(57)【要約】【課題】複数活性領域を備えた光ポンピング式ＶＣＳＥＬの代わりとなる、有効な電気ポンピング式ＶＣＳＥＬを提供する。【解決手段】本発明は、１対の分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）、ＤＢＲ間に配置された光共振器、光共振器内に配置された活性領域、及び、活性領域と等しい数のｐ−ｉ−ｎ接合構造を含む、電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。活性領域は、それぞれ、ｐ−ｉ−ｎ接合構造の対応する１つの真性（ｉ）層を構成している。本発明によれば、活性領域に電気的にポンピングを施し、活性領域を光共振器内における定在波の波腹に配置することが可能になる。【選択図】図１
2004146833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、
　１対の分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）と、
　前記ＤＢＲ間に配置された光共振器と、
　前記光共振器内に配置された活性領域と、
　前記活性領域と等しい数のｐ−ｉ−ｎ接合構造を有し、
　前記活性領域のそれぞれが、前記ｐ−ｉ−ｎ接合構造の対応する１つの真性（ｉ）層を構成する、ＶＣＳＥＬ。
【請求項２】
　前記ｐ−ｉ−ｎ接合構造を並列に接続する電極をさらに有する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項３】
　少なくとも１つのトンネル接合をさらに有する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項４】
　前記トンネル接合によって、２つのｐ−ｉ−ｎ接合構造が電気的に直列に接続される、請求項３に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項５】
　前記トンネル接合が、電流を閉じ込める構造になっている、請求項３に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項６】
　前記ｐ−ｉ−ｎ接合構造のそれぞれが、ｐ型材料、ｎ型材料、前記ｐ型材料と前記活性領域のうち対応する１つとの間のｐ−ｉ接合、及び、前記活性領域のうち対応する１つと前記ｎ型材料の間のｉ−ｎ接合を含み、
　さらに、前記ｐ−ｉ接合が前記ｎ−ｉ接合に実質的に互いに直交するよう配置される、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項７】
　前記ＶＣＳＥＬにおける光学縦モードを閉じ込めるための手段をさらに有する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項８】
　前記閉じ込め手段が、前記活性領域の少なくとも１つに隣接して配置された電流閉じ込め領域を含む、請求項７に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項９】
　前記活性領域のうちの隣接活性領域が、前記活性領域のうちの別の活性領域とは異なる光学利得を示すように、前記電流閉じ込め領域の少なくとも１つが構成される、請求項８に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１０】
　前記ＤＢＲの少なくとも１つが、ＶＣＳＥＬの同調のために移動可能である、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、発光素子に関するものであり、とりわけ、複数活性領域を備えた、電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　発光素子は、光通信システムを含む多くの用途において利用されている。光通信システムは、かねてより存在するが、信号の転送に多量の帯域幅が利用されるため、その利用は増大し続けている。光通信システムは、高帯域幅と高速度をもたらすので、多量の音声及びデータの効率的な長距離通信に適している。一般に、ほぼ１．２マイクロメートル（μｍ）〜１．６μｍほどの比較的長い波長で動作する光通信システムが望ましい。というのも、光ファイバは、一般に、この波長範囲における減衰が最低になるためである。これらの長い波長の光通信システムには、比較的長い波長の光を放出することが可能な光源が含まれている。こうした光源には、垂直共振器面発光レーザ（vertical-cavity surface-emitting laser、ＶＣＳＥＬ）があるが、他のタイプの光源も利用可能である。
【０００３】
　ＶＣＳＥＬは１対のミラーを特徴とする。この一対のミラーは、一般に、分布型ブラッグ・レフレクタ（distributed Bragg reflectors、ＤＢＲ）と呼ばれ、ミラーの間に光共振器（optical cavity）が配置されている。全体構造は、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition、金属有機化学気相蒸着）と呼ばれる場合もある、ＯＭＶＰＥ（organometallic vapor phase epitaxy、有機金属気相成長）によって基板ウェーハ上に形成することが可能である。光共振器には、一般に、スペーサ層（spacer layers）と、活性領域が含まれている。活性領域には、一般に、１つ以上の量子井戸（quantum wells）が含まれている。一般に、１対の隣接バリア層によって挟まれた量子井戸層を含む量子井戸は、キャリヤ、すなわち、電子及びホールが注入される層である。電子及びホールは、活性領域で再結合して、量子井戸における材料層によって決まる波長で光を放出する。量子井戸層は、一般に、低バンドギャップ半導体材料を含んでいるが、バリア層のバンドギャップは、一般に、量子井戸層のバンドギャップよりも高い。こうして、デバイスが順バイアスを受ける場合、電子及びホールが量子井戸層に注入されて、捕獲され、再結合して、特定の波長のコヒーレントな光を放出することになる。
【０００４】
　スペーサ層によって、活性領域がＤＢＲから分離されている。ＤＢＲは、屈折率の異なる材料による交互層を用いて形成されている。ＤＢＲの反射率は、層対を構成する層材料の屈折率によって決まり、一方のＤＢＲの反射率がもう一方のＤＢＲよりわずかに低くなる。活性領域で発生する光は、反射率が低い方のＤＢＲを介して、ＶＣＳＥＬから放出される。
【０００５】
　複数の活性領域を備えたＶＣＳＥＬも生産されている。ＶＣＳＥＬの活性領域数によって、ＶＣＳＥＬのしきい値利得が決まる。ＶＣＳＥＬから光が放出される前に、ＶＣＳＥＬに固有の多大な損失を克服しなければならない。ＶＣＳＥＬの損失は、ミラー、回折、及び、分布損失によって生じる。ミラーの損失は、ミラーの反射率が１００％未満であるために生じる。実際、ミラーがの反射率が１００％であれば、ＶＣＳＥＬから光を放出することが不可能になる。回折損失が生じるのは、放出される光が、ＶＣＳＥＬのガイド・アパーチャ（aperture、穴、窓）から遠ざかるにつれて、拡がる場合である。分布損失は、散乱、及び、ＶＣＳＥＬ構造による光の吸収によって生じる。
【０００６】
　これらの損失のいくつかを克服するため、光ポンピング式ＶＣＳＥＬには、複数活性領域を含むことが可能である。初期の光ポンピング式ＶＣＳＥＬは、それぞれ、５つの量子井戸を備える、３つの活性領域を備えていた。ミラーは、わずかに粗い表面を備えた誘電体層から構成されるので、ミラーによる散乱損失を克服するため、複数量子井戸が用いられた。一般に、ＶＣＳＥＬにおける総合全損失を最小限に抑えることができれば、必要とされる量子井戸が少なくなる。さらに、複数量子井戸を用いることによって、ＶＣＳＥＬの高温性能を改善することが可能になる（すなわち、Ｔ０（T zero）を増すことが可能になる）。
【０００７】
　しかし、ＶＣＳＥＬの場合、光共振器に存在する定在波の波腹の１つの下にぴったりと合うことが可能な量子井戸数に制限がある。追加される量子井戸が多すぎると、外側の量子井戸が定在波の光学モードに一致せず、量子井戸は、ＶＣＳＥＬのモード利得に十分に寄与しない。これを克服するため、複数量子井戸に、共振周期利得（ＲＰＧ）構造と呼ばれる配置を施すことが可能である。ＲＰＧ構造には、定在波の隣接する波腹の下に位置する、２つ以上の活性領域が含まれる。このＲＰＧ構造を利用して、そのしきい値利得（すなわち、全損失を克服する利得）が比較的大きい、ＶＣＳＥＬの光学利得が最大化される。
【０００８】
　ＶＣＳＥＬの特定の実施例では、ＶＣＳＥＬの出力波長を調整できるように、ＤＢＲの１つが移動可能に構成されている。こうしたＶＣＳＥＬは、同調可能（tunable）ＶＣＳＥＬと呼ばれる。当該技術において既知のように、ミラーの１つは、共振器のスペーサ層の上に配置されていて、静電モータで移動させることができ、これにより、ＶＣＳＥＬの出力波長を変化させることが可能である。
【０００９】
　光は、解説したばかりの同調可能ＶＣＳＥＬにおいて、光ポンピング（optical pumping）によって発生する。光ポンピング式長波長同調可能ＶＣＳＥＬは、一般に、アンドープ（undoped、不純物が注入されない）材料層を備え、約９８０ナノメートル（ｎｍ）の出力を有する高パワー・レーザ・ダイオードを利用して、ＶＣＳＥＬ活性領域にキャリヤを発生する。キャリヤは、活性領域において再結合し、ＶＣＳＥＬは、所望の波長の光を放出する。
【００１０】
　光ポンピング式ＶＣＳＥＬの欠点の１つは、ポンピング・レーザ・ダイオードの出力とＶＣＳＥＬのアライメントにかなりの複雑さが伴うことである。一部の用途におけるもう１つの欠点は、ＶＣＳＥＬにおける活性領域の全てが、同じ光を利用して誘導されるという点である。最後に、光ポンピング式レーザは、一般に、電気ポンピング式レーザよりも大型で、コストが高くつくので、光ポンピング式レーザの総合効率は、電気ポンピング式レーザに比べて低い。光ポンピング式レーザは、２つのデバイスが存在するので、大きくなり、２つのデバイスの相互アライメントを慎重に施さなければならないので、コストが高くつく。
【００１１】
　電気ポンピング式ＶＣＳＥＬには、ｐ型材料層とｎ型材料層の間に、活性領域を形成する真性材料がはさまれている、ｐ−ｉ−ｎ接合構造が含まれている。最適な発光を得るには、光共振器内に発生する定在波（軸モードまたは縦モード）の波腹に、活性領域を配置するのが望ましい。しかし、複数活性領域を備えるＶＣＳＥＬの場合、各活性領域は、数百ナノメートルずつ離隔されている。単一ｐ−ｉ−ｎ接合を含むＶＣＳＥＬの場合、従来の解決方法には、単一ｐ−ｉ−ｎ接合から複数活性領域にキャリヤを電気的に均一に注入するものはない。
【００１２】
　上述のように、複数の活性領域が光ホンピング式ＶＣＳＥＬで用いられ、損失を克服し、レーザしきい値電流（すなわち、ＶＣＳＥＬによって光が発生する、ポンピング・レーザを流れる最小電流）を減少させる。複数活性領域は、定在波の隣接する波腹の下に配置される。共振器の厚さが１波長を越えるものと仮定すると、これらの波腹は、共振器内において、ちょうど１／２波長だけ離れている。例えば、共振器の厚さが２、３、または、ｎ−λであると仮定する。ここで、λは共振器の材料における放出光の波長である。波長が１．５μｍで、屈折率が３．５の場合、２つの隣接活性領域は、離隔距離が＞２００ｎｍになる。２つの活性領域が存在し、ｐ−ｉ−ｎ接合が、それらの一方のまわりに位置するものと仮定すると、もう一方の活性領域は、ｐ−ｉ−ｎ接合から＞２００ｎｍに位置することになる。遠い活性領域に注入される電子及びホールの数は、ｐ−ｉ−ｎ接合により近い活性領域に注入される数よりも少なくなる。一般に、単一ｐ−ｉ−ｎ接合は、２つの独立した活性領域を均等に励起することができない。注入されるキャリヤ密度の均質性は、活性領域が互いに接近している場合のほうが優れている。しかし、ＶＣＳＥＬの場合、光学縦モードの内部強度プロファイルによって、活性領域の間隔が決定される。従って、ＶＣＳＥＬ構造によって、単一接合による複数活性領域の均一なポンピングが妨げられる。
【００１３】
　単一ｐ−ｉ−ｎ接合による複数活性領域の電機ポンピングの非均一性を特徴付けるパラメータは、活性領域間の間隔距離が１／２波長ということであり、これは、波長、屈折率、及び、少数キャリヤの拡散距離によって決まる。その少数キャリヤの拡散距離は、注入されたキャリヤ濃度が減衰するｐ−ｉ−ｎ接合からの距離と特徴付けられる。１／２波長の間隔距離が、少数キャリヤの拡散距離のわずか何分の１かを超えると、単一ｐ−ｉ−ｎ接合による複数活性領域のポンピングが不均一になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
　従って、本発明の目的は、複数活性領域を備えた光ポンピング式ＶＣＳＥＬの代わりとなる、有効な電気ポンピング式ＶＣＳＥＬを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
　本発明によれば、複数の活性領域を備えた電気ポンピング式ＶＣＳＥＬのいくつかの実施態様が得られる。本発明によれば、活性領域に電気的にポンピングを施し、活性領域を光共振器内における定在波の波腹に配置することが可能になる。
【００１６】
　実施態様の１つでは、本発明は、１対の分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）、ＤＢＲ間に配置された光共振器、光共振器内に配置された活性領域、及び、活性領域と等しい数のｐ−ｉ−ｎ接合構造を含む、電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。活性領域は、それぞれ、ｐ−ｉ−ｎ接合構造の対応する１つの真性（ｉ）層を構成している。
【００１７】
　本発明の実施態様によれば、いくつかの異なるｐ−ｉ−ｎ接合と、さまざまな実施態様において、複数活性領域に対する個別バイアスを可能にし、また、他の実施態様において、単純化された電気接続を可能にする電極構成を備えた、電気ポンピング式同調可能ＶＣＳＥＬも得られる。
【００１８】
　上記に追加される、または、上記の代わりとなる他の特徴及び利点が、付属の図面を参照することにより、下記の説明から明らかになる、本発明のいくつかの実施態様によって得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　図１は、本発明の第１の実施態様に従って構成された典型的な垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１００を例示した概略図である。ＶＣＳＥＬ１００には、金属接合層１０６を用いて、分布型ブラッグ・レフレクタ（ＤＢＲ）１２０が接合されているシリコン基板１０２が含まれている。
【００２０】
　この例の場合、ＤＢＲ１２０は、誘電体ＤＢＲであり、各層対が二酸化珪素（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層から構成される、約６〜８の層対を含んでいる。ＤＢＲ１２０の反射率は、ＤＢＲの交互に層を構成する２つの材料の屈折率、交互層の厚さ、及び、ＤＢＲの構成に用いられる層数によって決まる。これらのパラメータ並びにその他のパラメータは、所望の波長範囲（すなわち、１．５〜１．６μｍ）内における高反射率といった、特異性を備えるＤＢＲを製作するために変更することが可能である。例えば、上述の材料を用いて製作される場合、ＤＢＲ１２０は、「誘電体」ＤＢＲとして知られるものになる。他の材料を利用して、半導体ＤＢＲを製作することも可能である。
【００２１】
　ＤＢＲ１２０上には、ＩｎＰ（りん化インジウム）から成る厚さ１．８マイクロメートル（μｍ）の下方共振器スペーサ層１２２が配置されている。この例の場合、下方共振器スペーサ層１２２は、ｎ型であり、光学的厚さが３．７５λである。光学的厚さは、物理的厚さ／屈折率に相当する。従って、この層の物理的厚さは、３．７５λ／ｎである。同調可能レーザの場合、λは、同調範囲における特定波長であり、一般には、同調範囲の中心波長である。下方共振器スペーサ層１２２のような厚さλの複層によって、望ましい側方放熱が可能になる。
【００２２】
　ＶＣＳＥＬの場合、１対の共振器スペーサ層によって、活性領域と、活性領域スペーサ層（後述する）がはさまれており、共振器スペーサ層は、光共振器スペーサ層と呼ばれる場合もある。共振器スペーサ層の厚さは、ＶＣＳＥＬの光学縦モードと量子井戸利得を最適化するように選択されているので、適正なファブリ・ペロー（Fabry-Perot）共振が得られることになる。さらに、共振器スペーサ層は、同じ厚さである必要はない。実際、後述するように、下方共振器スペーサ層１２２及び上方共振器スペーサ層１４２（後述する）は、厚さの異なるＩｎＰ層から製作されている。こうした構造は、結果として、参照番号１５２を用いて表示された、「非対称」共振器と呼ばれるものになる。
【００２３】
　下方共振器スペーサ層１２２の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム砒素リン）による厚さ７０ｎｍの活性領域スペーサ層１２４が配置されている。活性領域スペーサ層１２４の上には、複数量子井戸を含む活性領域１２６が配置されている。活性領域１２６には、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が含まれている。この例の場合、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層は、８．５ｎｍの厚さが望ましく、Ｉｎ０．７６Ｇａ０．２４Ａｓ０．７５Ｐ０．２５から製作される。バリア層は、８．０ｎｍの厚さが望ましく、Ｉｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓ０．７５Ｐ０．２５から製作される。１対のバリア層の間に量子井戸層が挟まれると、量子井戸が形成される。この例の場合、５つの量子井戸層と、６つのバリア層が設けられて、活性領域１２６に５つの量子井戸を形成している。あるいはまた、活性領域スペーサ層は、各活性領域内において最下バリア層及び最上バリア層の働きをすることも可能である。あるいはまた、各活性領域は、対応する数（ｎ＋１）のバリア層の間に挟み込まれた、異なる数（ｎ）の量子井戸層から構成することも可能である。
【００２４】
　活性領域１２６の成長時に、活性領域の材料にドーパントが添加されることはない。従って、真性（ｉ）材料を導通させる上で、電子が主たる働きをする傾向があるけれども、活性領域は、真性（ｉ）材料から製作されているものとみなされることになる。
【００２５】
　活性領域１２６の上には、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰによる厚さ１４０ｎｍの活性領域スペーサ層１２８が配置されている。活性領域スペーサ層１２８の上には、構成が活性領域１２６と同様の活性領域１３２が配置されている。活性領域１３２の上には、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰによるもう１つの厚さ１４０ｎｍの活性領域スペーサ層１３４が配置されている。活性領域スペーサ層１３４の上には、活性領域１２６及び１３２と同様の活性領域１３６が配置され、活性領域１３６の上には、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰによるもう１つの厚さ７０ｎｍの活性領域スペーサ層１３８が配置されている。活性領域１３２及び１３６の成長時に、これらの活性領域の材料にドーパントが添加されることはない。
【００２６】
　活性領域スペーサ層１３８の上には、ＩｎＰによる厚さが１．３μｍの上方共振器スペーサ層１４２が配置されている。この例の場合、上方共振器スペーサ層１４２は、ｐ型であり、光学的厚さは２．７５λである。上方共振器スペーサ層１４２の上には、ＤＢＲ１５０が配置されている。この例の場合、ＤＢＲ１５０には、各層対が二酸化珪素（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層から構成される、約４〜８の層対が含まれている。ＤＢＲ１５０の構成は、ＤＢＲ１２０の構成と同様である。しかし、ＤＢＲ１５０は、ＤＢＲ１２０と反射率が異なるので（つまり、より低い）、ＤＢＲ１５０を介して、ＶＣＳＥＬ１００から光を放出することが可能である。
【００２７】
　図１に示すＶＣＳＥＬ１００の例は、同調可能であるが、ＤＢＲ１５０は、静電モータ（不図示）に結合された上方共振器スペーサ層１４２に隣接して配置されており、当該技術において既知のように、モータによって共振器の軸方向に移動させることが可能である。こうして、ＤＢＲ１５０を静電的に移動させることによって、約１．５〜１．６μｍの出力波長範囲内で、ＶＣＳＥＬ１００の出力波長を同調させることが可能になる。
【００２８】
ＶＣＳＥＬ１００の同調が不可能な実施態様の場合、ＤＢＲ１５０は、上方共振器スペーサ層１４２に固定されている。
【００２９】
　下方共振器スペーサ層１２２、活性領域スペーサ層１２４、１２８、１３４、及び、１３８、活性領域１２６、１３２、及び、１３６、上方共振器スペーサ層１４２は、非対称共振器１５２を形成している。活性領域１２６、１３２、及び、１３６によって発生し、ＤＢＲ１２０と１５０の間で反射された光は、ＤＢＲの一方を介して放出されるまで、光共振器内で共振する。所望の光放出方向に応じて、ＤＢＲの一方の反射率がもう一方のＤＢＲよりもわずかに低くなる。こうして、光は、主として、反射率が低いほうのＤＢＲを介して、ＶＣＳＥＬから放出されることになる。
【００３０】
　図解のように、活性領域スペーサ層１３８の上には、第１のｐ電極１８２が配置されており、活性領域スペーサ層１３４の上には、第１のｎ電極１８６が配置されている。活性領域スペーサ層１２８及び活性領域スペーサ層１２４の上には、それぞれ、第２のｐ電極１８４及び第２のｎ電極１８８が、それぞれ、配置されている。
【００３１】
　活性領域スペーサ層１２４、活性領域１２６、及び、活性領域スペーサ層１２８は、活性領域１２６を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造を形成している。同様に、活性領域スペーサ層１２８、活性領域１３２、及び、活性領域スペーサ層１３４は、活性領域１３２を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造を形成している。活性領域スペーサ層１３４、活性領域１３６、及び、活性領域スペーサ層１３８は、活性領域１３６を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造を形成している。本発明の態様の１つによれば、図１に解説の電極構成によって、各ｐ−ｉ−ｎ接合構造（従って、各関連活性領域１２６、１３２、及び、１３６）に個別にバイアスをかけることが可能になり、結果として、個別操作可能な複数活性領域を備える、電気ポンピング式同調可能ＶＣＳＥＬが得られる。
【００３２】
　さらに、各活性領域に関連したｐ−ｉ−ｎ接合構造に個別にバイアスをかけることによって、活性領域の光学利得を個別に独立して調整することが可能になる。これによって、活性領域間における不均一な光学利得の補正が可能になり、ＶＣＳＥＬ１００の総合光学利得プロファイルの調整が可能になる。活性領域の光学利得は、例えば、活性領域における電流拡散またはアパーチャのばらつきのため、異なる可能性がある。光学利得プロファイルは、ＶＣＳＥＬの中心からの半径に応じた光学利得の変動、並びに、各活性領域間における利得の変動である。
【００３３】
　個別にバイアスされる各活性領域は、「個別操作可能な」活性領域と呼ばれる。個別操作可能な活性領域によって、ＶＣＳＥＬの光出力を変調するのに、活性領域の１つを通る電流の変調だけしか必要でなくなるので、ＶＣＳＥＬの変調を単純化することが可能になる。電流の１つだけしか変調しないので、ＶＣＳＥＬによって出射される光に変調を施すために、変調器によって制御される全電流が減少することになる。活性領域の１つだけを通る電流を減少させると、ＶＣＳＥＬの光学利得がしきい値未満にまで低下する。
【００３４】
　さらに、参照番号１６４、１６８、及び、１７４を用いて表示の閉じ込め構造が、それぞれ、活性領域１２６、１３２、及び、１３６に近接した活性領域スペーサ層に配置されている。閉じ込め構造は、例えば、製作中に、活性領域スペーサ層１２８、１３４、及び、１３８にＡｌＩｎＡｓ（アルミニウム・インジウム砒素）の層を形成することによってそれぞれの材料層に形成される。例えば、閉じ込め構造１６４に関して云えば、ＡｌＩｎＡｓの層は、活性領域スペーサ層１２８の形成によって部分的に形成される。次に、活性領域スペーサ層１２８が完成される。次に、ＡｌＩｎＡｓに選択的に側方エッチングを施して、閉じ込め領域１６２が形成される。エッチングによって、ＡｌＩｎＡｓ材料の一部が除去され、ＶＣＳＥＬの隣接活性領域１２６を通る電流が閉じ込められる閉じ込め領域１６２が得られる。閉じ込め領域１６２は、光学縦モードの閉じ込めを可能にする。あるいはまた、閉じ込め領域１６２は、ＡｌＩｎＡｓの側方酸化によって形成することも可能である。
【００３５】
　閉じ込め構造１６８及び１７４は、それぞれ、活性領域スペーサ層１３４及び１３８に同様に形成される。閉じ込め領域１６２、１６６、及び、１７２によって、ＶＣＳＥＬの隣接活性領域１２６、１３２、及び、１３６を流れる電流が、それぞれ、所望の経路に向けられ、また、光学縦モード閉じ込めが可能になる。
【００３６】
　活性領域１２６、１３２、及び、１３６のそれぞれに個別にバイアスをかける能力は、各活性領域に異なるサイズの閉じ込め領域を設ける能力によって補完することが可能である。各活性領域毎サイズの異なる閉じ込め領域によって、ＶＣＳＥＬのさまざまな動作特性を向上させることが可能になる。例えば、ビームの拡がり（回折）を最小限に抑え、ＶＣＳＥＬの利得／インデックス・プロファイルを最大にすることが可能になる。さらに、閉じ込め領域のサイズ及び厚さによって、ＶＣＳＥＬ１００の側方インデックス・ガイド及び利得プロファイルを調整することが可能になる。
【００３７】
　活性領域１２６、１３２、及び、１３６のそれぞれに個別にバイアスをかける能力を備えることのもう１つの利点は、活性領域の相対バイアスを調整することによって、ＶＣＳＥＬの製作中に明らかになる可能性のある材料の不均一性を電気的に補償することができるという点である。
【００３８】
　図２は、本発明によるＶＣＳＥＬの第２の実施態様２００を例示した概略図である。図２の場合、図１のＶＣＳＥＬ１００の材料層と同様のＶＣＳＥＬ２００の材料層は、同様の参照番号を利用して表示されている。例えば、図２のシリコン基板２０２は、図１のシリコン基板１０２と同様のものである。
【００３９】
　ＶＣＳＥＬ２００には、金属ボンディング層２０６を用いてＤＢＲ２２０が接合されるシリコン基板２０２が含まれている。ＤＢＲ２２０は、図１のＤＢＲ１２０と同様である。
【００４０】
　ＤＢＲ２２０の上には、ＩｎＰによる厚さ１．８μｍの下方共振器スペーサ層２２２が配置されている。下方共振器スペーサ層２２２の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる厚さ７０ｎｍの活性領域スペーサ層２２４が配置されている。活性領域スペーサ層２２４の上には、複数量子井戸を含む活性領域２２６が配置されている。活性領域２２６には、ＩｎＧａＡｓＰバリア層の間に挟み込まれたＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層が含まれている。量子井戸層及びバリア層の材料は、たとえば、活性領域１２６に関して上述のモル分率を有することが可能である。活性領域２２６の上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰによる厚さ１４０ｎｍの活性領域スペーサ層２２８が配置されている。活性領域スペーサ層２２４、活性領域２２６、及び、活性領域スペーサ層２２８によって、その真性層として活性領域２２６を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。
【００４１】
　活性領域スペーサ層２２８の上には、構成が活性領域２２６と同様の活性領域２３２が配置されている。活性領域２３２の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる厚さ１４０ｎｍのもう１つの活性領域スペーサ層２３４が配置されている。活性領域スペーサ層２２８、活性領域２３２、及び、活性領域スペーサ層２３４によって、その真性層として活性領域２３２を含むもう１つのｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。
【００４２】
　活性領域スペーサ層２３４の上には、活性領域２２６及び２３２と同様の活性領域２３６が配置され、活性領域２３６の上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰによる厚さ７０ｎｍの活性領域スペーサ層２３８が配置されている。活性領域スペーサ層２３４、活性領域２３６、及び、活性領域スペーサ層２３８によって、その真性層として活性領域２３６を含む第３のｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。
【００４３】
　活性領域スペーサ層２３８の上には、ＩｎＰによる厚さが１．３μｍの上方共振器スペーサ層２４２が配置されている。上方共振器スペーサ層２４２の上には、ＤＢＲ２５０が配置されている。この例の場合、ＤＢＲ２５０には、各層対が二酸化珪素（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層から構成される、約４〜８の層対が含まれている。ＤＢＲ２５０は、図１のＤＢＲ１５０と同様である。
【００４４】
　図２に示すＶＣＳＥＬ２００は、同調可能であり、ＤＢＲ２５０は、静電モータ（不図示）に結合された上方共振器スペーサ層２４２に隣接して配置されており、当該技術において既知のように、モータによって共振器の軸方向に移動させることが可能である。こうして、ＤＢＲ２５０を静電的に移動させることによって、約１．５〜１．６μｍの出力波長範囲内で、ＶＣＳＥＬ２００の出力波長を同調させることが可能になる。
【００４５】
　ＶＣＳＥＬ２００の同調が不可能な実施態様の場合、ＤＢＲ２５０は、上方共振器スペーサ層２４２に固定される。
【００４６】
　下方共振器スペーサ層２２２、活性領域スペーサ層２２４、２２８、２３４、及び、２３８、活性領域２２６，２３２、及び、２３６、及び、上方共振器スペーサ層２４２によって、図１の非対称光共振器１５２と同様の、非対称光共振器２５２が形成されている。図１の閉じ込め構造１６４、１６８、及び、１７４と同様に、閉じ込め構造２６４、２６８、及び、２７４が形成されている。閉じ込め構造によって、閉じ込め領域２６２、２６６、及び、２７２が形成されている。
【００４７】
　本発明のこの実施態様によれば、単一ｐ電極２８２が、活性領域スペーサ層２２８及び２３８と接触するように配置されている。同様に、単一ｎ電極２８６が、活性領域スペーサ層２２４及び２３４と接触するように配置されている。参照番号２９２で表示の絶縁材料が、図示のように、ｐ電極２８２と、活性領域スペーサ層２２８、２３４、及び、２３８の側部及び活性領域２３２及び２３６の側部との間に配置されて、活性領域スペーサ層２３４及び活性領域２３２及び２３６からｐ電極２８２を電気的に絶縁している。同様に、絶縁材料２９４が、図示のように、ｎ電極２８６と、活性領域スペーサ層２２８及び２３４の側部及び活性領域２２６及び２３２の側部との間に配置されて、活性領域スペーサ層２２８及び活性領域２２６及び２３２からｎ電極２８６を電気的に絶縁している。絶縁材料２９２は、絶縁材料２９４と一体にすることが可能である。
【００４８】
　絶縁材料は、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）または窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）のような誘電体材料とすることが可能であり、低温プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のようなコンフォーマル・フィルム・コーティングを施す技法によって、薄膜として被着させることが可能である。次に、薄膜の電気接触が要求される部分に、ウィンドウが開けられる。ｐ電極２８２及びｎ電極２８６が配置され、引き続きパターン形成が施される。
【００４９】
　ｐ電極２８２は、ｐ型活性領域スペーサ層２２８及び２３８と電気的に接触し、ｎ電極２８６は、ｎ型活性領域スペーサ層２２４及び２３４と電気的に接触する。図２に示される接触構成によって、全ての活性領域に共通のバイアスが並列にかかることになる。ＶＣＳＥＬ２００の活性領域に個別にバイアスをかけることができなくなるが、こうしたバイアス構成にすると、電気ポンピング式同調可能ＶＣＳＥＬが得られることになり、図１に示す実施態様に比べて、接触構成及びバイアス回路構成（不図示）が単純化されることになる。
【００５０】
　図３Ａは、本発明によるＶＣＳＥＬの第３の実施態様３００を例示した概略図である。図３Ａの場合、図１のＶＣＳＥＬ１００の材料層と同様のＶＣＳＥＬ３００の材料層は、同様の参照番号を利用して表示されている。例えば、図３のシリコン基板３０２は、図１のシリコン基板１０２と同様のものである。
【００５１】
　ＶＣＳＥＬ３００には、金属ボンディング層３０６を用いてＤＢＲ３２０が接合されるシリコン基板３０２が含まれている。ＤＢＲ３２０は、図１のＤＢＲ１２０と同様である。ＤＢＲ３２０の上には、ＩｎＰによる厚さが１．８μｍの下方共振器スペーサ層３２２が配置されている。図３Ａに示す実施態様の場合、活性領域を包囲する活性領域スペーサ層の厚さは、光共振器３５２が、整数の波長に等しい厚さになり、ＶＣＳＥＬ３００の所望の特性に基づいて決まるように選択される。
【００５２】
　下方共振器スペーサ層３２２の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３２４が配置されている。活性領域スペーサ層３２４の上には、複数量子井戸を含む活性領域３２６が配置されている。活性領域３２６には、上述のように、ＩｎＧａＡｓＰバリア層の間に挟み込まれたＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層が含まれている。活性領域３２６の上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３２８が配置されている。活性領域スペーサ層３２４、活性領域３２６、及び、活性領域スペーサ層３２８によって、その真性層として活性領域３２６を含む、ｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。
【００５３】
　活性領域スペーサ層３２８の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３２９が配置されている。活性領域スペーサ層３２９の上には、活性領域３３２が配置されている。活性領域３３２の上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３３１が配置されている。活性領域スペーサ層３２９、活性領域３３２、及び、活性領域スペーサ層３３１によって、その真性層として活性領域３３２を含む、ｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。
【００５４】
　詳細に後述するように、活性領域スペーサ層３２８の一部は、活性領域スペーサ層３２９の近くにおいて、多量にｐ型ドープ（dope）されて、ｐ型トンネル接合層を形成している。同様に、活性領域スペーサ層３２９の一部は、活性領域スペーサ層３２８の近くにおいて、多量にｎ型ドープされて、ｎ型トンネル接合層を形成している。活性領域スペーサ層３２８及び活性領域スペーサ層３２９の一部であるトンネル接合層の界面に存在する接合３３０は、トンネル接合である。トンネル接合は、低逆電圧の降下を生じ、主伝導メカニズムが当該技術において既知の量子力学的トンネリングである、ｐ−ｎ接合である。トンネル接合については、図３Ｂに関連して、詳細に後述することにする。
【００５５】
　活性領域スペーサ層３３１の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３３３が配置されている。活性領域スペーサ層３３３の上には、活性領域３３６が配置されている。活性領域３３６の上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３３７が配置されている。活性領域スペーサ層３３３、活性領域３３６、及び、活性領域スペーサ層３３７によって、その真性層として活性領域３３６を含む、ｐ−ｉ−ｎ接合構造が構成されている。活性領域スペーサ層３３１及び活性領域スペーサ層３３３には、並置トンネル接合層が存在し、トンネル接合層の界面には、トンネル接合３３５が存在する。
【００５６】
　活性領域スペーサ層３３７の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰによる活性領域スペーサ層３３９が配置されている。活性領域スペーサ層３３７及び活性領域スペーサ層３３９には、並置トンネル接合層が存在し、トンネル接合層の界面には、トンネル接合３４０が存在する。
【００５７】
　活性領域スペーサ層３３９の上には、ＩｎＰによる厚さ１．３μｍの上方共振器スペーサ層３４２が配置されている。上方共振器スペーサ層３４２の上には、ＤＢＲ３５０が配置されている。この例の場合、ＤＢＲ３５０には、各層対が二酸化珪素（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層から構成される、約４〜８の層対が含まれている。ＤＢＲ３５０は、図１のＤＢＲ１５０と同様である。
【００５８】
　図３Ａに示すＶＣＳＥＬ３００の例は、同調可能であり、ＤＢＲ３５０は、静電モータ（不図示）に結合された上方共振器スペーサ層３４２に隣接して配置されており、当該技術において既知のように、モータによって共振器の軸方向に移動させることが可能である。こうして、ＤＢＲ３５０を静電的に移動させることによって、約１．５〜１．６μｍの出力波長範囲内で、ＶＣＳＥＬ３００の出力波長を同調させることが可能になる。
【００５９】
　ＶＣＳＥＬ３００の同調が不可能な実施態様の場合、ＤＢＲ３５０は、上方共振器スペーサ層３４２に固定されている。
【００６０】
　ｎ型活性領域スペーサ層３３９の上には、金属陽極電極３８２が配置されている。ｎ型活性領域スペーサ層３２４の上には、ｎ電極３８６が配置されている。活性領域スペーサ層の厚さは、自由キャリヤ吸収またはバンド間吸収を回避するため、共振器３５２内に形成される定在波の波節にトンネル接合３３０、３３５、及び、３４０の位置がくるように設計されている。
【００６１】
　本発明のこの実施態様によれば、活性領域３２６、３３２、及び、３３６が、トンネル接合３３０、３３５、及び、３４０によって電気的に直列に接続される。トンネル接合の低逆電圧が降下すると、２つの電極３８２及び３８６の利用だけしか許さない、活性領域３２６、３３２、及び、３３６の直列ｐ−ｉ−ｎ接合構成が得られることになる。この構成によって、電極が取り付けられる層を露出させるのに必要なエッチング量が最小限に抑えられ、１対の電極で複数活性領域にポンピングを施すことが可能になる。従って、ＶＣＳＥＬ３００は、２端子デバイスである。
【００６２】
　さらに、ＶＣＳＥＬ３００の場合、トンネル接合３３０、３３５、及び、３４０は、ＶＣＳＥＬ３００を通る電流を閉じ込めて、光学縦モード閉じ込めを可能にする閉じ込め領域を形成する構造になっており、このため、独立した閉じ込め領域を製作する必要がない。
【００６３】
　図３Ｂは、例証のため、図３Ａのトンネル接合３３０に対応するトンネル接合構造３３８を例示した概略図である。トンネル接合構造３３８には、ｎ型ＩｎＰによるｎ型トンネル接合層３９２がその上に配置される、ｐ型ＩｎＧａＡｓまたはＡｌＩｎＡｓによるｐ型トンネル接合層３９４が含まれている。ｐ型トンネル接合層３９４は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）または炭素（Ｃ）を利用して多量にドープされ、ｎ型トンネル接合層３９２は、例えば、セレン（Ｓｅ）またはシリコン（Ｓｉ）を利用して多量にドープされる。トンネル接合層３９２と３９４の間の接合は、トンネル接合３３０である。トンネル接合層３９４におけるＩｎＧａＡｓまたはＡｌＩｎＡｓ材料は、部分的にＶＣＳＥＬ３００内にまで食い込む、側方エッチングを施されて、図３Ｂに示す電流閉じ込め構造が形成される。トンネル接合３３０の広がりは、ＶＣＳＥＬ３００の領域の一部に限られ、電流がＶＣＳＥＬ３００を流れる電流閉じ込め経路を形成している。
【００６４】
　代替実施態様の場合、トンネル接合３３０，３３５、及び、３４０の全てまたは一部が、ＶＣＳＥＬの全領域にわたって延びており、ＶＣＳＥＬには、さらに、または、代わりに、上述のものと同様の電流閉じ込め構造が含まれている。トンネル接合に依存しないで、電流閉じ込めを施す実施態様の場合、活性領域スペーサ層３３９及びトンネル接合３４０を省略し、上方共振器スペーサ層３４２をより厚くして、省略層の欠如を補償することが可能である。この場合、電極３８２は、ｐ電極であり、ｐ型活性領域スペーサ層３３９に接触する。
【００６５】
　図４Ａは、本発明によるＶＣＳＥＬの第４の実施態様４００を例示した概略図である。図４Ａの場合、図１のＶＣＳＥＬ１００の材料層と同様である、ＶＣＳＥＬ４００の材料層が、同様の参照番号を用いて表示されている。例えば、図４Ａのシリコン基板４０２は、図１のシリコン基板１０２と同様である。
【００６６】
　ＶＣＳＥＬ４００には、金属ボンディング層４０６を用いてＤＢＲ４２０が接合される、ＩｎＰのシリコン基板４０２が含まれている。ＤＢＲ４２０の上には、ＩｎＰによる厚さ１．８μｍの下方共振器スペーサ層４２２が配置されている。下方共振器スペーサ層４２２の上には、ｎ型ＩｎＰによる厚さが７０ｎｍの活性領域スペーサ層４２４が配置されている。
【００６７】
　活性領域スペーサ層４２４の上には、活性領域４２６、ｎ型ＩｎＰによる活性領域スペーサ層４２８、第２の活性領域４３２、ｎ型ＩｎＰによるもう１つの活性領域スペーサ層４３４、第３の活性領域４３６、及び、ｎ型ＩｎＰによるもう１つの活性領域スペーサ層４３８が配置されている。活性領域の成長時に、活性領域の材料にドーパントが添加されることはない。従って、活性領域は、真性（ｉ）材料から構成される。
【００６８】
　活性領域スペーサ層４３８の上には、ＩｎＰによる厚さ１．３μｍの上方共振器スペーサ層４４２が配置され、上方共振器スペーサ層４４２の上には、ＤＢＲ４５０が配置されている。この例の場合、ＤＢＲ４５０には、各層対が二酸化珪素（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層から構成される、約４〜８の層対が含まれている。ＤＢＲ４５０は、図１のＤＢＲ１５０の構成と同様である。
【００６９】
　ＶＣＳＥＬ４００が同調可能な実施態様の場合、ＤＢＲ４５０が、静電モータ（不図示）に結合された上方共振器スペーサ層４４２に隣接して配置されており、当該技術において既知のように、モータによって共振器の軸方向に移動させることが可能である。こうして、ＤＢＲ４５０を静電的に移動させることによって、約１．５〜１．６μｍの出力波長範囲内で、ＶＣＳＥＬ４００の出力波長を同調させることが可能になる。
【００７０】
　ＶＣＳＥＬ４００の同調が不可能な実施態様の場合、ＤＢＲ４５０は、上方共振器スペーサ層４４２に固定されている。
【００７１】
　下方共振器スペーサ層４２２、上方共振器スペーサ層４４２、及び、その間に配置された層によって、非対称光共振器４５２が形成されている。光共振器４５２は、ｎ型材料による層だけから構成されている。ｎ型材料は、一般に、自由キャリヤ損失がｐ型材料よりも少ないので、結果として、ＶＣＳＥＬ４００は、その光共振器がｎ型材料とｐ型材料から構成されているＶＣＳＥＬよりも光学損失が小さくなる可能性がある。
【００７２】
　上述のように、光閉じ込め領域４７２を形成する閉じ込め構造４７４が、活性領域スペーサ層４３８内に配置されている。光閉じ込め領域４７２によって、光学横モード閉じ込めが可能になる。あるいはまた、光閉じ込め領域４７２は、ＶＣＳＥＬ４００内の他の場所に配置することも可能である。ＶＣＳＥＬ４００には、複数閉じ込め構造を含むことが可能である。
【００７３】
　ＶＣＳＥＬ４００に対して、活性領域スペーサ層４２４に達するまでエッチングを施すことによって、ほぼ円筒形の柱状物４７８が形成される。本発明のこの態様によれば、円筒４７８の側面４８４、及び、エッチングによって露出した活性領域スペーサ層４２４の表面に亜鉛（Ｚｎ）または別のｐ型ドーパントを拡散させることによって、ｐドープ領域４８０が形成される。ｐドープ領域は、フランジ付きの円筒形状を備えている。ｐ型ドープ領域と、活性領域スペーサ層４２４、４２８、４３４、及び、４３８のそれぞれとの間には、ｐ−ｎ接合が存在し、ｐ型ドープ領域と、活性領域４２６、４３２、及び、４３６のそれぞれとの間には、ｐ−ｉ接合が存在する。ｐ型ドープ領域を形成すると、それぞれに、その真性（ｉ）層として、それぞれ、活性領域４２６，４３２、及び、４３６の１つが含まれる、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９２、４９４、及び、４９６が形成される。ｐ−ｉ−ｎ接合構造のそれぞれに、ｐ型材料、ｎ型材料、真性材料、ｐドープ領域と活性領域との間のｐ−ｉ接合、及び、活性領域と隣接する活性領域スペーサ層との間のｎ−ｉ接合が含まれている。
【００７４】
　図４Ｂは、その真性層として活性領域４３２を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４を示す拡大図である。ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４には、ｐドープ領域４８０の一部のｐ型材料、活性領域スペーサ層４２８のｎ型材料、及び、活性領域４３２の真性材料が含まれている。ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４には、さらに、ｐドープ領域４８０の一部のｐ型材料と活性領域４３２の間のｐ−ｉ接合４９３、及び、活性領域４３２の真性材料と活性領域スペーサ層４２８のｎ型材料との間のｉ−ｎ接合４９５が含まれている。ｐ−ｉ接合は、円筒形であり、平面ｎ−ｉ接合にほぼ直交するように配置されている。その真性層として、それぞれ、活性領域４２６及び４３６を含むｐ−ｉ−ｎ接合構造４９２及び４９６は、構造が、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４と同様である。
【００７５】
　ＶＣＳＥＬ４００には、さらに、活性領域スペーサ層４２４を通って、下方共振器スペーサ層４２２に入り込む井戸４９８が含まれている。活性領域スペーサ層４２４の露出表面には、ｐ電極４８２が配置されている。活性領域スペーサ層４２４のこの部分は、ｐ型拡散によって形成されるｐ型材料である。ｎ電極４８６は、図４Ｄに示すように、井戸４９８内において露出したｎ型下方共振器スペーサ層４２２の表面に配置されている。
【００７６】
　ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９２、４９４、及び、４９６は、電流を注入される活性領域の平面に対して直交する方向において、活性領域４２６、４３２、及び、４３６に電流を注入する側方電流注入構造である。ｐ−ｉ−ｎ接合構造の場合、ｐ−ｉ接合は、ｎ−ｉ接合にほぼ直交するように配置される。図４Ｂのｐ型ドープ領域４８０から、活性領域４３２を通って、活性領域スペーサ層４２８内に延びる矢印４９９は、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４に流れる電流を例示している。ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９２及び４９６を流れる電流も同様である。電流は、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９２の活性領域スペーサ層４２４から下方共振器スペーサ層４２２を通って、ｎ電極４８６まで流れる。電流は、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９４の活性領域スペーサ層４２８から、活性領域４２６、活性領域スペーサ層４２４、及び、下方共振器スペーサ層４２２を通って、ｎ電極４８６まで流れる。電流は、ｐ−ｉ−ｎ接合構造４９６の活性領域スペーサ層４３４から、活性領域４３２及び４２６、活性領域スペーサ層４２８及び４２４、及び、下方共振器スペーサ層４２２を通って、ｎ電極４８６まで流れる。
【００７７】
　図４Ｃは、図４ＡのＶＣＳＥＬ４００を例示する、断面線４Ｃ−４Ｃに沿った断面図である。ｐ型ドープした活性領域スペーサ層４２４の一部の上には、ｐ電極４８２が配置されている。活性領域スペーサ層４２４を通って、下方共振器スペーサ層４２２のｎ型材料に入り込む井戸（後述する図４Ｄの４９８）内には、ｎ電極４８６が配置されている。
【００７８】
　図４Ｄは、図４ＡのＶＣＳＥＬ４００の側面図である。ｎ電極４８６は、図示のように、活性領域スペーサ層４２４の表面から下方共振器スペーサ層４２２に入り込む井戸４９８内に配置されている。こうして、ｎ電極４８６は、ｎ型下方共振器スペーサ層４２２上に配置され、ｐ電極４８２は、ｐ型ドープされた下方共振器スペーサ層４２４の一部の上に配置される。
【００７９】
　ＶＣＳＥＬ４００の場合、ｐ電極４８２に正電圧を印加すると、ｐ型ドープ領域４８０と、バンド・ギャップ・エネルギが最小の材料による層、すなわち、活性領域４２６，４３２、及び、４３６との間の接合がオンになる。これは、その材料が１．５５μｍの波長の光を発生するように選択されたＶＣＳＥＬにおいて、約０．８Ｖの電圧で生じる。ｐ型ドープ領域４８０と、活性領域以外のＶＣＳＥＬの全ての層におけるｎ型ＩｎＰ材料との間の接合は、約１．３Ｖの電圧でオンになる。従って、約０．８Ｖの順バイアスで、ＶＣＳＥＬを流れる全電流が、ｐ電極４８２からｐドープ領域４８０を通って活性領域に流入する。従って、この電流によって、活性領域の極めて効率の良い電気的ポンピングが実施される。ｐ−ｎ接合のターン・オン電圧が、ｐドープ領域４８０と活性層の材料との間の接合のターン・オン電圧よりも低いので、ｐドープ領域４８０と活性領域スペーサ層４２４、４２８、４３４、及び、４３８との間のｐ−ｎ接合を横切って流れる電流は、最小になる。従って、電流は、活性領域スペーサ層よりはむしろ活性領域を流れることになる。
【００８０】
　上記では、リン化インジウム（ＩｎＰ）材料系を用いて製作された、複数のインジウム・ガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）量子井戸が組み込まれた同調可能垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）として例示されたが、他の材料系を用いて製作されたデバイスが、本発明から恩恵を受けることも可能である。例えば、本発明は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）材料系を用いて成長させたＶＣＳＥＬによって実施することが可能である。さらに、本発明の解説を容易にするため、ＶＣＳＥＬの層寸法は、一定の拡大率に従って示されていない。さらに、本発明の説明に関連した層だけしか詳述されなかった。上述のＶＣＳＥＬの実施態様は、例えば、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）を用いて製作することが可能である。さらに、図示の活性領域数は、例証的なものであって、デバイスは、解説の数より多いか、または、少ない活性領域を備えることが可能である。
【００８１】
　当業者には明らかなように、本発明の原理をほとんど逸脱することなく、上述の本発明の望ましい実施態様に多くの修正及び変更を加えることが可能である。この点からして、こうした修正及び変更は、全て、付属の請求項に定義される、本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の態様の１つによる垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の第１の実施態様を例示した概略図である。
【図２】本発明によるＶＣＳＥＬの第２の実施態様を例示した概略図である。
【図３Ａ】本発明によるＶＣＳＥＬの第３の実施態様を例示した概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＶＣＳＥＬのトンネル接合の１つを例示した概略図である。
【図４Ａ】本発明によるＶＣＳＥＬの第４の実施態様を例示した概略図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＶＣＳＥＬのｐ−ｉ−ｎ接合構造の１つに関する拡大図である。
【図４Ｃ】図４ＡのＶＣＳＥＬを例示した断面図である。
【図４Ｄ】図４ＡのＶＣＳＥＬを例示した側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００　垂直共振器面発光レーザ
１２０　分布型ブラッグ・レフレクタ
１２６、１３２、１３６　活性領域
１５０　分布型ブラッグ・レフレクタ
１５２　光共振器
１７２　電流閉じ込め領域
１７４　閉じ込め手段
２８２、２８６　電極
３３０　トンネル接合
４２８　ｎ型材料
４８０　ｐ型材料
４９３　ｐ−ｉ接合
４９４　ｐ−ｉ−ｎ接合構造
４９５　ｉ−ｎ接合
【図１】
2004146833.tif 000003
【図２】
2004146833.tif 000004
【図３Ａ】
2004146833.tif 000005
【図３Ｂ】
2004146833.tif 000006
【図４Ａ】
2004146833.tif 000007
【図４Ｂ】
2004146833.tif 000008
【図４Ｃ】
2004146833.tif 000009
【図４Ｄ】
2004146833.tif 000010