(57)【要約】【課題】廉価に製造することができ、効率が高められた測定装置を提供する。【解決手段】放射装置と、反射された放射を検出する検出装置と、放射装置および検出装置を制御し、且つ検出装置の検出結果を処理する評価回路とを有し、放射装置は垂直方向の放出方向を有する第１の表面発光型の半導体素子を有し、この半導体素子は垂直方向において相互に間隔を置いて配置されており、且つ放射の生成に適している複数のアクティブ領域が設けられている半導体ボディを包含し、２つのアクティブ領域間においてはトンネル接合部が半導体ボディ内にモノリシックに集積されており、且つ２つのアクティブ領域はトンネル接合部により半導体素子の動作時に導電的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置において、
放射装置（ＳＥ）と、反射された放射を検出する検出装置（ＤＥ）と、前記放射装置（ＳＥ）および前記検出装置（ＤＥ）を制御し、且つ前記検出装置（ＤＥ）の検出結果を処理する評価回路（ＡＳ）とを有し、
前記放射装置（ＳＥ）は垂直方向の放出方向を有する第１の表面発光型の半導体素子（１）を有し、該半導体素子（１）は垂直方向において相互に間隔を置いて配置されており、且つ放射の生成に適している複数のアクティブ領域（４ａ，４ｂ）が設けられている半導体ボディ（２）を包含し、２つの前記アクティブ領域（４ａ、４ｂ）間においてはトンネル接合部（５）が前記半導体ボディ（２）内にモノリシックに集積されており、且つ２つの前記アクティブ領域（４ａ、４ｂ）は前記トンネル接合部（５）により前記半導体素子（１）の動作時に導電的に接続されていることを特徴とする、測定装置。
【請求項２】
前記半導体ボディ（２）内に周波数選択素子（６）が構成されており、該周波数選択素子（６）は前記トンネル接合部（５）によって包囲されている、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記周波数選択素子（６）は、前記半導体ボディ（２）において生成される放射の強度が該周波数選択素子（６）内では低減されているように構成されている、請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記周波数選択素子（６）は第１のブラッグミラー（７）および第２のブラッグミラー（８）を有する、請求項２または３記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１のブラッグミラー（７）および／または前記第２のブラッグミラー（８）は９５％以下、有利には９０％以下、殊に有利には８０％以下の反射率を有する、請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記第１のブラッグミラー（７）および前記第２のブラッグミラー（８）は異なる導電型を有する、請求項４または５記載の測定装置。
【請求項７】
前記トンネル接合部（５）は前記周波数選択素子（６）の前記第１のブラッグミラー（７）と前記第２のブラッグミラー（８）との間に配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項８】
前記周波数選択素子（６）は前記半導体ボディ（２）内にモノリシックに集積されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】
２つの前記アクティブ領域（４ａ，４ｂ）間に電流しぼり（２３）が構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１０】
前記半導体素子（１）は内部共振器を有するか、動作に関して外部共振器と共に構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１１】
前記半導体ボディ（２）において２つのアクティブ領域（４ａ，４ｂ）は前記共振器内の増幅領域として配置されており、前記共振器は２つの前記アクティブ領域（４ａ，４ｂ）に対する共通の共振器として構成されている、請求項１０記載の測定装置。
【請求項１２】
前記半導体ボディ（２）は、前記半導体素子（１）の動作時に前記共振器内に形成される放射フィールド（１７）が、前記トンネル接合部（５）内で強度最小値（２０）を有するように構成されている、請求項１０または１１記載の測定装置。
【請求項１３】
前記共振器は第１の共振器ミラー（１１，１２）および第２の共振器ミラー（１１，１２）により形成されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１４】
前記第１の共振器ミラー（１１，１２）および／または前記第２の共振器ミラー（１１，１２）はブラッグミラーとして構成されている、請求項１３記載の測定装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記共振器ミラー（１１，１２）はドーピングされている、請求項１３または１４記載の測定装置。
【請求項１６】
前記共振器ミラー（１１，１２）は同一の導電型または異なる導電型を有する、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１７】
前記第１の共振器ミラー（１１，１２）および前記第２の共振器ミラー（１１，１２）はｎ導電型を有する、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１８】
前記半導体素子（１）は動作に関して電気的にポンピングされる半導体素子として構成されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１９】
前記半導体素子（１）はＶＣＳＥＬとして構成されている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２０】
２つの前記アクティブ領域（４ａ，４ｂ）は量子井戸構造を包含する、請求項１から１９までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２１】
前記トンネル接合部（５）は異なる導電型の２つのトンネル半導体層（５１，５２）を有する、請求項１から２０までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２２】
前記半導体ボディ（２）はＩＩＩ-Ｖ族半導体材料、例えば、ＩＩＩ-Ｖ族半導体材料系ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＰ、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮまたはＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＡｓからなる材料を含有する、但しそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１である、請求項１から２１までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２３】
前記半導体ボディ（２）はＩＩＩ-Ｖ族半導体材料、例えば、ＩＩＩ-Ｖ族半導体材料系ＩｎＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂＮまたはＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yからなる材料を含有する、但しそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である、請求項１から２２までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２４】
少なくとも２つの前記アクティブ領域（４ａ，４ｂ）は異なる波長の放射を生成する、請求項１から２３までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２５】
前記検出装置（ＤＥ）は少なくとも１つの第１の光電半導体素子を有する、請求項１から２４までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの前記光電半導体素子はフォトダイオードまたはフォトトランジスタまたはフォト抵抗として構成されている、請求項２５記載の測定装置。
【請求項２７】
反射された放射を検出する第２の検出装置（ＤＥ２）が設けられており、該第２の検出装置（ＤＥ２）は制御および評価のために前記評価回路（ＡＳ）と接続されている、請求項１から２６までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２８】
前記放射装置（ＳＥ）は、前記第１の表面発光型の半導体素子（１）に応じた複数の表面発光型の半導体素子を有する、請求項１から２７までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２９】
前記複数の表面発光型の半導体素子は一次元の放射フィールドまたは二次元の放射フィールドとして配置されている、請求項２８記載の測定装置。
【請求項３０】
前記複数の表面発光型の半導体素子の放射放出は個別に制御可能である、請求項２８または２９記載の測定装置。
【請求項３１】
前記複数の表面発光型の半導体素子からの放射を収束して放出する、請求項２８から３０までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項３２】
前記放射装置（ＳＥ）から放出された放射を成形および／または案内する少なくとも１つの光学素子を有する、請求項１から３１までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記光学素子は、ミラー、光学的な空隙、光学格子、レンズ、光ファイバのうちの少なくとも１つを有する、請求項３２記載の測定装置。
【請求項３４】
前記評価回路（ＡＳ）は前記第１の表面発光型の半導体素子（１）の放射放出をパルス状に制御する、請求項１から３３までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項３５】
請求項１から３４までのいずれか１項記載の測定装置を有する測定システムにおいて、
距離測定のために構成されていることを特徴とする、測定システム。
【請求項３６】
請求項１から３４までのいずれか１項記載の測定装置を有する測定システムにおいて、
速度測定のために構成されていることを特徴とする、測定システム。
【請求項３７】
請求項１から３４までのいずれか１項記載の測定装置を有する測定システムにおいて、
アダプティブクルーズコントロールとして構成されていることを特徴とする、測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ドイツ連邦共和国特許明細書第10 2007 003 806.4号および10 2007 011 804.1号の優先権を主張するものであり、それらの開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
例えば距離測定または速度測定に使用することができるこの種の測定装置では多数の半導体レーザ素子が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、廉価に製造することができ、効率が高められた測定装置および測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
測定装置に関する課題は、この測定装置が放射装置と、反射された放射を検出する検出装置と、放射装置および検出装置を制御し、且つ検出装置の検出結果を処理する評価回路とを有し、放射装置は垂直方向の放出方向を有する第１の表面発光型の半導体素子を有し、この半導体素子は垂直方向において相互に間隔を置いて配置されており、且つ放射の生成に適している複数のアクティブ領域が設けられている半導体ボディを包含し、２つのアクティブ領域間においてはトンネル接合部が半導体ボディ内にモノリシックに集積されており、且つ２つのアクティブ領域はトンネル接合部により半導体素子の動作時に導電的に接続されていることにより解決される。
【０００５】
測定システムに関する課題は、上記の特徴を持つ測定装置を有する測定システムが距離測定または速度測定のために構成されているか、アダプティブクルーズコントロールとして構成されていることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の例示的な実施形態においては測定装置が放射装置を包含し、この放射装置は垂直方向の放出方向を持つ少なくとも１つの第１の表面発光型の半導体素子を有する。半導体素子は、放射の生成に適しており、垂直方向において相互に間隔を置いて配置されている複数のアクティブ領域を有する半導体ボディを包含する。複数のアクティブ領域のうちの２つのアクティブ領域の間では、トンネル接合部が半導体ボディ内にモノリシックに集積されている。半導体素子の動作時には２つのアクティブ領域がトンネル接合部を介して導電的に接続されている。さらに測定装置は、反射された放射を検出するための検出装置と、放射装置および検出装置を制御し、検出装置の検出結果を処理する評価回路とを包含する。
【０００７】
例えば測定装置の動作時には、放射装置の半導体素子からの放射、有利にはレーザ放射が評価回路によって制御される。放射の放出を例えばパルス状に行うことができる。放射がこの放射の波長に対して非透過性である障害物または他の対象に当たると、通常の場合、放出された放射の反射が生じる。反射を指向性または拡散性に行うことができるので、反射された放射の一部は放射装置の近傍に配置されている検出装置の方向に向かって反射される。しかしながら検出装置を放射装置から距離を置いて設けてもよい。
【０００８】
反射された放射を検出装置によって検出し、例えば検出信号として評価回路に転送することができる。検出結果と、放射装置によって放射が送出されてから検出装置において反射された放射が検出されるまでに掛かった時間とを、通常の場合は光速度に相当する放射の伝播速度と関連させて、放射を反射した対象と測定装置との間の距離測定に使用することができる。
【０００９】
複数のアクティブ領域を用いることにより、半導体ボディにおいて形成される放射出力、さらに有利には半導体ボディから出力結合される放射出力も高めることができる。殊に、半導体ボディから出力結合される放射出力を半導体素子の放射出力結合面の面積に関連させて高めることもできる。
【００１０】
さらに半導体素子においては複数のアクティブ領域に基づき、半導体ボディ内の電気抵抗、例えばただ１つだけ設けられているブラッグミラーの抵抗は複数のアクティブ領域に分散されているので、アクティブ領域毎の半導体ボディの抵抗はそれよりも少ない数のアクティブ領域を有する半導体ボディに比べて低減されている。つまりアクティブ領域毎の動作電流によって克服されるべき抵抗を低減することができる。したがって、半導体ボディから供給される電力の放射出力への変換効率が高められる。
【００１１】
したがって半導体素子は総じて効率を簡単に高められることを特徴とする。これは測定装置の効率にも作用する。
【００１２】
有利には、２つのアクティブ領域は同一の波長の放射を生成するよう構成されている。このことは、例えば同一の材料および／またはアクティブ領域の構造上同一の構成を用いてアクティブ領域を同様に形成することにより容易に達成することができる。択一的に、アクティブ領域は異なる波長の放射を生成するように形成されている。
【００１３】
トンネル接合部を介して、このトンネル接合部と導電的に接続されているアクティブ領域による、半導体ボディに注入された電荷担体の放射（光子）への光電的な変換効率を高めることができる。
【００１４】
放射を生成しながら一方のアクティブ領域において再結合された電子は、阻止方向に極性付けられており、殊に半導体素子の動作時にはアクティブ領域に関して順方向に極性付けられており、またトンネルダイオードとして実施されているトンネル接合部をトンネリングして通過し、他方のアクティブ領域に到達することができる。
【００１５】
トンネル接合部は有利には、放射性再結合後に電子が一方のアクティブ領域の価電子帯から他方のアクティブ領域の伝導帯へトンネリングし、したがって電子をこの他方のアクティブ領域においても放射の生成に使用できるように構成されている。したがって電荷担体を複数回、すなわち複数のアクティブ領域において放射の生成に使用することができる。
【００１６】
トンネル接合部は有利には異なる導電型の２つのトンネル半導体層を有する。さらにトンネル接合部は有利には半導体ボディにおいて、この半導体ボディの異なる導電型の２つの半導体層の間に配置されており、これらの半導体層は殊に有利にはトンネル接合部に接している。トンネル接合部の半導体層は有利には、それぞれこのトンネル接合部に接しており、それぞれ同一の導電型を有する半導体ボディの半導体層よりも高いドーパント濃度を有する。さらにトンネル接合部のトンネル半導体層は有利にはそれぞれ半導体ボディの半導体層に接しており、この半導体層は接しているトンネル層と同一の導電型を有する。
【００１７】
別の有利な実施形態においては、周波数選択素子が２つのアクティブ領域の間に配置されている。周波数選択素子を介して半導体ボディ内での放射の強度分布を制御することができる。有利には、強度分布、殊にその包絡線が所定の強度分布ないし所定の包絡線に応じて成形されているように強度分布を制御することができる。殊に、半導体ボディにおける放射生成のためには構成されていない吸収性の素子において吸収することができる強度を、周波数選択素子が省略されている同様に構成の半導体ボディに比べて低減されているように強度分布を制御することができる。半導体ボディにおいて吸収される放射出力を低減することができるので、これにより出力結合される放射出力は高められる。
【００１８】
殊に有利には周波数選択素子が、トンネル接合部を介して導電的に接続されているアクティブ領域間に配置されている。トンネル接合部の領域においては、周波数選択素子が空間的に比較的近傍に配置されていることに基づき、放射強度を簡単に低減することができる。トンネル接合部は通常の場合、殊に自由電荷担体による、半導体ボディにおいて生成される放射に対する高い吸収能力を有するので、周波数選択素子によるトンネル接合部の領域における強度の低減は殊に有利である。
【００１９】
有利には周波数選択素子は、半導体ボディにおいて生成される放射の強度がこの周波数選択素子内では低減されているように構成されている。好適にはトンネル接合部は周波数選択素子によって包囲されているか、周波数選択素子に埋込まれている。
【００２０】
別の有利な実施形態においては、半導体素子が内部共振器を有するか、動作のために外部共振器を有するように構成されている。有利には、半導体素子が動作のために共振器を備えた電気的にポンピングされる半導体レーザ素子として構成されている。殊に有利には半導体素子が動作のために内部共振を備えたＶＣＳＥＬ（VCSEL: vertical cavity surface emitting laser）として構成されている。
【００２１】
共振器を備えた半導体素子の動作時に、共振器内に放射フィールド、殊に定在波のフィールド（定常波フィールド）が生じ、少なくとも一部はアクティブ領域における誘導放出によって増大される。増幅された放射をコヒーレントなレーザ放射として共振器から出力結合することができる。
【００２２】
別の有利な実施形態においては、共振器が少なくとも１つの第１の共振器ミラーおよび少なくとも１つの第２の共振器ミラーにより形成されており、有利には境界付けられている。第１の共振器ミラーおよび／または第２の共振器ミラーを、殊に半導体ボディ内にモノリシックに集積されているブラッグミラー（共振器ブラッグミラー）として実施することができる。
【００２３】
共振器を形成しているミラーは有利には高い反射率、例えば９９％以上、有利には約９９．９％以上の反射率を有するように構成されており、一方のミラーは共振器から放射を出力結合するための出力結合ミラーとして使用され、このために有利には相応に低い反射率を有する。好適には、出力結合ミラーの反射率は素子の動作時にレーザ発振動作が実現されるように大きく選定されている。
【００２４】
有利には共振器が、半導体ボディ内の放射に対する増幅領域としてそれぞれ形成されており、また共振器内に配置されている複数のアクティブ領域、例えば２つまたはそれ以上のアクティブ領域に対する共通の共振器として構成されている。このことは有利には、周波数選択素子および／またはトンネル接合部が間に配置されている２つのアクティブ領域に関連する。共通の共振器における複数の増幅領域を介して増幅率を高めることができる。レーザ発振動作を達成するために必要とされる閾値電流ないし相応の閾値電流密度をこれによって有利には低減することができる。さらにはポンプ電流を一定に維持しながら半導体ボディにおいて生成される放射出力を高めることができる。
【００２５】
択一的または補完的に共振器ミラーの反射率を低減することができ、ここでは反射率が低減されているにもかかわらず、増幅率が高められていることに基づき信頼性が高いレーザ発振動作を依然として達成することができる。好適には出力結合ミラーの反射率が低減されるので、閾値電流が著しく高まることなく、共振器から出力結合される放射出力を高めることができる。
【００２６】
半導体素子を電気的にポンピングするためのポンプ電流を第１の共振器ミラーおよび／または第２の共振器ミラーを介して流すことができる。有利には少なくとも１つの共振器ミラーがドーピングされているので、ポンプ電流を有利には低い抵抗を有しているドーピングされた共振器ミラーを介して導くことができる。
【００２７】
共振器ないし半導体ボディ内の電気抵抗、殊にポンプ電流を導く共振器ミラー内の電気抵抗を、複数のアクティブ領域に基づきこのアクティブ領域に分散させることができる。したがって、アクティブ領域の数に関連して半導体ボディにおけるポンプ電流によって克服されるべき電気抵抗は、より少ない数のアクティブ領域を有する半導体素子に比べて低減されている。つまり変換効率が高められる。
【００２８】
有利には、ブラッグミラーは相互に積層されており、異なる屈折率を有する複数の層、殊に半導体層を包含する。これらの層は有利にはそれぞれ、半導体素子から放出されるべき波長λの放射、殊に共振器において増幅されるべき波長λの放射に対するλ／４層として実施されている。
【００２９】
共振器の形成に関与するブラッグミラーに関して、レーザ発振動作を達成することを保証するために、例えば５０以上の層が必要とされる。ブラッグミラーの電気抵抗は通常の場合、境界面の数が増加していることに基づき層の数と共に増加する。したがって共振器ミラーは、比較的高い抵抗を有することが多いブラッグミラーとして実施されている。すなわち半導体ボディ内にモノリシックに集積されている共振器ブラッグミラーを有する半導体素子の抵抗を、ポンプ電流を導くこのブラッグミラーの電気抵抗によって決定することができる。ミラーの抵抗が高いことに基づき、ブラッグミラーでは著しい電力降下が生じるので、電力をＰ、電流をＩ、抵抗をＲとすると、Ｐ＝ＲＩ２にしたがい必要とされるポンプ電力も高まる。共通のポンプ電流がブラッグミラーを介して供給されるアクティブ領域が複数設けられていることに基づき、アクティブ領域毎の半導体素子の抵抗は低減され、これにより変換効率を高めることができる。
【００３０】
別の有利な実施形態においては、第１の共振器ミラーおよび第２の共振器ミラーが同一の導電型、または異なる導電型を有する。共振器ミラーが同一の導電型を有する場合、好適には半導体素子にとって有利な導電型が選択される。ｎ導電型の半導体材料においては、自由電荷単体による半導体ボディにおいて生成される放射の吸収が通常の場合、ｐ導電型に比べて有利には少ない。したがって有利には２つの共振器ミラーはｎ導電型を有し、殊にブラッグミラーとして実施されている。
【００３１】
有利な実施形態においては、共振器ミラーとこの共振器ミラーに隣接するアクティブ領域との間に、必要に応じて付加的なトンネル接合部が半導体ボディ内にモノリシックに集積されている。これによって、その他の場合に形成されている著しく遮断性のｐｎ接合部に基づくアクティブ領域への電流供給を著しく阻止することなく、同一の導電型の２つの共振器ブラッグミラーをより容易に使用することができる。
【００３２】
同一の導電型の共振器ブラッグミラーに比べて、モノリシックに集積されている異なる導電型の共振器ブラッグミラーを有する半導体ボディは簡略化されており、殊にその大部分を標準的に製造することができる。
【００３３】
別の有利な実施形態においては、２つのアクティブ領域は量子井戸構造を包含する。単一量子井戸構造または多重量子井戸構造はそれぞれのアクティブ領域におけるビーム生成時の内部量子効率が殊に高いという点で優れている。量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まれない。したがって量子井戸構造には、例えば、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれる。
【００３４】
別の有利な実施形態においては、半導体素子の動作時に共振器内に生じ、殊に半導体ボディにおいて増大されるべき放射フィールドが、半導体ボディの２つのアクティブ領域を殊に直列的に導電接続するトンネル接合部内で強度最大値（強度結合点）を有するように半導体ボディは形成されている。このことは有利には、定在波フィールドの増幅されるべき、有利には所定のモードに関連する。
【００３５】
択一的または付加的に半導体ボディをブラッグミラーに関して、上述したように、隣接するトンネル接合部に応じて形成することができる。したがって、必要に応じて設けられているこの付加的なトンネル接合部にも定在波フィールドの強度最大値を配置することができる。
【００３６】
周波数選択素子によりトンネル接合部の領域において放射強度を低減することができるので、トンネル接合部において比較的低い放射出力のみを吸収することができる。これにより、半導体ボディにおいて定在波フィールドの強度最大値のやや外側にトンネル接合部が形成されている場合でも、トンネル接合部において吸収される放射出力を是認できる範囲に容易に維持することができ、半導体素子の効率またはレーザ特性は実質的にこれによって損なわれることはない。つまり例えば、アクティブ領域を電気的に相互に結合させる吸収性のトンネル接合部が設けられているにもかかわらず、閾値電流を容易に比較的低く維持することができる。
【００３７】
したがって、トンネル接合部の配置構成もしくは、有利にはエピタキシャルに成長基板上に成長されている半導体ボディの作成においては周波数選択素子による強度変調に基づき、効率が著しく低減することなく製造公差は高められている。トンネル接合部の配置と強度結合点が偏差しても、吸収される放射出力がある程度高まるにとどまる。
【００３８】
別の有利な実施形態においては、周波数選択素子がブラッグミラーを包含し、殊に有利には別のブラッグミラーを包含する。すなわち半導体ボディは殊に、１つまたは複数の共振器ブラッグミラーに付加的に別のブラッグミラーを包含し、この別のブラッグミラーは半導体ボディ内にモノリシックに集積されているブラッグミラーとして実施されている。周波数選択素子の１つまたは複数のブラッグミラーは有利には、半導体ボディの２つのアクティブ領域間に配置されている。
【００３９】
周波数選択素子は有利にはアクティブ領域を有しておらず、その結果殊に周波数選択素子のブラッグミラー間では有利にはアクティブ領域は配置されていない。
【００４０】
周波数選択素子を介して、殊にブラッグミラーにおける反射を利用して、共振器内の放射フィールドに関する付加的な位相条件が達成される。定在波フィールドの強度を周波数選択素子のブラッグミラー間において低減することができる。殊にこれは、半導体ボディにおける定在波フィールドの強度分布の包絡線が周波数選択素子内では周波数選択素子を有していない半導体ボディに比べて低減されることに関する。
【００４１】
すなわち放射フィールドの強度分布の包絡線を周波数選択素子により所期のように成形および変更することができる。殊に共振器内で増幅されるべき、例えば縦モードの強度分布の包絡線を、この強度分布が周波数選択素子内、素子のブラッグミラー間および／またはトンネル接合部におけるアクティブ領域、殊に周波数選択素子が間に配置されているアクティブ領域間に局所的な最小値を有するように成形することができる。
【００４２】
択一的または付加的に、包絡線の局所的な最大値を周波数選択素子により所期のように、例えば２つのアクティブ領域間の領域外にずらすことができる。
【００４３】
択一的または付加的に、周波数選択素子を殊に縦モード選択のために構成することができる。これによって、共振器内で増幅すべき所定のモードの選択を簡単にすることができる。有利には、周波数選択素子は共振器内では増幅すべきでないモードの損失を高める。半導体素子の単一縦モード動作を容易に達成することができる。
【００４４】
有利には周波数選択素子は、二次共振器、すなわちアクティブ領域の組のアクティブな領域のための別個の共振器が半導体ボディ内に形成されることが回避されるよう構成されている。このために好適には、周波数選択素子の１つまたは複数のブラッグミラーが共振器内で増幅すべき波長λの放射に対して、共通の共振器には属さないモードの発振を回避する低い反射率を有するよう構成されている。
【００４５】
これに関して９５％以下、有利には９０％以下、殊に有利には８０％以下の反射率が殊に適している。さらに有利には、ブラッグミラーの反射率および／または別のブラッグミラーの反射率は３０％以上、殊に有利には４０％以上である。この種の反射率は強度変調に殊に適している。個々のミラーの反射率が小さくなればなるほど、二次共振器が発振する虞も一層小さくなる。しかしながら反射率が大きくなればなるほど、強度分布により及ぼされる影響も一層良好になる。
【００４６】
別の有利な実施形態においては、２つのアクティブ領域を導電的に接続するトンネル接合部が周波数選択素子の２つのブラッグミラー間に配置されている。有利には、トンネル接合部のトンネル層はそれぞれ相応のブラッグミラーの層に接している。
【００４７】
さらに周波数選択素子のブラッグミラーは有利には異なる導電型を有する。殊に周波数選択素子を半導体ボディ内にモノリシックに集積することができる。周波数選択素子における構造的な変更は、周波数を選択するための周波数選択素子のブラッグミラーのための層を成長させた後では有利には必要ない。
【００４８】
別の有利な実施形態においては、有利には周波数選択素子内、殊に有利には周波数選択素子のブラッグミラー内に集積されている２つのアクティブ領域間には電流しぼりないし電流遮蔽部が形成されている。電流しぼりの電気的に絶縁されている電流遮断領域を用いることにより、半導体ボディ内の電流の流れを横方向では電流しぼりの導電性で電流を通す開口部に案内することができ、また垂直方向ではこの開口部を介して導くことができる。電流しぼりにより電流の流れは横方向に集中され、殊に電流経路が電流の流れは横方向に集中され、とりわけ電流経路が狭められる。アクティブ領域間の電荷単体の流れを電流しぼりにより横方向では狭めることができ、これによりアクティブ領域間の電流拡散が防止される。電流しぼりを用いた狭窄化により半導体ボディ内の電流密度を高めることができ、これによってレーザ発振動作を達成するために必要とされる閾値電流密度を容易に達成することができる。
【００４９】
有利には、電流しぼりが半導体ボディのｐ導電型の半導体領域内、例えば周波数選択素子のｐ導電型のブラッグミラー内に集積されている。従来の半導体レーザ素子においては、ｐ導電型の半導体領域、殊にｐ導電型の共振器ブラッグミラー内に電流しぼりが形成されていることが多かった。アクティブ領域間の半導体領域、殊に周波数選択素子のｐ導電型のブラッグミラー内への付加的な電流しぼりの集積は、いずれにせよ半導体ボディ内に設けられている電流しぼりと同一の材料環境、すなわち同一の組成および／またはドーピングの層において容易に実現することができる。電流しぼりは半導体層の横方向の酸化による酸化物しぼりとして形成されていることが多いので、電流を導く同じ大きさの開口部を有する２つの電流しぼりを容易に形成することができる。
【００５０】
別の有利な実施形態においては、放射フィールドの強度最大値が有利にはアクティブ領域に接している半導体ボディのｎ導電型の半導体領域内に存在するか、この半導体領域の方向にずらされているように、アクティブ領域がこの放射強度外で共振器内に配置されているよう半導体ボディが構成されている。このことは、半導体ボディを適切に形成することによって達成することができる。強度最大値は有利にはアクティブ領域に隣接する強度最大値、殊にアクティブ領域において増幅すべきモードの強度最大値である。
【００５１】
別の有利な実施形態においては、半導体ボディ、殊にトンネル接合部、アクティブ領域および／または周波数選択素子はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、殊にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＰ，ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮまたはＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＡｓ（ここでそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１）からなる材料、および／または、半導体材料系ＩｎＧａＡｓＮ，ＩｎＧａＡｓＳｂ，ＩｎＧａＡｓＳｂＮまたはＩｎxＧａ1-xＡＳyＰ1-y（ここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる材料を含有する。ここで有利には上述のパラメータｘおよびｙにそれぞれｘ≠０および／またはｙ≠０が適用される。さらに有利にはｘ≠１および／またはｙ≠１である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は半導体素子に関して半導体ボディ素子の放射生成時の量子効率が殊に高く、また製造が容易であるという点において優れている。前述の材料系を用いて種々のスペクトル領域にある放射を殊に効率的に生成することができる。ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮは紫外線から青色、緑色の放射に殊に適しており、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＰは黄色から赤色の放射に殊に適しており、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＰは赤外線の放射に殊に適している。
【００５２】
測定装置の実施形態においては検出装置が少なくとも１つの第１の光電半導体素子を包含する。例えば、少なくとも１つの第１の光電半導体素子はフォトダイオードまたはフォト抵抗として形成されている。光電半導体素子では、エネルギを運ぶ放射性の素粒子、例えば光子が発生することによって、電子が光電半導体素子のＰＮ接合部においてより高いエネルギレベルに引き上げられる。このようにして生成される自由電荷単体によって電流ないし可変の電流は光電半導体素子を流れることができ、これを検出結果として評価回路に転送することができる。
【００５３】
したがって通常の場合、阻止方向に極性付けられているフォトダイオードにおいては入射した光子に基づき、フォトダイオードに電流が流れていることを検出することができ、これを例えば検出装置において測定することができ、また評価回路において検出結果として処理することができる。
【００５４】
フォトトランジスタにおいてはトランジスタの制御区間の導通接続が光子の発生に依存して行われる。光子はこの実施例においては反射された放射に包含されている。したがって、反射された放射を検出するためのフォトトランジスタのスイッチング工程を検出結果として評価することができる。
【００５５】
フォト抵抗においては光子の発生と共に素子の電気抵抗も変化する。この変化を例えば、フォト抵抗に電圧または電流を印加することによって検出することができる。
【００５６】
検出装置は複数の光電半導体素子、例えば複数のフォトダイオードまたは複数のフォトトランジスタを包含することもできるか、もしくは種々の光電半導体素子の組み合わせを包含することもできる。
【００５７】
測定装置の別の実施形態においては、測定装置が反射された放射を検出するための第２の検出装置を包含し、この第２の検出装置は検出結果を制御および評価するための評価回路と接続されている。第２の検出装置によって、例えば対象において拡散性または指向性に行われる放射の反射を測定装置の複数の個所において検出することができる。さらには、２つの検出装置の一方が例えば光学的に遮蔽されている場合であっても反射された放射を検出することができるので、検出の信頼性を高めることができる。
【００５８】
測定装置の別の実施形態においては、測定装置はより多くの数の検出装置を有することもできる。
【００５９】
測定装置の実施形態においては、放射装置が第１の表面発光型の半導体素子に相当する複数の表面発光型の半導体素子を包含する。例えば、複数の表面発光型の半導体素子は一次元の放射フィールドまたは二次元の放射フィールドとして配置されている。
【００６０】
一次元の放射フィールドにおいては、複数の表面発光型の半導体素子を直線または曲線に沿って配置することができる。例えば、複数の半導体素子が異なる放射角度を有するので、これらの複数の半導体素子によって広範な領域における測定を実施することができる。１つの実施形態においては、複数の表面発光型の半導体素子が種々の波長の放射を放出するよう構成されている。したがって、複数の半導体素子から同時に放射を放出することができ、種々の波長の放射は例えばこれらの種々の波長を検出するよう構成されている種々の検出器ないし検出装置によって検出される。
【００６１】
二次元の放射フィールドにおいては、例えば半導体素子の放射を放出する表面が１つの平坦な面または湾曲した面に配置されている。一次元の放射フィールドと同様に、複数の半導体素子は相互に異なる放射角度を有することができる。つまり例えば、対象の表面構造を測定することができる。
【００６２】
一次元または二次元の放射フィールドにおける半導体素子に関して、表面発光型の半導体素子の放射放出を個別に制御することができる。例えば、放射フィールドの個々の半導体素子をその都度放射パルスが順次放出されるよう制御することができる。反射された放射を単一の検出装置または複数の検出装置により検出することができる。放出される放射パルスの時間的な間隔は、反射された放射パルスの検出を一義的にそれぞれ表面発光型の半導体素子のうちの１つに対応付けることができるようにするために、有利には測定装置と期待される反射性の対象との間の区間から導出されている時間に対応する。
【００６３】
測定装置の別の実施形態においては、放射装置が複数の表面発光型の半導体素子からの放射を集束して放出する。例えば、放射装置の放射出力を高めるために、放射の放出と同期して制御される複数の半導体素子が設けられ、個々の放射の集束をレンズにより行うことができる。
【００６４】
測定装置の別の実施形態においては、半導体素子ないし放射装置から放出される放射を成形および／または案内する少なくとも１つの光学素子が設けられている。光学素子は以下の素子のうちの少なくとも１つを含むことができる：ミラー、光学的な空隙、光学格子、レンズ、光ファイバ。
【００６５】
ミラーを介して放射装置から放出された放射を方向に関して偏光することができる。所定の固定的な放射角度を達成するためにミラーを固定的に取付けることができる。択一的に、放出された放射の立体的または直線的な偏光を達成するためにミラーを可動に取付けることができる。
【００６６】
光学的な空隙または光学格子によって放射装置の放射の回折性の変形を行うことができる。これにより放射の拡張性または収束性の変形を行うことができる。レンズを介して例えばコリメートされた、すなわち収束された放射を生成することができる。
【００６７】
光ファイバを介して放射装置から放出された放射を本来の放射放出のために別の個所に案内することができる。例えば、本来の放射生成を放出された放射の所望の放出個所に依存せずに、例えば別個の保護された領域において行うことができる。
【００６８】
測定システムの実施形態においては、測定システムが前述の実施例のいずれか１つによる測定装置を包含し、また距離を測定するために構成されている。択一的または付加的に、上述の実施例のいずれか１つによる測定装置を有する測定システムは速度を測定するためにも構成されている。例えば、測定装置を用いて種々の時点における対象までの距離ないし間隔を測定することができる。したがって測定された間隔および測定間の時間から、測定装置ないし測定システムに対する測定された対象の速度ないし相対速度を求めることができる。
【００６９】
測定システムの実施形態においては、測定システムが前述の実施例のいずれか１つによる測定装置を包含し、また距離を測定するために構成されている。アダプティブクルーズコントロール（英語：adaptive cruise control, ACC）を例えば車両に使用することができ、車両の速度を間隔に依存して前方を走行する車両および前方を走行する車両の速度に適応させることができる。
【実施例】
【００７０】
本発明の別の特徴、有利な実施形態および有効性を以下の実施例の説明において図面と関連させて説明する。同一、同種の素子また同様に作用する素子には図面において同一の参照番号が付されている。
【００７１】
図１は評価回路ＡＳ、放射装置ＳＥおよび検出装置ＤＥを有する測定装置の実施例を示す。評価回路ＡＳは放射装置ＳＥおよび検出装置ＤＥと接続されており、装置ＳＥ，ＤＥを制御し、また検出装置ＤＥの検出結果を処理する。放射装置ＳＥは少なくとも１つの第１の表面発光型の半導体素子１を有し、この半導体素子１は垂直方向の放出方向を有し、垂直方向において相互に間隔を置いて配置されている複数のアクティブ領域を包含する。放射装置ＳＥからは放射時に例えばレーザ放射が出力され、このレーザ放射はレンズＬＥを通過して１つの放射Ｂ１に集束される。
【００７２】
さらに図１には対象ＯＢＪが示されているが、この対象ＯＢＪは測定装置の一部ではない。放射Ｂ１は動作時に対象ＯＢＪに進入し、この対象ＯＢＪから放射Ｒ１として反射される。反射された放射Ｒ１は検出装置ＤＥに進入し、この検出装置ＤＥは例えば反射された放射を検出するための光電半導体素子を包含する。
【００７３】
しかしながら放射Ｂ１は通常の場合、持続的には放出されない。むしろ評価回路ＡＳは、第１の表面発光型の半導体素子１ないし放射装置ＳＥの放射放出をパルス状に制御するよう構成されている。
【００７４】
検出装置ＤＥにおいては反射された放射Ｒ１が検出されて、例えば電流または電荷に変換され、この電流または電荷が評価回路ＡＳにおいて検出結果として評価される。評価回路ＡＳは例えば、放射パルスＢ１が放出されてから反射された放射Ｒ１が検出されるまでの時間を求めることができる。通常の場合は光速度にほぼ一致する放射Ｂ１，Ｒ１の伝播速度を介して、求められた時間から測定装置と対象ＯＢＪとの空間的な距離を求めることができる。したがって測定装置は殊に距離測定に適している。
【００７５】
しかしながら放射パルスのパルス列を送出することにより、測定装置と測定対象との間における速度ないし相対速度を所定の時間中に変化する距離に基づき検出することもできる。さらには反射された放射Ｒ１の周波数シフトをドップラー原理にしたがい評価することもできる。またレーザ放射を変調させ、距離または速度を測定することも可能である。
【００７６】
図２は、図１の送信装置において使用することができる発光半導体素子１の実施例の概略的な断面図を示す。発光半導体素子１は電気的にポンピングされる半導体レーザ素子、殊に内部共振器を有するＶＣＳＥＬとして実施されている。半導体素子１は半導体ボディ２を有し、この半導体ボディ２は有利には半導体ボディを機械的に安定させる基板３上に配置されている。半導体ボディ２は有利にはモノリシックに集積されて実施されており、殊に有利には、成長基板を包含するか成長基板から構成されている基板３上にエピタキシャルに成長されている。
【００７７】
半導体ボディ２は２つのアクティブ領域４ａおよび４ｂを有し、これら２つのアクティブ領域４ａ，４ｂはエレクトロルミネセンス放射形成に適している。これらのアクティブ領域は相互に間隔を置き、有利には半導体ボディ内で相互に近接して配置されている。半導体ボディ２におけるこれらのアクティブ領域の間に配置および形成されているトンネル接合部５を介して、アクティブ領域４ａと４ｂは直列に導電的に接続されている。トンネル接合部５はアクティブ領域４ａと４ｂとの間に配置されている周波数選択素子６内に挿入されており、また殊に周波数選択素子６によって包囲されている。
【００７８】
周波数選択素子６は第１のブラッグミラー７および第２のブラッグミラー８を包含し、これらのブラッグミラー７，８は半導体ボディ２においてアクティブ領域４ａと４ｂとの間に配置されており、有利にはモノリシックに半導体ボディ２内に集積されている。トンネル接合部５は殊に周波数選択素子６の第１のブラッグミラー７と第２のブラッグミラー８との間に配置されており、有利には同様にモノリシックに半導体ボディ２内に集積されている。周波数選択素子６の内部、殊に周波数選択素子６の第１のブラッグミラー７と第２のブラッグミラー８との間に有利にはアクティブ領域は配置されていない。
【００７９】
アクティブ領域４ａおよび４ｂはそれぞれ２つの半導体領域の間に配置されている。すなわちアクティブ領域４ａは半導体領域９ａと半導体領域１０ａとの間に配置されており、アクティブ領域４ｂは半導体領域９ｂと１０ｂとの間に配置されている。有利には、アクティブ領域を包囲する半導体領域は殊にそれぞれ異なる導電型、つまりｎ導電型またはｐ導電型を有する。このために半導体領域は相応に適切にドーピングされている。
【００８０】
有利には、それぞれのアクティブ領域の対応する側、殊に同一の側に配置されている半導体領域は同一の導電型を有する。殊に半導体領域９ａと９ｂは例えばｎ導電型、もしくは半導体領域１０ａと１０ｂは例えばｐ導電型を有し、有利にはそれぞれ同一の導電型を有する。
【００８１】
半導体素子１の共振器は第１の共振器端部ミラー１１および第２の共振器端部ミラー１２により形成されており、これらの共振器端部ミラー１１，１２の間には２つのアクティブ領域４ａおよび４ｂが配置されており、また有利には共振器の境界となる。共振器端部ミラーは有利にはアクティブ領域上に設けられており、これによって殊に内部共振器が形成されている。
【００８２】
第１の共振器端部ミラー１１および／または第２の共振器端部ミラー１２は有利にはモノリシックに半導体ボディ２内に集積されている共振器ブラッグミラーとして構成されており、殊に有利には第１の共振器端部ミラー１１および／または第２の共振器端部ミラー１２はドーピングされている。ドーピングされたそれぞれの共振器ブラッグミラーは有利には、それぞれの共振器ブラッグミラーに近い方のアクティブ領域との間に配置されている半導体領域と同一の導電型を有する。したがって、第１の共振器端部ミラー１１は有利には（半導体領域１０ａに応じて）ｐ導電型を有し、また第２の共振器端部ミラー１２は有利には（半導体領域１０ｂに応じて）ｎ導電型を有する。
【００８３】
さらに有利には、周波数選択素子６の第１のブラッグミラー７および／または第２のブラッグミラー８はドーピングされている。第１のブラッグミラー７は有利には、殊にこの第１のブラッグミラー７のトンネル接合部５側とは反対側に配置されており、且つこの第１のブラッグミラー７と接している半導体領域９ａと同一の導電型を有する。相応のことが、殊に２つのアクティブ領域４ａ，４ｂ間に配置されている半導体領域１０ｂに関して、周波数選択素子６の第２のブラッグミラー８にも当てはまる。したがって第１のブラッグミラー７は有利にはｎ導電型を有し、第２のブラッグミラー８は有利にはｐ導電型を有する。
【００８４】
アクティブ領域４ａおよび４ｂはこれらのアクティブ領域４ａ，４ｂ間に配置されている周波数選択素子６およびトンネル接合部５を介して相互に導電的に接続されており、さらには半導体素子１の第１のコンタクト１３ならびに第２のコンタクト１４に接続されている。半導体素子１の動作時には電荷担体を第１のコンタクト１３および第２のコンタクト１４を介して半導体ボディ２に注入することができ、この注入された電荷担体はアクティブ領域４ａおよび４ｂにおいて放射を生成しながら再結合することができる。
【００８５】
例えばコンタクト金属化部である第１のコンタクト１３は有利には、半導体ボディ２の基板３側とは反対側に配置されており、また図示されているトップエミッタのように半導体ボディ２の放射面２００がこの半導体ボディ２の基板３側とは反対側に配置されている場合、第１のコンタクト１３は好適には放射を通過させるために欠落部が設けられており、例えばリングコンタクトとして実施されている。例えばコンタクト金属化部である第２のコンタクト１４は、有利には基板３の半導体ボディ２側とは反対側に配置されている。電流を流すために基板３は有利には導電性に実施されており、例えば相応にドーピングされている。
【００８６】
放射を通過させるための開口部１００は半導体ボディ２の放射面２００を俯瞰的に見て円形または楕円形に構成されている。楕円形状の構成は半導体ボディ２から放出される放射１９、例えば赤外線放射の偏光に殊に適している。
【００８７】
一方のアクティブ領域において放射性再結合された電荷担体はトンネル接合部５をトンネリングした後に他方のアクティブ領域に到達する。トンネル接合部５は有利には、電荷担体が一方の活性領域における再結合後にこのアクティブ領域の価電子帯から他方のアクティブ領域の伝導帯へとトンネリングし、この伝導帯において再び放射性再結合が行われるように形成されている。電荷担体を複数回、すなわち複数のアクティブ領域において放射形成に利用することができるので、電力を放射出力に変換する際の半導体素子の変換効率は有利には高められる。
【００８８】
共振器においては共振器端部ミラーにおける反射により定在波の放射フィールド（定在波フィールド）が生じる。この放射フィールド、殊にフィールドのモードをアクティブ領域４ａおよび４ｂにおける誘導放出により増大することができる。増幅されたコヒーレントなレーザ放射１９を、出力結合ミラーとして使用される共振器端部ミラー、この実施例では共振器端部ミラー１１を介して半導体素子１の半導体ボディ２から垂直方向、すなわち相互に平行に配置されているアクティブ領域４ａ，４ｂの横方向の主面に対して垂直な方向に出力結合することができる。
【００８９】
半導体素子１の半導体ボディ２は有利には（Ｉｎ，Ａｌ）ＧａＡｓを基礎とし、殊に有利には（Ａｌ）ＧａＡｓを基礎とする。この種の材料は効率的な放射形成、特に赤外線放射形成に殊に適している。赤外線放射は例えば、有利には半導体素子が設けられておりレーザを基礎とする測定システムならびにデータ伝送への使用に適している。
【００９０】
共振器端部ミラー１１，１２は有利には、アクティブ領域において増幅されるべき波長λの放射に対して高い反射率、例えば９７％以上、有利には９９％以上、殊に有利には約９９．９％の反射率を有する。有利には、出力結合ミラーとして使用される共振器ミラーの反射率は別の共振器ミラー、この実施例では第２の共振器端部ミラー１２の反射率よりも低い。
【００９１】
有利には半導体素子１のブラッグミラー、つまり第１の共振器端部ミラー１１、第２の共振器端部ミラー１２、周波数選択素子６の第１のブラッグミラー７および／または周波数選択素子６の第２のブラッグミラー８は、１つの共振器端部ミラーに対して、屈折率が異なる例えば５５またはそれ以上の半導体層を有している。これらの半導体層は有利にはそれぞれ（Ａｌ）ＧａＡｓを基礎としている。殊に第１の共振器端部ミラー１１ないし第２の共振器端部ミラー１２が、レーザ発振動作の実現に十分な所定の反射率、例えば９９．９％以上の反射率を達成するために、頻繁にこのようなに大きな層数が必要とされる。さらに有利には、半導体素子１のブラッグミラーの半導体層はそれぞれ、アクティブ領域４ａおよび４ｂにおいて増幅されるべき波長λの放射に対するλ／４層として形成されている。
【００９２】
反射率を変更せずにブラッグミラー内の層数を低減するために、有利にはブラッグミラーの異なる半導体層に対して有利には高い屈折率差を有する材料、例えばＡｌＡｓおよびＧａＡｓが使用される。つまりブラッグミラーの電気抵抗を比較的少ない総数に基づき有利には低く維持することができる。ブラッグミラーは屈折率が異なる個々の層を有する半導体層対を包含することができ、これらの半導体層対は高屈折率の層に低屈折率の層が続くように交番的に配置されている。択一的または補完的に、１つまたは複数のλ／４層が材料の漸次的な変化、例えばＡｌ含有量の漸次的な変化を示すミラー構造を使用することができる。
【００９３】
半導体素子１を電気的にポンピングするためのポンプ電流はコンタクト１３，１４、共振器端部ミラー１１，１２また有利には基板３を介して半導体ボディに注入される。
【００９４】
多数の層が設けられていることにより共振器端部ミラー１１および１２は半導体ボディ２全体の電気抵抗に非常に大きく寄与する。このブラッグミラーの抵抗はアクティブ領域が複数設けられていることに基づきこれらのアクティブ領域に分配されるので、半導体素子１が電力を放射出力に変換する効率を、半導体ボディ内にただ１つのアクティブ領域しか有さない素子に比べて高めることができる。
【００９５】
択一的または補完的に、第１の共振器端部ミラー１１および／または第２の共振器端部ミラー１２ないし基板３を介さなくてもポンプ電流をアクティブ領域に導くことができる。このために１つまたは複数のいわゆるイントラキャビティ（共振器内）コンタクト、すなわち共振器内、殊に共振器端部ミラーとこの共振器端部ミラーに隣接するアクティブ領域との間において半導体ボディに電流を注入するコンタクトが設けられる。つまりポンプ電流によって克服されるべき抵抗を低減することができる。必要に応じて、イントラキャビティコンタクトが後置されている共振器端部ミラーをドーピングされていないブラッグミラーとして構成することができる。択一的に、有利には半導体ボディ上に形成されており、電気的に絶縁されている誘電性のミラー層スタックも共振器端部ミラーとして使用することができる。
【００９６】
有利には、トンネル接合部５が半導体素子１の動作時に順方向ではアクティブ領域４ａおよび４ｂに関して、殊にコンタクト１３および１４に関して阻止方向に極性付けされたダイオードとして構成されている。
【００９７】
トンネル接合部５は例えば異なる導電型の２つのトンネル層５１および５２を包含する。トンネル層５２は有利には、トンネル層５２側で、すなわちこのトンネル層５２のトンネル層５１側とは反対側においてトンネル接合部５に接している第１のブラッグミラー７の半導体層と同一の導電型、殊にｎ導電型を有する。殊に有利にはトンネル層５２がこのトンネル層５２に接する半導体層よりも高いドーパント濃度（例えばｎ+）を有する。相応のことが、トンネル層５１側においてトンネル接合部５に接している周波数選択性素子６の第２のブラッグミラー８の殊にｐ導電型の半導体層に関して、トンネル層５１（例えばｐ+）にも当てはまる。
【００９８】
トンネル層５１および５２は有利にはそれぞれ３０ｎｍ以下、殊に有利には２０ｎｍ以下の厚さを有する。トンネル層５１および５２は例えば５×１０19ｃｍ-3以上、有利には１×１０20ｃｍ-3以上のドーパント濃度を有することができる。２０％以下のＡｌ含有率を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層がそれぞれのトンネル層に関して殊に適している。
【００９９】
共振器長は有利にはｎ*（λ／２）であり、ここではλは共振器内で増幅されるべき放射の波長を表し、ｎは自然数を表す。ｎは有利には３以上である。さらに有利には、ｎは共振器長が半導体素子１のアクティブ領域につき６λ以下になるように選定されている。
【０１００】
共振器内に配置されている半導体ボディ２の構成要素、すなわち共振器端部ミラーも含めた全ての半導体構成要素は、アクティブ領域４ａおよび４ｂを除いて、必要に応じて異なる導電型および／またはドーパント濃度を含めて同様の材料組成を有することができる。殊にトンネル接合部５およびこのトンネル接合部５に接する半導体構成要素はドーパント濃度を含め同一の組成を有することができる。共通の共振器内のこれらの構成要素における屈折率の急激な変化と、それに付随して増大される境界面での反射を低減することができる。
【０１０１】
択一的に、共振器内に配置されている構成要素に対して、つまり殊にトンネル接合部およびこのトンネル接合部に接する半導体構成素子に対してそれぞれ異なる材料を使用することができる。つまりこれらの構成要素の形成に関する自由度は高められている。
【０１０２】
共振器内の個々の半導体構成要素のこのような構成と異なる構成を組み合わせることも可能である。例えば、共振器端部ミラー１２とトンネル接合部５との間にある全ての構成要素は、必要に応じてこのトンネル接合部５も含めて、その間に配置されているアクティブ領域４ｂも含め同一の材料組成を有することができる。トンネル接合部５と共振器端部ミラー１１との間に配置されている半導体ボディ２の構成要素は異なる材料組成を有することができる。
【０１０３】
さらに有利にはアクティブ領域が同様に、殊に同一の材料および／または構造上同一の構成で形成されている。有利には、アクティブ領域は同一の波長の放射を生成するように形成されている。択一的に、アクティブ領域は異なる波長の放射を生成するように形成されている。
【０１０４】
有利には、アクティブ領域がそれぞれ単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。これらの構造は電力から放射出力に変換が行われる際の殊に高い内部量子効率を特徴とする。電荷担体密度に関連する半導体ボディ内の放射の増幅を簡単に増大することができる。
【０１０５】
さらに有利には半導体ボディ２は、共振器内に生じ、且つアクティブ領域４ａ，４ｂにおいて増大されるべき放射フィールドの強度分布、殊にこの放射フィールド所定のモードのそれぞれ１つの強度最大値（強度ローブ）１８がアクティブ領域４ａないし４ｂに配置されているように構成されている。図１において共振器内の強度分布１７は概略的且つ統一的に示されているに過ぎない。
【０１０６】
択一的または付加的に、アクティブ領域のうちの１つまたは複数を所期のように強度ローブの外側に配置することもできる。このために、半導体ボディ２内の放射強度が高い領域におけるｐ導電型の領域の厚さを低減することができ、またｎ導電型の領域の厚さを殊に所定の共振器長に関して相応に増大させることができる。ｐ導電型の領域においては自由電荷担体による放射の吸収が殊に大きいことが多く、また殊にｎ導電型の領域よりも大きい。このことは殊にＡｌＧａＡｓ材料系に当てはまる。
【０１０７】
それぞれのアクティブ領域は有利には、このアクティブ領域がｎ導電型の半導体領域に向かってずらされているか、この半導体領域内にあるように、隣接する強度ローブまでずらされている。このために、必要に応じた付加的なｎ導電型の領域、例えばブラッグミラー７または半導体領域９ａを相応に比較的厚く形成することができる。さらには、共振器内の放射はより短時間でｐ導電型の半導体材料を伝搬するので、アクティブ領域が強度ローブの外側に配置されているにもかかわらず、半導体素子１の効率を有利に高めることもできる。
【０１０８】
さらに有利には半導体ボディ２は、強度分布１７の強度結合点２０がトンネル接合部５内に配置されているように構成されている。これに関して通常の場合は比較的高い吸収能力を示す、トンネル接合部５内の自由電荷単体による放射の吸収を低減することができる。これによって変換効率、また殊に放射表面２００を介して出力結合される放射出力も簡単に高めることができる。
【０１０９】
さらには微分効率ｄＰopt／ｄＩ（ここで、Ｐoptは出力結合される放射出力、Ｉは注入される電流を表す）、および／または、微分増幅率ｄｇ／ｄｎ（ここで、ｇは増幅率（「ゲイン」）、ｎは電荷担体密度を表す）が有利には高められる。
【０１１０】
周波数選択素子６のブラッグミラー７および８を用いることにより、半導体ボディ２内の反射によって共振器内の付加的な位相条件が満たされる。有利にはブラッグミラーは、周波数選択素子６の内部、したがってトンネル接合部５の領域における強度が低減されているように形成されている。殊に、半導体ボディ２における定在波フィールドの強度分布の包絡線を周波数選択素子６により、この包絡線が周波数選択素子６の内部において、殊に周波数選択素子６のブラッグミラー７，８間において局所的な最小値を有するように成形することができる。有利にはトンネル接合部５は、このトンネル接合部５が周波数選択素子６により形成される半導体ボディ２内の強度分布１７の包絡線の局所的な最小値の周辺、殊に２つの局所的な最大値の間に配置されているように半導体ボディ２内に配置されている。有利にはトンネル接合部５は、包絡線の局所的な最小値がこのトンネル接合部５内に存在するように配置されている。トンネル接合部５を形成する際の製造公差は高められる。何故ならば、トンネル接合部５の配置と強度結合点における最適な配置の偏差が小さい場合であっても、トンネル接合部５内で吸収される放射出力は変調された強度分布に基づき小さいからである。共振器において増幅すべき波長λの放射に対する３０％以上、有利には４０％以上のブラッグミラー７および８の反射率が強度変調に殊に適している。
【０１１１】
有利には周波数選択素子６のブラッグミラー７および８がアクティブ領域４ａおよび４ｂにおいて増幅されるべき放射に対して９５％以下または９０％以下、殊に有利には８０％以下の反射率を有する。ブラッグミラー７と共振器端部ミラー１１との間ないしはブラッグミラー８と共振器端部ミラー１２との間の二次共振器におけるレーザサブモードの発振を阻止することができる。
【０１１２】
したがって共振器は殊にアクティブ領域４ａおよび４ｂに関する共通の共振器として構成されており、別個の共振器との相互的な装置として構成されているのではない。周波数選択素子６のブラッグミラーが半導体素子１のレーザ特性に及ぼす不利な影響を低減することができる。
【０１１３】
択一的または補完的に、周波数選択素子６のそれぞれのブラッグミラー７，８の個々の層を共振器によって増幅すべき放射の波長λからずれた波長λ1の放射に対するλ1／４層として形成することもできる。この波長λに対しては、共振器端部ミラーが好適には高反射性に形成されている。このずれを１０％までとすることができる。
【０１１４】
さらに択一的または補完的に、周波数選択素子６を縦モード選択のために例えばモノリシックに半導体ボディ２内に集積されているエタロン状の素子として形成することができる。半導体素子１の単一縦モード動作が支援される。
【０１１５】
図３は、送信装置ＳＥにおいて使用することができる半導体素子１の別の実施例の概略的な断面図を示す。実質的に、図３に示されている半導体素子は図２に示されている半導体素子に対応する。図２に示されている半導体素子とは異なり、この図３の半導体素子１はいわゆるボトムエミッタとして構成されている。すなわち放射１９は半導体ボディ２からこの半導体ボディ２の基板３と対向する側を介し、また基板３の領域を通過して放出される。このために基板３は放射透過性に構成されている。好適には出力結合ミラーとして、基板３と対向している共振器端部ミラー１２が使用される。放射を通過させるために必要に応じて基板３を完全または領域的に除去することができるか、薄くすることができる。第２のコンタクト１４は放射を通過させるために、図２の第１のコンタクト１３に応じて有利にはリングコンタクトとして形成されている。好適には第２の共振器端部ミラー１２が出力結合ミラーとして第１の共振器端部ミラー１１よりも低い反射率を有する。
【０１１６】
図４は測定装置の別の実施例を示す。図１に示した構成要素の他に別の検出装置ＤＥ２が付加的に設けられており、この別の検出装置ＤＥ２は第１の検出装置ＤＥから空間的に間隔を置いて配置されている。
【０１１７】
例えば、放射装置ＳＥから動作時に放出された放射Ｂ１は測定対象ＯＢＪによって反射され、第１の反射された放射Ｒ１または第２の反射された放射Ｒ２が生じるか、第１の反射された放射Ｒ１および第２の反射された放射Ｒ２が生じる。したがって反射された放射Ｒ１，Ｒ２を第１の検出装置ＤＥおよび／または第２の検出装置ＤＥ２によって検出することができる。図１の実施例に関して前述したように、反射された放射Ｒ１，Ｒ２を検出して評価回路ＡＳにおいて評価することができる。
【０１１８】
図５は送信装置ＳＥの実施例を示し、この送信装置ＳＥにおいては複数の表面発光型の半導体素子１，１Ａ〜１Ｆが設けられており、これらの半導体素子は一次元の放射フィールドを形成する。図５に示されている実施例において半導体素子１，１Ａ〜１Ｆは、これらの半導体素子１，１Ａ〜１Ｆからそれぞれ放出される放射Ｂ１〜Ｂ７がそれぞれ放射フィールドの表面に対して異なる角度を形成するように配置されている。例えば、各半導体素子１，１Ａ〜１Ｆを個別に制御することができるので、その都度例えばパルス状のただ１つの放射Ｂ１〜Ｂ７が送信装置ＳＥから放出される。図示した実施例による送信装置ＳＥを用いることにより、例えば広範な対象の複数の点までの距離を測定することができる。つまり、例えば広範な測定対象の輪郭を検出することができる。反射されたそれぞれの放射を検出するために検出装置が１つ設けられていれば十分である。択一的に複数の検出装置を設けることができる。
【０１１９】
図６は放射フィールドの別の実施例を示し、この実施例においては複数の表面発光型の半導体素子が二次元の放射フィールドを形成する。これに関して図示されている放射装置においては、マトリクスで矩形状に配置されている５×３の半導体素子１ＡＡ，１ＡＢ，１ＡＣ，１ＢＡ，１ＢＢ，１ＢＣ，１ＣＡ，１ＣＢ，１ＣＣ，１ＤＡ，１ＤＢ，１ＤＣ，１ＥＡ，１ＥＢ，１ＥＣが設けられている。発光半導体素子１ＡＡ〜１ＥＣは共通の放射面２００を有し、この放射面２００を介してそれぞれ放射、有利にはレーザ放射を放出することができる。図５による一次元の放射フィールドの場合に類似して、二次元の放射フィールドの半導体素子は放射面２００に対してそれぞれ異なる放射角度を有することができ、またこれらの半導体素子を個別に制御することができる。したがって例えば測定対象の表面における複数の点までの距離を検出し、この検出結果から対象の表面構造を導出することができる。
【０１２０】
図７は放射装置ＳＥの別の実施例を示す。この実施例において放射装置ＳＥは第１の発光半導体素子１Ａおよび第２の発光半導体素子１Ｂを包含し、これらの発光半導体素子１Ａ，１Ｂはそれぞれ部分放射Ｂ１Ａ，Ｂ１Ｂを放出するよう構成されている。さらにレンズＬＥが設けられており、このレンズＬＥはコリメートのため、すなわち２つの部分放射Ｂ１Ａ，Ｂ１Ｂを共通の放射Ｂ１に集束するために設けられている。したがって放射Ｂ１はそれぞれの部分放射Ｂ１Ａ，Ｂ１Ｂよりも高い放射密度を有する。別の実施形態においては、複数の半導体素子の部分放射も共通の放射Ｂ１に集束することができる。
【０１２１】
放射装置ＳＥないし半導体素子１から放出された放射Ｂ１を他の光学素子によって成形または誘導することができる。
【０１２２】
図８は、可動に支承されているミラーＭＩを有する、放射を発する半導体素子１の実施例を示す。半導体素子１の放射Ｂ１はミラーＭＩに入射し、このミラーＭＩの位置ないし角度に依存して１つまたは複数の角度に転向ないし反射される。したがって一次元の放射フィールドと同様に、放射パルスを測定対象の異なる位置または点に配向させ、例えば測定対象の輪郭を検出することができる。
【０１２３】
図９は、光学素子を有する半導体素子１の別の実施例を示し、光学素子はこの実施例において光学格子ＧＲとして構成されている。半導体素子１から放出された放射Ｂ１は格子ＧＲにおいて屈折されるので、放射Ｂ１は本来の放射方向から変位する。光学格子による放射の光学的な影響では回折性の影響も考慮することができる。択一的な実施例においては、光学格子ＧＲを光学的な空隙に置換することができ、この空隙により同様に放射Ｂ１は回折性に変位される。
【０１２４】
図１０は評価回路ＡＳ、半導体素子１および検出装置ＤＥを有する測定装置の別の実施例を示す。さらに光ファイバＬＷＬが設けられており、この光ファイバＬＷＬに半導体素子１から放出された放射を入力結合し、この放射を光ファイバＬＷＬを介して本来の放射点ＥＰまで運ぶことができる。図１における実施例と同様に、測定対象ＯＢＪに入射し、且つこの測定対象ＯＢＪから反射された放射Ｒ１として逆方向に放出される放射Ｂ１を放出することができる。反射された放射Ｒ１をやはり検出装置ＤＥによって検出し、評価回路ＡＳにおいて処理することができる。
【０１２５】
図１１は、前述の実施例のうちのいずれか１つによる測定装置を有する測定システムＭＳの実施例を示し、測定システムＭＳはアダプティブクルーズコントロールとして構成されている。図１１には第１の車両ＡＭ１および第２の車両ＡＭ２が示されており、第１の車両ＡＭ１は第１の速度Ｖ１で移動しており、また第２の車両ＡＭ２は第２の速度Ｖ２で移動している。第１の車両ＡＭ１は前述の測定システムＭＳを有し、この測定システムＭＳは動作時に放射Ｂ１、例えばレーザ放射を放出し、この放射Ｂ１が第２の車両ＡＭ２によって反射された放射Ｒ１として反射される。前述のように、反射された放射Ｒ１を測定システムＭＳの測定装置における検出装置によって検出することができる。したがって、例えば放射Ｂ１ないしＲ１の伝播時間から第１の車両ＡＭ１と第２の車両ＡＭ２との間の距離Ｄ１２ならびに第１の車両ＡＭ１に対する第２の車両ＡＭ２の相対速度を検出することができる。このようにして検出された相対的な速度は第１の速度Ｖ１と第２の速度Ｖ２との速度差の値Ｖ２−Ｖ１に相当する。
【０１２６】
例えば測定システムＭＳに第１の車両ＡＭ１の速度Ｖ１が既知である場合には、これにより第２の車両ＡＭ２の絶対的な速度Ｖ２も求めることができる。求められた（相対的な）速度により例えば車両ＡＭ１の速度Ｖ１を適応させ、例えば車両ＡＭ１，ＡＭ２間の所定の距離を維持ないし達成することができる。
【０１２７】
本発明は実施例に基づいた上記の説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載されている特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【０１２８】
殊に本発明は、２つのアクティブ領域のみを有する発光半導体素子を備えた測定装置または測定システムに限定されるものであると見なすべきではない。むしろ、有利にはそれよりも多くの数のアクティブ領域を共通の共振器内に設けることもできる。有利にはこれらのアクティブ領域はそれぞれ対になり、それぞれ２つのアクティブ領域間に配置されており、必要に応じてそれぞれ周波数選択素子によって包囲されているトンネル接合部を介して導電的に直列に接続されている。例えば最大で１０のアクティブ領域を設けることができる。このようにして半導体素子の効率を必要に応じてさらに高めることができる。
【０１２９】
さらには放射装置における半導体素子の１次元または２次元的な配置、直線的な配置ないしは平面的な配置、有利にはマトリクス状の配置も本発明に含まれると見なすことができる。有利にはこの配置構成がモノリシックに集積されて、すなわち種々の半導体素子の半導体ボディのために半導体層列がエピタキシャルに成長されることにより、また有利には単一の成長基板上に半導体素子が形成されることにより実施されている。これによって多数の半導体素子を僅かな間隔で小さい空間に集中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】測定装置の第１の実施例を示す。
【図２】表面発光型の半導体素子の第１の実施例を示す。
【図３】表面発光型の半導体素子の第２の実施例を示す。
【図４】測定装置の第２の実施例を示す。
【図５】放射装置の第１の実施例を示す。
【図６】放射装置の第２の実施例を示す。
【図７】放射装置の第３の実施例を示す。
【図８】ミラーを備えた表面発光型の半導体素子の実施例を示す。
【図９】格子を備えた表面発光型の半導体素子の実施例を示す。
【図１０】測定装置の第３の実施例を示す。
【図１１】アダプティブクルーズコントロールの実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【図１１】
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