JPH07105572B2 - 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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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、一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の組
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III−Ｖ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の組
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III−Ｖ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:Molecular Beam Eptax
y）及び有機金属化学気相成長法（MOCVD:Metal Organic
Chemical Vapor Deposition）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、MB
E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、（DBR:Distributed Bragg Reflector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。
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:Molecular Beam Eptax
y）及び有機金属化学気相成長法（MOCVD:Metal Organic
Chemical Vapor Deposition）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、MB
E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、（DBR:Distributed Bragg Reflector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、特にその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。そしてレーザ発
振しきい値は材料の有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。
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、特にその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。そしてレーザ発
振しきい値は材料の有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。
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僅か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（1989年12月11日の
「応用物理レターズ（Applied Phisics Letters）」の
第55（24）巻、p.2473-p.2475参照）。この研究成果
は、ほ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 pumping）による兆侯を認識したとの
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僅か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（1989年12月11日の
「応用物理レターズ（Applied Phisics Letters）」の
第55（24）巻、p.2473-p.2475参照）。この研究成果
は、ほ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 pumping）による兆侯を認識したとの
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I2Rの損失・発熱レベルを招く
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量が増す）。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DB
R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。これは回析効果は
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からである。
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I2Rの損失・発熱レベルを招く
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量が増す）。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DB
R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。これは回析効果は
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からである。
例えば、1988年７月21日の「エレクトロニクス レター
ズ（Electronics Letters）」第24巻、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３μｍ直径の30μｍの活性領域を有する表面
放出レーザ（Surface Emitting Laser）を、電流密度30
kA/cm2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、DB
R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DBR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」（1987年11月23日）の第51巻、第
21号、p.1655−p.1657参照。
ズ（Electronics Letters）」第24巻、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３μｍ直径の30μｍの活性領域を有する表面
放出レーザ（Surface Emitting Laser）を、電流密度30
kA/cm2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、DB
R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DBR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」（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。
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］ 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、エッジ放
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）を使用することによって低レー
ザしきい値を実現可能である。そして、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ポンピングは、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、エッジ放
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）を使用することによって低レー
ザしきい値を実現可能である。そして、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ポンピングは、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DB
R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」DBR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。このような配
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DB
R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」DBR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。このような配
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、低屈折率
のDBR層であれば、他の低屈折率のDBR層よりも薄くさ
れ、高屈折率のDBR層であれば、他の高屈折率のDBR層よ
りも厚くされ、それによって反射率が最大にされる。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てある）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。
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、低屈折率
のDBR層であれば、他の低屈折率のDBR層よりも薄くさ
れ、高屈折率のDBR層であれば、他の高屈折率のDBR層よ
りも厚くされ、それによって反射率が最大にされる。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てある）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IC
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ッ
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。
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ッ
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（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に対の数（周期の数）は少なくも98％、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（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に対の数（周期の数）は少なくも98％、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、ｎ、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（constructive interferenc
e）が最大となるように設計された「位相整合」層であ
る。図示した構造に対し、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13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ー層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（constructive interferenc
e）が最大となるように設計された「位相整合」層であ
る。図示した構造に対し、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13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ー層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
複合ミラー部分を有する。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の深さまでエッチン
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、エッ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、エッ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
しもエッ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
複合ミラー部分を有する。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の深さまでエッチン
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、エッ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、エッ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
しもエッ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）デューティ・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。
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）デューティ・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。
第１図に、金属ミラー層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１）。
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１）。
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、30mA、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15μ
ｍ、厚さ0.5nmのGaAsの活性層を用いて、0.8623μｍ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
倍に拡大してある。曲線21、22、及び23は、全てしきい
値以上であるが励起放出をスパイク21、22、及び23とし
て明らかに示している。強度んも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。
に印加した20mA、25mA、30mA、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15μ
ｍ、厚さ0.5nmのGaAsの活性層を用いて、0.8623μｍ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
倍に拡大してある。曲線21、22、及び23は、全てしきい
値以上であるが励起放出をスパイク21、22、及び23とし
て明らかに示している。強度んも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図の装置の変形態様を示す。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33、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。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。
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33、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。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。
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31（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。
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31（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てある。そ
れらは一般に数ミクロンの高さに過ぎない。
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てある。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。
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、位相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、位相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
パ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。
パ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。
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である。
「厚さ」とは、QWもしくは従来の分離井戸（spacedwel
l）、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。例１において説明した材料系の場合、0.
25μｍの活性層の厚さに対し、CWまでの高いデューティ
・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・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MQW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である。
「厚さ」とは、QWもしくは従来の分離井戸（spacedwel
l）、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。例１において説明した材料系の場合、0.
25μｍの活性層の厚さに対し、CWまでの高いデューティ
・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・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MQW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。
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、1.3μｍ、及び1.55μｍ等の波長
は、周知の化合物半導体、即ち0.86μｍでのGaAs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InGaAs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、1.3μｍ、及び1.55μｍ等の波長
は、周知の化合物半導体、即ち0.86μｍでのGaAs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InGaAs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…恐らく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…恐らく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・アカデミック（Academi
c）刊のエィチ・シー・ケイシ・ジュニア（H.C.Casey,J
r.）及びエム・ビー・パニシ（M.B.Panish）による「ヘ
テロ構造レーザ：パートＡ基本原理（Heterostructure.
Lasers:Part A Fundamental Principles）」、第4.6節
（キャリヤ閉じ込め（Carrier Confinement））（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Egが活性領域のエネルギー・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
デミック（Academic）刊のエィチ・シー・ケイシ・ジュ
ニア（H.C.Casey,Jr.）及びエム・ビー・パニシ（M.B.P
anishi）による「ヘテロ構造レーザ：パートＡ基本原理
（Heterostructure Lasers:Part A Fundamental Princi
ples）」、第4.6節（キャリヤ閉じ込め（Carrier Confi
nement））（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
１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ヘテロ接合に対して、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・アカデミック（Academi
c）刊のエィチ・シー・ケイシ・ジュニア（H.C.Casey,J
r.）及びエム・ビー・パニシ（M.B.Panish）による「ヘ
テロ構造レーザ：パートＡ基本原理（Heterostructure.
Lasers:Part A Fundamental Principles）」、第4.6節
（キャリヤ閉じ込め（Carrier Confinement））（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Egが活性領域のエネルギー・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
デミック（Academic）刊のエィチ・シー・ケイシ・ジュ
ニア（H.C.Casey,Jr.）及びエム・ビー・パニシ（M.B.P
anishi）による「ヘテロ構造レーザ：パートＡ基本原理
（Heterostructure Lasers:Part A Fundamental Princi
ples）」、第4.6節（キャリヤ閉じ込め（Carrier Confi
nement））（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
１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ヘテロ接合に対して、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。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。
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。
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、
ペルガモン（Pergammon）刊のエム・ボーン（M.Born）
及びイー・ウルフ（E.Wolf）による「光学の原理（Prin
ciples of Optics）」の51ページ（「多層反射器の原理
（Principles of Multilayer Reflectors）」）参照。1
975年11月刊の「応用光学（Applied Optics）」、第14
巻、第11号（MBE成長（MBE Growth））のジェイ・ピー
・ファン＝デル＝ツィール（J.P.Vander Ziel）とエム
・アイレジムズ（M.Ilegems）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）。
DBR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）。
ペルガモン（Pergammon）刊のエム・ボーン（M.Born）
及びイー・ウルフ（E.Wolf）による「光学の原理（Prin
ciples of Optics）」の51ページ（「多層反射器の原理
（Principles of Multilayer Reflectors）」）参照。1
975年11月刊の「応用光学（Applied Optics）」、第14
巻、第11号（MBE成長（MBE Growth））のジェイ・ピー
・ファン＝デル＝ツィール（J.P.Vander Ziel）とエム
・アイレジムズ（M.Ilegems）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）。
DBR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。一例として
試験を行った素子では、ｐ形のDBRにおいて故意にΔｎ
を減少させて有利に使用することによって、所望の99％
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。一例として
試験を行った素子では、ｐ形のDBRにおいて故意にΔｎ
を減少させて有利に使用することによって、所望の99％
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DBR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DBR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DB
R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。作用を受けるこの
金属反射器近傍のDBR層が、低屈折率のDBR層であるよう
な、普通の好ましい設計の場合には、このDBR層の厚さ
を、位相調整のために、同じ低屈折率を有する次のDBR
層の厚さと比較して一般的に役25％薄くする必要があ
る。また、この金属反射器近傍のDBR層が、高屈折率のD
BR層である場合には、このDBR層の厚さを、位相調整の
ために、同じ高屈折率を有する次のDBR層の厚さと比較
して一般的に約50％厚くする必要がある。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偏移の差の問題であ
る。
R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。作用を受けるこの
金属反射器近傍のDBR層が、低屈折率のDBR層であるよう
な、普通の好ましい設計の場合には、このDBR層の厚さ
を、位相調整のために、同じ低屈折率を有する次のDBR
層の厚さと比較して一般的に役25％薄くする必要があ
る。また、この金属反射器近傍のDBR層が、高屈折率のD
BR層である場合には、このDBR層の厚さを、位相調整の
ために、同じ高屈折率を有する次のDBR層の厚さと比較
して一般的に約50％厚くする必要がある。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偏移の差の問題であ
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DBR
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DBR
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・ミラーを構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。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。
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。
低しきい値素子とするために、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。
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。
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。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。
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。
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層において
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層において
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、結晶の成長に精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。デューティ・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
は非常に小さなデューティ・サイクルから100％までの
デューティ・サイクル（持続波continuous wave:CW）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-term）の使用に関する利点は、低しきい
電流動作の実現可能による高デューティ・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％程度のデュ
ーティ・サイクル（10kA/cm2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
の観察事例は、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、デューティ・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。デューティ・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
は非常に小さなデューティ・サイクルから100％までの
デューティ・サイクル（持続波continuous wave:CW）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-term）の使用に関する利点は、低しきい
電流動作の実現可能による高デューティ・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％程度のデュ
ーティ・サイクル（10kA/cm2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
の観察事例は、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、デューティ・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、III−Ｖ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番目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Al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Al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。
とは、現在の開発の観点から、III−Ｖ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番目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Al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Al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、全てある程度、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0.84μｍ−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。Al0.1Ga0.9As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ッチン
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0.84μｍ−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。Al0.1Ga0.9As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ッチン
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MQW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In0.15Ga0.85As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。一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。
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MQW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In0.15Ga0.85As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。一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100A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（ドゥ＝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。
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（ドゥ＝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。一例として金を用い
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％、99.1％、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DBR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。一例として金を用い
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％、99.1％、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DBR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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カイ―フェン ファン 台湾，シェンチュ，ナショナル チェオ トン大学 (72)発明者 クォシュウ タイ アメリカ合衆国，07060 ニュージャージ イ ノース プレインフィールド，ウィロ ウ アヴェニュー38
Claims (27)
- 【請求項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DBR層と高屈折率のDBR層からなる層対の連続したもの
を備え、それら２つの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は、前記ｎ形DBRに比べて少ない数の前記層
対を備え、かつ補償用の金属反射器を備えており、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、同じ屈折率を有する次の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
補償し、破壊的干渉（destructive interference）を減
少させて反射率を増加させるようにしてその厚さを調節
され、その結果、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
リッド反射器を構成する、 ことを特徴とする電気励起キャビティ・レーザ装置。 - 【請求項２】前記活性領域の厚さが、レーザ発振方向に
最大１μｍである ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】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または２記載の装置。 - 【請求項４】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（cavitate
d standing wave）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または２記載の装置。 - 【請求項５】前記井戸が、量子井戸である ことを特徴とする請求項４記載の装置。
- 【請求項６】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４記載の装置。 - 【請求項７】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。 - 【請求項８】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DB
R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。 - 【請求項９】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８記載の装置。 - 【請求項１０】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９記載の
装置。 - 【請求項１１】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10記載の装置。
- 【請求項１２】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11記載の装置。 - 【請求項１３】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12記載の装置。 - 【請求項１４】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13記載の装置。 - 【請求項１５】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14記載の装置。 - 【請求項１６】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11記載の装置。 - 【請求項１７】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16記載の装置。 - 【請求項１８】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17記載の装置。
- 【請求項１９】前記金属反射器とその下にあるDBRとの
中間に接触層があり、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18記載の装置。 - 【請求項２０】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11記載の装置。 - 【請求項２１】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20記載の装置。
- 【請求項２２】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21記載の装置。 - 【請求項２３】前記位相整合DBR層が、前記低屈折率のD
BR層であり、この位相整合DBR層の発光方向の厚さが、
同じ低屈折率を有する次の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十
分に補償し、破壊的干渉を減少させて反射率を最大限に
増加させるように薄くされる、 ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２４】前記位相整合DBR層が、同じ低屈折率を
有する次のDBR層の厚さより約25％薄い ことを特徴とする請求項23記載の装置。 - 【請求項２５】前記位相整合DBR層が、前記高屈折率のD
BR層であり、この位相整合DBR層の発光方向の厚さが、
同じ高屈折率を有する次の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十
分に補償し、破壊的干渉を減少させて反射率を最大限に
増加させるように厚くされる、 ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項２６】前記位相整合DBR層の厚さが、同じ高屈
折率を有する次のDBR層の厚さより約50％厚い ことを特徴とする請求項25記載の装置。 - 【請求項２７】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。
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