(57)【要約】【課題】複数の波長を発生させる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】所定の波長を有する光を発生させるレーザポンピング素子１００と、レーザポンピング素子１００の外部に位置し、レーザポンピング素子１００で発生した光の一部を透過させてレーザ光として出力し、残りの一部をレーザポンピング素子１００で再吸収されるように反射する外部ミラー部１１３、１１４と、を含む半導体レーザ装置において、レーザポンピング素子１００は、少なくとも２個の波長を有する光を発生させる活性層と、活性層で発生した少なくとも２個の波長を有する光について、最も高い反射率を有する多重帯域反射器と、を含み、活性層は、多重帯域反射器と外部ミラー部１１３、１１４との間の光路に位置する複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。【選択図】図４Ａ
2006005361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有する光を発生させるレーザポンピング素子と、前記レーザポンピング素子の外部に位置し、前記レーザポンピング素子で発生した光の一部を透過させてレーザ光として出力し、残りの一部をレーザポンピング素子で再吸収されるように反射する外部ミラー部と、を含む半導体レーザ装置において、
前記レーザポンピング素子は、
少なくとも２個の波長を有する光を発生させる活性層と、
前記活性層で発生した少なくとも２個の波長を有する光について最も高い反射率を有する多重帯域反射器と、を含み、
前記活性層は、前記多重帯域反射器と前記外部ミラー部との間の光路に位置することを特徴とする複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記活性層は、
第１波長を発生させるための複数の第１量子ウェル層と、
第２波長を発生させるための複数の第２量子ウェル層と、
前記複数の第１量子ウェル層と第２量子ウェル層との間隔に位置する複数の障壁層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１量子ウェル層は、第１波長を有する第１定常波のアンチノード位置に配置され、前記第２量子ウェル層は、第２波長を有する第２定常波のアンチノード位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１量子ウェル層及び第２量子ウェル層の数を調節することによって、前記第１波長の出力と第２波長の出力との相対的な強度を調節することを特徴とする請求項３に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１定常波のアンチノードと第２定常波のアンチノードとの間隔が所定距離以内である場合、前記第１量子ウェル層と前記第２量子ウェル層のうち何れか一つのみが配置されることを特徴とする請求項３に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１及び第２量子ウェル層は、それぞれＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ、及びＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＳｂを含むグループから選択された少なくとも一つの半導体材料を含み、ここで、０．０＜ｘ＜１．０及び０．０＜ｙ＜１．０であり、前記ｘ及びｙの値は、前記第１及び第２量子ウェル層について独立的に選択可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の高屈折率層Ｈ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の低屈折率層Ｌが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記高屈折率層Ｈ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする請求項２に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｌ（ＨＳ）Ｄ）Ｎの形態であり、ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きいことを特徴とする請求項７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の低屈折率層Ｌ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の高屈折率層Ｈが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記低屈折率層Ｌ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする請求項２に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｈ（ＬＳ）Ｄ）Ｎの形態であり、ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きいことを特徴とする請求項９に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記高屈折率層Ｈは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１）を含み、前記低屈折率層Ｌは、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦１）を含み、前記スペーサ層Ｓは、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）を含むことを特徴とする請求項７ないし１０のうち何れか１項に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１２】
ｘ＝０、ｙ＝１、０．１５＜ｚ＜０．８５であることを特徴とする請求項１１に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記多重帯域反射器の各層間の間隔は、λ／４であり、ここで、λは、前記活性層で発生する波長の長さの平均値であることを特徴とする請求項７ないし１０のうち何れか１項に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記レーザポンピング素子は、前記外部ミラー部と対向する前記活性層の表面に積層された反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項２または７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記レーザポンピング素子は、前記反射防止層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項１４に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記レーザポンピング素子は、前記外部ミラー部と対向する前記活性層の表面に積層された反射ミラー層をさらに含むことを特徴とする請求項２または７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記レーザポンピング素子は、前記反射ミラー層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項１６に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記レーザポンピング素子は、前記活性層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項２または７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記外部ミラー部は、
前記レーザポンピング素子で発生した第１波長を有する光の一部を前記レーザポンピング素子に反射し、残りの一部を透過させて第１レーザ光として出力する第１外部ミラーと、
前記レーザポンピング素子で発生した第２波長を有する光の一部を前記レーザポンピング素子に反射し、残りの一部を透過させて第２レーザ光として出力する第２外部ミラーと、
第１波長の光を透過させて第１外部ミラーに送り、第２波長の光を反射して第２外部ミラーに送る波長選択性ミラーと、を含むことを特徴とする請求項２または７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記半導体レーザ装置は、前記第１波長の光路上に位置して第１波長の周波数を２倍に作る第１ＳＨＧ素子、または前記第２波長の光路上に位置して第２波長の周波数を２倍に作る第２ＳＨＧ素子のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２１】
前記第１ＳＨＧ素子及び第２ＳＨＧ素子は、前記レーザポンピング素子と波長選択性ミラーとの間に位置して、第１波長及び第２波長の周波数を同時に２倍に作る単一のＳＨＧ素子であることを特徴とする請求項２０に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２２】
前記外部ミラー部は、第１波長を有する第１定常波のノード末端と第２波長を有する第２定常波のノード末端とが一致する位置に設置された一つの外部ミラーであり、前記外部ミラーと多重帯域反射器との間の光路の長さは、第１波長及び第２波長何れもの整数倍であることを特徴とする請求項２または７に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２３】
前記レーザ装置は、前記レーザポンピング素子にポンピング用エネルギーを提供するポンプレーザをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の複数の波長を発生させる半導体レーザ装置。
【請求項２４】
所定の波長を有する光を発生させる面発光半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子において、
基板と、
前記基板上に形成された多重帯域反射器と、
前記多重帯域反射器上に形成されたものであって、少なくとも２個の波長を有する光を発生させる活性層と、を含み、
前記多重帯域反射器は、前記活性層で発生した少なくとも２個の波長を有する光について、最も高い反射率を有することを特徴とする複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項２５】
前記活性層は、
第１波長を発生させるための複数の第１量子ウェル層と、
第２波長を発生させるための複数の第２量子ウェル層と、
前記複数の第１量子ウェル層と第２量子ウェル層との間隔に位置する複数の障壁層と、を含むことを特徴とする請求項２４に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項２６】
前記第１量子ウェル層は、第１波長を有する第１定常波のアンチノード位置に配置され、前記第２量子ウェル層は、第２波長を有する第２定常波のアンチノード位置に配置されることを特徴とする請求項２５に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項２７】
前記第１量子ウェル層と第２量子ウェル層との数を調節することによって、前記第１波長の出力及び第２波長の出力の相対的な強度を調節することを特徴とする請求項２６に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項２８】
前記第１定常波のアンチノードと第２定常波のアンチノードとの間隔が所定距離以内である場合、前記第１量子ウェル層と第２量子ウェル層のうち何れか一つのみが配置されることを特徴とする請求項２６に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項２９】
前記第１及び第２量子ウェル層は、それぞれＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ、及びＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＳｂを含むグループから選択された少なくとも一つの半導体材料を含み、ここで、０．０＜ｘ＜１．０及び０．０＜ｙ＜１．０であり、前記ｘ及びｙの値は、前記第１及び第２量子ウェル層について独立的に選択可能であることを特徴とする請求項２５または２６に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３０】
前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の高屈折率層Ｈ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の低屈折率層Ｌが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記高屈折率層Ｈ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする請求項２５に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３１】
前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｌ（ＨＳ）Ｄ）Ｎの形態であり、ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きいことを特徴とする請求項３０に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３２】
前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の低屈折率層Ｌ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の高屈折率層Ｈが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記低屈折率層Ｌ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする請求項２５に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３３】
前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｈ（ＬＳ）Ｄ）Ｎの形態であり、ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きいことを特徴とする請求項３２に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３４】
前記高屈折率層Ｈは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１）を含み、前記低屈折率層Ｌは、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦１）を含み、前記スペーサ層Ｓは、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）を含むことを特徴とする請求項３０ないし３３のうち何れか１項に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３５】
ｘ＝０、ｙ＝１、０．１５＜ｚ＜０．８５であることを特徴とする請求項３４に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３６】
前記多重帯域反射器の各層間の間隔は、λ／４であり、ここで、λは、前記活性層で発生する波長の長さの平均値であることを特徴とする請求項３０ないし３３のうち何れか１項に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３７】
前記レーザポンピング素子は、前記活性層の表面に積層された反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項２５または３０に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３８】
前記レーザポンピング素子は、前記反射防止層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項３７に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項３９】
前記レーザポンピング素子は、前記活性層の表面に積層された反射ミラー層をさらに含むことを特徴とする請求項２５または３０に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項４０】
前記レーザポンピング素子は、前記反射ミラー層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項３９に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【請求項４１】
前記レーザポンピング素子は、前記活性層の表面と接触する上部電極層、及び前記多重帯域反射器の表面と接触する下部電極層を含み、前記上部電極層及び下部電極層は、金属またはオーミックコンタクトで構成されることを特徴とする請求項２５または３０に記載の複数の波長を発生させるレーザポンピング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個以上の干渉性光波長を発生させることができる半導体レーザ装置及び前記半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子に関わり、さらに詳細には、２個以上の波長について光出力を制御できるように選択的に位置された量子ウェルを備える垂直外部共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＥＣＳＥＬ）装置及び前記面発光半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションＴＶのような大型ディスプレイ装置では、発光素子として高出力のレーザ光源が利用される。しかし、このようなディスプレイ装置は、赤色（Ｒ）（６２５ｎｍ）、緑色（Ｇ）（５３２ｎｍ）、及び青色（Ｂ）（４６０ｎｍ）のレーザ光源をそれぞれ必要とする。現在、赤色である６２５ｎｍの波長を放出する高出力レーザは、多く常用化されている。一方、緑色である５３２ｎｍの波長を放出する高出力レーザとしては、ダイオードポンプタイプ固体（Ｄｉｏｄｅ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ：ＤＰＳＳ）レーザがある。
【０００３】
しかし、前記ＤＰＳＳレーザは、まだ価格が比較的高い。さらに、青色である４６０ｎｍの波長を放出する高出力レーザは、まだまだ製造するのが非常に難しく、発光効率が低くて高出力を出すことも難しい。
【０００４】
これにより、主に赤外線領域の波長を放出するＶＥＣＳＥＬ装置と光の周波数を２倍に作る２次調和波発生（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＳＨＧ）素子とを結合して、高出力の青色や緑色を得る技術が提案された。
【０００５】
一般的に、半導体レーザには、発振されるビームが基板に水平方向に放出される側面発光レーザと発振されるビームが基板に垂直方向に放出される面発光レーザ（または、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ））とがある。これらのうち、ＶＣＳＥＬは、非常に狭いスペクトルの単一縦モードを発振するだけでなく、ビームの放射角が小さくて接続効率が高く、面発光の構造上、他の装置の集積が容易であるという長所がある。
【０００６】
図１は、一般的なＶＣＳＥＬの概略的な構造を示す。図１に示したように、ＶＣＳＥＬは、一般的に、活性層１２の上下部に非常に高い反射率を有する上部分散ブラグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）１３と下部ＤＢＲ１１とが設けられた構造である。
【０００７】
このような構造で、前記上部ＤＢＲ１３と下部ＤＢＲ１１とにそれぞれ設けられた電極１５，１０を通じて電圧を印加すれば、正孔及び電子が活性層１２内で再結合して光が発生する。この光は、上部ＤＢＲ１３と下部ＤＢＲ１１との間で反射を反復しつつ、活性層１２内でポンピングされた後、上部ＤＢＲ１３面を通じてレーザとして放出される。しかし、このような従来のＶＣＳＥＬは、単一横モードの発振が側面発光レーザに比べて非常に難しく、単一横モードの動作のためには、発振領域の面積が狭くなければならず、したがって、出力が弱いという問題がある。
【０００８】
前述したＶＣＳＥＬの長所を生かすと同時に、高出力動作を具現するために提案された新たなレーザ装置がＶＥＣＳＥＬである。前記ＶＥＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬの上部ＤＢＲをレーザポンピング素子の外部のミラーに代替して利得領域を拡大させることによって、数〜数十Ｗ以上の高出力を得た。
【０００９】
図２は、このような従来のＶＥＣＳＥＬの概略的な断面図である。図２に示したように、従来のＶＥＣＳＥＬは、ヒートシンク２１上に付着されたレーザポンピング素子２０を含む。ここで、前記レーザポンピング素子２０は、基板２２、ＤＢＲのような高反射層２３、ＲＰＧ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｇａｉｎ）構造を有する多重量子ウェル利得領域のような活性層２４、及び前記活性層２４に入射する光の反射を防止する反射防止コーティング層２５を含む。前記ヒートシンク２１は、レーザポンピング素子２０で発生する熱を放出して、前記レーザポンピング素子２０を冷却させる役割を行う。また、従来のＶＥＣＳＥＬは、上部ＤＢＲの代わりに凹状の外部ミラー２６を含む。したがって、共振キャビティは、活性層２４の下部の高反射層２３と前記外部ミラー２６との間に形成される。
【００１０】
このような構造で、ポンプレーザ２７から放出された光ビームλ１がコリメーティングレンズ２８を通じて反射防止コーティング層２５に入射されれば、前記光ビームλ１によって活性層２４が励起されつつ、特定波長λ２の光を出す。このように発生した光は、活性層２４の下部のＤＢＲ２３と外部ミラー２６との間で反射を反復しつつ、活性層２４を往復する。このような過程を通じて活性層２４内で増幅された特定波長λ２の光の一部は、前記外部ミラー２６を通じてレーザビームとして外部に出力され、残りは、再び反射されて活性層２４に入射して光ポンピングに使われる。
【００１１】
図３は、従来のＶＥＣＳＥＬで使われるＤＢＲ２３と活性層２４との構造を示す。図３に示したように、ＲＰＧ構造の活性層２４は、複数の量子ウェル層２４ａと障壁層２４ｂとで構成される。ポンプレーザ２７から放出された光ビームは、前記量子ウェル層２４ａから吸収され、これにより、励起された電子及び正孔が前記量子ウェル層２４ａ内で再結合しつつ、光が放出される。放出された光は、ＤＢＲ２３と外部ミラー２６との間で定常波を形成するが、図３に示したように、前記量子ウェル層２４ａは、ポンピングされた光の利得を最大化するために、定常波のアンチノード（すなわち、変位の大きさが最大となる点）に位置する。
【００１２】
前述した構造のＶＥＣＳＥＬ装置は、高出力のレーザビームを放出できるため、前記ＶＥＣＳＥＬ装置にＳＨＧ素子を結合して高出力の青色や緑色発光用レーザ光源が得られる。しかし、このような方式の青色発光用レーザ光源と緑色発光用レーザ光源とを別途に使用することは、依然として高コストの負担となる。したがって、一つのレーザ光源を利用して、色々な種類の波長を放出できる多重波長レーザ光源についての要求が増加している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする目的は、このような従来の要求に合わせて、少なくとも２個以上の干渉性光波長を発生させることのできる半導体レーザ装置を提供することである。すなわち、本発明が解決しようとする目的は、特に、青色及び緑色を同時に放出できる高出力のＶＥＣＳＥＬ装置及び前記半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子を提供することである。
【００１４】
また、本発明が解決しようとする他の目的は、さらに低コストで、製造が容易な青色及び緑色発光半導体レーザ装置及び前記半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、所定の波長を有する光を発生させるレーザポンピング素子と、前記レーザポンピング素子の外部に位置し、前記レーザポンピング素子で発生した光の一部を透過させてレーザ光として出力し、残りの一部をレーザポンピング素子で再吸収されるように反射する前記外部ミラー部と、を含む半導体レーザ装置において、前記レーザポンピング素子は、少なくとも２個の波長を有する光を発生させる活性層と、前記活性層で発生した少なくとも２個の波長を有する光について、最も高い反射率を有する多重帯域反射器と、を含み、前記活性層は、前記多重帯域反射器と外部ミラー部との間の光路に位置することを特徴とする。
【００１６】
前記活性層は、第１波長を発生させるための複数の第１量子ウェル層と、第２波長を発生させるための複数の第２量子ウェル層と、前記複数の第１量子ウェル層と第２量子ウェル層との間隔に位置する複数の障壁層と、を含む。このとき、前記第１量子ウェル層は、第１波長を有する第１定常波のアンチノード位置に配置され、前記第２量子ウェル層は、第２波長を有する第２定常波のアンチノード位置に配置される。もし、前記第１定常波のアンチノードと第２定常波のアンチノードとの間隔が所定距離以内である場合、前記第１量子ウェル層と前記第２量子ウェル層のうち何れか一つのみが配置される。
【００１７】
一方、前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の高屈折率層Ｈ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の低屈折率層Ｌが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記高屈折率層Ｈ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする。この場合、前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｌ（ＨＳ）Ｄ）Ｎの形態であり、ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きい。または、前記多重帯域反射器は、少なくとも２層の低屈折率層Ｌ、少なくとも２層のスペーサ層Ｓ、及び少なくとも１層の高屈折率層Ｈが所定の順序で反復して形成された複層構造を有し、前記低屈折率層Ｌ及びスペーサ層Ｓの数は同じであることを特徴とする。この場合、前記多重帯域反射器の複層構造は、（Ｈ（ＬＳ）Ｄ）Ｎの形態である。このとき、前記多重帯域反射器の各層間の間隔は、λ／４であり、ここで、λは、前記活性層で発生する波長の長さの平均値である。
【００１８】
そして、前記外部ミラー部は、前記レーザポンピング素子で発生した第１波長を有する光の一部を前記レーザポンピング素子に反射し、残りの一部を透過させて第１レーザ光として出力する第１外部ミラーと、前記レーザポンピング素子で発生した第２波長を有する光の一部を前記レーザポンピング素子に反射し、残りの一部を透過させて第２レーザ光として出力する第２外部ミラーと、第１波長の光を透過させて第１外部ミラーに送り、第２波長の光を反射して第２外部ミラーに送る波長選択性ミラーと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、所定の波長を有する光を発生させる面発光半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子において、本発明によるレーザポンピング素子は、基板と、前記基板上に形成された多重帯域反射器と、前記多重帯域反射器上に形成されたものであって、少なくとも２個の波長を有する光を発生させる活性層と、を含み、前記多重帯域反射器は、前記活性層で発生した少なくとも２個の波長を有する光について最も高い反射率を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一つのレーザ光源を利用して、２個以上の干渉性光波長を発生させることができる。特に、大型ディスプレイ装置の緑色及び青色発光素子として利用するのに有用である。また、量子ウェル層の数及び位置を適切に調節することによって出力される各波長の長さ及び波長の強度を制御できる。さらに、本発明によれば、さらに低コストで、製造が容易な多色の発光半導体レーザ装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施形態による複数の波長を発生させる半導体レーザ装置及び前記半導体レーザ装置用のレーザポンピング素子の構成及び動作について詳細に説明する。
【００２２】
図４Ａは、本発明の第１実施形態によるＶＥＣＳＥＬの例示的な構造を概略的に示す図面である。図４Ａに示したように、本発明の第１実施形態によるＶＥＣＳＥＬ素子は、少なくとも２個以上の波長のレーザ光を発生させるレーザポンピング素子１００、前記レーザポンピング素子１００にポンピング用エネルギーを提供するポンプレーザ部１１０，１１１及び前記レーザポンピング素子１００で発生したレーザ光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部をレーザポンピング素子１００で再吸収されるように反射する外部ミラー部１１３，１１４，１１８を含む。
【００２３】
ポンプレーザ部１１０，１１１は、ポンピング用光ビームλ１を放出するために、例えば、レーザダイオード１１０と前記光ビームλ１を平行光に作ってレーザポンピング素子１００上に入射させるコリメーティングレンズ１１１とを含む。しかし、ポンピング用光ビームλ１を発生させるのに必ずしもレーザダイオードを使用する必要はなく、適切な他の光源を利用しても良い。また、ポンピング用光ビームλ１は、必ずしも干渉性光である必要もない。但し、前記ポンピング用光ビームλ１の波長は、前記レーザポンピング素子１００で発生する光λ２，λ３の波長よりは短くなければならない。
【００２４】
レーザポンピング素子１００は、前記ポンピング用光ビームλ１によって励起されて少なくとも２個以上の波長λ２，λ３を有する光を発生させる活性層１０３と、前記２個以上の波長λ２，λ３を有する光について高い反射率を有する多重帯域反射器１０２とを含む（図５及び図６参照）。
【００２５】
前記多重帯域反射器１０２は、外部ミラー部の外部ミラー１１３，１１４と共にレーザ共振器を形成する。前記活性層１０３及び多重帯域反射器１０２のさらに詳細な構造については、後述する。
【００２６】
ここで、前記多重帯域反射器１０２は、望ましくは、多重帯域ＤＢＲでありうる。そして、図４Ａに示したように、このようなレーザポンピング素子１００は、ヒートシンク１１２上に実装された基板１０１で成長される。基板１０１は、例えば、ＧａＡｓでありうるが、前記レーザポンピング素子１００が成長できるいかなる他の材料を使用しても良い。ヒートシンク１１２は、レーザポンピング素子１００で発生する熱を放出させる役割を行う。
【００２７】
一方、外部ミラー部１１３，１１４，１１８は、図４Ａに示したように、レーザポンピング素子１００で発生した第１波長λ２を有する光の一部を反射し、残りの一部を透過させて外部に出力する第１外部ミラー１１３、レーザポンピング素子１００で発生した第２波長λ３を有する光の一部を反射し、残りの一部を透過させて外部に出力する第２外部ミラー１１４、及び第１波長λ２の光を透過させて第１外部ミラー１１３に送り、第２波長λ３の光を反射して第２外部ミラー１１４に送る波長選択性ミラー１１８を含む。
【００２８】
なお、図４Ａでは、レーザポンピング素子１００で２個の波長λ２，λ３を発生させ、これに対応して、外部ミラー部１１３，１１４，１１８が２個の外部ミラー１１３，１１４を有すると示されているが、これは、一つの実施形態に過ぎず、レーザポンピング素子１００は、２個以上の波長を発生させることもある。これにより、外部ミラーの数も増加させることができる。この場合、波長選択性ミラーの数も増加する。
【００２９】
前述したように、前記外部ミラー１１３，１１４は、多重帯域反射器１０２と共にレーザ共振器を形成する。すなわち、第１外部ミラー１１３と多重帯域反射器１０２とは、第１波長λ２の光のための第１レーザ共振器を形成し、第２外部ミラー１１４と多重帯域反射器１０２とは、第２波長λ３の光のための第２レーザ共振器を形成する。したがって、第１外部ミラー１１３と多重帯域反射器１０２との間の光路の長さは、第１波長λ２の整数倍とならねばならない。
【００３０】
同様に、第２外部ミラー１１４と多重帯域反射器１０２との間の光路の長さは、第２波長λ３の整数倍とならねばならない。
【００３１】
このような第１及び第２外部ミラー１１３，１１４の反射率は、第１及び第２波長λ２，λ３について、それぞれ９８％ないし９９．９９％の範囲にあることが望ましい。
【００３２】
また、前記外部ミラー１１３，１１４の反射面は、反射された光が活性層１０３に収斂されるように凹状のミラーの形態であることが望ましい。良好な単一横モード動作のために、前記凹状の外部ミラー１１３，１１４の曲率半径は、主にポンプレーザ１１０から放出された光ビームがレーザポンピング素子１００の上面にフォーカシングされて形成される開口の直径及び共振器の長さの関数である。このような開口の直径、共振器の長さ及び外部ミラーの曲率半径間の詳細な関係は、本発明の範囲を超えるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００３３】
波長選択性ミラー１１８は、特定波長の光を反射または透過させる機能を行う光学素子である。図４Ａに示したように、本実施形態で、前記波長選択性ミラー１１８は、第１波長λ２の光は透過させ、第２波長λ３の光は反射させる。このような波長選択性ミラー１１８として使用できる光学素子には、例えば、二色ミラー、複屈折フィルタ、エタロンがあり、それ以外に、波長によって選択的に透過及び反射が可能な他の適切な素子も使用可能である。
【００３４】
このような構造を有する本発明の第１実施形態によるＶＥＣＳＥＬ装置は、次のように動作する。まず、ポンプレーザ１１０から放出された光ビームλ１がコリメーティングレンズ１１１を通じて平行光になった後、レーザポンピング素子１００に入射する。それにより、前記光ビームλ１によってレーザポンピング素子１００内の活性層１０３が励起されつつ、２個以上の波長を有する光が発生する。図４Ａでは、前記光が２個の波長λ２，λ３を有すると示されている。活性層１０３内で発生する波長のサイズ及び波長の数は、前記活性層１０３の構造によって決定される。これについては、後述する。
【００３５】
活性層１０３で発生した第１波長λ２の光は、波長選択性ミラー１１８を通過して第１外部ミラー１１３に到達する。前記第１波長λ２の光は、前記第１外部ミラー１１３によって反射されて再び活性層１０３に入射され、再び前記活性層１０３の下部の多重帯域反射器１０２によって反射されて第１外部ミラー１１３に進む。このように、第１波長λ２の光は、活性層１０３の下部の多重帯域反射器１０２と第１外部ミラー１１３との間で反射を反復しつつ、活性層１０３を往復する。このような過程を通じて、活性層１０３内で増幅された第１波長λ２の光の一部は、前記第１外部ミラー１１３を通じて第１波長のレーザビームとして外部に出力される。
【００３６】
また、活性層１０３で発生した第２波長λ３の光は、波長選択性ミラー１１８によって反射されて第２外部ミラー１１４に到達する。前記第２波長λ３の光は、前記第２外部ミラー１１４によって反射されて再び活性層１０３に入射され、再び前記活性層１０３の下部の多重帯域反射器１０２によって反射されて第２外部ミラー１１４に進む。第１波長λ２の光と同様に、第２波長λ３の光は、活性層１０３の下部の多重帯域反射器１０２と第２外部ミラー１１４との間で反射を反復しつつ、活性層１０３を往復する。このような過程を通じて、活性層１０３内で増幅された第２波長λ３の光の一部は、前記第２外部ミラー１１４を通じて第２波長のレーザビームとして外部に出力される。
【００３７】
このとき、非線形光学結晶を利用して、第１波長λ２または第２波長λ３の光のうち、少なくとも一つの光の周波数を２倍に作ることができる。このように周波数を２倍に作る非線形光学結晶をＳＨＧ素子と称す。図４Ａで、太い点線の四角形で表示されたものが、かかるＳＨＧ素子１１５である。ＳＨＧ素子１１５としては、例えば、ＫＴＰ（ポタジウムタイタニルフォスファ）、ＬｉＮｂＯ３、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）、ＫＴＮ、ＫｎｂＯ３のような結晶を使用できる。
【００３８】
前記ＳＨＧ素子１１５は、共振器内のどの位置にもありうる。例えば、１１５ｃで表示されたＳＨＧ素子は、第１波長λ２と第２波長λ３との共通光路（すなわち、レーザポンピング素子１００と波長選択性ミラー１１８との間）に位置して、第１波長λ２及び第２波長λ３の周波数を同時に２倍に作ることができる。しかし、ＳＨＧ素子１１５は、第１外部ミラー１１３と波長選択性ミラー１１８との間に、または第２外部ミラー１１４と波長選択性ミラー１１８との間に位置することもある。例えば、１１５ａで表示されたＳＨＧ素子は、第２外部ミラー１１４と波長選択性ミラー１１８との間に位置して、第２波長λ３の周波数を２倍に作ることができる。また、１１５ｂで表示されたＳＨＧ素子は、第１外部ミラー１１３と波長選択性ミラー１１８との間に位置して、第１波長λ２の周波数を２倍に作ることができる。
【００３９】
さらに、前記ＳＨＧ素子１１５は、外部ミラー１１３，１１４から出力されるレーザ光の周波数を２倍に作るように、共振器の外部に位置しても良い。例えば、１１５ａ’及び１１５ｂ’で表示されたＳＨＧ素子は、それぞれ第２及び第１外部ミラー１１４，１１３から透過された第２及び第１波長λ３，λ２の周波数を２倍に作る。
【００４０】
図４Ｂは、本発明の第２実施形態によるＶＥＣＳＥＬ素子の例示的な構造を概略的に示している。
【００４１】
第１実施形態の場合とは違って、第２実施形態の場合には、共振器内で形成されるそれぞれの波長λ２，λ３についての定常波のノード末端が一致する距離に外部ミラーを配置することによって、ただ一つの外部ミラー１１３のみを使用できる。すなわち、外部ミラー１１３と多重帯域反射器１０２との距離は、第１波長λ２のサイズと第２波長λ３のサイズとの公倍数に該当する距離となる。したがって、前記外部ミラー１１３の表面では、第１波長λ２のノードと第２波長λ３のノードとが同時に位置する。
【００４２】
このような第２実施形態によれば、一つの外部ミラー１１３と多重帯域反射器１０２とが第１波長λ２のための第１レーザ共振器と第２波長λ３のための第２レーザ共振器との役割を同時に行う。したがって、ただ一つの外部ミラーのみが必要であり、波長選択性ミラー１１８も省略できる。また、第２実施形態の場合、図４Ｂに示したように、ＳＨＧ素子１１５は、共振器の内部または外部のうち何れか１箇所に位置できる。
【００４３】
一方、図５は、本発明によるレーザポンピング素子１００の構造を例示的に示す図面である。前述したように、基板１０１上に多重帯域反射器１０２とＲＰＧ構造の活性層１０３とを連続して成長することによって、レーザポンピング素子１００が形成される。さらに詳細に後述するが、前記活性層１０３は、複数の量子ウェル層と障壁とが交互に形成された複層構造であり、多重帯域反射器１０２も高屈折率層Ｈ、低屈折率層Ｌ、スペーサ層Ｓが所定の順序で反復して形成された複層構造である。
【００４４】
ここで、本実施形態によって、前記活性層１０３上に上部層１０４をさらに形成することもある。このとき、前記上部層１０４は、反射防止層であっても良く、逆に、反射ミラーであっても良い。前記上部層１０４が反射防止層である場合、ポンプレーザ１１０からレーザポンピング素子１００に入射する光が反射されることを防止するか、または活性層１０３から外部ミラー１１３，１１４に進む光が活性層１０３の表面の界面で反射されることを防止する。
【００４５】
また、外部ミラー１１３，１１４から活性層１０３に向かって進む光が、前記活性層１０３との界面で反射されることを防止する。もし、前記上部層１０４が反射ミラーである場合、本発明によるＶＥＣＳＥＬ装置は、一つの波長について２個ずつの共振器が提供される。第１共振器は、多重帯域反射器１０２と反射ミラー１０４との間、すなわち、活性層１０３に位置する。そして、第２共振器は、多重帯域反射器１０２と外部ミラー１１３，１１４との間に位置する。このように、一つの波長について同時に二つの共振器を提供することによって、レーザの効率をさらに高めることができる。
【００４６】
以上、ポンプレーザ１１０を使用する光ポンピング方式のレーザについて説明したが、レーザポンピング素子１００の両端に電極を連結することによって、電気ポンピングを行うことも可能である。
【００４７】
図６は、このような電気ポンピング方式のレーザポンピング素子の構造を例示的に示す断面図である。図６に示したように、前記上部層１０４上には、例えば、金属またはオーミックコンタクトのような上部コンタクト層１０５ａ，１０５ｂが形成されている。また、多重帯域反射器１０２の下側にも、例えば、金属またはオーミックコンタクトのような下部コンタクト層１０６が形成されている。これら上部コンタクト１０５ａ，１０５ｂ及び下部コンタクト１０６は、電極としての役割を行う。
【００４８】
前記のような構造のレーザポンピング素子１００を使用する場合には、前記上部コンタクト１０５ａ，１０５ｂ及び下部コンタクト１０６にそれぞれ電圧を印加することによって、活性層１０３が励起されて光が放出される。すなわち、ポンプレーザ１１０の代わりに、電源がレーザポンピング素子１００でのレーザ放射のためのエネルギー供給源となる。したがって、図６に示したレーザポンピング素子１００を使用する場合には、図４Ａ及び図４Ｂに示したポンプレーザ１１０を省略できる。このような電気ポンピング方式の場合には、イオン注入法によって、一定のサイズに制限された電流注入領域を開口と見なすことができる。
【００４９】
図７は、本発明によるレーザポンピング素子で使われる多重帯域反射器１０２及び活性層１０３の例示的な構造を示している。
【００５０】
一般的に、反射器は、全ての帯域の波長について高い反射率を維持できるものではなく、特定波長についてのみ高い反射率を有する。本発明によるＶＥＣＳＥＬ素子の場合、活性層１０３で２個以上の波長を有する光が発生するので、反射器１０２も活性層１０３で発生したそれぞれの波長について高い反射率を有する多重帯域反射器１０２である必要がある。
【００５１】
このような多重帯域光反射器は、Ｓｔｅｐｈａｎｅ  Ｃａｌｖｅｚらの“光ポンピングされた１．３μｍ  ＧａＩｎＮＡｓ  垂直共振器面発光レーザの最適化（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｐｕｍｐｅｄ  １．３μｍ  ＧａＩｎＮＡｓ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ”（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．２，２００２年２月）及びＣ．Ｐ．Ｌｅｅらの“ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多重層を使用する二重波長ブラグ反射器（Ｄｕａｌ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９３年１０月２８日，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２２）に公知されている。
【００５２】
図７に示したように、多重帯域反射器１０２は、例えば、異なる複数の層が所定の順序によって周期的に連続して配列されることによってなる多重帯域ＤＢＲで構成される。さらに具体的に、前記多重帯域反射器１０２は、同じ数の高屈折率層Ｈ１２２とスペーサ層Ｓ１２３、そして少なくとも１層の低屈折率層Ｌ１２１を所定の順序で配列して構成される。ここで、高屈折率層Ｈ１２２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜１）からなり、望ましくは、ＧａＡｓ（すなわち、ｘ＝０）からなる。一方、低屈折率層Ｌ１２１は、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦１）からなり、望ましくは、ＡｌＡｓ（すなわち、ｙ＝１）からなる。また、スペーサ層Ｓ１２３は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ＜１）からなり、望ましくは、ｚが０．１５ないし０．８５の範囲内にある。しかし、これらの組成比（ｘ、ｙ、ｚ値）は、使用しようとする波長によって、それぞれ異なって選択できる。
【００５３】
前記層１２１，１２２，１２３は、金属有機化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法や、それ以外の他の適当な方法を利用して形成できる。もし、図６に示した電気ポンピング方式のレーザポンピング素子を製造しようとする場合には、前記多重帯域反射器１０２の各層が形成された後、前述したように、イオン注入を通じて電流注入領域を一定のサイズに限定する。公知のように、反射器内に埋め込まれたかかる酸化物の開口は、レーザの発振効率を向上させ、単一横モードの発振を可能にする。
【００５４】
図７では、低屈折率層１２１ａ、高屈折率層１２２ａ、スペーサ層１２３ａ、高屈折率層１２２ｂ、スペーサ層１２３ｂが順次に配置された構造が例示的に示されている。このような構造を簡単に表現すれば、Ｌ（ＨＳ）２で表現される。すなわち、多重帯域反射器１０２の構造は、（Ｌ（ＨＳ）Ｄ）Ｎの形態の複層構造である。ここで、Ｄ及びＮは、正の整数であり、Ｄは、１より大きい値を有する。このとき、それぞれの層間の間隔は、λ／４（λは、活性層１０３で発生する全ての波長の長さの平均値）になるように構成される。通常的に、低屈折率層１２１が多重帯域反射器１０２の最終端部（すなわち、図５及び図６で最下部）に位置する。しかし、高屈折率層１２２を多重帯域反射器１０２の最終端部に位置させることもある。この場合、前記多重帯域反射器１０２は、（Ｈ（ＬＳ）Ｄ）Ｎの形態の複層構造となる。図７では、５個の層でのみ多重帯域反射器１０２が構成されているが、実際には、約３０個ほどの複数の層が使われる。このような多重帯域反射器１０２の層数は、図８及び図９のグラフに示したように、多重帯域反射器１０２の性能に影響を与える。したがって、Ｄ及びＮ値を適切に調節することによって、所望の帯域で高い反射率を有するように多重帯域反射器１０２を構成できる。
【００５５】
図８は、Ｄ＝５、Ｎ＝６である場合、すなわち、（Ｌ（ＨＳ）５）６である場合のグラフである。
【００５６】
Ｄ＝５、Ｎ＝６であれば、反射器は、ＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳＬＨＳＨＳＨＳＨＳＨＳの層順序を有する。この場合、前記多重帯域反射器１０２は、約９２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの波長で最も高い反射率を有する。また、図９は、Ｎ＝９とし、Ｄ＝３（実線で表示）、Ｄ＝５（点線で表示）、Ｄ＝７（１点鎖線で表示）である場合についての多重帯域反射器１０２の反射帯域の変化を示している。
【００５７】
図示されたように、Ｎが固定された状態で、Ｄ値が大きくなるほど２個の高反射率帯域の間の距離が狭くなる。
【００５８】
本発明によって、少なくとも２個以上の波長を有する光を発生させる活性層１０２は、ＲＰＧ構造である。すなわち、図７に示したように、基本的には、量子ウェル層１３１，１３２と障壁層１３３とが交互しつつ、複層構造で配置されている。ここで、量子ウェル層としては、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＳｂ（ここで、０．０＜ｘ＜１．０、０．０＜ｙ＜１．０）のような半導体材料を使用できる。前記ｘ及びｙの値は、それぞれの量子ウェル層１３１，１３２について個別的に選択されることができる。量子ウェル層の代わりに、Ｉｎ（Ｇａ）（Ｎ）Ａｓの量子点を使用することもある。
【００５９】
本発明による活性層１０２の特徴は、発生させようとする波長によって異なる種類の量子ウェル層１３１，１３２を活性層１０２内に同時に形成するということである。図７では、２種類の量子ウェル層、すなわち、第１量子ウェル層１３１と第２量子ウェル層１３２とが例示的に示されている。したがって、図７の例の場合には、２種類の波長が活性層１０２内で発生する。もし、さらに多くの数の波長を発生させようとする場合には、その波長の数ほど量子ウェル層を追加すれば良い。
【００６０】
図７に示した例で、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉは、例えば、９２０ｎｍの波長１５０のための量子ウェル層であり、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄは、例えば、１０６０ｎｍの波長１６０のための量子ウェル層である。もし、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮの量子ウェル層を使用する場合、各元素の組成比や量子ウェル層の厚さを適切に調節することによって、それぞれの波長のための量子ウェル層を形成する。例えば、９２０ｎｍの波長１５０のための第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉは、Ｉｎの比率が約１０％ほど、１０６０ｎｍの波長１６０のための第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄは、Ｉｎの比率が約２５％ほどとなる。しかし、このような比率は、量子ウェル層の厚さによって変更される。一般的に、組成比が同じである場合、量子ウェル層が厚いほど長波長が形成される。
【００６１】
それぞれの量子ウェル層は、それに対応する波長を有する定常波のアンチノードに位置する。すなわち、図７で、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉは、９２０ｎｍ波長を有する定常波１５０のアンチノード位置に配置され、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄは、１０６０ｎｍ波長を有する定常波１６０のアンチノード位置に配置される。これにより、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉは、９２０ｎｍ波長の光１５０を、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄは、１０６０ｎｍ波長の光１６０を吸収してレーザポンピングできる。
【００６２】
しかし、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉは、９２０ｎｍ波長の光１５０のみを吸収することではなく、１０６０ｎｍ波長の光も部分的に吸収する。同様に、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄも、１０６０ｎｍ波長の光だけでなく、９２０ｎｍ波長の光を一部吸収できる。それは、図７に示したように、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉ領域でも１０６０ｎｍの光１６０が一定のエネルギーを有し、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄ領域で９２０ｎｍの光１５０が一定のエネルギーを有するためである。しかし、１０６０ｎｍの光１６０が９２０ｎｍの光１５０より長い波長を有するため、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉで吸収される１０６０ｎｍの光量が、第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄで吸収される９２０ｎｍの光量より多い。その結果、第１量子ウェル層１３１ａ〜１３１ｉと第２量子ウェル層１３２ａ〜１３２ｄとの数が同じである場合、波長がさらに長い１０６０ｎｍ光のレーザ出力がさらに増加する。
【００６３】
したがって、前記２個の波長の強度を同一にするためには、９２０ｎｍ波長を有する定常波１５０のアンチノードと１０６０ｎｍ波長を有する定常波１６０のアンチノードとが重畳される位置で第２量子ウェル層を省略する。この場合、二つの定常波のアンチノードが重畳される位置で、９２０ｎｍ波長は、第１量子ウェル層１３１ａ，１３１ｆ〜１３１ｈによってほぼ吸収されるが、１０６０ｎｍ波長は、第２量子ウェル層なしに第１量子ウェル層１３１ａ，１３１ｆ〜１３１ｈによって部分的にのみ吸収されるため、１０６０ｎｍ波長の出力を減少させることができる。二つの定常波のアンチノードの位置が完全に一致せずとも、所定の距離範囲以内に二つの定常波が存在すれば、第２量子ウェル層を省略できる。例えば、１０６０ｎｍ波長のアンチノード位置から前記１０６０ｎｍ波長の１０％に該当する距離以内に９２０ｎｍ波長のアンチノードが存在すれば、第２量子ウェル層を省略することもある。このような原理により、第１量子ウェル層や第２量子ウェル層の数を調節することによって出力される波長の強度を調節できる。
【００６４】
一方、光の吸収は、量子ウェル層だけでなく、障壁層１３３でも起こらすことができる。すなわち、障壁層１３３は、ポンピングされる光について吸収層になることもあり、透明層になることもある。もし、障壁層１３３で光の吸収が起こる場合、障壁層１３３で発生した電子及び正孔は、隣りの量子ウェル層に伝えられて、量子ウェル層での光の生成に寄与する。しかし、この場合には、障壁層１３３で多くの熱が発生することもある。
【００６５】
このようにポンピングされた９２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの光は、図４Ａ及び図４Ｂに示したＳＨＧ素子１１５によって半波長である４６０ｎｍ及び５３０ｎｍのレーザ光として出力されることができる。したがって、本発明による１個のＶＥＣＳＥＬ装置は、青色発光用レーザ光源と緑色発光用レーザ光源との役割を同時に行う。
【００６６】
以上、本発明の構成及び動作について詳細に説明した。本発明によるＶＥＣＳＥＬ装置の詳細な説明では、２個の波長を同時に出力する場合について主に説明したが、これは説明の便宜のためのものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、２個以上の波長を出力できる面発光レーザであって、特に、大型ディスプレイ装置の発光素子に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】一般的なＶＣＳＥＬの概略的な構造を示す図面である。
【図２】従来のＶＥＣＳＥＬの概略的な構造を示す図面である。
【図３】従来のＶＥＣＳＥＬで使われるＤＢＲ及び活性層の構造を示す図面である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態によるＶＥＣＳＥＬの例示的な構造を概略的に示す図面である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態によるＶＥＣＳＥＬの例示的な構造を概略的に示す図面である。
【図５】本発明による光ポンピング方式のレーザポンピング素子の構造を例示的に示す断面図である。
【図６】本発明による電気ポンピング方式のレーザポンピング素子の構造を例示的に示す断面図である。
【図７】本発明によるレーザポンピング素子で使われる多重帯域反射器及び活性層の例示的な構造を示す図面である。
【図８】本発明による多重帯域ＤＢＲの波長による反射率を示すグラフである。
【図９】本発明による多重帯域ＤＢＲの波長による反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１００…ポンピング部、
１０１…基板、
１０２…多重帯域反射器、
１０３…活性層、
１１０…レーザダイオード、
１１１…コリメーティングレンズ、
１１２…ヒートシンク、
１１３…第１外部ミラー、
１１４…第２外部ミラー、
１１５ａ，１１５ａ’，１１５ｂ，１１５ｂ’，１１５ｃ…ＳＨＧ素子、
１１８…波長選択性ミラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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