TWI793730B - 光子晶體面射型雷射結構 - Google Patents

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Abstract

一種光子晶體面射型雷射結構包含基板、N型披覆層、主動層、光子晶體結構、P型披覆層、N型半導體層以及超穎介面結構。N型披覆層設置在基板上。主動層設置在N型披覆層上。光子晶體結構設置在主動層上。P型披覆層設置在光子晶體結構上。N型半導體層設置在P型披覆層上。超穎介面結構位於N型半導體層遠離P型披覆層的表面上。

Description

光子晶體面射型雷射結構
本揭示是關於一種光子晶體面射型雷射結構。
雷射在醫療、光學通訊及工業加工等領域有廣泛的應用。以現有的雷射結構而言，在發光效率及出射方向的控制上仍有改進空間。
有鑑於此，本揭示之一目的在於提出一種能達到更高發光效率及更大出射角度的雷射結構。
為達成上述目的，依據本揭示的一些實施方式，一種光子晶體面射型雷射結構包含基板、N型披覆層、主動層、光子晶體結構、P型披覆層、第一N型半導體層以及超穎介面結構。N型披覆層設置在基板上。主動層設置在N型披覆層上。光子晶體結構設置在主動層上。P型披覆層設置在光子晶體結構上。第一N型半導體層設置在P型披覆層上。超穎介面結構位於第一N型半導體層遠離P型披覆層的表面上。
在本揭示的一或多個實施方式中，超穎介面結構配置以使雷射光束傾斜於基板、N型披覆層以及主動層排列的方向出射。
在本揭示的一或多個實施方式中，雷射光束與基板、N型披覆層以及主動層排列的方向之間的最大夾角為90度。
在本揭示的一或多個實施方式中，超穎介面結構配置以使雷射光束同時朝不同的複數個方向出射。
在本揭示的一或多個實施方式中，超穎介面結構包含與第一N型半導體層一體成形的微結構。
在本揭示的一或多個實施方式中，超穎介面結構部分覆蓋第一N型半導體層遠離P型披覆層的表面，並接觸第一N型半導體層。
在本揭示的一或多個實施方式中，光子晶體面射型雷射結構進一步包含金屬電極。金屬電極設置在第一N型半導體層遠離P型披覆層的表面上，並環繞超穎介面結構。
在本揭示的一或多個實施方式中，光子晶體面射型雷射結構進一步包含穿隧接面，穿隧接面設置在第一N型半導體層中。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面的橫截面面積小於超穎介面結構的面積。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面在基板上的垂直投影區域落在超穎介面結構在基板上的垂直投影區域以內。
在本揭示的一或多個實施方式中，基板、N型披覆層以及主動層沿著第一方向排列，在垂直於第一方向的第二方向上，穿隧接面的寬度小於超穎介面結構的寬度。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面的橫截面面積小於光子晶體結構的橫截面面積。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面在基板上的垂直投影區域落在光子晶體結構在基板上的垂直投影區域以內。
在本揭示的一或多個實施方式中，基板、N型披覆層以及主動層沿著第一方向排列，在垂直於第一方向的第二方向上，穿隧接面的寬度小於光子晶體結構的寬度。
在本揭示的一或多個實施方式中，光子晶體面射型雷射結構進一步包含第一P型半導體層。第一P型半導體層設置在P型披覆層上，並被第一N型半導體層環繞。穿隧接面位於第一P型半導體層以及第一N型半導體層之間。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面包含第二P型半導體層以及第二N型半導體層，第二P型半導體層位於第一P型半導體層以及第二N型半導體層之間。第二P型半導體層的摻雜濃度大於第一P型半導體層，且第二N型半導體層的摻雜濃度大於第一N型半導體層。
在本揭示的一或多個實施方式中，穿隧接面的厚度落在5奈米至100奈米的範圍以內。
在本揭示的一或多個實施方式中，光子晶體面射型雷射結構進一步包含電子侷限層，電子侷限層位於主動層以及光子晶體結構之間。
在本揭示的一或多個實施方式中，光子晶體結構包含複數個週期性孔洞。
在本揭示的一或多個實施方式中，週期性孔洞的截面形狀為圓形、四邊形或六邊形。
綜上所述，本揭示的光子晶體面射型雷射結構包含位於N型半導體層遠離P型披覆層的表面上的超穎介面結構，利用超穎介面結構可控制雷射光束出射的角度。光子晶體面射型雷射結構還包含設置在N型半導體層中的穿隧接面，配置穿隧接面有助於使通過雷射結構的電流均勻化，提升發光效率。
為使本揭示之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施方式。圖式中之各元件未按比例繪製，且僅為說明本揭示而提供。以下描述許多實務上之細節，以提供對本揭示的全面理解，然而，相關領域具普通技術者應當理解可在沒有一或多個實務上之細節的情況下實施本揭示，因此，該些細節不應用以限定本揭示。
請參照第1A圖至第1C圖。第1A圖為繪示依據本揭示一實施方式之光子晶體面射型雷射結構100的俯視圖，第1B圖為繪示第1A圖所示之光子晶體面射型雷射結構100在區域M內的放大透視圖，第1C圖為繪示第1A圖所示之光子晶體面射型雷射結構100沿線段1-1’的剖面圖。光子晶體面射型雷射結構100包含沿著第一方向Y堆疊設置的基板110、N型披覆層120、主動層130、光子晶體結構150、P型披覆層160、第一N型半導體層170以及超穎介面結構140。基板110例如是半導體基板，可包含砷化鎵(GaAs)或其他合適的半導體材料。N型披覆層120設置在基板110上，而主動層130設置在N型披覆層120上。於一些實施方式中，主動層130包含量子阱，配置以在光子晶體面射型雷射結構100通電時發光。
於一些實施方式中，N型披覆層120包含砷化鎵(GaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷砷化銦鎵(InGaAsP)、砷化鋁(AlAs)、砷化鋁鎵銦(AlGaInAs)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷氮化銦鎵(InGaNAs)、銻砷化鎵(GaAsSb)、銻化鎵(GaSb)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、磷化鋁(AlP)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)、其他合適的半導體材料或上述材料的任意組合。
如第1A圖至第1C圖所示，光子晶體結構150設置在主動層130上。主動層130發出的光在光子晶體結構150共振產生雷射光束LB，雷射光束LB從光子晶體面射型雷射結構100的頂部出射。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，光子晶體結構150包含基部151以及複數個週期性孔洞152。基部151可包含砷化鎵(GaAs)或其他合適的半導體材料，週期性孔洞152形成於基部151遠離主動層130的一側，且週期性孔洞152在實質上垂直於第一方向Y的第二方向X上排列。於一些實施方式中，週期性孔洞152沿著垂直於第一方向Y的平面排列。於一些實施方式中，週期性孔洞152的截面形狀可為圓形、四邊形或六邊形。
如第1A圖至第1C圖所示，P型披覆層160設置在光子晶體結構150上，而第一N型半導體層170設置在P型披覆層160上。於一些實施方式中，第一N型半導體層170包含N-GaAs。於一些實施方式中，P型披覆層160包含砷化鎵(GaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷砷化銦鎵(InGaAsP)、砷化鋁(AlAs)、砷化鋁鎵銦(AlGaInAs)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷氮化銦鎵(InGaNAs)、銻砷化鎵(GaAsSb)、銻化鎵(GaSb)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、磷化鋁(AlP)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)、其他合適的半導體材料或上述材料的任意組合。
如第1A圖至第1C圖所示，超穎介面結構140 (metasurface)位於第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面上。超穎介面結構140包含次波長(sub-wavelength)尺度的微結構，可在雷射光束LB通過時改變其波前、相位等特性。利用超穎介面結構140，可控制雷射光束LB從光子晶體面射型雷射結構100的頂部出射的角度，例如使雷射光束LB傾斜於第一方向Y出射。於一些實施方式中，雷射光束LB與第一方向Y之間的最大夾角為90度。
取決於超穎介面結構140的設計，出射的雷射光束LB與第一方向Y之間的夾角θ可以是負90度至正90度的範圍內的任何角度。於一些實施方式中，超穎介面結構140可調整光子晶體結構150產生的雷射光束LB，使其同時朝多個不同方向從光子晶體面射型雷射結構100的頂部出射。
於一些實施方式中，超穎介面結構140包含與第一N型半導體層170一體成形的微結構。於一些實施方式中，可透過對第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面進行蝕刻的方式來形成超穎介面結構140。
於一些實施方式中，超穎介面結構140是外加在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面上的結構。超穎介面結構140部分覆蓋第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面，並接觸第一N型半導體層170。於一些實施方式中，可透過在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面鍍上一層介電材料或半導體材料(例如：非晶矽)的方式來形成超穎介面結構140。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，光子晶體面射型雷射結構100進一步包含穿隧接面190 (tunnel junction)，穿隧接面190設置在第一N型半導體層170中。配置穿隧接面190有助於使通過光子晶體面射型雷射結構100的電流均勻化，提升發光效率。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，穿隧接面190的橫截面(亦即，穿隧接面190垂直於第一方向Y的截面)的面積小於超穎介面結構140的面積。於一些實施方式中，穿隧接面190的橫截面的面積小於光子晶體結構150的橫截面(亦即，光子晶體結構150垂直於第一方向Y的截面)的面積。於一些實施方式中，穿隧接面190在基板110上的垂直投影區域落在超穎介面結構140在基板110上的垂直投影區域以內，其中垂直投影區域是指沿著第一方向Y的反方向投影的區域。於一些實施方式中，穿隧接面190在基板110上的垂直投影區域落在光子晶體結構150在基板110上的垂直投影區域以內。於一些實施方式中，在第二方向X上，穿隧接面190的寬度W3小於超穎介面結構140的寬度W1。於一些實施方式中，穿隧接面190的寬度W3小於光子晶體結構150的寬度W2。於一些實施方式中，在第一方向Y上，穿隧接面190的厚度落在5奈米至100奈米的範圍以內。
如第1A圖至第1C圖所示，光子晶體面射型雷射結構100實際發光的區域集中在光子晶體結構150位於穿隧接面190下方處。超穎介面結構140的範圍涵蓋穿隧接面190 (亦即，穿隧接面190在基板110上的垂直投影區域落在超穎介面結構140在基板110上的垂直投影區域以內)，故超穎介面結構140的範圍同時也涵蓋了光子晶體結構150對應穿隧接面190的部分，以控制雷射光束LB從光子晶體面射型雷射結構100的頂部出射的角度。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，光子晶體面射型雷射結構100進一步包含第一P型半導體層103 (例如：P-GaAs)。第一P型半導體層103設置在P型披覆層160上，且被第一N型半導體層170環繞。穿隧接面190位於第一P型半導體層103以及第一N型半導體層170之間。
如第1圖所示，於一些實施方式中，穿隧接面190包含堆疊設置的第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192，其中第二P型半導體層位於第二N型半導體層192與第一P型半導體層103之間。第二P型半導體層191的摻雜濃度大於第一P型半導體層103的摻雜濃度，且第二N型半導體層192的摻雜濃度大於第一N型半導體層170的摻雜濃度。於一些實施方式中，第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192包含砷化鎵(GaAs)或砷化銦鎵(InGaAs)。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，光子晶體面射型雷射結構100進一步包含電子侷限層180，電子侷限層180覆蓋在主動層130上，並位於光子晶體結構150與主動層130之間。
如第1A圖至第1C圖所示，於一些實施方式中，光子晶體面射型雷射結構100進一步包含第一電極101以及第二電極102。第一電極101設置在基板110遠離N型披覆層120的一側，並接觸基板110遠離N型披覆層120的表面。第二電極102設置在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的一側，並接觸第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面。於一些實施方式中，第一電極101與第二電極102為金屬電極。於一些實施方式中，第二電極102環繞超穎介面結構140設置。
於一些實施方式中，第一電極101與第二電極102包含銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、鍺(Ge)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、銅(Cu)、鈹化金(AuBe)、鈹化鍺(BeGe)、鎳(Ni)、錫化鉛(PbSn)、鉻(Cr)、鋅化金(AuZn)、鈦(Ti)、鎢(W)、鎢化鈦(TiW)、其他合適的導電材料或上述材料的任意組合。
以下介紹光子晶體面射型雷射結構100的製造方法。
請參照第2圖至第7圖，其為繪示第1C圖所示之光子晶體面射型雷射結構100在各製造階段的剖面圖。光子晶體面射型雷射結構100的製造方法包含步驟S1至步驟S13。
如第2圖所示，首先，在步驟S1中，形成堆疊設置的基板110、N型披覆層120、主動層130、電子侷限層180以及半導體層150A (例如：砷化鎵)。基板110、N型披覆層120、主動層130、電子侷限層180以及半導體層150A沿著第一方向Y排列。於一些實施方式中，步驟S1包含透過磊晶成長的方式來形成堆疊設置的基板110、N型披覆層120、主動層130、電子侷限層180以及半導體層150A。
如第3圖所示，接著，在步驟S3中，在半導體層150A中形成光子晶體結構150。於一些實施方式中，步驟S3包含去除部分的半導體層150A形成光子晶體結構150的週期性孔洞152。剩餘的半導體層150A作為光子晶體結構150的基部151。於一些實施方式中，步驟S3包含透過蝕刻或光刻的方式來去除部分的半導體層150A形成光子晶體結構150的週期性孔洞152。
如第4圖所示，接著，在步驟S5中，在光子晶體結構150上形成堆疊設置的P型披覆層160、第一P型半導體層103 (例如：P-GaAs)、第二P型半導體層191 (例如：P+-GaAs或P+-InGaAs)以及第二N型半導體層192 (N+-GaAs或N+-InGaAs)。P型披覆層160、第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192沿著第一方向Y排列。第一P型半導體層103覆蓋P型披覆層160的上表面，第二P型半導體層191覆蓋第一P型半導體層103的上表面，而第二N型半導體層192覆蓋第二P型半導體層191的上表面。
於一些實施方式中，步驟S5包含透過磊晶成長的方式在光子晶體結構150上形成堆疊設置的P型披覆層160、第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192。
如第5圖所示，接著，在步驟S7中，去除第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192的外緣，使第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192在第二方向X上相較於P型披覆層160內縮，亦即，使第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192在第二方向X上的寬度小於P型披覆層160。留下的第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192構成穿隧接面190，界定光子晶體面射型雷射結構100的發光區域。
於一些實施方式中，步驟S7包含透過蝕刻的方式去除第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192的外緣，使第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192在第二方向X上相較於P型披覆層160內縮。
如第6圖所示，接著，在步驟S9中，形成第一N型半導體層170 (例如：N-GaAs)，第一N型半導體層170設置在P型披覆層160上，並包覆第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192。
於一些實施方式中，步驟S9包含透過磊晶成長的方式在P型披覆層160、第一P型半導體層103、第二P型半導體層191以及第二N型半導體層192上形成第一N型半導體層170。
如第7圖所示，接著，在步驟S11中，形成第一電極101與第二電極102，第一電極101設置在基板110遠離N型披覆層120的一側，並接觸第一基板110遠離N型披覆層120的表面。第二電極102設置在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的一側，並接觸第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面。
請回頭參照第1C圖，最後，在步驟S13中，在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面上形成超穎介面結構140。於一些實施方式中，步驟S13包含對第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面進行蝕刻以形成超穎介面結構140。於一些實施方式中，步驟S13包含在第一N型半導體層170遠離P型披覆層160的表面鍍上一層介電材料或半導體材料(例如：非晶矽)以形成超穎介面結構140。
綜上所述，本揭示的光子晶體面射型雷射結構包含位於N型半導體層遠離P型披覆層的表面上的超穎介面結構，利用超穎介面結構可控制雷射光束出射的角度。光子晶體面射型雷射結構還包含設置在N型半導體層中的穿隧接面，配置穿隧接面有助於使通過雷射結構的電流均勻化，提升發光效率。
儘管本揭示已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示，任何熟習此技藝者，於不脫離本揭示之精神及範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:光子晶體面射型雷射結構
101:第一電極
102:第二電極
103:第一P型半導體層
110:基板
120:N型披覆層
130:主動層
140:超穎介面結構
150:光子晶體結構
150A:半導體層
151:基部
152:週期性孔洞
160:P型披覆層
170:第一N型半導體層
180:電子侷限層
190:穿隧接面
191:第二P型半導體層
192:第二N型半導體層
LB:雷射光束
M:區域
W1,W2,W3:寬度
X:第二方向
Y:第一方向
θ:夾角
為使本揭示之上述及其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1A圖為繪示依據本揭示一實施方式之光子晶體面射型雷射結構的俯視圖。 第1B圖為繪示第1A圖所示之光子晶體面射型雷射結構在區域M內的放大透視圖。 第1C圖為繪示第1A圖所示之光子晶體面射型雷射結構沿線段1-1’的剖面圖。 第2圖至第7圖為繪示第1C圖所示之光子晶體面射型雷射結構在各製造階段的剖面圖。
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100:光子晶體面射型雷射結構
101:第一電極
102:第二電極
103:第一P型半導體層
110:基板
120:N型披覆層
130:主動層
140:超穎介面結構
150:光子晶體結構
151:基部
152:週期性孔洞
160:P型披覆層
170:第一N型半導體層
180:電子侷限層
190:穿隧接面
191:第二P型半導體層
192:第二N型半導體層
LB:雷射光束
X:第二方向
Y:第一方向
θ:夾角

Claims (19)

  1. 一種光子晶體面射型雷射結構，包含：一基板；一N型披覆層，設置在該基板上；一主動層，設置在該N型披覆層上；一光子晶體結構，設置在該主動層上；一P型披覆層，設置在該光子晶體結構上；一第一N型半導體層，設置在該P型披覆層上；一超穎介面結構，位於該第一N型半導體層遠離該P型披覆層的一表面上；以及一穿隧接面，設置在該第一N型半導體層中。
  2. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該基板、該N型披覆層以及該主動層沿著一方向排列，該超穎介面結構配置以使一雷射光束傾斜於該方向出射。
  3. 如請求項2所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該雷射光束與該方向之間的最大夾角為90度。
  4. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該超穎介面結構配置以使一雷射光束同時朝不同的複數個方向出射。
  5. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構， 其中該超穎介面結構包含與該第一N型半導體層一體成形的微結構。
  6. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該超穎介面結構部分覆蓋該第一N型半導體層的該表面，並接觸該第一N型半導體層。
  7. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，進一步包含一金屬電極，該金屬電極設置在該第一N型半導體層的該表面上，並環繞該超穎介面結構。
  8. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面的橫截面面積小於該超穎介面結構的面積。
  9. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面在該基板上的一垂直投影區域落在該超穎介面結構在該基板上的一垂直投影區域以內。
  10. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該基板、該N型披覆層以及該主動層沿著一第一方向排列，在垂直於該第一方向的一第二方向上，該穿隧接面的寬度小於該超穎介面結構的寬度。
  11. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面的橫截面面積小於該光子晶體結構的橫截面面積。
  12. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面在該基板上的一垂直投影區域落在該光子晶體結構在該基板上的一垂直投影區域以內。
  13. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該基板、該N型披覆層以及該主動層沿著一第一方向排列，在垂直於該第一方向的一第二方向上，該穿隧接面的寬度小於該光子晶體結構的寬度。
  14. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，進一步包含一第一P型半導體層，該第一P型半導體層設置在該P型披覆層上，且被該第一N型半導體層環繞，該穿隧接面位於該第一P型半導體層以及該第一N型半導體層之間。
  15. 如請求項14所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面包含一第二P型半導體層以及一第二N型半導體層，該第二P型半導體層位於該第一P型半導體層以及該第二N型半導體層之間，其中該第二P型半導體層的摻雜濃度大於該第一P型半導體層，且該第二N型 半導體層的摻雜濃度大於該第一N型半導體層。
  16. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該穿隧接面的厚度落在5奈米至100奈米的範圍以內。
  17. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，進一步包含一電子侷限層，該電子侷限層位於該主動層以及該光子晶體結構之間。
  18. 如請求項1所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該光子晶體結構包含複數個週期性孔洞。
  19. 如請求項18所述之光子晶體面射型雷射結構，其中該些週期性孔洞的截面形狀為圓形、四邊形或六邊形。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535033A (zh) * 2018-05-24 2019-12-03 智林企业股份有限公司 电激发光子晶体面射型雷射元件
US20190369458A1 (en) * 2018-05-30 2019-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for controlling laser light propagation direction

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7768024B2 (en) * 2005-12-02 2010-08-03 The Regents Of The University Of California Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers fabricated by growth over a patterned substrate with multiple overgrowth
DE102007029370A1 (de) * 2007-05-04 2008-11-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips
JP5322453B2 (ja) * 2008-02-07 2013-10-23 キヤノン株式会社 ３次元フォトニック結晶発光素子
JP5794687B2 (ja) * 2011-08-12 2015-10-14 国立大学法人京都大学 フォトニック結晶面発光レーザ
JP6755506B2 (ja) * 2015-11-06 2020-09-16 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US11411137B2 (en) * 2016-02-05 2022-08-09 The Regents Of The University Of California III-nitride light emitting diodes with tunnel junctions wafer bonded to a conductive oxide and having optically pumped layers
JP6951890B2 (ja) * 2017-07-10 2021-10-20 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ素子
JP6580097B2 (ja) * 2017-09-05 2019-09-25 株式会社東芝 面発光量子カスケードレーザ
US11118981B2 (en) * 2018-04-17 2021-09-14 The Curators Of The University Of Missouri Frequency-selective metasurface integrated uncooled microbolometers
JP7144188B2 (ja) * 2018-05-15 2022-09-29 浜松ホトニクス株式会社 反射型動的メタサーフェス
JP7219552B2 (ja) * 2018-05-15 2023-02-08 浜松ホトニクス株式会社 発光デバイス
CN109038219B (zh) * 2018-09-07 2019-12-20 中国科学院半导体研究所 窄垂直远场发散角的隧道结光子晶体激光器
CN112117641B (zh) * 2019-06-21 2021-10-01 山东华光光电子股份有限公司 一种GaAs基多结红光激光器及其制备方法
CN112331753B (zh) * 2020-11-06 2022-11-11 业成科技（成都）有限公司 发光二极管结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535033A (zh) * 2018-05-24 2019-12-03 智林企业股份有限公司 电激发光子晶体面射型雷射元件
US20190369458A1 (en) * 2018-05-30 2019-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for controlling laser light propagation direction

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