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特開2023-20576面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023020576
(43)【公開日】2023-02-09
(54)【発明の名称】面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/062 20060101AFI20230202BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20230202BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20230202BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20230202BHJP
【ＦＩ】
H01S5/062
H01S5/183
G01C3/06 120Q
G01S7/481 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021126012
(22)【出願日】2021-07-30
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】軸谷 直人
(72)【発明者】
【氏名】原坂 和宏
【テーマコード（参考）】
2F112
5F173
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112CA12
2F112DA25
5F173AC03
5F173AC13
5F173AC35
5F173AC42
5F173AC52
5F173AR37
5F173AS07
5F173SA24
5F173SC10
5F173SE02
5F173SG08
5J084AA05
5J084AC02
5J084AC03
5J084AC04
5J084AC06
5J084AC07
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA05
5J084BA36
5J084BA39
5J084BA40
5J084CA03
5J084CA10
5J084CA34
5J084EA04
5J084EA07
5J084EA29
(57)【要約】 （修正有）
【課題】裾引きを低減した短パルス光を得ることができる面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法を提供する。
【解決手段】活性層５３０と、活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、活性層及び複数の反射鏡により発せられる複数の半導体層からなるレーザ光の経路に設けられた多重量子井戸構造５９０と、第１の電源装置５８１に接続され、活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、第２の電源装置５８２に接続され、多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、を有し、第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、電界印加期間の後であって電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、電界印加期間の少なくとも一部に電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、電界印加期間にレーザ発振せず、電界減少期間にレーザ発振する。
【選択図】図１７
【解決手段】活性層５３０と、活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、活性層及び複数の反射鏡により発せられる複数の半導体層からなるレーザ光の経路に設けられた多重量子井戸構造５９０と、第１の電源装置５８１に接続され、活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、第２の電源装置５８２に接続され、多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、を有し、第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、電界印加期間の後であって電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、電界印加期間の少なくとも一部に電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、電界印加期間にレーザ発振せず、電界減少期間にレーザ発振する。
【選択図】図１７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
複数の半導体層からなり、前記活性層及び複数の反射鏡により発せられるレーザ光の経路に設けられた多重量子井戸構造と、
第１の電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、
第２の電源装置に接続され、前記多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、
を有し、
前記第１の電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間とし、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間とし、前記第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、前記電界印加期間の後であって前記電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、
前記電界印加期間の少なくとも一部に前記電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、
前記電界印加期間にレーザ発振せず、前記電界減少期間にレーザ発振する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
複数の半導体層からなり、前記活性層及び複数の反射鏡により発せられるレーザ光の経路に設けられた多重量子井戸構造と、
第１の電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、
第２の電源装置に接続され、前記多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、
を有し、
前記第１の電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間とし、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間とし、前記第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、前記電界印加期間の後であって前記電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、
前記電界印加期間の少なくとも一部に前記電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、
前記電界印加期間にレーザ発振せず、前記電界減少期間にレーザ発振する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項2】
前記複数の反射鏡は、前記活性層の下部に設けられた下部反射鏡と、前記活性層の上部に形成された第１の上部反射鏡とを備え、前記多重量子井戸構造は、前記活性層の上部に配置されている、請求項１記載の面発光レーザ。
【請求項3】
前記第１の上部反射鏡は柱状に形成され、前記第２の電極対のうち一方は、少なくともその一部が前記第１の上部反射鏡の中央部分に配置される、請求項２記載の面発光レーザ。
【請求項4】
前記電流注入期間よりも時間軸の短い光パルスを出力する請求項１から３のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか一項に記載の面発光レーザと、
前記第１の電極対に接続された第１の電源装置と、
前記第２の電極対に接続された第２の電源装置と、
を備える、レーザ装置。
前記第１の電極対に接続された第１の電源装置と、
前記第２の電極対に接続された第２の電源装置と、
を備える、レーザ装置。
【請求項6】
前記電流注入期間の開始よりも先に前記電界印加期間が開始する、請求項５記載のレーザ装置。
【請求項7】
前記電界減少期間の開始と同時または前記電界減少期間の開始よりも後に、前記電流減少期間が開始する、請求項５または６に記載のレーザ装置。
【請求項8】
前記電流注入期間と前記電流減少期間は複数回繰り返され、
前記電流減少期間に対する前記電流注入期間の比率は０．５％以下である、請求項５から７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
前記電流減少期間に対する前記電流注入期間の比率は０．５％以下である、請求項５から７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項9】
請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記面発光レーザから発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を備える検出装置。
前記面発光レーザから発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を備える検出装置。
【請求項10】
前記検出装置からの信号に基づき前記対象物との距離を算出する、請求項９に記載の検出装置。
【請求項11】
請求項１０に記載の検出装置を備える移動体。
【請求項12】
活性層と、
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
複数の半導体層からなる、レーザ光の経路に設けられる多重量子井戸構造と、
第１の電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、
第２の電源装置に接続され、前記多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、
を有する面発光レーザの駆動方法であって、
前記第１の電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間とし、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間とし、前記第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、前記電界印加期間の後であって前記電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、
前記電界印加期間の少なくとも一部に前記電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、
前記電界印加期間にレーザ発振せず、前記電界減少期間にレーザ発振する、
ことを特徴とする面発光レーザの駆動方法。
前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、
複数の半導体層からなる、レーザ光の経路に設けられる多重量子井戸構造と、
第１の電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、
第２の電源装置に接続され、前記多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、
を有する面発光レーザの駆動方法であって、
前記第１の電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間とし、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間とし、前記第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、前記電界印加期間の後であって前記電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、
前記電界印加期間の少なくとも一部に前記電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、
前記電界印加期間にレーザ発振せず、前記電界減少期間にレーザ発振する、
ことを特徴とする面発光レーザの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法に関する。
【背景技術】
【0002】
人間の目に対するレーザの安全基準はアイセーフのクラスにより分類され、ＩＥＣ．６０８２５－１Ｅｄ．３（準ずる国内規格ＪＩＳ Ｃ ６８０２）により規定されている。距離測定装置を様々な環境で使用するためには、安全対策や警告が不要となるクラス１の基準を満たすことが望ましい。クラス１の基準の一つとして平均パワーの上限が規定されている。パルス光の場合は、ピーク出力、パルス幅、デューティ比から平均パワーに換算して規格値と比較する。光パルスのパルス幅が短いほど許容されるピーク出力が高くなるため、高ピーク出力でパルス幅が短いレーザ光源は、アイセーフを満たしつつ、ＴＯＦ（Time Of Flight）センサにおいて高精度化と長距離化の両立のために有用である。
【0003】
１ｎｓ以下の短パルス化を実現する手段として、ゲインスイッチング、Ｑスイッチング、モードロックなどがある。ゲインスイッチングは、緩和振動現象を利用して１００ｐｓ以下のパルス幅を実現する手段である。パルス電流の制御だけで実現できるため、Ｑスイッチングやモードロックに比べて構成が簡易である。
【0004】
しかし、ゲインスイッチングでは、緩和振動現象を利用するため先頭のパルス以後に複数のパルス列が出力されやすい。あるいは緩和振動がおさまった後に広いパルス幅のテール光（裾引き）が出力されやすい。これらの現象は応用する上で望ましくない。例えば、単一光子アバランシェダイオード（Single Photon Avalanche Diode：ＳＰＡＤ）を用いてガイガーモードで検出する場合、最も高いピーク出力だけがセンシング対象となり、対象とするパルス以外にパルスが複数あるとノイズとなり、またテール光は不要なエネルギーであるためアイセーフの観点で不利になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
裾引きを低減した短パルス光を発生することのできる面発光レーザには検討の余地がある。
【0006】
本発明は、で裾引きを低減した短パルス光を得ることができる面発光レーザ、レーザ装置、検出装置、移動体及び面発光レーザの駆動方法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】
【0007】
開示の技術の一態様によれば、面発光レーザは、活性層と、前記活性層を挟んで対向する複数の反射鏡と、複数の半導体層からなる、前記活性層及び複数の反射鏡により発せられるレーザ光の経路に設けられた多重量子井戸構造と、第１の電源装置に接続され、前記活性層に電流を注入可能な第１の電極対と、第２の電源装置に接続され、前記多重量子井戸構造の井戸面に垂直な方向に電界を印加することが可能な第２の電極対と、を有し、前記第１の電源装置により電流が注入される期間を電流注入期間とし、前記電流注入期間の後であって前記活性層に注入される電流値が前記電流注入期間における電流値よりも低下する期間を電流減少期間とし、前記第２の電源装置により電界が印加される期間を電界印加期間とし、前記電界印加期間の後であって前記電界印加期間における電界の大きさよりも低下する期間を電界減少期間として、前記電界印加期間の少なくとも一部に前記電流注入期間の少なくとも一部が含まれ、前記電界印加期間にレーザ発振せず、前記電界減少期間にレーザ発振する。
【発明の効果】
【0008】
開示の技術によれば、裾引きを低減した短パルス光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１参考例に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図2】第１参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。
【図3】第２参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。
【図4】実測に用いた回路を示す等価回路図である。
【図5】第２参考例についての実測結果を示す図である。
【図6】第１参考例についての実測結果を示す図である。
【図7】構造による電界強度及び透過屈折率の分布の相違を示す図である。
【図8】時間変化に伴う電界強度及び透過屈折率の分布の変化を示す図である。
【図9】第２参考例におけるキャリア密度及びしきい値キャリア密度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図10】第２参考例における光出力についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図11】第１参考例についてのシミュレーションで用いた関数の例を示す図である。
【図12】第１参考例における光出力についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図13】第１参考例におけるキャリア密度、しきい値キャリア密度、光子密度及び横方向の光閉じ込め係数のシミュレーション結果を示す図である。
【図15】光パルスの実測結果及びシミュレーション結果の例を示す図である。
【図16】電流狭窄面積とピーク光出力との関係を示す図である。
【図17】第１実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図18】第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面図及びその上面図である。
【図19】第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図20】第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図21】第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図22】第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図23】第７実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
【図24】デューティ比と光パルスのピーク出力との関係を示す図である。
【図25】第８実施形態に係る距離測定装置を示す図である。
【図26】第９実施形態に係る移動体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示の実施形態を説明する前に、まずその原理を、参考例を用いて説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【0011】
（第１参考例）
まず、第１参考例について説明する。第１参考例は面発光レーザに関する。図１は、第１参考例に係る面発光レーザを示す断面図である。
まず、第１参考例について説明する。第１参考例は面発光レーザに関する。図１は、第１参考例に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0012】
第１参考例に係る面発光レーザ１００は、例えば酸化狭窄を採用した垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）である。面発光レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０と、ｎ型分布ブラッグ反射鏡（distributed Bragg reflector：ＤＢＲ）１２０と、活性層１３０と、ｐ型ＤＢＲ１４０と、酸化狭窄層１５０と、上部電極１６０と、下部電極１７０とを有する。
【0013】
第１参考例においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０の表面に垂直な方向に光が射出される。以下、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０の表面に垂直な方向を縦方向、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０の表面に平行な方向を横方向又は面内方向ということがある。
【0014】
ｎ型ＤＢＲ１２０はｎ型ＧａＡｓ基板１１０上にある。ｎ型ＤＢＲ１２０は、例えば複数のｎ型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。活性層１３０はｎ型ＤＢＲ１２０上にある。活性層１３０は、例えば、複数の量子井戸層及び障壁層を含む。活性層１３０は共振器に含まれる。ｐ型ＤＢＲ１４０は活性層１３０上にある。ｐ型ＤＢＲ１４０は、例えば複数のｐ型半導体膜を積層して構成された半導体多層膜反射鏡である。
【0015】
上部電極１６０は、平面視で環状に形成されｐ型ＤＢＲ１４０の上面に接触する。下部電極１７０はｎ型ＧａＡｓ基板１１０の下面に接触する。上部電極１６０と下部電極１７０との対は、電極対の一例である。ただし、電極の位置はこれには限定されず、活性層に電流を注入できる位置にあればよい。例えば、ＤＢＲを介してではなく共振器のスペーサ層に直接電極を配置するイントラキャビティ構造であってもよい。
【0016】
ｐ型ＤＢＲ１４０は、例えば酸化狭窄層１５０を含む。酸化狭窄層１５０はＡｌを含有する。酸化狭窄層１５０は、光の射出方向に垂直な面内に、酸化領域１５１と、非酸化領域１５２とを含む。酸化領域１５１は、環状の平面形状を有し、非酸化領域１５２を取り囲む。非酸化領域１５２は、ｐ型ＡｌＡｓ層１５５と、縦方向でｐ型ＡｌＡｓ層１５５を間に挟む２つのｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１５６とから構成される。酸化領域１５１はＡｌＯｘから構成される。酸化領域１５１の屈折率は非酸化領域１５２の屈折率よりも低い。例えば、酸化領域１５１の屈折率は１．６５であり、ｐ型ＡｌＡｓ層１５５の屈折率は２．９６であり、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１５６の屈折率は３．０４である。平面視で、メサ１８０の酸化領域１５１の内縁の内側の部分は高屈折領域の一例であり、メサ１８０の酸化領域１５１の内縁の外側の部分は低屈折領域の一例である。なお、ｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１５６に代えて、ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ層（０．７０≦ｘ≦０．９０）が設けられてもよい。本実施形態では、ｐ型ＤＢＲ１４０、活性層１３０及びｎ型ＤＢＲ１２０がメサ１８０を構成している。ただし、酸化狭窄により電流狭窄領域を形成する本実施形態においては、少なくとも酸化狭窄層１５０および酸化狭窄層１５０より上に位置する半導体層がメサ形状に形成されていればよい。また、少なくとも活性層がメサに含まれるよう形成することで、活性層で発生した光が横方向へ漏れることを防ぐことができる。
【0017】
ここで、酸化狭窄層１５０について詳細に説明する。図２は、第１参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。
【0018】
図２に示すように、酸化領域１５１は、平面視で、環状の外側領域１５３と、環状の内側領域１５４とを有する。外側領域１５３はメサ１８０の側面に露出する。外側領域１５３は、断面視で表面の接触面が酸化領域１５１の外側に位置するように厚さが変化する領域であり、内側領域１５４は、断面視で表面の接触面が酸化領域１５１の内側に位置するように厚さが変化する領域である。内側領域１５４は外側領域１５３の内側にある。内側領域１５４の厚さは、外側領域１５３との境界において外側領域１５３の厚さと一致し、メサ１８０の中心に近づくほど薄くなっている。内側領域１５４は、断面視で、内縁から外側領域１５３との境界にかけて徐々に厚くなるテーパ形状を有する。非酸化領域１５２は外側領域１５３の内側にある。非酸化領域１５２の一部は縦方向で内側領域１５４を挟む。非酸化領域１５２の他の一部は平面視で内側領域１５４の内縁の内側にある。例えば、非酸化領域１５２の厚さは３５ｎｍ以下である。外側領域１５３の厚さは非酸化領域１５２の厚さより大きくてもよい。なお、本開示において、非酸化領域１５２の厚さとは、酸化領域１５１の内縁（内側領域１５４の内縁）よりもメサ１８０の中心側の部分の厚さである。例えば、メサ１８０の側面から酸化領域１５１の内縁までの距離は、約８μｍ～１１μｍの範囲である。
【0019】
酸化領域１５１は、例えばｐ型ＡｌＡｓ層及びｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層の酸化狭窄により形成されている。例えば、高温水蒸気環境下でのｐ型ＡｌＡｓ層及びｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層の酸化処理により酸化領域１５１を形成できる。なお、同一のｐ型ＡｌＡｓ層及びｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層を酸化したとしても、酸化の条件により、ｐ型ＡｌＡｓ層及びｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層から得られる酸化狭窄層の構造は相違し得る。従って、酸化により酸化狭窄層１５０となる層、例えばｐ型ＡｌＡｓ層及びｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層の酸化前の構造が同一であっても、酸化の条件によっては、酸化領域１５１及び非酸化領域１５２を備えた酸化狭窄層１５０が得られないことがある。
【0020】
ここで、第２参考例と比較しながら、第１参考例の作用効果について説明する。図３は、第２参考例における酸化狭窄層及びその近傍を示す断面図である。
【0021】
第２参考例では、酸化狭窄層１５０が、酸化領域１５１及び非酸化領域１５２に代えて、酸化領域９５１及び非酸化領域９５２を有する。酸化領域９５１は、環状の平面形状を有し、非酸化領域９５２を取り囲む。非酸化領域９５２は、ｐ型ＡｌＡｓ層９５５と、縦方向でｐ型ＡｌＡｓ層９５５を間に挟む２つのｐ型Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層９５６とから構成される。酸化領域９５１は、平面視で、環状の外側領域９５３と、環状の内側領域９５４とを有する。外側領域９５３はメサ１８０の側面に露出する。外側領域９５３の厚さは面内方向で一定である。内側領域９５４は外側領域９５３の内側にある。内側領域９５４の厚さは、外側領域９５３との境界において外側領域９５３の厚さと一致し、メサ１８０の中心に近づくほど薄くなっている。内側領域９５４は、断面視で、内縁から外側領域９５３との境界にかけて徐々に厚くなるテーパ形状を有する。非酸化領域９５２は外側領域９５３の内側にある。非酸化領域９５２の一部は縦方向で内側領域９５４を挟む。非酸化領域９５２の他の一部は平面視で内側領域９５４の内縁の内側にある。例えば、メサ１８０の側面から酸化領域９５１の内縁までの距離は、約８μｍ～１１μｍの範囲である。酸化領域９５１及び非酸化領域９５２の厚さは酸化狭窄層１５０の厚さと等しい。
【0022】
まず、第１参考例及び第２参考例についての実測結果について説明する。図４は、実測に用いた回路を示す等価回路図である。
【0023】
この回路では、第１参考例又は第２参考例に対応する面発光レーザ１１に直列に電流モニタ用の抵抗１２が接続されている。また、抵抗１２に並列に電圧計１３が接続されている。また、面発光レーザ１１から出力された光は広帯域の高速フォトダイオードで受光して電圧信号に変換し、その電圧信号をオシロスコープで観測した。
【0024】
図５は、第２参考例についての実測結果を示す図である。図５（ａ）は、パルス幅が約２ｎｓの場合の実測結果を示し、図５（ｂ）は、パルス幅が約９ｎｓの場合の実測結果を示し、図５（ｃ）は、パルス幅が約１７ｎｓの場合の実測結果を示す。図５（ａ）～（ｃ）の実測において、バイアス電流の大きさ及びパルス電流の振幅は共通である。図５には、抵抗１２を流れる電流及び高速フォトダイオードで測定した光出力を示す。抵抗１２を流れる電流は、電圧計１３を用いて算出できる。
【0025】
図５に示すように、第２参考例では、パルス幅の大きさに関係なく、パルス電流が注入された直後に光パルスが出力され、その後はパルス電流の注入が停止するまでは平衡状態になり、一定のテール光が出力されている。先頭の光パルスは緩和振動によるものであり、典型的なゲインスイッチング駆動である。パルス幅を変えても、光パルスが発生するタイミングは変わらない。緩和振動により生じる光パルスは、レーザ共振器内のキャリア密度がしきい値キャリア密度を超えた直後に生じるためである。テール光の出力を抑制するために、光パルスが出力された直後に電流注入を停止することが考えられる。しかし、緩和振動による光パルスの時間幅は１００ｐｓ以下であるため、電流の大きさが１０Ａ以上と大きい場合には、光パルスが出力された直後に１００ｐｓ以下の時間で電流の注入を停止することは難しい。
【0026】
図６は、第１参考例についての実測結果を示す図である。図６（ａ）は、パルス幅が約０．８ｎｓの場合の実測結果を示し、図６（ｂ）は、パルス幅が１．３ｎｓの場合の実測結果を示し、図６（ｃ）は、パルス幅が２．５ｎｓの場合の実測結果を示す。図６（ａ）～（ｃ）の実測において、バイアス電流の大きさ及びパルス電流の振幅は共通である。図６には、抵抗１２を流れる電流及び高速フォトダイオードで測定した光出力を示す。抵抗１２を流れる電流は、電圧計１３を用いて算出できる。
【0027】
図６に示すように、第１参考例では、パルス電流が注入されている状態では光出力が生じておらず、パルス電流の注入が減少した直後に光パルスが出力されている。また、光パルスが出力された後のテール光はほぼ見られない。ゲインスイッチングによる光出力であれば、パルス電流の幅を変えたとしても、光パルスが生じるタイミングは変わらない。これに対し、第１参考例では、パルス電流の注入が減少したことをきっかけとして光パルスが出力されている。従って、第１参考例における光出力は、緩和振動現象を利用した通常のゲインスイッチングではないといえる。
【0028】
このように、第１参考例と第２参考例とでは、光出力の機構及び態様が明確に相違している。この相違は、下記のように説明される。
【0029】
面発光レーザでは、レーザ光は共振器中を酸化狭窄層と垂直方向に伝搬する。このため、酸化狭窄層が厚いほど、屈折率差に依存する等価的な導波路長が長くなり、横方向の光閉じ込め作用が大きくなる。酸化狭窄層を含むＤＢＲを等価的な導波路構造と見なした場合、図７（ａ）のように等価屈折率差が大きいときには、レーザ光の電界強度分布は中央付近に集められる。これに対し、図７（ｂ）のように等価屈折率差が小さいときには、レーザ光の電界強度分布は周辺の酸化領域にまで広がる。第１参考例と第２参考例とを比較すると、第１参考例では、酸化狭窄層１５０が内側領域１５４を含むため、第１参考例において、等価屈折率差が小さくなる。従って、第２参考例では、図７（ａ）に示すように、レーザ光の電界強度分布が中央付近に集められるのに対し、第１参考例では、図７（ｂ）に示すように、レーザ光の電界強度分布が酸化領域１５１にまで広がる。
【0030】
ここで、横方向の光閉じ込め係数を「面発光レーザ素子の中心を通る横方向断面における電界の積分強度」に対する「電流通過領域と同じ半径領域中における電界の積分強度」の割合とし、式（１）で定義する。ここで、ａは電流通過領域の半径に相当し、Φは基板に垂直な方向を回転軸とした回転方向を表す。
【0031】
【数1】
【0032】
次に、パルス電流の注入が停止された際に起きる現象のモデルについて説明する。パルス電流が注入されている状態では、酸化狭窄層により電流経路はメサの中央付近に集中し、キャリア密度が高い状態となっている。このとき、キャリア密度の高い非酸化領域では、キャリアプラズマ効果により屈折率が小さくなる作用が生じる。キャリアプラズマ効果は、自由キャリア密度に比例して屈折率が低下する現象である。例えば文献「Kobayashi, Soichi, et al. "Direct frequency modulation in AlGaAs semiconductor lasers." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 30.4 (1982): 428-441」によると、屈折率の変化量は式（２）で示される。ここで、Ｎはキャリア密度である。
【0033】
【数2】
【0034】
図８に、パルス電流が注入されている期間（図８（ａ））と、パルス電流の注入が停止されて減少する期間（図８（ｂ））とでの等価屈折率及び電界強度分布を模式的に示す。パルス電流が注入されている期間では、酸化狭窄層により生じる等価屈折率差（ｎ１－ｎ０）を打ち消す方向にキャリアプラズマ効果が作用して、等価屈折率差は（ｎ２－ｎ０）となっている。この状態でパルス電流の注入が減少すると、キャリアプラズマ効果の作用がなくなり、等価屈折率差は（ｎ１－ｎ０）に戻る。これにより、メサの周辺部まで広がっていた光子がメサの中央部に集められ、非酸化領域での光子密度が上昇する。つまり、横方向光閉じ込めが強い状態に変化する。パルス電流の注入が停止すると、共振器内に蓄積されたキャリアはキャリア寿命時間をかけて減少する。しかし、キャリア密度が完全に減衰する前に横方向光閉じ込めが強くなると誘導放出が始まり、蓄積されていたキャリアが一気に消費されて光パルスが出力される。パルス電流が注入されている期間は電流注入期間の一例であり、パルス電流の注入が停止されて減少する期間は電流減少期間の一例である。
【0035】
以上のモデルをシミュレーションにより検証した結果を以下に示す。キャリア密度と光子密度のレート方程式を式（３），（４）に示す。
【0036】
【数3】
【0037】
【数4】
【0038】
ここで、式（３），（４）中の各文字が示す内容は下記の通りある。
Ｎ： キャリア密度［１／ｃｍ３］
Ｓ： 光子密度［１／ｃｍ３］
ｉ（ｔ）： 注入電流［Ａ］
ｅ： 電荷素量［Ｃ］
Ｖ： 共振器体積［ｃｍ３］
τｎ（Ｎ）： キャリア寿命時間［ｓ］
ｖｇ： 群速度［ｃｍ／ｓ］
ｇ（Ｎ，Ｓ）： 利得［１／ｃｍ］
Γａ： 光閉じ込め係数
τｐ： 光子寿命時間［ｓ］
β： 自然放出結合係数
ｇ０： 利得係数［１／ｃｍ］
ε： 利得抑圧係数
Ｎｔｒ： 透明キャリア密度［１／ｃｍ３］
ηｉ： 電流注入効率
αｍ： 共振器ミラー損失［１／ｃｍ］
ｈ： プランク定数［Ｊｓ］
ν： 光の周波数［１／ｓ］
Ｎ： キャリア密度［１／ｃｍ３］
Ｓ： 光子密度［１／ｃｍ３］
ｉ（ｔ）： 注入電流［Ａ］
ｅ： 電荷素量［Ｃ］
Ｖ： 共振器体積［ｃｍ３］
τｎ（Ｎ）： キャリア寿命時間［ｓ］
ｖｇ： 群速度［ｃｍ／ｓ］
ｇ（Ｎ，Ｓ）： 利得［１／ｃｍ］
Γａ： 光閉じ込め係数
τｐ： 光子寿命時間［ｓ］
β： 自然放出結合係数
ｇ０： 利得係数［１／ｃｍ］
ε： 利得抑圧係数
Ｎｔｒ： 透明キャリア密度［１／ｃｍ３］
ηｉ： 電流注入効率
αｍ： 共振器ミラー損失［１／ｃｍ］
ｈ： プランク定数［Ｊｓ］
ν： 光の周波数［１／ｓ］
【0039】
利得ｇ（Ｎ，Ｓ）は式（５）で表される。
【0040】
【数5】
【0041】
光閉じ込め係数Γａは、式（６）に示すように、横方向の光閉じ込め係数Γｒと縦方向の光閉じ込め係数Γｚとの積で定義される。
【0042】
【数6】
【0043】
しきい値キャリア密度Ｎｔｈは式（７）で表される。
【0044】
【数7】
【0045】
しきい値電流Ｉｔｈとしきい値キャリア密度Ｎｔｈとの間には、式（８）の関係がある。
【0046】
【数8】
【0047】
共振器から出力される光出力Ｐと光子密度Ｓとの間には、式（９）の関係がある。
【0048】
【数9】
【0049】
ここで、第２参考例についてのシミュレーションの結果について説明する。第２参考例については、横方向の光閉じ込め係数Γｒは１とし、図５に示す電流モニタ波形を入力してシミュレーションを実施した。キャリア密度Ｎ及びしきい値キャリア密度Ｎｔｈについてのシミュレーション結果を図９に示し、光出力についてのシミュレーション結果を図１０に示す。
【0050】
図９及び図１０に示すように、パルス電流が注入された約５ｎｓの時点で、その直後にキャリア密度Ｎがしきい値キャリア密度Ｎｔｈを超え、緩和振動による光パルスが出力されている。その後は平衡状態となり一定のテール光が出力されている。このように、シミュレーションにおいて、図５に示す実測結果に近い結果が得られている。
【0051】
次に、第１参考例についてのシミュレーションの結果について説明する。第１参考例については、横方向の光閉じ込め係数Γｒを１未満で、横方向の光閉じ込め係数Γｒをキャリア密度Ｎの増加に従って減少する関数とし、図６に示す電流モニタ波形を入力してシミュレーションを実施した。横方向の光閉じ込め係数Γｒを上記の関数としたのは、キャリアプラズマ効果による屈折率変化の影響を取り入れるためである。図１１は、関数の例を示す図である。光出力のシミュレーション結果を図１２に示す。
【0052】
【0053】
この結果を詳しく解析するために、パルス幅が２．５ｎｓの条件におけるキャリア密度Ｎ、しきい値キャリア密度Ｎｔｈ、光子密度Ｓ及び横方向の光閉じ込め係数Γｒのシミュレーション結果を図１３に示す。図１３（ａ）にキャリア密度Ｎ、しきい値キャリア密度Ｎｔｈ及び光子密度Ｓのシミュレーション結果を示し、図１３（ｂ）に横方向の光閉じ込め係数Γｒのシミュレーション結果を示す。
【0054】
横方向の光閉じ込め係数Γｒがキャリア密度Ｎの関数であるため、パルス電流が注入されている３ｎｓ～５．５ｎｓの範囲では横方向の光閉じ込め係数Γｒが低下している。この範囲では、横方向の光閉じ込め係数Γｒの低下にともなってしきい値キャリア密度Ｎｔｈが上昇し、Ｎ＜Ｎｔｈとなるため誘導放出が起こりにくく、光子密度Ｓは増えない。５．５ｎｓの時点でパルス電流の注入が減少し始めると、横方向の光閉じ込め係数Γｒは再び上昇し、その過程において光子密度Ｓがパルス状に生じている。図１３において５ｎｓ～６ｎｓの範囲で時間軸を拡大したグラフを図１４に示す。
【0055】
約５．５ｎｓの時点でパルス電流の注入が減少し始めると、キャリア密度Ｎは低下し始める。それと同時に横方向の光閉じ込め係数Γｒも上昇し、しきい値キャリア密度Ｎｔｈが低下する。キャリア密度Ｎが低下するよりもしきい値キャリア密度Ｎｔｈの低下する方が早いため、キャリア密度Ｎが低下する過程でＮ＞Ｎｔｈとなる時間が生じる。この時間には、まず自然放出により光子密度Ｓが上昇し、ある程度まで光子密度Ｓが増加すると誘導放出が支配的となり、光子密度Ｓが急増する。同時にキャリア密度Ｎが急減し、再びＮ＜Ｎｔｈとなると光子密度は急減する。
【0056】
このように、パルス電流の注入が停止したことをきっかけとして光パルスが出力される現象がシミュレーションにより再現できた。
【0057】
光パルスの立ち上がり時間は、しきい値キャリア密度Ｎｔｈがキャリア寿命時間よりも早く減少すると短くなる。つまり、式（６）より横方向光閉じ込め係数Γｒの増加が速いほど立ち上がり時間が短くなる。光パルスの減衰時間は、光子寿命時間に依存する。光パルスの実測結果及びシミュレーション結果の例を図１５に示す。図１５（ａ）は実測結果を示し、図１５（ｂ）はシミュレーション結果を示す。
【0058】
パルス幅をピーク値の１／ｅ２以上となる時間幅と定義すると、実測結果では８６ｐｓ、シミュレーション結果では８１ｐｓである。ここでｅは自然対数である。このモデルによれば、光パルスの幅は注入するパルス電流よりも短く、注入するパルス電流の時間幅に制限されることなく短くすることができる。
【0059】
第１参考例においては、光パルス出力が生じた後に継続的な光パルス列が生じにくい。光パルスが生じるときにはパルス電流の注入が減少しており、緩和振動が生じにくいためである。
【0060】
また、光パルス出力が生じた後にテール光が生じにくい。光パルスが生じた後にはパルス電流の注入が減少しており、キャリア密度が増加しにくいためである。
【0061】
また、パルス電流の注入を停止した直後に光パルスが出力されるため、光パルスが出力されるタイミングを任意に制御することができる。
【0062】
また、第１参考例により生じる光パルスの幅は、注入したパルス電流幅よりも短い。大電流化した場合でもパルス電流幅を短くする必要がないため、寄生インダクタンスの影響を受けにくい。
【0063】
第１参考例に係る面発光レーザ１００を並列に複数配置して面発光レーザアレイを形成し、同時に光パルスを出力させることで、より大きな光ピーク出力を得ることができる。面発光レーザアレイに注入する電流は１個の面発光レーザ１００に注入する電流よりも大きくなるが、面発光レーザ１００により出力される光パルスの幅が注入するパルス電流の幅よりも狭いため、小さい光パルス幅を出力させることができる。
【0064】
第１参考例に係る面発光レーザ１００から出力される光のパルス幅は限定されないが、例えば１ｎｓ以下であり、好ましくは５００ｐｓ以下であり、より好ましくは１００ｐｓ以下である。
【0065】
なお、第１参考例において、内側領域１５４の内縁から外側に３μｍ離れた位置、すなわち非酸化領域１５２と酸化領域１５１との境界の先端部から３μｍの位置における酸化領域１５１の厚さは、非酸化領域１５２の厚さの２倍以下であることが好ましい。例えば、非酸化領域１５２の厚さが３１ｎｍの場合、内側領域１５４の内縁から外側に３μｍ離れた位置における厚さは６２ｎｍ以下であることが好ましく、５４ｎｍであってもよい。メサ１８０の側面から酸化領域１５１の内縁までの距離（酸化距離）が８μｍ～１１μｍの範囲である場合、３μｍという距離は酸化距離の２８％～３８％に相当する。上記の参考例の実測を行った際に酸化領域９５１の内縁から外側に３μｍ離れた位置で酸化領域９５１の厚さと、非酸化領域１５２の厚さとを測定したところ、前者は７９ｎｍ、後者は３１ｎｍであり、前者は後者の２．５５倍であった。発明者らが様々な酸化狭窄構造の素子を比較評価した結果、比率が２以下の場合に横方向の光閉じ込め係数Γｒが小さくなり、高出力で裾引きのない短パルス光を得やすいことが判明した。
【0066】
平面視での非酸化領域１５２の面積（電流狭窄面積）は１２０μｍ２以下であることが望ましい。発明者らが様々な非酸化領域１５２の素子を比較評価した結果、非酸化領域１５２が１２０μｍ２超の場合には、パルス電流の注入を停止した直後に光パルスが出力される現象が生じにくいことがあることが判明した。また、非酸化領域１５２が小さい方がピーク出力の高い光パルスが得られやすいことも判明した。図１６は、非酸化領域の面積が５０μｍ２～１２０μｍ２の範囲のサンプルに対するピーク光出力の測定結果を示す図である。
【0067】
上述の第１参考例で示された原理からわかるように、得られる短パルス出力を向上させるためには、活性層に蓄積されるキャリアの数を多くするほうが好ましい。また、電流注入が停止した後、できるだけ短時間でＮ＞Ｎｔｈとなる状態を作り出すことが重要である。
【0068】
つまり、電流注入を停止すると、キャリアの拡散や自然放出や非発光再結合により、電流狭窄構から活性層付近の中央部におけるキャリア密度が低下し、プラズマ効果によって広がっていた横モード分布が、素子中央部に分布を持つようになる。それによってＮ＞Ｎｔｈとなる状態が作り出され短パルス発振が生じているが、この間に再結合によって失われるキャリアを少なくすることが、パルス出力を向上させる上で重要である。
【0069】
上記の例では、出力を得るための電流注入が、プラズマ効果による屈折率変化を生じて発振を抑制する手段となっているために、短パルス発振が生じるまでにある程度の蓄積キャリアの消滅が要求される。もし、注入電流量、蓄積キャリア量に関係なくプラズマ効果以外の別の手段で屈折率を変化させることができれば、蓄積キャリアを有効に短パルスの出力に変換して取り出すことが可能であり、より高効率、高出力な短パルス動作が可能である。
【0070】
この屈折率を外部から変調する手段として、多重量子井戸構造の電界効果が有効である。多重量子井戸構造においては井戸面に垂直な方向に電界を印加することにより、屈折率の変化、すなわち屈折率の減少を得ることができる。
【0071】
量子井戸構造の電界による屈折率変化については、例えば非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４等で報告がある。非特許文献１では厚さ３０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ及びＩｎＰからなる量子井戸構造において（Δｎ／ｎ）／Ｅ＝３×１０－８［ｃｍ／Ｖ］の値が得られることが理論的に報告されている。これは例えば１００［ｋＶ／ｃｍ］の電界印加時（量子井戸３０ｎｍに対して０．３Ｖのバイアス）に、Δｎ／ｎ＝３×１０－３、つまりΔｎ≒－９×１０－３程度の値となる。
【0072】
非特許文献２、３では実際に厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ及び厚さ３０ｎｍのＡｌＡｓからなる多重量子井戸構造において、測定を行い、室温において（Δｎ／ｎ）／Ｅ＝４×１０－７［ｃｍ／Ｖ］という値を観測している。これは１００［ｋＶ／ｃｍ］の電界印加時において、Δｎ≒－４×１０－２となり、非特許文献１における理論値よりも大きな値が観測されている。非特許文献３には、電界印加に伴う量子閉じ込めシュタルク効果によるバンド間遷移エネルギーのレッドシフトと屈折率変化が示されている。また、非特許文献４では、Δｎ≒－３×１０－２という値が実験結果として報告されている。
【0073】
以上のように、多重量子井戸構造の電界効果を利用することにより、１００［ｋＶ／ｃｍ］という現実的な印加電界によってΔｎ≒－１×１０－２オーダーのプラズマ効果と同等以上屈折率変化を得ることが可能である。これを利用することにより、短パルス動作の制御性、出力をより向上させることが可能になる。
【0074】
したがって、この多重量子井戸構造を、共振器の近くに配置し電界を印加することにより、多重量子井戸部の屈折率が減少し、図８に示すように、酸化構造によって得られる有効屈折率差Δｎ０を打ち消す方向に作用する。このように、プラズマ効果以外にも有効屈折率差Δｎを変化させる手段を新たに設けることが可能となる。更に、多重量子井戸に印加する電界によって有効屈折率差Δｎを制御することで、レーザ発振である短パルス発振のタイミングを制御することが可能になる。
【0075】
（第１実施形態）
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。第１実施形態は面発光レーザに関する。図１７は、第１実施形態に係る、上記の原理に基づいて作成された波長が９４０ｎｍ帯の上面出射型の面発光レーザ５００の断面図である。
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。第１実施形態は面発光レーザに関する。図１７は、第１実施形態に係る、上記の原理に基づいて作成された波長が９４０ｎｍ帯の上面出射型の面発光レーザ５００の断面図である。
【0076】
この面発光レーザ５００は、第１参考例と同様に、例えば酸化狭窄を採用したＶＣＳＥＬである。面発光レーザ５００は、ｎ型ＧａＡｓ基板５１０と、ｎ型ＤＢＲ５２０と、活性層５３０と、第１ｐ型ＤＢＲ５４１と、酸化狭窄層５５０と、コンタクト層５６３と、コンタクト層５６５と、第１上部電極５６１と、下部電極５７０とを有する。さらに面発光レーザ５００は、共振器スペーサ層５１１、５１２と、多重量子井戸構造５９０と、第２ｐ型ＤＢＲ５４２と第２上部電極５６２とを有する。円柱状のメサポスト５８０は、ｎ型ＤＢＲ５２０と、共振器スペーサ層５１２と、活性層５３０と、共振器スペーサ層５１１と、酸化狭窄層５５０と、第１ｐ型ＤＢＲ５４１とコンタクト層５６３とを有する。なお、第１の電源装置５８１及び第２の電源装置５８２は、それぞれ面発光レーザ５００に電流及び電界を供給する電源装置を示している。
【0077】
ｎ型ＤＢＲ５２０は、下部反射鏡としてｎ型ＧａＡｓ基板５１０上にある。ｎ型ＤＢＲ５２０は４０ペアのｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ及びＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。共振器スペーサ層５１１はｎ型ＤＢＲ５２０上にある。共振器スペーサ層５１１はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる。活性層５３０は共振器スペーサ層５１１上にある。活性層５３０はＩｎＧａＡｓを井戸層とし、ＡｌＧａＡｓをバリア層とする多重量子井戸活性層である。共振器スペーサ層５１２は活性層５３０上にある。共振器スペーサ層５１２はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなる。第１ｐ型ＤＢＲ５４１は第１の上部反射鏡として共振器スペーサ層５１２上にある。第１ｐ型ＤＢＲ５４１は４ペアのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ及びＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。コンタクト層５６３は第１ｐ型ＤＢＲ５４１上にある。コンタクト層５６３はｐ型ＧａＡｓからなる。
【0078】
面発光レーザ５００は、更に、アンドープの屈折率変調用の多重量子井戸構造５９０と、第２ｐ型ＤＢＲ５４２と、コンタクト層５６４とを有する。多重量子井戸構造５９０は、コンタクト層５６３の上にある。多重量子井戸構造５９０は、複数の半導体層からなり、一例として２０ペアのＩｎ０ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓからなる。第２ｐ型ＤＢＲ５４２は、第２の上部反射鏡として多重量子井戸構造５９０上にある。第２ｐ型ＤＢＲ５４２は１６ペアのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ及びＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。コンタクト層５６４は第２ｐ型ＤＢＲ５４２上にある。コンタクト層５６４はｐ型ＧａＡｓからなる。コンタクト層５６５はｎ型ＧａＡｓ基板５１０の裏面にある。コンタクト層５６５はｎ型ＧａＡｓからなる。
【0079】
屈折率変調用の多重量子井戸構造５９０はバンド間のエネルギーが、電界が印加された状態で発振波長のフォトンエネルギーに対して同程度を目安に設定されている。電界が印加されることにより、量子閉じ込めシュタルク効果により実効的なバンドギャップエネルギーが小さくなる。そのため、吸収端の波長がレッドシフトすることで、より長波の光を吸収するようになる。この電界印加時の実行バンドギャップエネルギーがフォトンエネルギーより大きい場合は、吸収損失が低減でき、小さい場合には、吸収損失により発振をより抑制することができる。また、第１ｐ型ＤＢＲ５４１の中に設けられる酸化狭窄層５５０は、第１ｐ型ＤＢＲ５４１中に厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＡｓ選択酸化層を形成し、円柱状のメサポスト５８０を形成した後、ｐ型ＡｌＡｓ選択酸化層を加熱水蒸気中で酸化し形成される。円柱状のメサポスト５８０は、ｎ型ＤＢＲ５２０と、共振器スペーサ層５１１、５１２と、活性層５３０と、第１ｐ型ＤＢＲ５４１と、コンタクト層５６３とからなる。なお、多重量子井戸構造５９０と、第２ｐ型ＤＢＲ５４２と、コンタクト層５６４は、円柱状である。なお、メサポストの形状は円形には限定されず、正方形や長方形、六角形等、任意の形状であってよい。
【0080】
また、下部電極５７０は、ｎ型ＧａＡｓ基板５１０上のコンタクト層５６５の裏面にある。第１上部電極５６１は、環状であり、第１ｐ型ＤＢＲ５４１上のコンタクト層５６３の表面にある。第２上部電極５６２は、環状であり、第２ｐ型ＥＤＢＲ５４２上のコンタクト層５６４の表面にある。第１の電源装置５８１は、第１上部電極５６１及び下部電極５７０からなる第１の電極対を介して活性層への電流注入を行う。第２の電源装置５８２は、下部電極５７０及び第２上部電極５６２からなる第２の電極対を介して屈折率変調用の多重量子井戸構造５９０への電界印加を行う。ここで、第２ｐ型ＤＢＲ５４２は、アンドープとしても良いが、ドープを行った場合には第２の電源装置５８２から多重量子井戸構造５９０への印加電圧を低減することができる。
【0081】
次に面発光レーザ５００の動作原理について具体的に説明する。先ず初めに第２の電源装置５８２は、予め多重量子井戸構造５９０に電界を印加する。素子中央部の有効屈折率は、電界を印加することにより、電界が印加されていないときの酸化狭窄層５５０によって得られる有効屈折率差Δｎ０に対して減少する。すなわち、有効屈折率差Δｎが有効屈折率差Δｎ０より小さくなっている状態にしておく。
【0082】
次に第１の電源装置５８１は、活性層５３０への電流注入を開始する。この際プラズマ効果により、更に有効屈折率差Δｎが小さくなる。以上の２つの作用により、素子中央部分の横モード分布が小さくなり、発振が抑制され活性層５３０にキャリアが蓄積された状態になる。
【0083】
多重量子井戸構造の電界効果を組み合わせて用いる場合では、酸化狭窄層５５０による有効屈折率差Δｎ０はやや大きめに設定する。そして、多重量子井戸構造５９０の電界効果とキャリアのプラズマ効果による屈折率変化を合わせて、図１３（ａ）に示す様なしきい値キャリア密度Ｎｔｈとキャリア密度Ｎの関係になるようにする。つまり、プラズマ効果及び電界効果の両方によって発振抑制が行われている状態に設定する。
【0084】
次に、第２の電源装置５８２が、屈折率変調用の多重量子井戸構造５９０への電界の印加を停止すると、この多重量子井戸構造５９０のバンド間遷移エネルギーが大きくなる。すなわち量子閉じ込めシュタルク効果によるレッドシフトが無くなり、発振波長に対して透明になるとともに有効屈折率差Δｎが増加する。有効屈折率差Δｎが増加したことにより、素子中央部の横モード分布が大きくなることで発振閾値が低減し、直ちに短パルス発振が生じる。この際に、第１の電源装置５８１が活性層５３０への電流注入も同時に停止すると、より大きな屈折率変化を得ることができる。
【0085】
プラズマ効果のみによって発振を抑制していた場合には、活性層５３０への電流注入の停止後、プラズマ効果により減少していた有効屈折率差Δｎは以下のように発振可能な状態に回復する。すなわち、活性層５３０に蓄積されていたキャリアが電流注入経路から拡散、或いは活性領域における再結合過程により減少することによって回復する。しかし、その間の発振に寄与しないキャリアが損失となる。
【0086】
これに対して、第１実施形態では、屈折率変化は多重量子井戸構造５９０への第２の電源装置５８２からの印加電界の制御によって直ちに生じるため、発振に寄与しないキャリアを大幅に低減することが可能である。従って、特に発振開始時のピーク出力を大幅に向上させることができる。尚、酸化狭窄層５５０による有効屈折率差Δｎ０は、酸化狭窄層５５０の厚さ等を変えることで変化させることが可能であり、酸化狭窄層５５０を厚くすることにより大きくすることができる。
【0087】
また、多重量子井戸構造５９０への電界印加が停止すると発振が開始するように酸化狭窄層５５０による有効屈折率差Δｎ０が設定されている。このため、第１実施形態によれば、プラズマ効果と電界効果を合わせることができる。したがって、プラズマ効果単独の場合に比べて、より強く発振を抑制することができる。そのため、活性層に蓄積されるキャリア数を増加させることができ、短パルス発振時のピーク出力を向上させることができる。
【0088】
このように、電界効果による屈折率変化量が大きい程、大きな発振の抑制効果が得られ蓄積されるキャリア数を増大させることが可能である。また、この発振抑制効果を維持しつつ、酸化狭窄層５５０による有効屈折率差Δｎ０を大きく設定して、電界印加を停止した場合の発振閾値の変化量を大きくすることが可能になる。そのため、短パルスの発振開始迄に消滅する無効キャリア数を低減することができ、いずれも高出力化に対して効果を得ることができる。
【0089】
尚、多重量子井戸構造５９０は、電界効果による屈折率変化が得られる場所であればレーザ光の経路のいずれに配置しても効果を得ることができる。加えて、さらに多重量子井戸構造５９０を活性層５３０に近づけること、又は量子井戸数を増やすことにより多重量子井戸構造への電界効果による屈折率変化量を大きくすることができる。
【0090】
第１実施形態においては、多重量子井戸構造への電界印加を停止すると直ちに光パルスが出力されるため、光パルスが出力されるタイミングを任意に設定することができる。
【0091】
また、蓄積されるキャリア数を増大させることができるとともに、発振に寄与しない無効キャリアを低減することができるため高出力を得ることができる。
【0092】
第１実施形態においては、光パルス出力が生じた後に継続的な光パルス列が生じにくい。その理由は、電界印加を停止するとともに電流印加を停止する場合、光パルスが生じるときにはパルス電流の注入が減少しており、緩和振動が生じにくいためである。
【0093】
また、光パルス出力が生じた後にテール光が生じにくい。その理由は、電界印加を停止するとともに電流印加を停止する場合、光パルスが生じた後にはパルス電流の注入が減少しており、キャリア密度が増加しにくいためである。
【0094】
また、第１実施形態により生じる光パルスの幅は、注入したパルス電流幅よりも短い。大電流化した場合でもパルス電流幅を短くする必要がないため、寄生インダクタンスの影響を受けにくい。
【0095】
第１参考例と同様に、第１実施形態に係る面発光レーザ５００を並列に複数配置して面発光レーザアレイを形成し、同時に光パルスを出力させることで、より大きな光ピーク出力を得ることができる。面発光レーザアレイに注入する電流は１個の面発光レーザ５００に注入する電流よりも大きくなるが、面発光レーザ５００により出力される光のパルスの幅が注入するパルス電流の幅よりも狭いため、小さい光パルス幅を出力させることができる。
【0096】
第１参考例と同様に、第１実施形態に係る面発光レーザ５００から出力される光のパルス幅は限定されないが、例えば１ｎｓ以下であり、好ましくは５００ｐｓ以下であり、より好ましくは１００ｐｓ以下である。
【0097】
なお、第１実施形態において、酸化狭窄層５５０が第１参考例と同様の構成を有するとき、内側領域５５４の内縁から外側に３μｍ離れた位置、すなわち非酸化領域５５２と酸化領域５５１との境界の先端部から３μｍの位置における酸化領域５５１の厚さは、非酸化領域５５２の厚さの２倍以下であることが好ましい。
【0098】
また、第１参考例と同様に、第１実施形態においても第１参考例の図１６にて説明した通り、平面視での非酸化領域５５２の面積（電流狭窄面積）は１２０μｍ２以下であることが望ましい。
【0099】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は面発光レーザに関する。図１８は、第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は面発光レーザに関する。図１８は、第２実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0100】
第２実施形態に係る面発光レーザ６００は、第２ｐ型ＤＢＲ５４２上に形成された第２上部電極６６２を除き、第１実施形態と同じため、第２上部電極６６２以外については、説明を省略する。
【0101】
面発光レーザ６００は上面出射型であるため、第２ｐ型ＤＢＲ５４２の上に形成された第２上部電極６６２は、レーザの透過を妨げないよう透明電極になっている。図１８（ｂ）は面発光レーザ６００の上面図であり、線分Ａ－Ａ'の断面が図１８（ａ）に示される。第２上部電極６６２は、円形であり、図１８（ｂ）に示すように、平面視で円柱状の第１ｐ型ＤＢＲ５４１の中央部にある。第２上部電極６６２は、図１８（ａ）に示すように、中央部分から引き出されレーザの透過を妨げない外側の部分で第２の電源装置５８２と接続する。図１８に示される様な電極構成とすると、平面視で面発光レーザ６００の中央部分の屈折率変調用多重量子井戸構造に集中して電界を印加できる。そのため、面発光レーザ６００は、選択的に素子の中央部分の有効屈折率を低減することができる。
【0102】
したがって、素子中央部分の横モード分布の強度を低下させ、素子周辺部分へ分布を広げることが可能になり、効果的に有効屈折率差Δｎを低下させることができる。また、第２ｐ型ＤＢＲ５４２もアンドープとし、第２ｐ型ＤＢＲ５４２上のコンタクト層を除いた構成とすることにより、横方向への電界の広がりを抑えることができるので、更に選択性が向上できる。また、第２ｐ型ＤＢＲ５４２を、例えば、ＳｉＮまたはＳｉＯ２などの誘電体などの材料を用いて構成しても良い。
【0103】
以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができると共に、さらに第２上部電極を素子中央部分に設けることにより屈折率変化量を大きくすることができるため、高出力のレーザ光を得ることができる。
【0104】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態は面発光レーザに関する。図１９は、第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態は面発光レーザに関する。図１９は、第３実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0105】
第３実施形態に係る面発光レーザ７００は、裏面射出型の９４０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。図１９の面発光レーザ７００は、第１ｐ型ＤＢＲ５４１と第２ｐ型ＤＢＲ５４２からなる上部多層膜反射鏡のペア数が合計で４０ペア、ｎ型ＤＢＲ５２０からなる下部多層膜反射鏡のペア数が２０ペアとなっており、光出力は基板側すなわち裏面側へ出射される。
【0106】
基板側の素子出射部分に当たる下部電極７７０には開口が設けられており、光出力が取り出せるようになっている。また第２ｐ型ＤＢＲ５４２の素子中央部分には第２上部電極７６２が設けられており、素子の中央部分の屈折率変調用多重量子井戸構造へ選択的に電界が印加できるようになっている。このように素子中央部分に電極を形成すると、上述の第２実施形態と同様に素子の中央部分の有効屈折率を低減することができる。
【0107】
したがって、素子中央部分の横モード分布の強度を低下させ、素子周辺部分へ分布を広げることが可能になり、効果的に有効屈折率差Δｎを低下させることができる。また、第２ｐ型ＤＢＲ５４２がアンドープであり、第２ｐ型ＤＢＲ５４２上のコンタクト層が除かれていると、横方向への電界の広がりを更に抑えることができる。横方向への電界の広がりが更に抑制されることで、更に選択性を向上できる。また、第２ｐ型ＤＢＲ５４２を、例えば、ＳｉＮまたはＳｉＯ２などの誘電体などの材料を用いて構成しても良い。
【0108】
以上のように、第３実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0109】
（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態は面発光レーザに関する。図２０は、第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態は面発光レーザに関する。図２０は、第４実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0110】
第４実施形態に係る面発光レーザ８００は、例えばＢＴＪ（Ｂｕｒｉｅｄ ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）による電流狭窄構造を備えたＶＣＳＥＬである。面発光レーザ８００は、裏面射出型である第３実施形態の面発光レーザ７００において、電流狭窄構造を選択酸化構造から、埋め込みトンネル接合８５０に変えたものである。
【0111】
埋め込みトンネル接合８５０は、以下のようにして構成される。第１ｐ型ＤＢＲ８４１形成の途中に、第１ｐ型ＤＢＲ８４１よりも高濃度のｐをドーピングしたｐ＋＋ＧａＡｓ層およびｎ型ＤＢＲ５２０よりも高濃度のｐをドーピングしたｎ＋＋ＧａＡｓを成長する。その後、一度成長を中止して、湿式の選択エッチングにより、素子中央部分以外の上記の２層の除去を行うことによって形成される。埋め込みトンネル接合８５０を形成したのち、その上に第１ｐ型ＤＢＲ８４１の残りを再成長する。
【0112】
活性層５３０への電流注入用電極である下部電極７７０及び第１上部電極５６１に順バイアスを加えると、ｐ＋＋ＧａＡｓ層とｎ＋＋ＧａＡｓ層には逆バイアスが印加される。この結果、ｐ＋＋ＧａＡｓ層からｎ＋＋ＧａＡｓ層へ電子がバンド間トンネルすることによってｐ＋＋ＧａＡｓ層に正孔が生じ、活性層５３０へ注入される。
【0113】
この埋め込みトンネル接合部分では、横方向にＡｌＧａＡｓ材料のＡｌ組成の違いによる小さな屈折率差が生じており、この屈折率差に基づいて弱い横方向光閉じ込めが形成されている。その大きさは、キャリアのプラズマ効果や、多重量子井戸の電界効果等によって生じる屈折率変化で、有効屈折率差Δｎを変化させることができる程度のものであり、短パルス発振を行うことができる。
【0114】
以上のように、第４実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0115】
（第５実施形態）
次に第５実施形態について説明する。第５実施形態は面発光レーザに関する。図２１は、第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
次に第５実施形態について説明する。第５実施形態は面発光レーザに関する。図２１は、第５実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0116】
第５実施形態に係る面発光レーザ９００は、表面射出型である第１実施形態の面発光レーザ５００において、第２ｐ型ＤＢＲと第２上部電極とを変形させたものである。面発光レーザ９００では、第２上部電極９６２は、第２ｐ型ＤＢＲ９４２の上面ではなく、多重量子井戸構造５９０の上面に設けられている。このような構造によって、第２ｐ型ＤＢＲ９４２を介することなく多重量子井戸構造５９０に電界を印加することができ、第５実施形態では多重量子井戸構造５９０の電界を第１の実施形態よりも強化することができる。そのため第５実施形態では、電界効果による屈折率変化量を大きくすることができる。
【0117】
したがって、第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができると共に、さらに屈折率変化量を多くすることができることによって、高出力のレーザ光を得ることができる。
【0118】
（第６実施形態）
次に第６実施形態について説明する。第６実施形態は面発光レーザに関する。図２２は、第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
次に第６実施形態について説明する。第６実施形態は面発光レーザに関する。図２２は、第６実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【0119】
第６実施形態に係る面発光レーザ１０００は、表面射出型である第１実施形態の面発光レーザ５００において、第１ｐ型ＤＢＲ５４１の代わりに共振器スペーサ層１０１２を厚く形成したものである。さらに、面発光レーザ１０００では、共振器スペーサ層１０１２の内部に酸化狭窄層１０５０が形成されている。このような構造としても、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。
【0120】
なお、第１乃至第６実施形態では、電界効果を得るための多重量子井戸構造が活性層と第２ｐ型ＤＢＲとの間に設けられている構造について説明したが、これに限定されることなく、多重量子井戸構造は、電界効果による屈折率変化が得られる場所であればレーザ光の経路のいずれに配置しても効果を得ることができる。
【0121】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態はレーザ装置に関する。図２３は、第７実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態はレーザ装置に関する。図２３は、第７実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
【0122】
第７実施形態に係るレーザ装置３００は、第１実施形態に係る面発光レーザ５００と、電源装置３０１とを有する。電源装置３０１は、第１の電源装置５８１と、第２の電源装置５８２とを有する。第１の電源装置５８１は、第１上部電極５６１及び下部電極５７０に接続されている。第２の電源装置５８２は、第１上部電極５６１及び第２上部電極５６２に接続されている。第１の電源装置５８１は、面発光レーザ５００に電流を注入し、第２の電源装置５８２は面発光レーザ５００に電界を供給する。
【0123】
第１の電源装置５８１からの電流の注入のデューティ比は０．５％以下であることが好ましい。すなわち、電流注入期間と電流減少期間とが複数回繰り返され、電流減少期間に対する電流注入期間の比率は０．５％以下であることが好ましい。デューティ比は、単位時間のうちで電流パルスが注入されている時間の比率である。パルス電流幅をｔ［ｓ］、パルス電流の繰り返し周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、デューティ比はｆ×ｔ（％）に対応する。図２４は、パルス電流幅が２．５ｎｓの場合のデューティ比と光パルスのピーク出力との関係を示す図である。
【0124】
図２４に示すように、デューティ比が０．５％を超える場合に、光ピーク出力が低下する傾向がある。この理由としては、以下のモデルが考えられる。まず、デューティ比を大きくしていくと注入したパルス電流による電流狭窄領域（非酸化領域１５２）での発熱量が増大する。これにより、電流狭窄領域の周辺部に対して、電流が集中する中心部の温度が上昇し、温度差が生じる。その結果、熱レンズ効果により電流狭窄領域の中心部の屈折率が上昇し、横方向の光閉じ込め係数が大きくなる。熱レンズ効果により横方向の光閉じ込め係数が大きくなると、パルス電流の増減により発生するキャリアプラズマ効果に起因した屈折率変化の影響が小さくなる。屈折率変化の影響が小さくなると、パルス電流の注入を停止した直後に光パルスが出力される現象が生じにくくなる。これに対し、デューティ比が０．５％以下であれば、熱レンズ効果による屈折率変化の影響が十分小さくなり、狭窄構造に由来の屈折率変化が支配的となるため、ピーク出力はほぼ一定で変わらないと考えられる。
【0125】
なお、第１実施形態に係る面発光レーザ５００に代えて、第２乃至第６実施形態に係る面発光レーザ６００乃至１０００のいずれかが用いられてもよい。
【0126】
（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。第８実施形態は距離測定装置に関する。図２５は、第８実施形態に係る距離測定装置を示す図である。距離測定装置は検出装置の一例である。
次に、第８実施形態について説明する。第８実施形態は距離測定装置に関する。図２５は、第８実施形態に係る距離測定装置を示す図である。距離測定装置は検出装置の一例である。
【0127】
第８実施形態に係る距離測定装置４００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法の距離測定装置である。距離測定装置４００は、発光素子４１０と、受光素子４２０と、駆動回路４３０とを有する。発光素子４１０は、発光ビーム（照射光４１１）を測距の測距対象物４５０へと向けて照射する。受光素子４２０は、測距対象物４５０からの反射光４２１を受光する。駆動回路４３０は、発光素子４１０を駆動するとともに、発光ビームの発光タイミングと、受光素子４２０による反射光４２１の受光タイミングとの時間差を検出することにより、測距対象物４５０までの往復の距離を算出する。
【0128】
発光素子４１０は、第１乃至第６実施形態に係る面発光レーザ５００乃至１０００を複数含んでもよい。パルスの繰り返し周波数は、例えば数ｋＨｚから数１０ＭＨｚの範囲である。
【0129】
受光素子４２０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）又は単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）である。受光素子４２０は、アレイ状に配列された受光素子を複数含んでもよい。受光素子４２０は検出部の一例である。
【0130】
ＴＯＦ法での測距では、測距対象物からの信号とノイズを分離することが重要である。より遠くにある測距対象物を測定する場合、及びより反射率の低い測距対象物を測定する場合には、より高感度の受光素子を用いて対象物からの信号を得ることが好ましい。しかしながら、より高感度の受光素子を用いると、背景光ノイズ又はショットノイズを誤検出する可能性が高くなる。信号とノイズとを分離するために、受光信号のしきい値を上げることも考えられるが、その分だけ発光ビームのピーク出力を高くしなければ、測距対象物からの信号光を受光しにくくなる。ただし、発光ビームの出力はレーザの安全基準による制限を受ける。
【0131】
第１乃至第６実施形態に係る面発光レーザ５００乃至１０００によれば、パルス幅が１００ｐｓ程度の光パルスを出力することができる。これは、従来の面発光レーザにより出力される光パルス幅の数ｎｓに比べて約１／１０である。第８実施形態に係る距離測定装置によれば、光パルスのパルス幅が短いほど安全基準で許容されるピーク出力が高くなるため、アイセーフを満たしつつ、高精度化と長距離化と両立することができる。
【0132】
（第９実施形態）
次に、第９実施形態について説明する。第９実施形態は移動体に関する。図２６は、第９実施形態に係る移動体の一例としての自動車を示す図である。第９実施形態に係る移動体の一例としての自動車１１００の前面上方（例えばフロントグラスの上部）には、第８実施形態で説明した距離測定装置４００が設けられている。距離測定装置４００は、自動車１１００の周囲の物体１１０２までの距離を計測する。距離測定装置４００の計測結果は、自動車１１００の有する制御部に入力され、制御部はこの計測結果に基づいて、移動体の動作の制御を行う。若しくは、制御部は、距離測定装置４００の計測結果に基づいて、自動車１１００の運転者１１０１へ向けて自動車１１００内に設けられた表示部に警告表示を行ってもよい。
次に、第９実施形態について説明する。第９実施形態は移動体に関する。図２６は、第９実施形態に係る移動体の一例としての自動車を示す図である。第９実施形態に係る移動体の一例としての自動車１１００の前面上方（例えばフロントグラスの上部）には、第８実施形態で説明した距離測定装置４００が設けられている。距離測定装置４００は、自動車１１００の周囲の物体１１０２までの距離を計測する。距離測定装置４００の計測結果は、自動車１１００の有する制御部に入力され、制御部はこの計測結果に基づいて、移動体の動作の制御を行う。若しくは、制御部は、距離測定装置４００の計測結果に基づいて、自動車１１００の運転者１１０１へ向けて自動車１１００内に設けられた表示部に警告表示を行ってもよい。
【0133】
このように、第９実施形態では、距離測定装置４００を自動車１１００に設けることで、高精度に自動車１１００の周辺の物体１１０２の位置を認識することができる。なお、距離測定装置４００の搭載位置は、自動車１１００の上部前方に限定されず、側面や後方に搭載されてもよい。また、この例では、距離測定装置４００を自動車１１００に設けたが、距離測定装置４００を航空機又は船舶に設けてもよい。また、ドローン及びロボット等の、運転者が存在しない、自律移動を行う移動体に設けてもよい。
【0134】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0135】
３００ レーザ装置
４００ 距離測定装置
５００、６００、７００、８００、９００、１０００ 面発光レーザ
５１１、５１２、１０１２ 共振器スペーサ層
５２０ ｎ型ＤＢＲ
５３０ 活性層
５４１ 第１ｐ型ＤＢＲ
５４２ 第２ｐ型ＤＢＲ
５５０、１０５０ 酸化狭窄層
５５１ 酸化領域
５５２ 非酸化領域
５６１ 第１上部電極
５６２、６６２、７６２、９６２ 第２上部電極
５６３、５６４、５６５ コンタクト層
５７０、７７０ 下部電極
５８０ メサポスト
５９０ 多重量子井戸構造
８５０ トンネル接合
１１００ 自動車（移動体）
４００ 距離測定装置
５００、６００、７００、８００、９００、１０００ 面発光レーザ
５１１、５１２、１０１２ 共振器スペーサ層
５２０ ｎ型ＤＢＲ
５３０ 活性層
５４１ 第１ｐ型ＤＢＲ
５４２ 第２ｐ型ＤＢＲ
５５０、１０５０ 酸化狭窄層
５５１ 酸化領域
５５２ 非酸化領域
５６１ 第１上部電極
５６２、６６２、７６２、９６２ 第２上部電極
５６３、５６４、５６５ コンタクト層
５７０、７７０ 下部電極
５８０ メサポスト
５９０ 多重量子井戸構造
８５０ トンネル接合
１１００ 自動車（移動体）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0136】
【特許文献1】米国特許第８，９３４，５１４号明細書
【非特許文献】
【0137】
【非特許文献1】H. Yamamoto, M. Asada and Y. Suematsu, "Electric-field-induced refractive index variation in quantum-well structure", Electron. Lett., 21 p.p. 579-580 (1985)
【非特許文献2】H. Nagai, M. Yamanishi, Y. Kan and I. Suemune, "Field-induced modulation of refractive index and absorption coefficient in a GaAs/AlGaAs quantum well structure", Elect. Lett., 22 p.p. 888-889 (1986)
【非特許文献3】H. Nagai, M. Yamanishi, Y. Kan, I. Suemune, Y. Ide and R. Lang, "Exciton-induced dispersion of electroreflectance in a GaAs/AlAs quantum well structure at room temperature", Extended abstract of the 18th conference on Solid State Devices and Materials, p.p. 591-594 (1986)
【非特許文献4】J. S. Weiner, D. A. B. Miller and D. S. Chemla, "Quadratic electro-optics effect due to the quantum confined Stark effect in quantum wells", Appl. Phys. Lett., 50, 13, p.p. 842-844 (1987)
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】