性は周知の通りである。その他の
重要な特性は、例えば移動に対する安定性、加熱処理中
に起こる合金化（これは、電気的には役立つが、これに
伴う境界の凹凸化のために反射性を害する）の要素の安
定性、及び電気的接触の有効性（第１図の例では、金属
とＤＢＲとの中間に接触層の使用を生じる）などに関係
がある。例において説明した構造では、合金化していな
い銀及び金が、共に申し分なく使用できた。
低しきい鎖素子とするために、一般に、ｎ型ＤＢＲはほ
ぼ完全な反射性を与えるように設計される。例１の材料
系の場合、２０対を使用して所望の９９％強を与えた。
ぼ完全な反射性を与えるように設計される。例１の材料
系の場合、２０対を使用して所望の９９％強を与えた。
ＤＢＲの設計は、高反射率の層と低反射率の層との不変
性の点から行われてきた。故意または偶然による種々の
環境により設計を変える必要がある。
性の点から行われてきた。故意または偶然による種々の
環境により設計を変える必要がある。
（５）基板
一般に基板は必要な素子機能は果たさない。光学的機能
の点から言えば特にそうである。大抵の場合その理由は
、一般に基本的な素子が課す特性及び必要条件を全て備
えたエピタキシャル成長法によって、その基本的な素子
が上に作られるのに適した基本部の役を果たすことであ
る。換言すれば基板があると、これが土台として役立ち
、また二次的電気的意味において、例えば裏面の電極を
介してバイアスすることにも役立つことになる。
の点から言えば特にそうである。大抵の場合その理由は
、一般に基本的な素子が課す特性及び必要条件を全て備
えたエピタキシャル成長法によって、その基本的な素子
が上に作られるのに適した基本部の役を果たすことであ
る。換言すれば基板があると、これが土台として役立ち
、また二次的電気的意味において、例えば裏面の電極を
介してバイアスすることにも役立つことになる。
従って、作用する意味では基板は単なる構造の一部とし
て認めるべきものである。光学的観点からは、バンドギ
ャップが適度に広い材料を使用することによって含まれ
るエネルギー・レベルに対応する波長に対し透過性が保
証される。電気的観点から望まれるものは、支持される
構造をバイアスする作用に基板が直列線路の一部として
含まれるような通常の場合に対して可能な最良の導電性
を有することである。
て認めるべきものである。光学的観点からは、バンドギ
ャップが適度に広い材料を使用することによって含まれ
るエネルギー・レベルに対応する波長に対し透過性が保
証される。電気的観点から望まれるものは、支持される
構造をバイアスする作用に基板が直列線路の一部として
含まれるような通常の場合に対して可能な最良の導電性
を有することである。
前記にもまして基板の極めて重要な特性は、通常考慮さ
れる製造方法に対して、エピタキシャル成長法において
欠陥が無いことを十分に保証するために必要とされる結
晶のパラメータ及び完全性に関することである。
れる製造方法に対して、エピタキシャル成長法において
欠陥が無いことを十分に保証するために必要とされる結
晶のパラメータ及び完全性に関することである。
基板の選択は、結晶の成長に粘通した者に通常理解され
ている基準で行われる。次の節の例において使用される
基板材料は説明のためであると考えるのが正当である。
ている基準で行われる。次の節の例において使用される
基板材料は説明のためであると考えるのが正当である。
（６）実施例
表形式で表した例は、通信に有利な波長での動作を一般
に代表している。この目的は、製造のための化合物と設
計基準を示すことにある。特定の即ち構造上及び動作上
の基準は共に特定の目的に依存する。例えば周知の設計
を利用してパルス発生器の使用によってパルス・モード
で動作させる素子もあるであろう。デユーティ・サイク
ルはパルスの値がゼロでない時間の割合として定義され
る（通常の定義と一致するが、この用途のパルスは矩形
波のように扱われる）が、これも色々あり得る。素子に
は非常に小さなデユーティ・サイクルから１００％まで
のデユーティ・サイクル（持続波ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｗａｖｅ：ｅＶ）で動作させることができる。前記の
ように本発明のニア・ターム（ｎｅａｒ−ｔｅｒＩｍ）
の歯用に関する利点は、低しきい電流動作の実現可能に
よる高デユーテイ・サイクルの実現可能性を目指すもの
である。これらのタームについて、本発明が好ましい点
は、少なくとも５０％・程度のデユーティ・サイクル（
１０ｋＡ／ｃｄのしきい電流密度Ｊｔｈを有する開示し
た構造の場合、容易に達成可能である）を許す素子に役
立つことである。この点においても表の例は典型に過ぎ
ない。つまり本明細書において開示した多くの観察工μ
例は、室温動作に基づく。冷却操作を避けることは確か
に経済的に望ましいが、例えば熱電気冷却と組み合わせ
た放熱操作により、特定の材料系／素子設計に対して冷
却操作なくしては直ちに達成することが不可能な出力レ
ベル、デユーティ・サイクル、または波長の範囲での動
作可能となる。
に代表している。この目的は、製造のための化合物と設
計基準を示すことにある。特定の即ち構造上及び動作上
の基準は共に特定の目的に依存する。例えば周知の設計
を利用してパルス発生器の使用によってパルス・モード
で動作させる素子もあるであろう。デユーティ・サイク
ルはパルスの値がゼロでない時間の割合として定義され
る（通常の定義と一致するが、この用途のパルスは矩形
波のように扱われる）が、これも色々あり得る。素子に
は非常に小さなデユーティ・サイクルから１００％まで
のデユーティ・サイクル（持続波ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｗａｖｅ：ｅＶ）で動作させることができる。前記の
ように本発明のニア・ターム（ｎｅａｒ−ｔｅｒＩｍ）
の歯用に関する利点は、低しきい電流動作の実現可能に
よる高デユーテイ・サイクルの実現可能性を目指すもの
である。これらのタームについて、本発明が好ましい点
は、少なくとも５０％・程度のデユーティ・サイクル（
１０ｋＡ／ｃｄのしきい電流密度Ｊｔｈを有する開示し
た構造の場合、容易に達成可能である）を許す素子に役
立つことである。この点においても表の例は典型に過ぎ
ない。つまり本明細書において開示した多くの観察工μ
例は、室温動作に基づく。冷却操作を避けることは確か
に経済的に望ましいが、例えば熱電気冷却と組み合わせ
た放熱操作により、特定の材料系／素子設計に対して冷
却操作なくしては直ちに達成することが不可能な出力レ
ベル、デユーティ・サイクル、または波長の範囲での動
作可能となる。
波長を一般的な範囲０．８４μｍ−１□ ５５μｍに集
中させることは、現在の開発の観点から、■−■族の材
料系ＧａＡｓまたはＩｎＰのうちのいずれかにおいて極
めて容易に達成することができる。波長範囲の下限を越
えて使用可能な第１番口を当分野の現状によって容易に
変更し、結果的に電気的にドーピングし、化合状態を変
更して、有効なブラッグ動作のために高い屈折率、低い
屈折率、またはそれらの両方を生成することができる。
中させることは、現在の開発の観点から、■−■族の材
料系ＧａＡｓまたはＩｎＰのうちのいずれかにおいて極
めて容易に達成することができる。波長範囲の下限を越
えて使用可能な第１番口を当分野の現状によって容易に
変更し、結果的に電気的にドーピングし、化合状態を変
更して、有効なブラッグ動作のために高い屈折率、低い
屈折率、またはそれらの両方を生成することができる。
例１及び２は対の屈折率を高めるためのＧａに対するＡ
Ｉの１０原子％の部分的置換、及び（屈折率を下げるた
めのＧａに対するＡＩの）完全置換により成立している
。関係する例に使用された閉じ込め層は、バンドギャッ
プを広くするためにＧａに対するＡｌの３０原子％の置
換に基づく。使用した特定の化合物は、深く広く精通し
た経験に基づいている。例えば、例１及び２の高屈折率
のブラッグ層におけるアルミニウムによる置換は、変更
していないＧａＡｓに関し、示された波長範囲の発光に
対する吸収を低減するために設計されたものである。
Ｉの１０原子％の部分的置換、及び（屈折率を下げるた
めのＧａに対するＡＩの）完全置換により成立している
。関係する例に使用された閉じ込め層は、バンドギャッ
プを広くするためにＧａに対するＡｌの３０原子％の置
換に基づく。使用した特定の化合物は、深く広く精通し
た経験に基づいている。例えば、例１及び２の高屈折率
のブラッグ層におけるアルミニウムによる置換は、変更
していないＧａＡｓに関し、示された波長範囲の発光に
対する吸収を低減するために設計されたものである。
これらの例は、全である程度、部分的置換に基づいてい
る。例えば、前記のように、変更していないＧａＡｓは
、波長範囲０．８４ｕｍ−０，８７μｍのレーザ発光に
対し著しい吸収を示すため、基板にこの材料を使用する
ことにより（光線が基板を通して放射される通常考えら
れる動作に対して）、吸収の問題が生じる。Ａ ｌ ｏ
、ｔ Ｇ ａ ｏ、９ＡＳの基板であれば、この問題が
軽減されることは明らかである。実際的な事柄として、
この材料でできていて結晶が相応しく完全なウェハーが
直ちに利用できるわけではない。一つの方法として、発
光が直接利用できるようにエツチングを行うことを推奨
する。
る。例えば、前記のように、変更していないＧａＡｓは
、波長範囲０．８４ｕｍ−０，８７μｍのレーザ発光に
対し著しい吸収を示すため、基板にこの材料を使用する
ことにより（光線が基板を通して放射される通常考えら
れる動作に対して）、吸収の問題が生じる。Ａ ｌ ｏ
、ｔ Ｇ ａ ｏ、９ＡＳの基板であれば、この問題が
軽減されることは明らかである。実際的な事柄として、
この材料でできていて結晶が相応しく完全なウェハーが
直ちに利用できるわけではない。一つの方法として、発
光が直接利用できるようにエツチングを行うことを推奨
する。
前記の表に表された寸法及び構造上の詳細は、単に説明
のためのものである。これらの検討事項を一般的に述べ
てきた。例えば、一貫性を保つため、活性層は一般に厚
さ０，２５μｍのバルク材料の層として、また９個の井
戸からなるＭＱＷ及び第３図に関連して説明したような
適切なスペーサとして記述される。例２．５及び７のＭ
Ｑ Ｗ構造は、開示した材料の平衡状態における直接
遷移のエネルギー・ギャップの特性に依存する。例３を
含めると、結晶学的な変形を故意に導入することによる
必要とされるギャップの達成を説明することになる。こ
の場合結晶学的不整合による変形が、実験的観察に基づ
いた８０Ａ（この例におけるＧａＡｓ井戸及びその他の
例の変形されていない井戸の通常の１００Ａの厚さに対
して）の厚さまで薄くしたＩ ｎ ｏ、ｔｓＧ ａ Ｏ
，８５Ａ Ｓに導入される。
のためのものである。これらの検討事項を一般的に述べ
てきた。例えば、一貫性を保つため、活性層は一般に厚
さ０，２５μｍのバルク材料の層として、また９個の井
戸からなるＭＱＷ及び第３図に関連して説明したような
適切なスペーサとして記述される。例２．５及び７のＭ
Ｑ Ｗ構造は、開示した材料の平衡状態における直接
遷移のエネルギー・ギャップの特性に依存する。例３を
含めると、結晶学的な変形を故意に導入することによる
必要とされるギャップの達成を説明することになる。こ
の場合結晶学的不整合による変形が、実験的観察に基づ
いた８０Ａ（この例におけるＧａＡｓ井戸及びその他の
例の変形されていない井戸の通常の１００Ａの厚さに対
して）の厚さまで薄くしたＩ ｎ ｏ、ｔｓＧ ａ Ｏ
，８５Ａ Ｓに導入される。
薄くすることは、機能的観点からすれば幾分不利である
が、この目的は不整合に起因する成長中の層の結晶に加
わる害を最小にすることである。−般に説明した特定の
ＭＱＷ構造は、単なる典型例に過ぎず、素子の機能する
目的によって、井戸の数は増減する。第３図に関連して
述べたように、有効な井戸構造は（真の量子井戸動作に
必要な１００Ａ程度よりかなり大きい井戸の）バルク材
料の通常の井戸を利用しても、一様なバルク層に優る幾
つかの利点を維持することができる。
が、この目的は不整合に起因する成長中の層の結晶に加
わる害を最小にすることである。−般に説明した特定の
ＭＱＷ構造は、単なる典型例に過ぎず、素子の機能する
目的によって、井戸の数は増減する。第３図に関連して
述べたように、有効な井戸構造は（真の量子井戸動作に
必要な１００Ａ程度よりかなり大きい井戸の）バルク材
料の通常の井戸を利用しても、一様なバルク層に優る幾
つかの利点を維持することができる。
これを説明するためにＱＷが約１０ＯＡの厚さを有する
ものとして、ＱＷを論じるのが適当であろう。事実、こ
の厚さは一般に考えられる半導体材料としては実に適切
である。この臨界的な寸法を電子波の作用の点から（ト
ウーブロイ波長の点から）論じることは、説明の必要範
囲を越えるので行わない。
ものとして、ＱＷを論じるのが適当であろう。事実、こ
の厚さは一般に考えられる半導体材料としては実に適切
である。この臨界的な寸法を電子波の作用の点から（ト
ウーブロイ波長の点から）論じることは、説明の必要範
囲を越えるので行わない。
実際の素子の設計には、他に多くの検討事項が伴う。研
究により最良の条件下では金属ミラーののみで、約９５
％の反射率を与えることが示された。−例として金を用
いた場合、適切な位相整合を行うと、ハイブリッド・ミ
ラーの総反射率は、３対、５対、及び７対のハイブリッ
ド部分に対して、それぞれ９８．２％、９９．１９６、
及び９９゜５％という結果になる。比較によれば、同じ
一般的なシステムにおける純粋なりＢＲは、空気との境
界において９９．５％の反射率を得るには、２０対が必
要となる。
究により最良の条件下では金属ミラーののみで、約９５
％の反射率を与えることが示された。−例として金を用
いた場合、適切な位相整合を行うと、ハイブリッド・ミ
ラーの総反射率は、３対、５対、及び７対のハイブリッ
ド部分に対して、それぞれ９８．２％、９９．１９６、
及び９９゜５％という結果になる。比較によれば、同じ
一般的なシステムにおける純粋なりＢＲは、空気との境
界において９９．５％の反射率を得るには、２０対が必
要となる。
第１図は、本発明の装置に含まれるレーザ構造を代表す
るレーザ構造を示す略立面図、第２図は、本発明の典型
的な装置の４つの異なるポンプ・レベル（しきい値以下
のもの１つと、しきい値以上のも３つ）に対する強度の
放出波長依存性を、縦軸及び横軸上に夫々強度及び波長
の座標で示すグラフ、 第３図は、第１図に示したものと同様であるが、レーザ
・キャビティの活性領域の放出面との直接ファイバ結合
を含めた可能な変化に対応した構造の略立面図（同図の
説明には、ファイバを検査に使用するだけでなく装置の
永久的な部品としても使用することが必然的に含まれる
）、 第４図は、本発明によるレーザの配列を備えた集積回路
の一部斜視図、 第５図は、第４図に含まれているようなレーザ構造を電
子素子回路と共に含む集積回路を示す斜視である。 ＦＩＧ、 ４ ＦＩＧ、 ５
るレーザ構造を示す略立面図、第２図は、本発明の典型
的な装置の４つの異なるポンプ・レベル（しきい値以下
のもの１つと、しきい値以上のも３つ）に対する強度の
放出波長依存性を、縦軸及び横軸上に夫々強度及び波長
の座標で示すグラフ、 第３図は、第１図に示したものと同様であるが、レーザ
・キャビティの活性領域の放出面との直接ファイバ結合
を含めた可能な変化に対応した構造の略立面図（同図の
説明には、ファイバを検査に使用するだけでなく装置の
永久的な部品としても使用することが必然的に含まれる
）、 第４図は、本発明によるレーザの配列を備えた集積回路
の一部斜視図、 第５図は、第４図に含まれているようなレーザ構造を電
子素子回路と共に含む集積回路を示す斜視である。 ＦＩＧ、 ４ ＦＩＧ、 ５
Claims (28)
- （１）２つの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）によるキャ
ビテーションに基づくキャビティの内部の活性領域を本
質的に有する少なくとも１つの電気励起（ｐｕｍｐｉｎ
ｇ）垂直キャビティ・レーザからなり、各ＤＢＲが低屈
折率の材料と高屈折率の材料との対の連続したものを備
え、それらのＤＢＲの１つがｎ形導電性であり、もう１
つがｐ形導電性であり、両ＤＢＲが共に電気的に励起す
る手段を備え、この手段が両ＤＢＲにおける少なくとも
十分な数の前記対を通る電流路を含み、 前記ｐ形ＤＢＲの方が、対の数は少ないが、金属反射器
で補われており、この金属反射器に最も近くて位相整合
ＤＢＲ層と称されるＤＢＲ層が、相当する屈折率の次の
ＤＢＲ層の厚さと比較して、隣接する材料への発光の透
過による有効な厚さの変化を調節するように厚さを調節
され、この調節により破壊的干渉（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉ
ｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を減少させることに
より反射率を増加させる結果、レーザ・キャビティの反
射率が各キャビティ端で少なくとも９８％の反射率にな
るようなハイブリッド反射器をなす、 ことを特徴とする電気励起キャビティ・レーザ装置。 - （２）前記活性領域の厚さがレーザ発振方向に最大１μ
ｍであることを特徴とする請求項１記載の装置。 - （３）反射率が各キャビティ端において少なくとも９８
％であることを特徴とする請求項２記載の装置。 - （４）前記活性領域が本質的にバルク材料からなること
を特徴とする請求項１、２または３記載の装置。 - （５）前記活性領域が、本質的に少なくとも１つの活性
材料の井戸を備え、前記井戸が、前記レーザ動作中の空
洞定在波（ｃａｖｉｔａｔｅｄ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗ
ａｖｅ）のエネルギー・ピークと位置的にほぼ一致する
ように、スペーサ材料によって位置決めされていること
を特徴とする請求項１、２または３記載の装置。 - （６）前記井戸が量子井戸であることを特徴とする請求
項５記載の装置。 - （７）前記井戸がレーザ発振方向に十分厚く、本質的に
バルクの特性を明示することを特徴とする請求項５記載
の装置。 - （８）前記活性領域が、少なくとも２つの井戸と、前記
レーザの動作中の空洞定在波の少なくとも２つのエネル
ギー・ピークに井戸を備えたことを特徴とする請求項１
記載の装置。 - （９）前記活性領域内部の自由な電気的キャリヤの閉じ
込めを増加させる目的で、前記レーザが、前記活性領域
の少なくとも１つの表面に隣接する閉じ込め層を備え、
前記閉じ込め層が、この閉じ込め層に隣接するＤＢＲ層
のエネルギー・バンドギャップより大きいエネルギー・
バンドギャップを有することを特徴とする請求項１記載
の装置。 - （１０）前記閉じ込め層が、前記隣接するＤＢＲ層と同
じ導電形であり、さらに少ない方の電気的キャリヤの逆
注入を減じるに十分なエネルギー障壁を呈することを特
徴とする請求項９記載の装置。 - （１１）前記閉じ込め層が、キャビティのｎ形の側にあ
り、そのエネルギー障壁が、活性領域の隣接部分のバン
ド・エッジと実質的に異なる閉じ込め層のバンド・エッ
ジの結果であることを特徴とする請求項１０記載の装置
。 - （１２）前記キャビティを支持する基板を備えたことを
特徴とする請求項１１記載の装置。 - （１３）前記の支持されている構造の少なくとも初期の
部分は、前記基板上でエピタキシャル成長したことを特
徴とする請求項１２記載の装置。 - （１４）前記エピタキシャル成長が、ＭＢＥによるもの
であることを特徴とする請求項１３記載の装置。 - （１５）前記基板が、レーザ発光に対し相当な吸収性を
示し、レーザ発光にアクセスするための孔が前記基板に
設けられていることを特徴とする請求項１４記載の装置
。 - （１６）前記の孔を通る光ファイバを備えたことを特徴
とする請求項１５記載の装置。 - （１７）前記基板に最も近いＤＢＲが、ｎ形導電性であ
ることを特徴とする請求項１２記載の装置。 - （１８）電気励起路が、前記基板の裏面の電極を含むこ
とを特徴とする請求項１７記載の装置。 - （１９）前記電気励起経路が、金属反射器を含むことを
特徴とする請求項１８記載の装置。 - （２０）前記金属反射器とその下にあるＤＢＲとの中間
に接触層（ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｙｅｒ）があり、この
接触層が、オーム接触層を保証することを特徴とする請
求項１９記載の装置。 - （２１）多数の前記電気励起レーザを含んだ集積回路か
らなることを特徴とする請求項１２記載の装置。 - （２２）前記集積回路が、さらに電子素子も含むことを
特徴とする請求項２１記載の装置。 - （２３）電気励起により前記電子素子が必然的に作動す
ることを特徴とする請求項２２記載の装置。 - （２４）前記位相整合ＤＢＲ層が、前記の屈折率の低い
方であり、この層の発光方向の厚さが、次の低い屈折率
のＤＢＲ層の厚さに比較して薄いことを特徴とする請求
項１記載の装置。 - （２５）前記位相整合ＤＢＲ層が、次の低い屈折率のＤ
ＢＲ層の厚さより約２５％薄いことを特徴とする請求項
２４記載の装置。 - （２６）前記位相整合ＤＢＲ層が、高屈折率であり、こ
の層の発光方向の厚さが、次の高い屈折率のＤＢＲ層の
厚さに比較して厚いことを特徴とする請求項１記載の装
置。 - （２７）前記位相整合ＤＢＲ層の厚さが、次の高い屈折
率のＤＢＲ層の厚さより約５０％厚いことを特徴とする
請求項２６記載の装置。 - （２８）前記ＤＢＲが、異なる化学的組成であるために
、異なるスペクトラム反射率を有し、そのスペクトラム
反射率が、前記金属反射器を含むことにより平坦化され
、それによって、前記金属反射器を含まない構造のキャ
ビティ効率に比較してキャビティ効率が増大することを
特徴とする請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/343,760 US4991179A (en) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | Electrically pumped vertical cavity laser |
| SG44894A SG44894G (en) | 1989-04-26 | 1994-03-26 | Electrically pumped vertical cavity laser |
| US343760 | 1999-06-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02302085A true JPH02302085A (ja) | 1990-12-14 |
| JPH07105572B2 JPH07105572B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=26663995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2107735A Expired - Lifetime JPH07105572B2 (ja) | 1989-04-26 | 1990-04-25 | 電気励起キャビティ・レーザ装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4991179A (ja) |
| EP (1) | EP0395315B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07105572B2 (ja) |
| KR (1) | KR940001793B1 (ja) |
| CA (1) | CA2008899C (ja) |
| DE (1) | DE69006087T2 (ja) |
| HK (1) | HK108194A (ja) |
| SG (1) | SG44894G (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04333290A (ja) * | 1991-05-08 | 1992-11-20 | Nec Corp | 垂直共振器型面発光レーザおよび垂直共振器型面入出力光電融合素子 |
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