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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6835743
(24)【登録日】2021年2月8日
(45)【発行日】2021年2月24日
(54)【発明の名称】垂直共振器型面発光レーザ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/183 20060101AFI20210215BHJP
【ＦＩ】
H01S5/183
【請求項の数】12
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2017-563332(P2017-563332)
(86)(22)【出願日】2016年5月31日
(65)【公表番号】特表2018-517301(P2018-517301A)
(43)【公表日】2018年6月28日
(86)【国際出願番号】EP2016062252
(87)【国際公開番号】WO2016198282
(87)【国際公開日】20161215
【審査請求日】2017年12月6日
【審判番号】不服2018-16876(P2018-16876/J1)
【審判請求日】2018年12月19日
(31)【優先権主張番号】15171099.3
(32)【優先日】2015年6月9日
(33)【優先権主張国】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】520264689
【氏名又は名称】トランプ フォトニック コンポーネンツ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110001690
【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】ゲルラッハ フィリップ ヘニング
(72)【発明者】
【氏名】キング ロジャー
【合議体】
【審判長】
井上 博之
【審判官】
山村 浩
【審判官】
野村 伸雄
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−２１０９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２１２３３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−３５６４３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−２５３４０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５２９９１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／００３４１１７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
H01L 31/18-31/20
H01S 5/183
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電気接点と、基板と、第１の分布ブラッグ反射器と、活性層と、第２の分布ブラッグ反射器と、第２の電気接点と、を備える垂直共振器型面発光レーザであって、前記垂直共振器型面発光レーザが０．９５≦ｙ≦１である、少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって少なくとも２つの副層に分離され、前記少なくとも２つの副層の厚さと前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さとを含む前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さは少なくとも４０ｎｍの厚さを有し、前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さが前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さの３％〜１０％を構成し、前記酸化制御層の材料が０．４≦ｘ≦０．６であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを含む、垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項2】
前記第１又は前記第２の分布ブラッグ反射器が前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む、請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項3】
電流開口層をさらに備え、前記電流開口層が前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む、請求項１又は２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項4】
前記活性層の下又は上に配置された少なくとも２つの電流開口層を備え、前記電流開口層のそれぞれが１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、前記少なくとも２つの電流開口層の第１の電流開口層が前記少なくとも２つの電流開口層の第２の電流開口層よりも前記活性層により近く配置され、前記第１の電流開口層が前記第２の電流開口層の第２の電流開口よりも大きなサイズを有する第１の電流開口を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項5】
前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層がｙ＞０．９９を特徴とし、前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも２つの酸化制御層によって分離される、請求項１又は２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項6】
前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の少なくとも１つがテーパ付けされた酸化プロファイルを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項7】
前記テーパ付けされた酸化プロファイルを有する前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも２つの酸化制御層を含み、前記少なくとも２つの酸化制御層が前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を少なくとも３つの副層に分離し、前記３つの副層の少なくとも１つが他の副層とは異なる厚さを有する、請求項６に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項8】
前記テーパ付けされた酸化プロファイルのウェストラインが、所定の電気的な駆動電流で駆動されたときに前記垂直共振器型面発光レーザの定在波パターンのノードの範囲内に配置されている、請求項６に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項9】
前記第１及び前記第２の分布ブラッグ反射器が複数の高屈折率層及び複数の低屈折率層を含み、前記低屈折率層が前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む、請求項１又は２に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項10】
前記活性層の下又は上に配置された少なくとも２つの電流開口層を備え、前記電流開口層のそれぞれが１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、前記少なくとも２つの電流開口層の第１の電流開口層が、前記少なくとも２つの電流開口層の第２の電流開口層の第２の電流開口よりも大きなサイズを有する第１の電流開口を含み、前記第２の電流開口層が、前記活性層に対して当該垂直共振器型面発光レーザの発光波長の２分の１の整数倍に相当する距離に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の垂直共振器型面発光レーザ。
【請求項11】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの垂直共振器型面発光レーザと、前記垂直共振器型面発光レーザを電気的に駆動するための電気的な駆動回路と、を備えるレーザ素子。
【請求項12】
第１の電気接点を設けるステップと、
基板を設けるステップと、
第１の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
活性層を設けるステップと、
第２の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
第２の電気接点を設けるステップと、
０．９５≦ｙ≦１である少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を設けるステップであって、前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって少なくとも２つの副層に分離され、前記少なくとも２つの副層の厚さと前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さとを含む前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さは少なくとも４０ｎｍの厚さを有し、前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さが前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さの３％〜１０％を構成し、前記酸化制御層の材料が０．４≦ｘ≦０．６であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを含む、ステップと、
を有する、垂直共振器型面発光レーザを製造する方法。
基板を設けるステップと、
第１の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
活性層を設けるステップと、
第２の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
第２の電気接点を設けるステップと、
０．９５≦ｙ≦１である少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を設けるステップであって、前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって少なくとも２つの副層に分離され、前記少なくとも２つの副層の厚さと前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さとを含む前記少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さは少なくとも４０ｎｍの厚さを有し、前記少なくとも１つの酸化制御層の厚さが前記ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さの３％〜１０％を構成し、前記酸化制御層の材料が０．４≦ｘ≦０．６であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを含む、ステップと、
を有する、垂直共振器型面発光レーザを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、そのようなＶＣＳＥＬを備えるレーザ素子、及びそのようなＶＣＳＥＬを製造する対応する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
最先端の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、キャリア及びフォトンを閉じ込めるための電流開口を形成するために、酸化された高Ａｌ含有層を有する。開口層を横方向酸化プロセスにさらすためにメサ・エッチングが必要であり、このプロセスは、分布ブラッグ反射器層（ＤＢＲ）などの他の層も酸化プロセスにさらされるという副作用を有する。ＤＢＲ層の寄生酸化速度は、開口層よりも遅いことが重要であり、このことは、ＤＢＲ中の高Ａｌ分率を実使用に対して約９０％に制限する。
【0003】
米国特許第２０１０／０２２６４０２号は、基板側から順番に下部多層反射ミラーと、活性層と、上部多層反射ミラーと、を含むラミネート構成を含むレーザダイオードを開示し、ラミネート構成が下部多層反射ミラーの上部と、活性層と、上部多層反射ミラーと、を含む柱状メサ部を含み、下部多層反射ミラーが、複数対の低屈折率層及び高屈折率層と、低屈折率層のうちの１つ又は複数の中心領域を除く領域にメサ部の中心軸の回りに回転する方向に不均一に分布する複数の酸化層と、を含む。
【0004】
欧州特許第０９０５８３５号は、横方向酸化プロセスによって形成された、独立してアドレス可能な高密度の垂直共振器型面発光レーザ／ＬＥＤ構造を開示する。レーザ構造の開口は、横方向ウェット酸化によって、又はレーザ構造にエッチングされた半環状溝からの選択的な層混合及び横方向ウェット酸化の両方によって形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、改善されたＶＣＳＥＬを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の態様によると、垂直共振器型面発光レーザが提供される。垂直共振器型面発光レーザは、第１の電気接点と、基板と、第１の分布ブラッグ反射器と、活性層と、第２の分布ブラッグ反射器と、第２の電気接点と、を備える。垂直共振器型面発光レーザは、０．９５≦ｙ≦１である、少なくとも４０ｎｍの厚さを有する少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を備え、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって分離される。
【0007】
用語「層」は、層が２つ以上の副層を含むことを排除するものではない。ＶＣＳＥＬは、第１及び第２の電気接点によって供給される駆動電流を活性層の規定された領域に閉じ込めるための電流開口層を含む。ＶＣＳＥＬは、１つ、２つ、３つ、４つ、又は多数のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、ＤＢＲ、又は例えば、電流開口層によって構成される。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の厚さは、少なくとも４０ｎｍ、好ましくは少なくとも５０ｎｍ、より好ましくは少なくとも６０ｎｍである。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の厚さは、最も好ましくは、所定の電流で駆動されたときにＶＣＳＥＬの発光波長の４分の１の範囲にある。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層のアルミニウム含有量は、９５％よりも大きく、好ましくは９８％よりも大きく、より好ましくは９９％よりも大きく、最も好ましくは１００パーセントである。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の酸化制御層によって分離される。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層内部の酸化制御層の数は、特に、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の厚さが４０ｎｍとＶＣＳＥＬの発光波長の４分の１との間の範囲にある場合は、４つ又は５つの酸化制御層に限定される。酸化制御層は、酸化制御層のない同一のアルミニウム含有量を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層と比較して、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の酸化速度を低下させるようになされる。
【0008】
第１又は第２の分布ブラッグ反射器は、好ましくは少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、この場合、ＤＢＲの反射率に寄与する。
【0009】
酸化制御層の材料は、０≦ｘ≦０．９であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを含み、又はそのようなＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓから構成される。アルミニウム含有量の範囲は、好ましくは０．２〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６である。純粋なガリウム砒素の酸化制御層は、比較的厚い酸化制御層を使用する場合、約８００ｎｍの発光波長を超えると吸収が増加するという欠点を有する。この影響は、薄い酸化制御層（約１ｎｍの厚さ）の場合は無視できる。
【0010】
垂直共振器型面発光レーザは、好ましくは、アルミニウム含有量がｙ＞０．９９である少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、好ましくは少なくとも２つの酸化制御層、より好ましくは正確に２〜５の酸化制御層によって分離される。酸化制御層の材料は、好ましくは０．４≦ｘ≦０．６、より好ましくはアルミニウム含有量が約５０％であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを含む。少なくとも第１の（底部）ＤＢＲの各低屈折率層は、アルミニウム含有量がｙ＞０．９９であるＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、又はそのようなＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層から構成され、少なくとも１つの酸化制御層を含む。第２のＤＢＲ、及び１つ又は複数の電流開口層は、アルミニウム含有量がｙ＞０．９９であるＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、又はそのようなＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層から構成され、少なくとも１つの酸化制御層を含むのがさらに有利である。電流開口層は、発光波長の２分の１又はその整数倍の厚さを有する。
【0011】
少なくとも１つの酸化制御層は、０．７ｎｍ〜３ｎｍ、好ましくは０．８ｎｍ〜２ｎｍ、より好ましくは０．９ｎｍ〜１．５ｍｍの厚さを有する。少なくとも１つの酸化制御層（１１９、１２５ｂ）の厚さは、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さの３％〜１０％を構成する。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の全厚さは、酸化制御層によって分離されたＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層のすべての副層の厚さ全体、及び酸化制御層の厚さによって決定される。
【0012】
電流開口層は、少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。電流開口層は、ＶＣＳＥＬの発光波長の２分の１又はその整数倍の厚さを有する。電流開口層は、この場合、隣接するＤＢＲの反射率に影響を及ぼさない。電流開口層は、電流開口層が隣接するＤＢＲの反射率に寄与するように、さらにはＤＢＲの一部となるようにＶＣＳＥＬの発光波長の４分の１又はその奇数倍の厚さを有するのが好ましい。
【0013】
垂直共振器型面発光レーザは、第１の電気接点と、基板と、第１の分布ブラッグ反射器と、活性層と、第２の分布ブラッグ反射器と、第２の電気接点と、を備える。垂直共振器型面発光レーザは、少なくとも２つの電流開口層を含み、電流開口層は、活性層の下又は上に配置される。少なくとも２つの電流開口層の両方が好ましくは活性層の下又は上に配置される。或は、少なくとも２つの電流開口層の一方を活性層の下に配置し、少なくとも２つの電流開口層のもう一方を好ましくは活性層の上に配置することが可能である。少なくとも２つの電流開口層の第１の電流開口層は、少なくとも２つの電流開口層の第２の電流開口層よりも活性層により近く配置される。より近くとは、この点において、層に垂直な層間の距離がより近いことを意味する。少なくとも２つの電流開口層の第１の電流開口層は、活性層と少なくとも２つの電流開口層の第２の電流開口層との間に配置されるのが好ましい。第１の電流開口層は、第２の電流開口層の第２の電流開口よりも大きなサイズを有する第１の電流開口を含む。電流開口のサイズは、電流開口層の酸化されていない部分によって与えられる。電流開口は、電流開口のサイズを直径によって規定することができるように、円形の形状を有する。或は、電流開口の形状は、楕円、矩形、三角形などである。電流開口の形状は、主としてＶＣＳＥＬのメサの形状及び酸化プロセスによって決定される。電流開口は、円形電流開口の場合、円の中心が共通の回転軸に沿って配置されるように共通の対称軸を含む。少なくとも２つの電流開口層のそれぞれは、好ましくは１つ又は複数の酸化制御層を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の厚さは、４０ｎｍ未満、例えば３０ｎｍ、さらには２０ｎｍである。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、開口のサイズを精密なやり方で製造することができるように、異なるサイズを有する電流開口の製造又は処理を単純化する。或は、ＡｌＧａＡｓ層の酸化は、ＡｌＧａＡｓ層（傾斜アルミニウム含有量を有する層）又は異なるＡｌ濃度のＡｌＧａＡｓ層内部にアルミニウム含有量の規定された変化を与えることによって制御される。また、少なくとも２つの電流開口層は、この場合、平均的なアルミニウム濃度又は９５％未満のアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＡｓ層を含む。異なる電流開口層の酸化幅の十分な制御を可能にし、それにより酸化制御層を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が好ましいものとなるように、ＡｌＧａＡｓ層内部のアルミニウム濃度は、非常に精密に制御される必要がある。第１及び第２の電流開口層は、ＶＣＳＥＬの高い信頼性及び寿命が可能になるように、ＶＣＳＥＬの動作中に、第１の電流開口のエッジでの高電流密度が回避される、又は少なくとも制限されるように配置される。第１及び第２の電流開口層は、好ましくは、第１又は第２のＤＢＲの層構成に配置される。
【0014】
第１の電流開口を有する第１の電流開口層は、電荷キャリアの横方向広がりが回避されるように、好ましくは活性層の上側又は下側に、言い換えると活性層に近接して取り付けられる。第２の電流開口を有する第２の電流開口層は、第１の電流開口のエッジの電流密度がＶＣＳＥＬの動作中に１００ｋＡ／ｃｍ２未満となるように配置される。第１の電流開口のエッジでの電流（電流ピーキング）を制限することによって、ＶＣＳＥＬの信頼性及び寿命が向上し、加えて、特に単一モードのＶＣＳＥＬにとって望ましくない高次のレーザモードのサポートを回避することができる。
【0015】
第２の電流開口、又はより一般的には最小のサイズを有する電流開口は、活性層に対して、好ましくはＶＣＳＥＬの発光波長の２分の１の整数倍に相当する距離に、より好ましくはＶＣＳＥＬの発光波長の２分の１の偶数倍に相当する距離に、最も好ましくはＶＣＳＥＬの発光波長の２分の１の６倍の距離に配置される。ＤＢＲの低屈折層と比較して高屈折層である活性層と、第２の電流開口との間の距離は、第２の電流開口を有する層に隣接する活性層の側の（支持層を含む）活性層内部の定在波パターンのノードと、第２の電流開口を含む第２の電流開口層内部の定在波パターンのノードとから得られる。最小のサイズを有する電流開口の酸化プロファイルは、光誘導を回避するためにテーパ付けされる。
【0016】
垂直共振器型面発光レーザは、好ましくは、以下の方法に従って製造される。本方法は、第１の電気接点を設けるステップと、
基板を設けるステップと、
第１の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
活性層を設けるステップと、
第２の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
第２の電気接点を設けるステップと、
少なくとも２つの電流開口層を設けるステップであって、少なくとも２つの電流開口層が活性層の下又は上に配置される、ステップと、
少なくとも２つの電流開口層の第１の電流開口層を少なくとも２つの電流開口層の第２の電流開口層よりも活性層に近く配置するステップと、
第１の電流開口層に第１の電流開口を設けるステップと、
第１の電流開口よりも小さなサイズを有する第２の電流開口を第２の電流開口層に設けるステップと、
を有する。
【0017】
本方法のステップは、必ずしも上記の順番で行う必要はない。基板が、例えば、第１のステップで、第１の電気接点が第２のステップで設けられてもよい。第１及び第２の電流開口を設けるステップは、第１及び第２の電流開口層を設けるステップと、その後のステップでこれらの層を酸化させるステップと、を含む。第１及び第２の電流開口層は、上記及び下記のように副層及び酸化制御層を交互に堆積させることによって設けられる。酸化制御層の数、及び酸化制御層間の距離を使用して、酸化幅、したがって電流開口のサイズを制御する。或は、第１及び第２の電流開口層は、上記のように層内部で滑らかに変化するアルミニウム含有量又は異なるアルミニウム濃度を有する層を堆積させることによって設けられる。アルミニウム含有量の変化又はアルミニウム含有量は、各層における電流開口層の意図された酸化幅に適合される。或は、酸化プロセスは、同一のアルミニウム含有量を有する電流開口層によって行われる。異なる電流開口の酸化幅は、それぞれの酸化制御層に対して酸化開口部を引き続きエッチングすることによって制御される。電流開口の連続するエッチングを異なるアルミニウム含有量及び／又は酸化制御層と組み合わせることも可能である。第１の電流開口と第２の電流開口のサイズ間の差異は、円形開口を基準として、好ましくは直径で１μｍ〜６μｍである。
【0018】
また、上記の及び以下の好ましい実施形態はすべて、第１の電流開口がより大きなサイズを有する、少なくとも第１及び第２の電流開口層を備えるＶＣＳＥＬに含まれる。
【0019】
ＶＣＳＥＬは、電流開口を有する３つ、４つ、５つ、又はそれ以上の電流開口層を備える。活性層に隣接する第１の電流開口層の側に配置されている電流開口層の少なくとも１つの電流開口のサイズは、第１の電流開口のサイズよりも小さい。電流開口のうちの２つ以上のサイズは、同じであってもよい。或は、すべての電流開口のサイズは、異なり、その場合、電流開口のサイズが活性層に垂直な方向に減少し、第１の電流開口が最大のサイズを有する。電流開口層は、活性層の方向に垂直な、２つの隣接する電流開口層間の距離が、すべての電流開口層について同じになるように、等距離で配置される。或は、電流開口層間の距離は、変わることが可能である。第１又は第２のＤＢＲは、例えば、第１の電流開口を有する第１の電流開口層を構成する第１の低屈折率層を含む。第４の低屈折率層は、第２の電流開口を有する第２の電流開口層を構成し、第５の低屈折率層は、第３の電流開口を有する第３の電流開口層を構成する。第２の電流開口のサイズは、第３の電流開口のサイズよりも小さい。
【0020】
垂直共振器型面発光レーザは、テーパ付けされた酸化プロファイルを含む少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層、又は１つ、２つ、３つ、若しくはそれ以上のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を備える。テーパ付けされた酸化プロファイルを有する少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、好ましくは少なくとも２つの酸化制御層を含む。少なくとも２つの酸化制御層は、少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を少なくとも３つの副層に分離し、３つの副層の少なくとも１つが他の副層とは異なる厚さを有する。異なる厚さを有する副層は、他の副層と比較してより厚いことが好ましい。より厚い副層は、テーパ付けされた酸化プロファイルが酸化プロセス中に構築されるように、隣接する副層よりも速く酸化する。テーパ付けされた酸化プロファイルは、酸化プロセス中に酸化されないＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層内部に最小の直径を意味するウェストラインを含む。テーパ付けされた酸化プロファイルのウェストラインは、所定の電気的な駆動電流で駆動されたときに垂直共振器型面発光レーザの定在波パターンのノードの範囲内に好ましくは配置される。ノードの範囲内とは、ウェストラインが定在波パターンの最大値よりもノードにはるかに近く配置されることを意味する。ノードとウェストラインとの間の距離は、好ましくは３５ｎｍ未満、より好ましく２５ｎｍ未満である。定在波パターンのノードの範囲内にテーパ付けされた酸化プロファイルのウェストラインを配置することは、厚いＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層内部での定在波パターンの強い誘導が回避され、又は少なくとも低減するという利点を有する。そうした誘導は、通常、約３０ｎｍ以下の厚さを有する薄い電流開口層を使用することによって回避され、又は制限される。
【0021】
第１又は第２の分布ブラッグ反射器は、複数のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、このＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって分離される。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、最大３つの酸化制御層を含む。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、冷却構造に取り付けられたときに、冷却構造に対する垂直共振器型面発光レーザ（１００）の熱抵抗を低減させるように配置される。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含むＤＢＲは、ＶＣＳＥＬ及び冷却構造の構成に応じて頂部又は底部ＤＢＲである。最も一般的な構成は、頂部発光ＶＣＳＥＬの場合の底部ＤＢＲである。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の高いアルミニウム含有量は、結果として高い熱伝導率をもたらす。したがって、アルミニウム含有量は、好ましくは、できるだけ高く、例えば、１００パーセントである。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、この場合、ＡｌＡｓ層である。
【0022】
ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層の高いアルミニウム含有量は、ＶＣＳＥＬの寄生容量を低減させるためにさらに使用される。したがって、第１又は第２の分布ブラッグ反射器は、複数のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含む。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、少なくとも１つの酸化制御層、好ましくは最大３つの酸化制御層によって分離される。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含むＤＢＲは、ＶＣＳＥＬの構成に応じて頂部又は底部ＤＢＲである。最も一般的な構成は、頂部発光ＶＣＳＥＬの場合の頂部ＤＢＲである。
【0023】
第１及び第２の分布ブラッグ反射器は、複数の高屈折率層及び複数の低屈折率層を含み、低屈折率層がＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を含み、又はＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層である。ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、少なくとも１つの酸化制御層、好ましくは最大３つの酸化制御層によって分離される。
【0024】
第２の態様によると、レーザ素子が提供される。レーザ素子は、上記のいずれかの実施形態による少なくとも１つの垂直共振器型面発光レーザ、及び垂直共振器型面発光レーザを電気的に駆動するための電気的な駆動回路を備える。レーザ素子は、任意選択で、例えば、電池又は充電式電池装置のような電源をさらに備える。レーザ素子は、光センサデバイス、光データ・コミュニケーション・デバイスなどに結合される。
【0025】
第３の態様によると、垂直共振器型面発光レーザを製造する方法が提供される。本方法は、第１の電気接点を設けるステップと、
基板を設けるステップと、
第１の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
活性層を設けるステップと、
第２の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
第２の電気接点を設けるステップと、
０．９５≦ｙ≦１である、少なくとも４０ｎｍの厚さを有する少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を設けるステップであって、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が少なくとも１つの酸化制御層によって分離される、ステップと、
を有する。
【0026】
本方法のステップは、必ずしも上記の順番で行う必要はない。基板が、例えば、第１のステップで、第１の電気接点が第２のステップで設けられてもよい。少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、第１及び／又は第２のＤＢＲを設けるステップ内で設けられる。本方法は、任意選択で、少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層である電流開口層を設ける追加のステップを有する。
【0027】
第４の態様によると、レーザ素子を製造する方法が提供される。本方法は、上記のようなＶＣＳＥＬを設けるステップと、
電気的な駆動回路を設けるステップと、
任意選択で電源を設けるステップと、
を有する。
【0028】
請求項１乃至１３に記載のＶＣＳＥＬ及び請求項１５の方法は、特に、従属請求項に規定されたものと同様の及び／又は同一の実施形態を有することを理解されたい。
【0029】
また、本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せとすることができることを理解されたい。請求項５及び６の特徴は、例えば、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の特徴と組み合わされてもよい。請求項７又は８、１１、１２、及び１３の特徴は、例えば、上記請求項のいずれか一項に記載の特徴と組み合されてもよい。請求項９の特徴は、例えば、請求項８の特徴と組み合わされてもよい。
【0030】
さらに有利な実施形態が以下で規定される。
【0031】
本発明のこれら及び他の態様は、以降に記載される実施形態を参照することによって明らかとなり、明瞭となるであろう。
【0032】
本発明は、添付図面を参照して実施形態に基づいて、例示によって記載される。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】第１のＶＣＳＥＬの原理図である。
【図2】電流開口層の原理図である。
【図3】第２のＶＣＳＥＬの原理図である。
【図4】第２のＶＣＳＥＬの第１のＤＢＲの原理図である。
【図5】第１のＤＢＲの低屈折率層の原理図である。
【図6】第３のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図7】第４のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図8】第５のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図9】第６のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図10】第７のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図11】第８のＶＣＳＥＬの原理図である。
【図12】酸化プロファイルの原理図である。
【図13】定在波パターンの原理図である。
【図14】第９のＶＣＳＥＬの層構造の原理図である。
【図15】レーザ素子の原理図である。
【図16】ＶＣＳＥＬを製造する方法のプロセス・フローの原理図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
図において、同様の番号は、全体を通して同様の対象物を指す。図中の対象物は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。
【0035】
ここで、本発明の様々な実施形態について図を用いて記載する。
【0036】
図１は、第１のＶＣＳＥＬ１００の原理図を示す。第１のＶＣＳＥＬ１００は、基板１１０から離れる方向にレーザ光を放射する頂部発光ＶＣＳＥＬ１００である。基板１１０の底部側には、第１の電気接点１０５が設けられている。基板の頂部側には、第１及び第２の屈折率を有する３０対の層を含む第１のＤＢＲ１１５が設けられている。第１のＤＢＲ１１５の層の対は、高アルミニウム含有量及び低アルミニウム含有量を有するＡｌＧａＡｓ層を含む。アルミニウム含有量は、極端な場合、及びＶＣＳＥＬ１００の放射波長に応じて、高屈折率材料に対しては０％、低屈折率材料に対しては最大１００％である。層の厚さは、９９．９％よりも大きな要求反射率を提供するためにＶＣＳＥＬ１００の発光波長（１／４波長の厚さ）に適合される。第１のＤＢＲ１１５の頂部には、活性層１２０が設けられている。活性層１２０は、光生成のための量子井戸構造を備える。ｎ電流注入層（図示せず）が第１のＤＢＲ１１５と活性層１２０との間に配置されている。ＶＣＳＥＬ１００は、８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ１００の発光波長の４分の１の範囲にある約７０ｎｍの厚さを有するＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層を含む、又はそのような層から構成された電流開口層１２５をさらに備える。Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層は、１ｎｍの厚さを有するＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層を含む、又はそのような層から構成された５つの酸化制御層１２５ｂを含む。第２のＤＢＲ１３０は、第１のＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層と同様の又は同一の高アルミニウム含有量及び低アルミニウム含有量を有するＡｌＧａＡｓ層を含む１５対の層を含む。層の対の厚さは、約９５％の要求反射率を提供するためにＶＣＳＥＬ１００の発光波長に適合される。リング状の第２の電気接点１３５は、導電性の第２のＤＢＲ１３０に電気的に接触している。ＶＣＳＥＬ１００は、第２のＤＢＲ１３０を介して矢印の方向にレーザ光を放射する。電流開口層１２５は、活性層１２０の上に配置されている。
【0037】
図２は、酸化制御層１２５ｂによって分離された、２つのＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａを有する電流開口層１２５の原理図を示す。Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａの厚さは、電流開口層１２５内部の酸化プロファイルを可能にするために異なる。酸化制御層１２５ｂによって、ＶＣＳＥＬ１００の製造中に電流開口層１２５の酸化の制御を改善することができる。
【0038】
図３は、第２のＶＣＳＥＬ１００の原理図を示す。第２のＶＣＳＥＬ１００は、基板１１０から離れる方向にレーザ光を放射する頂部発光ＶＣＳＥＬ１００である。基板の頂部側には、第１のＤＢＲ１１５が設けられている。活性層１２０は、第１のＤＢＲ１１５の頂部に設けられている。電流開口１２２を有する電流開口層１２５は、活性層１２０の頂部に設けられている。第２のＤＢＲ１３０は、電流開口層１２５の頂部に設けられている。電流開口層１２５は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成される。２つの酸化制御層１２５ｂを含む電流開口層１２５の厚さは４０ｎｍである。第２の電気接点１３５は、導電性の第２のＤＢＲ１３０に電気的に接触している。ＶＣＳＥＬ１００は、第２のＤＢＲ１３０を介して矢印の方向にレーザ光を放射する。ＶＣＳＥＬ１００は、例えば、図示されていないバッファ層のような層をさらに含む。ＶＣＳＥＬ１００は、基板１１０とともに冷却構造１５０上に取り付けられる。第１の電気接点１０５は、第１のＤＢＲ１１５内部に配置された導電層上の共振器内接点として配置されている。
【0039】
図４は、第２のＶＣＳＥＬ１００の第１のＤＢＲ１１５の原理図を示す。第１のＤＢＲ１１５は、交互に配列した４０の高屈折率層１１６及び低屈折率層１１７を含む。高屈折率層１１６は、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓを含み、又はＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓから構成され、低屈折率層１１７は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成され、２つの酸化制御層１１９が１ｎｍの厚さを有するＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含み、又はそのようなＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成されている。図５は、第１のＤＢＲ１１５の低屈折率層１１７の原理図を示す。低屈折率層１１７は、３つのＡｌＡｓ副層１１８が同一の厚さを有するように、２つの酸化制御層１１９によって分離されている。ＡｌＡｓ層の高い熱伝導率は、活性層１２０と冷却構造１５０との間の熱抵抗を低減させる。酸化制御層１１９によって、ＶＣＳＥＬ１００の製造中に電流開口層１２５の酸化の制御を改善することができる。酸化制御層１１９によって、電流開口層１２５の酸化と比較して低屈折率層１１７のより高速の酸化が回避される。
【0040】
図６は、第３のＶＣＳＥＬ１００の層構造の原理図を示す。層構造は、活性層１２０の周りに示されている。垂直軸２００は、層のＡｌＡｓ含有量を示す。水平軸２１０は、放射方向に沿ってＶＣＳＥＬ１００を横切る方向を示し、第１のＤＢＲ１１５が左側にあり、第２のＤＢＲ１３０が右側にある。第１のＤＢＲ１１５の４つの層が示されている。左側の第１の低屈折率層１１７は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成され、３つの酸化制御層１１９がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含み、又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成されている。左側の第２の低屈折率層１１７は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成され、２つの酸化制御層１１９がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含み、又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成されている。活性層１２０の左側に配置された電流開口層１２５は、酸化制御層のないＡｌＡｓを含み、又はそのようなＡｌＡｓから構成されている。電流開口層１２５の厚さは、３０ｎｍである。第１のＤＢＲ１１５の４つの層が示されている。活性層１２０の右側の第２の低屈折率層１１７は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成され、１つの酸化制御層１１９がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含み、又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成されている。活性層１２０の右側の第２及び第３の低屈折率層１１７は、ＡｌＡｓを含み、又はＡｌＡｓから構成され、２つの酸化制御層１１９がＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含み、又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成されている。酸化制御層１１９は、１ｎｍの厚さを有し、低屈折率層１１７の全厚さは、約７０ｎｍである。
【0041】
実験によると、３０ｎｍの厚さを有し、酸化制御層１１９が図６に示されるようなスタック内に配置されていないＡｌＡｓ層は、３７０℃で約７２分以内に３８μｍ酸化することが示された。８５０ｎｍの発光波長を有するＶＣＳＥＬのＤＢＲ内部の低屈折率層１１７として使用される７０ｎｍの厚さを有するＡｌＡｓ層は、３０ｎｍの層と同一の条件下で４５μｍ酸化する。したがって、３０ｎｍの電流開口層１２５の酸化と比較して酸化がより速いため、そのような７０ｎｍのＡｌＡｓ層をＤＢＲの低屈折率層１１７として使用することは不可能である。それに比べて、１ｎｍの厚さを有する１つの酸化制御層１１９を含み、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含む又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成された７０ｎｍのＡｌＡｓ層は、２８．６ｎｍ酸化し、１ｎｍの厚さを有する２つの酸化制御層１１９を含み、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを含む又はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成された７０ｎｍのＡｌＡｓ層は、同一の条件下の酸化でわずか１０ｎｍしか酸化しない。酸化制御層１１９は、同一の厚さのＡｌＡｓ副層１１８の実験においてＡｌＡｓ層を分離する。酸化制御層１１９によって、純粋なＡｌＡｓを低屈折率層１１７として使用することが可能になる。酸化制御層１１９によって、酸化制御層１１９の数、及び位置に応じて、酸化幅の優れた制御が可能になる。
【0042】
図７は、第４のＶＣＳＥＬ１００の層構造の原理図を示す。第４のＶＣＳＥＬ１００は、基板１１０から離れる方向にレーザ光を放射する頂部発光ＶＣＳＥＬ１００である。基板１１０の底部側には、第１の電気接点１０５が設けられている。基板の頂部側には、第１及び第２の屈折率を有する３０対の層を含む第１のＤＢＲ１１５が設けられている。第１のＤＢＲ１１５の層の対は、高アルミニウム含有量及び低アルミニウム含有量を有するＡｌＧａＡｓ層を含む。アルミニウム含有量は、極端な場合、及びＶＣＳＥＬ１００の放射波長に応じて、高屈折率材料に対しては０％、及び低屈折率材料に対しては最大１００％である。層の厚さは、９９．９％よりも大きな要求反射率を提供するためにＶＣＳＥＬ１００の発光波長（１／４波長の厚さ）に適合される。第１のＤＢＲ１１５の頂部には、活性層１２０が設けられている。活性層１２０は、光生成のための量子井戸構造を備える。ｎ電流注入層（図示せず）は、第１のＤＢＲ１１５と活性層１２０との間に配置されている。ＶＣＳＥＬ１００は、約３０ｎｍの厚さを有するＡｌ０．９０Ｇａ０．１Ａｓ層の平均組成を有するＡｌＧａＡｓを含む、又はそのようなＡｌＧａＡｓから構成された第１の電流開口層１２５ａをさらに含む。より高い酸化速度、したがって酸化時間の低減を可能にするために、少なくとも９５％のより高いアルミニウム含有量を有することが好ましい。第１の電流開口層１２５ａは、活性層１２０の頂部に配置された第１の電流開口１２２ａを備え、良好な電流の閉じ込めを可能にするために活性層１２０の上面に配置されている。第２のＤＢＲ１３０は、第１のＤＢＲのＡｌＧａＡｓ層と同様の、又は同一の高アルミニウム含有量及び低アルミニウム含有量を有するＡｌＧａＡｓ層を含む１５対の層を含む。層の対の厚さは、約９５％の要求反射率を提供するためにＶＣＳＥＬ１００の発光波長に適合される。第２の電流開口層１２５ｂは、第１のＤＢＲの層スタック内部に配置されている。第２の電流開口層１２５ｂは、第１のＤＢＲの低屈折率層１１７の１つであり、約８５０ｎｍのＶＣＳＥＬ１００の発光波長の４分の１に相当する約７０ｎｍの厚さを有する。第２の電流開口層１２５ｂは、第１の電流開口層１２５ａの第１の電流開口１２２ａよりも小さな直径を有する第２の電流開口１２２ｂを含む。第１の電流開口１２２ａ及び第２の電流開口１２２ｂの直径、及びＶＣＳＥＬ１００の層に垂直な第１の電流開口層１２５ａと第２の電流開口層１２５ｂとの間の距離、並びに第１の電流開口層１２５ａと活性層との間の距離は、良好な電流の閉じ込めが可能になるように、しかし、例えば、第１の電流開口１２２ａのエッジで１００ｋＡ／ｃｍ２を超える高い電流密度が回避されるように選択される。さらに、活性層１２０と最小の開口サイズを有する第２の電流開口１２２ｂとの間の距離は、低い光誘導が可能になるように、従来のＶＣＳＥＬ１００と比較してより大きい。通常、低い光誘導は、狭ビーム発散、より高い単一モードのパワー、スペクトル幅のより小さなＶＣＳＥＬ、高輝度設計などをサポートするため、好ましい。第１又は第２のＤＢＲ内部に電流開口層１２５を設けることは、電流開口層１２５が第１又は第２のＤＢＲの反射率に寄与するという利点を有する。加えて、そのような電流開口層１２５の製造は、アルミニウム・プロファイルがＤＢＲ設計の要求に合致するため、単純化される。リング状の第２の電気接点１３５は、導電性の第２のＤＢＲ１３０に電気的に接触している。ＶＣＳＥＬ１００は、第２のＤＢＲ１３０を介して矢印の方向にレーザ光を放射する。電流開口層１２５は、活性層１２０の上に配置されている。
【0043】
図８は、第５のＶＣＳＥＬ１００の層構造の一部の原理図を示す。ＶＣＳＥＬ１００は、頂部発光ＶＣＳＥＬ１００である。高屈折率層１１６及び低屈折率層１１７の一部が示されている第２のＤＢＲ１３０は、活性層１２０の頂部に堆積する。第２のＤＢＲ１３０は、電流開口層１２５として配置された３つの低屈折率層１１７を含む。第１の電流開口層１２５ａは、活性層１２０から離れる方向の第２のＤＢＲ１３０の第２の低屈折率層１１７である。第２の電流開口層１２５ｂは、第３の低屈折率層１１７であり、第３の電流開口層１２５ｃは、第２のＤＢＲ１３０の第４の低屈折率層１１７である。電流開口層１２５間の距離は、等しい。活性層１２０に隣接して配置された第１の電流開口１２２ａは、円形開口の場合は最大の直径を意味する最大のサイズを有する。第２の電流開口層１２５ｂの第２の電流開口１２２ｂは、最小のサイズを有し、第１の電流開口層１２５ａと第２の電流開口層１２５ｃとの間に配置されている。第３の電流開口層１２５ｃの電流開口は、第１の電流開口１２５ａのサイズと第２の電流開口１２２ｂのサイズの中間のサイズを有する。
【0044】
図９は、第６のＶＣＳＥＬの層構造の一部の原理図を示す。ＶＣＳＥＬ１００は、頂部発光ＶＣＳＥＬ１００である。高屈折層１１６及び低屈折率層１１７の一部が示されている第２のＤＢＲ１３０は、活性層１２０の頂部に堆積する。第２のＤＢＲ１３０は、電流開口層１２５として配置された３つの低屈折率層１１７を含む。第１の電流開口層１２５ａは、活性層１２０から離れる方向の第２のＤＢＲ１３０の第２の低屈折率層１１７である。第２の電流開口層１２５ｂは、第４の低屈折率層１１７であり、第３の電流開口層１２５ｃは、第２のＤＢＲ１３０の第３の低屈折率層１１７である。電流開口層１２５間の距離は、等しい。活性層１２０に隣接して配置された第１の電流開口１２２ａは、円形開口の場合は最大の直径を意味する最大のサイズを有する。第３の電流開口層１２５ｃの電流開口は、第１の電流開口１２５ａと同一のサイズを有する。第２の電流開口層１２５ｂの第２の電流開口１２２ｂは、最小のサイズを有し、活性層１２０から離れる方向に第１の電流開口層１２５ａ及び第３の電流開口層１２５ｃの上に配置されている。電流開口１２５ａ、１２５ｂ、及び１２５ｃは、代替の実施形態では、活性層１２０の下の第１のＤＢＲ１１５に配置される。
【0045】
図１０は、第７のＶＣＳＥＬの層構造の原理図を示す。層構造は、図９に示す第６のＶＣＳＥＬの層構造と非常に似ている。第１の電流開口１２２ａを有する第１の電流開口層１２５ａは、この場合、活性層１２０の下の第１のＤＢＲ１１５の第１の低屈折率層１１７である。活性層１２０は、この場合、第１の電流開口層１２５ａと、第２のＤＢＲ１３０の第３の低屈折率層１１７に配置された第２の電流開口層１２５ｂとの間に配置されている。
【0046】
図１１は、第８のＶＣＳＥＬ１００の原理図を示す。第７のＶＣＳＥＬ１００は、基板１１０の方向にレーザ光を放射する底部放射ＶＣＳＥＬ１００である。基板１１０は、レーザ光が放射される領域が除去されている。光放射の方向は、矢印によって示されている。基板１１０の底部側には、基板１１０の除去された部分の周りに第１の電気接点１０５が設けられている。基板の頂部側には、第１のＤＢＲ１１５を介してレーザ光放射を可能にするために約９５％の反射率を有する第１のＤＢＲ１１５が設けられている。電流開口層１２５は、第１のＤＢＲ１１５の頂部に設けられている。活性層１２０は、電流開口層１２５の頂部に設けられている。第２のＤＢＲ１３０は、活性層１２０の頂部に設けられ、９９．９％よりも大きな反射率を有する。第２の電気接点１３５は、導電性の第２のＤＢＲ１３０に電気的に接続されている。
【0047】
図１２は、第７のＶＣＳＥＬ１００の電流開口層１２５内部の酸化プロファイル１２６の原理図を示す。電流開口層１２５は、０．８ｎｍの厚さを有するＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓを含む、又はそのようなＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓから構成された３つの酸化制御層１２５ｂによって分離された４つのＡｌ０．９９Ｇａ０．０１Ａｓ副層１２５ａを含む。Ａｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａの厚さは、電流開口層１２５内部の酸化プロファイルを可能にするために異なる。活性層１２０に隣接する上部Ａｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａ（図７参照）は、約３５ｎｍの厚さ、次のＡｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａは、２０ｎｍ未満の厚さを有し、他の２つのＡｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａは、７ｎｍの厚さを有する。電流開口層１２５の全厚さは、図７に示すＶＣＳＥＬ１００の８５０ｎｍの発光波長の４分の１の範囲にある。したがって、酸化制御層１２５は、第１のＤＢＲ１１５の反射に寄与する。Ａｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａの異なる厚さは、結果として、活性層１２０に近い上部Ａｌ０．９９Ｇａ０．０２Ａｓ副層１２５ａ内にウェストライン１２７を有する酸化プロファイル１２６をもたらす。ウェストライン１２７は、図１３に表すように、所定の電流で駆動されたときにＶＣＳＥＬ１００の定在波パターン２５０のノードの範囲内に配置される。電流開口層１２５を異なる厚さの副層に分離する酸化制御層１２５ｂによって、ＶＣＳＥＬ１００の製造中に電流開口層１２５の酸化を制御することが可能になり、それにより、規定された酸化プロファイルが構築される。代替の方法は、例えば、電流開口層１２５両端間のアルミニウム含有量の所定の変化を使用する。実験によると、電流開口層内部のアルミニウム含有量の、ウェーハ全体又はいくつかのウェーハにわたった規定された制御は、製造プロセス中には困難であり、生産歩留まりを実質的に低減させることが示された。したがって、従来のＶＣＳＥＬでは、レーザ光の強い誘導を回避するために、３０ｎｍ以下の厚さを有する薄い電流開口層が使用されている。
【0048】
１ｎｍの厚さを有するＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成された２つの酸化制御層１２５ａを含む約７０ｎｍの厚さを有するＡｌＡｓ電流開口層１２５に関する実験が行われた。上部ＡｌＡｓ副層１２５ａは、他の２つのＡｌＡｓ副層１２５ａよりも２ｎｍ厚かった。放射されたレーザ光のスペクトルによって、定在波パターンのウェストライン１２７を有する、電流開口層１２５内部のテーパ付けされた酸化プロファイル１２６が確認された。
【0049】
図１４は、第９のＶＣＳＥＬ１００の層構造の一部の原理図を示す。ＶＣＳＥＬ１００は、この場合、図１０に記載されているのと同様の底部放射ＶＣＳＥＬ１００である。活性層１２０は、低屈折層１１６及び高屈折層１１７の一部が示されている第１のＤＢＲ１１５の頂部に堆積する。第１のＤＢＲ１１５は、電流開口層１２５として配置された４つの低屈折率層１１７を含む。第１の電流開口層１２５ａは、活性層１２０の直下に配置された、第１のＤＢＲ１１５の最上部の低屈折率層１１７である。第２の電流開口層１２５ｂは、第１の低屈折率層１１７として第１の電流開口１２５ａ層から始まる第５の低屈折率層１１７である。第３の電流開口層１２５ｃは、第２のＤＢＲ１３０の第３の低屈折率層１１７であり、第４の電流開口層１２５ｄは、第２のＤＢＲ１３０の第４の低屈折率層１１７である。第１の電流開口層１２５ａと次の電流開口層（第３の電流開口層１２５ｃ）との間の距離は、第３の電流開口層１２５ｃと、第４の電流開口層１２５ｄと、第２の電流開口層１２５ｂとの間の距離の２倍の大きさである。活性層１２０に隣接して配置された第１の電流開口１２２ａは、電流を通過させるために最大の領域を意味する最大のサイズを有する。それに続く活性層から離れる方向の電流開口は、引き続きサイズが減少する。第２の電流開口層１２５ｂの第２の電流開口１２２ｂは、最小のサイズを有し、活性層１２０から離れる方向に第１の電流開口層１２５ａ、第３の電流開口層１２５ｃ、及び第４の電流開口層の下に配置されている。
【0050】
図１４は、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）から構成された低屈折率層１１７を含むＤＢＲを有する複数のＶＣＳＥＬ１００を備えるレーザ素子３００の原理図を示す。ＶＣＳＥＬ１００は、レーザアレイ３３０で配置されている。単一のＶＣＳＥＬ１００の構成は、図３に示す第２のＶＣＳＥＬ１００の構成と本質的に同じである。レーザ素子３００は、電気的な駆動回路３１０、及び充電式電池である電源３２０をさらに備える。電気的な駆動回路３１０は、電源３２０によって提供される電力を規定されたやり方でレーザアレイ３３０に供給するように配置されている。
【0051】
図１５は、本発明によるＶＣＳＥＬ１００を製造する方法のプロセス・フローの原理図を示す。ステップ４１０で第１の電気接点が設けられる。第１の電気接点は、ステップ４２０で設けられたＧａＡｓ基板の底部側に取り付けられる。ステップ４３０で第１のＤＢＲ１１５が基板の頂部側に設けられ、その後のステップ４４０で活性層１２０が第１のＤＢＲ１１５の頂部に設けられる。ステップ４５０で活性層１２０の頂部に第２のＤＢＲが設けられる。ステップ４６０でＶＣＳＥＬ１００に電気的に接触するための第２の電気接点が設けられる。ステップ４７０で０．９５≦ｙ≦１である、少なくとも４０ｎｍの厚さを有する少なくとも１つのＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層が設けられる。０．９５≦ｙ≦１であるＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を設ける製造ステップは、少なくとも１つの酸化制御層１１９、１２５ｂの頂部に、第１のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ副層１１８、１２５ａを堆積させるステップと、少なくとも１つの酸化制御層１１９、１２５ｂを堆積させるステップと、少なくとも第２のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ副層１１８、１２５ａを堆積させるステップと、を含む。本方法は、電流開口層１２５を設けるステップをさらに有する。
【0052】
第１のＤＢＲ１１５、第２のＤＢＲ１３０、活性層１２０、電流注入層としての電流開口層１２５及び他の層、バッファ層などの層は、ＭＯＣＶＤのようなエピタキシャル法によって堆積させる。
【0053】
本発明の意図は、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の電流開口層１２５の規定された酸化を可能にし、低屈折率層１１７として９５％の最小のアルミニウム含有量を有するＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓを使用することによって、信頼性の高いやり方で容易に処理することができるＶＣＳＥＬ１００を提供することである。本発明によって、最適化されたやり方でＶＣＳＥＬ１００の定在波パターンと相互作用するようになされた厚い（例えば、１／４波長の）電流開口層１２５内部に、規定された酸化プロファイルを設けることができる。ＶＣＳＥＬ１００の１つ又は両方のＤＢＲ内部で使用する低屈折率層１１７の高いアルミニウム含有量によって、高い熱伝導率及び寄生容量の低減が可能になる。９５％の最小のアルミニウム含有量を有する厚い（１／４波長の）ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層、特にＡｌＡｓ層の酸化は、製造プロセス中にウェーハの端から端まで十分に制御することができないという理由でそのような層によって通常引き起こされる信頼性及び歩留まりの問題なしに、ＶＣＳＥＬ１００の寿命及びスイッチング挙動を改善することができる。
【0054】
本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示され、記載されてきたが、そのような図示及び記載は、限定的ではなく、説明的又は例示的なものであると考えられるべきである。
【0055】
本開示を読むことにより、他の修正形態が当業者には明らかになるであろう。そうした修正形態は、当技術分野で既に知られている、本明細書で既に記載された特徴の代わりに、又はその特徴に加えて使用される他の特徴を含む。
【0056】
開示された実施形態に対する変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲に関する研究から、当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、単語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」は、複数の要素又はステップを排除しない。ある手段が互いに異なる従属クレームで詳述されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないということを示していない。
【0057】
特許請求の範囲におけるいかなる参照符号もその範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【0058】
１００ 垂直共振器型面発光レーザ１０５ 第１の電気接点
１１０ 基板
１１５ 第１の分布ブラッグ反射器
１１６ 高屈折率層
１１７ 低屈折率層
１１８ ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ副層
１１９ 酸化制御層
１２０ 活性層
１２２ 電流開口
１２２ａ 第１の電流開口
１２２ｂ 第２の電流開口
１２５ 電流開口層
１２５ａ 第１の電流開口層
１２５ｂ 第２の電流開口層
１２５ｃ 第３の電流開口層
１２５ｄ 第４の電流開口層
１２６ 酸化プロファイル
１２７ ウェストライン
１３０ 第２の分布ブラッグ反射器
１３５ 第２の電気接点
１５０ 冷却構造
２００ ＡｌＡｓ含有量
２１０ 放射方向に沿ったＶＣＳＥＬを横切る方向
２５０ 定在波パターン
３００ レーザ素子
３１０ 電気的な駆動回路
３２０ 電源
３３０ レーザアレイ
４１０ 第１の電気接点を設けるステップ
４２０ 基板を設けるステップ
４３０ 第１の分布ブラッグ反射器を設けるステップ
４４０ 活性層を設けるステップ
４５０ 第２の分布ブラッグ反射器を設けるステップ
４６０ 第２の電気接点を設けるステップ
４７０ ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層を設けるステップ