JP4944788B2 - 単一モードフォトニック結晶vcsel - Google Patents
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Description
上記の説明は、本発明の全体的な概要を与えるためのものである。以下において、本発明の態様および好ましい実現形態についてより詳細に示すことにする。
光を生成するための、およびその生成した光を放出するための活性領域を有する半導体材料層と、
第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、活性領域を備えたレーザ空洞を形成し、レーザ空洞および活性領域は、生成した光に対し、少なくとも1つの縦方向電磁モードを支援するミラーと、
光子寿命を長くし、かつ活性領域とオーバーラップするか、または少なくとも活性領域を囲む中心光アパーチャ(LA)領域と、
第1および/または第2のミラーの中に形成されるか、または第1および/または第2のミラーに隣接して形成され、かつLA領域を囲むモード整形(MS)領域であって、光子寿命をLA領域よりも短くするモード整形領域と、
第1および/または第2のミラーの中に形成されるか、または第1および/または第2のミラーに隣接して形成され、かつMS領域を囲むモード閉じ込め(MC)領域であって、MS領域およびLA領域へモードを横方向に閉じ込めるように設計されたモード閉じ込め領域とを備え、
LA領域、MS領域およびMC領域の寸法は、空洞の各横電磁モードにおいてレーザ動作の効率を操作するように選択されるVCSELを提供する。
活性領域と、
第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、活性領域を備えたレーザ空洞を形成するミラーと、
光子寿命を長くする光アパーチャ(LA)領域と、
モード整形(MS)領域と、
第1および/または第2のミラーに隣接して形成されるか、または第1および/または第2のミラーの中に形成され、MS領域およびLA領域へ横方向にモードを閉じ込めるように設計されたモード閉じ込め(MC)領域とを備え、
モード整形(MS)領域はLA領域とMC領域との間に形成され、MS領域は第1および/または第2のミラーに隣接して形成されるか、または第1および/または第2のミラーの中に形成され、光子寿命をLA領域よりも短くするVCSELを提供する。
活性領域と、第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、活性領域を備えたレーザ空洞を形成するミラーと、光子寿命を長くする中心光アパーチャ(LA)領域とを備えたVCSELを設けるステップと、
モード整形(MS)領域をLA領域の周りに形成して、LA領域をMS領域に対する非導波路とすることによって、モードの横方向の輪郭に応じてモードに損失を生じさせるステップであって、MS領域は、光子寿命をLA領域よりも短くするステップと、
MS領域の周りにモード閉じ込め(MC)領域を形成することによって、MS領域およびLA領域へと横方向にモードを閉じ込めるステップとを含む方法を提供する。
Claims (20)
- 多層構造を含む垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)であって、その多層構造は1つまたは複数の層で規定された異なる領域を備え、前記異なる領域間の関係は、前記層に垂直な方向に沿った突出部において決定され、前記VCSELは、
光を生成し、その生成した光を放出するための活性領域を有する半導体材料層と、
第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、前記活性領域を備えたレーザ空洞を形成し、前記レーザ空洞および前記活性領域は、前記生成した光に対し、少なくとも1つの縦方向の電磁モードを支援するミラーと、
光子寿命を長くして前記活性領域とオーバーラップする中心光アパーチャ(LA)領域と、
前記第1および/または前記第2のミラーの中に形成されるか、または前記第1および/または前記第2のミラーに隣接して形成され、かつ前記LA領域を囲み、光子寿命を前記LA領域よりも短くするモード整形領域(MS)と、
前記第1および/または前記第2のミラーの中に形成されるか、または前記第1および/または前記第2のミラーに隣接して形成され、かつ前記MS領域を囲み、前記MS領域および前記LA領域にモードの横方向閉じ込めを提供するように設計されたモード閉じ込め領域(MC)とを備え、
前記LA領域、前記MS領域および前記MC領域の寸法は、前記空洞の各横電磁モードにおいてレーザ動作の効率を操作するように選択され、前記LA領域は前記MS領域に対する非導波路であり、前記MS領域は、前記LA領域へのモードの横方向の閉じ込めを減少または最小化するように設計されている垂直共振器面発光レーザ。 - 請求項1に記載のVCSELであって、前記LA領域および前記MS領域は、前記活性領域と接触して形成されていないVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記LA領域および前記MS領域は、前記活性領域に隣接する層内に形成されていないVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記MS領域は、縦方向空洞共振波長を前記LA領域の縦方向空洞共振波長よりも長くする垂直構造に形成されているVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記MS領域の構造は、前記MS領域と前記LA領域との境界において横方向の波長の反射をもたらすことのない周期性を有しているVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記LA領域および前記MS領域に注入電流を閉じ込める手段をさらに備え、前記注入電流を閉じ込める手段は、前記MS領域を囲む前記多層構造の領域におけるプロトン打ち込みを含んでいるVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記LA領域および前記MS領域に注入電流を閉じ込める手段をさらに備え、前記注入電流を閉じ込める手段は、前記LA領域を囲む前記多層構造の単一または複数の層の選択的酸化を含んでいるVCSEL。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記MC領域は1次元PBG構造を備えているVCSEL。
- 請求項1に記載の半導体レーザであって、前記MC領域は、1つまたは複数の垂直方向に構造化されたリングからなり、そのリングは、横方向の4分の1波長の奇数倍を0%〜5%または0%〜10%または0%〜15%または0%〜20%または0%〜25%または0%〜30%だけ増加または減少させた幅を有する半導体レーザ。
- 請求項1に記載の半導体レーザであって、前記MC領域は、楕円形、長方形または非対称の垂直方向に構造化されたリングからなり、そのリングは、横方向の4分の1波長の奇数倍を0%から30%だけ増加または減少させた幅を有する半導体レーザ。
- 請求項1に記載のVCSELであって、前記MC領域は2次元PBG構造を備えているVCSEL。
- 請求項11に記載のVCSELであって、前記2次元PBG構造の周期性または寸法は、偏光制御を得るように、選択された領域において修正されるVCSEL。
- 多層構造を含む垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)であって、その多層構造は1つまたは複数の層で規定された異なる領域を備え、前記異なる領域間の関係は、前記層に垂直な方向に沿った突出部において決定され、前記VCSELは、
光を生成し、その生成した光を放出するための活性領域を有する半導体材料層と、
第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、前記活性領域を備えたレーザ空洞を形成し、前記レーザ空洞および前記活性領域は、前記生成した光に対し、少なくとも1つの縦方向電磁モードを支援するミラーと、
光子寿命を長くして前記活性領域とオーバーラップする中心光アパーチャ(LA)領域と、
前記第1および/または前記第2のミラーの中に形成されるか、または前記第1および/または前記第2のミラーに隣接して形成され、かつ前記LA領域を囲み、光子寿命を前記LA領域よりも短くするモード整形領域(MS)と、
前記第1および/または前記第2のミラーの中に形成されるか、または前記第1および/または前記第2のミラーに隣接して形成され、かつ前記MS領域を囲み、前記MS領域および前記LA領域にモードの横方向閉じ込めを提供するように設計されたモード閉じ込め領域(MC)とを備え、
前記LA領域、前記MS領域および前記MC領域の寸法は、前記空洞の各横電磁モードにおいてレーザ動作の効率を操作するように選択され、前記MS領域は、垂直方向に構造化されたリングまたはドーピングされたリングからなり、そのリングは、横方向の4分の1波長の偶数倍を0%〜5%または0%〜10%または0%〜15%または0%〜20%または0%〜25%または0%〜30%だけ増加または減少させた幅を有するVCSEL。 - 請求項1または13に記載のVCSELであって、前記MS領域は、前記LA領域に対する前記MS領域の横方向の反射を最小化するミクロ/ナノ構造化された領域であるVCSEL。
- 請求項1または13に記載の半導体レーザであって、前記MS領域は、楕円形、長方形または非対称の垂直方向に構造化されたリングからなり、そのリングは、横方向の2分の1波長の奇数倍を0%から30%だけ増加または減少させた幅を有する半導体レーザ。
- 請求項1または13に記載のVCSELであって、前記LA領域、前記MS領域および前記MC領域は、部分的な半導体DBR上部ミラー内に実装されているVCSEL。
- 請求項1または13に記載のVCSELであって、前記LA領域、前記MS領域および前記MC領域は、誘電体上部ミラー層内に実装されているVCSEL。
- 多層構造を含む垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)であって、その多層構造は1つまたは複数の層において規定された異なる領域を備え、前記異なる領域間の関係は、前記層に垂直な方向に沿った突出部において決定され、前記VCSELは、
活性領域と、
第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、前記活性領域を備えたレーザ空洞を形成するミラーと、
光子寿命を長くする光アパーチャ(LA)領域と、
前記第1および/または第2のミラーに隣接して形成されるか、または前記第1および/または第2のミラーの中に形成され、前記LA領域へ横方向にモードを閉じ込めるように設計されたモード閉じ込め(MC)領域とを備え、
モード整形(MS)領域が前記LA領域と前記MC領域との間に形成され、前記MS領域は、前記第1および/または第2のミラーに隣接して形成されるか、または前記第1および/または第2のミラーの中に形成され、光子寿命を前記LA領域よりも短くし、
前記LA領域は前記MS領域に対する非導波路であり、前記MS領域は前記LA領域へのモードの横方向の閉じ込めを減少または最小化するように設計され、および/または
前記MS領域は、縦方向空洞共振波長を前記LA領域の縦方向空洞共振波長よりも長くする垂直方向の構造化によって形成され、および/または
MS領域の構造は、前記MS領域と前記LA領域との境界において横方向の波長の反射をもたらすことのない周期性を有する垂直共振器面発光レーザ。 - 垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)の横電磁モードにおけるレーザ動作の効率を操作する方法であって、
活性領域と、第1および第2の少なくとも実質的に平行なミラーであって、前記活性領域を備えるレーザ空洞を形成するミラーと、光子寿命を長くする中心光アパーチャ(LA)領域とを備えたVCSELを設けるステップと、
モード整形(MS)領域を前記LA領域の周りに形成して、前記LA領域を前記MS領域に対する非導波路とすることによって、モードの横方向の輪郭に応じてモードに損失を生じさせるステップであって、前記MS領域は、前記LA領域よりも光子寿命を短くするステップと、
前記MS領域の周りにモード閉じ込め(MC)領域を形成することによって、前記MS領域および前記LA領域へと横方向にモードを閉じ込めるステップとを含む方法。 - 請求項19に記載の方法であって、前記MS領域を形成するステップは、前記LA領域から前記MS領域へのモードの漏出を確実にするステップを含む方法。
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