(57)【要約】  本発明は、少なくとも一つのＶＥＣＳＥＬ（２００）及び数個のポンプレーザーダイオード（３００）を具備する光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスに関係する。ポンプレーザーダイオード（３００）は、ミラー素子（４００）におけるポンプ放射（３１０）の反射によって光学的にＶＥＣＳＥＬ（２００）の活性領域（１０８）をポンピングするために配置される。ミラー素子（４００）は、ＶＥＣＳＥＬ（２００）の光軸に配置されると共に活性領域（１０８）にポンプ放射（３１０）を集中させるために及び同時にＶＥＣＳＥＬ（２００）の外部のミラーを形成するために設計される。提示されたデバイスは、ＶＥＣＳＥＬの活性領域に対するポンプレーザーの時間を消費する調節を回避すると共にレーザーデバイスの非常に小型の設計を許容する。
2015518282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスであって、
少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー及び数個のポンプレーザーダイオードを具備すると共に、
上記の垂直の外部空洞の表面発光レーザーが、
少なくとも第一の末端ミラー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの活性領域を形成する層のスタック、並びに
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの外部空洞を形成する第二の末端ミラー
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記の活性領域をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの光軸に配置されると共に前記活性領域に上記のポンプ放射を集中させるように及び同じ時間に前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記第二の末端ミラーを形成するように設計される、
デバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、垂直空洞の表面発光レーザーである、デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、第一のチップに形成されると共に、
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、第二のチップに形成されると共に、
上記の第一の及び第二のチップが、共通のサブマウント又はヒートシンクに搭載される、
デバイス。
【請求項４】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、同じチップに形成される、
デバイス。
【請求項５】
請求項４に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、前記チップにおける同じ層の配列に由来する、デバイス。
【請求項６】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
上記の層の配列は、前記垂空洞の表面発光レーザーの層の構造を形成する層の第一の配列及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記層のスタックの層の構造を形成する層の第二の配列を具備すると共に、
上記の層の第一の及び第二の配列がエッチストップ層によって分離される、
デバイス。
【請求項７】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、上記の第二のい末端ミラーを形成する中央の領域及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーダイオードの前記活性領域において上記のポンプ放射を反射させると共に集中させるように設計される外側の領域を具備する、デバイス。
【請求項８】
請求項７に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【請求項９】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、自由形態の光学部品である、デバイス。
【請求項１０】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の外側の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記活性領域にある強度分布の前記ポンプ放射を発生させるように設計されると共に、
前記強度分布は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザーモードに調和する、
デバイス。
【請求項１１】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の中央の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーにおいてガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【請求項１２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の本体は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザー放射について光学的に透明な材料で作られる、デバイス。
【請求項１３】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に向かって前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）及び数個のポンプレーザーダイオードを具備する光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスに関係すると共に、上記のポンプレーザーダイオードは、  ミラー素子におけるポンプ放射の反射によってＶＥＣＳＥＬの活性領域を光学的にポンピングするように配置される。垂直の外部空洞の表面発光レーザーは、最も将来有望な高い輝度のレーザー源の一つであると共に、アドレス可能な２Ｄアレイの配置及び円形のビーム形状と同様の、エッジエミッターと比較された多数の利点を申し出る。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ＶＥＣＳＥＬは、典型的には、第一の末端ミラー及び層のシーケンスに形成された活性領域、並びに、層のシーケンスから分離された及びレーザーの外部の空洞を形成する配置された第二の末端ミラーを具備する。標準的なセットアップにおいて、外部の空洞は、巨視的な光学素子で構成されるが、それらは、非常にかさ高なものであると共に伴われた調節を必要とする。ウェハから外部の光学的な構成要素を実現すると共に、典型的にはＧａＡｓウェハであるレーザーのシーケンスを支えるウェハへこのウェハをボンディングすることによって、並行して何千ものマイクロＶＥＣＳＥＬを製造すると共にＶＣＳＥＬ（垂直の空洞の表面発光レーザーダイオード）と同様のウェハにおいて直接的にそれらを試験することは、可能なことである。
【０００３】
知られた光学的にポンピングされたＶＥＣＳＥＬは、分離されたマウンティング及びＶＥＣＳＥＬの共振器又は空洞に対するポンプレーザーの整列を必要とする。これは、時間を消費する生産及びかさ高なモジュールを要求する。
【０００４】
ＵＳ２０１０／００１４５４７Ａ１は、ソリッドステートレーザー媒質の縦のポンピングのためのデバイスを開示する。このデバイスは、レーザー媒質の冷却するデバイスの側面に備え付けられる数個のポンプレーザーダイオードを具備する。レーザーダイオードによって放出されたポンプ放射は、ソリッドステートレーザー媒質の末端の面の一つに向かって数個の放物面のミラーによって反射させられる。このデバイスにおいて、数個の放物面のミラーは、ソリッドステートレーザー媒質の入り口におけるポンプ放射の望まれた強度分布を達成する為に精密に整列させられる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００１４５４７Ａ１号
【発明の概要】
【０００６】
発明の概要
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ポンプ光学部品のより簡単な整列を許容すると共に小型の設計で実現されることができる光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
目的は、クレーム１に従った光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスで達成される。デバイスの好都合な実施形態は、従属のクレームの主たる事項であるか、又は、記述のその後の部分及び好適な実施形態に記載される。
【０００９】
提示された光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスは、光学的にポンピングされ半導体ディスクレーザーとしての少なくとも一つのＶＥＣＳＥＬ及び数個のポンプレーザーダイオード、好ましくは、垂直の空洞の表面発光レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）を具備する。ＶＥＣＳＥＬは、知られた様式で設計されることができると共に、少なくとも第一の末端ミラー及びＶＥＣＳＥＬの活性領域を形成する層のスタックを具備する。層のスタックから分離された配置された第二の末端ミラーは、レーザーの外部の空洞を形成する。レーザーデバイスの提示された設計において、ポンプレーザーダイオードは、ミラー素子におけるポンプ放射の反射によってＶＥＣＳＥＬの活性領域を光学的にポンピングするように配置される。ミラー素子は、ＶＥＣＳＥＬの光軸に配置されると共に、活性領域においてポンプ放射を集中させるように及び同時にＶＥＣＳＥＬの第二の末端ミラーを形成するように設計される。このように、ミラー素子は、一つの単一の素子に二つの機能を組み込む。
【００１０】
本発明の垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスは、ＶＥＣＳＥＬの活性領域の中へとポンプ光を向ける適当に設計されたミラー素子を使用すると共に同時に第一のミラーと一緒にＶＥＣＳＥＬ共振器を形成する外部のミラーとして作用する。このように、ポンプスポットは、ＶＥＣＳＥＬ共振器の光学的なモードと自動的に整列させられる。十分に大きなもの（光軸に対して垂直な大きい断面）にＶＥＣＳＥＬの活性領域の光学的にポンピングされたエリアを設計することによって、ポンプレーザーダイオードの１００μｍまでの整列の公差は、実現されることができる。提示された設計は、デバイスの非常に小型の設計を許容するミラー素子に向かって光軸に対して実質的に平行にポンプ放射を向けるためのポンプレーザーダイオードの配置を許容する。ポンプレーザーダイオードは、好ましくは、ウェハレベルで試験されると共に良好な効率を提供することができるＶＣＳＥＬのアレイによって実現される。追加として、発明の好都合な実施形態において、ポンプレーザーダイオードは、ＶＥＣＳＥＬレーザースタックと同じチップに統合される。これは、例外的な輝度を申し出る一方でレーザーデバイスの製造のコスト及び寸法を低減する。
【００１１】
同じチップにおけるＶＣＳＥＬのアレイ及びＶＥＣＳＥＬの統合は、チップにおける同じ層のシーケンスに由来するこれらのレーザーの製造を許容する。この目的のために、共通の層の構造は、適用されるが、ＶＣＳＥＬを形成する層のシーケンスは、ＶＥＣＳＥＬの層のスタックを形成する層のシーケンスからエッチストップ層によって分離される。そしてＶＣＳＥＬ及びＶＥＣＳＥＬは、一つの又は数個のエッチ工程を通じて適当に層のシーケンスを構造化することによって形成される。
【００１２】
その次に共通のサブマウント又はヒートシンクに備え付けられることができる別個のチップにポンプレーザーダイオード及びＶＥＣＳＥＬを統合することは、また可能なことである。そのような配置は、また、レーザーデバイスの非常に小型の設計の利点を申し出る。
【００１３】
ＶＥＣＳＥＬの外部のミラーを形成するミラー素子は、技術においてすでに知られたものと同じ様式でＶＥＣＳＥＬの層のシーケンスに備え付けられることがある。別個のウェハに数個のミラー素子を形成すると共にその次にＶＣＳＥＬのアレイと一緒にＶＥＣＳＥＬの層のスタックの数個のものを具備するウェハへこのウェハをボンディングすることは、また可能なことである。その次にボンディングされたウェハは、提示されたレーザーデバイスを具備する単一のチップへと分離される。あるいは、二つのウェハは、最初に、単一のチップへと分離されることができると共に、その次に単一のチップは、提示されたレーザーデバイスを達成するために組み合わせられることができる。さらなる可能性は、ＶＥＣＳＥＬの層のシーケンスを具備するチップ又はウェハに直接的にミラー素子を統合することである。
【００１４】
ミラー素子は、好ましくは、外部のミラーを形成する中央の領域及びＶＥＣＳＥＬの活性領域へポンプ放射を反射させるように設計される外側の領域を具備する。この目的のために、ミラー素子は、好ましくは、ミラー素子の中央の及び外側の領域においてほぼいずれの形状の反射させるミラーの表面をも許容する自由形態の光学部品として製造される。好ましくは完全に中央の領域を囲む外側の領域は、レーザーの望まれた光学的なモードの形状に調和するＶＥＣＳＥＬの活性領域においてポンプ放射のいずれの望まれた強度分布をも発生させるように設計されることがある。ＶＥＣＳＥＬの放出側に依存することで、ミラー素子の本体は、適当な材料で、例えば、金属、コートされたガラス、又はコートされたプラスチックで、形成されることがある。金属の本体の場合において、ミラー素子の反射させる表面は、この金属で、例．研磨されたアルミニウムで、形成されることがある。ガラス又はプラスチックの本体の場合には、ミラー表面は、技術において知られたような適当な金属の又は誘電体のコーティングによって形成される。
【００１５】
発明のこれらの及び他の態様は、ここより後に記載された実施形態から明白なものであると共にそれらを参照して解明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、提示されたレーザーデバイスの第一の例を示す。
【図２】図２は、提示されたレーザーデバイスを製造するための層のシーケンスの例を示す。
【図３】図３は、図２の層のシーケンスを構造化した後における提示されたレーザーデバイスのＶＥＣＳＥＬ及びＶＣＳＥＬの例示的な設計を示す。
【図４】図４は、提示されたレーザーデバイスの第二の例を示す。
【図５】図５は、提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細を示す。
【図６】図６は、提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細を示す。
【図７】図７は、提示されたレーザーデバイスの一部分の第三の例を示す。
【図８】図８は、提示されたレーザーデバイスの例の上面図を示す。
【図９】図９は、提示されたレーザーデバイスのさらなる例の上面図を示す。
【図１０】図１０は、提示されたレーザーデバイスのさらなる例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面の手短な記述
提示されたソリッドステートレーザーデバイスは、さらに詳細に付随する図面と関連して例の方式によって後に続くものに記載される。図は、
図１  提示されたレーザーデバイスの第一の例、
図２  提示されたレーザーデバイスを製造するための層のシーケンスの例、
図３  図２の層のシーケンスを構造化した後における提示されたレーザーデバイスのＶＥＣＳＥＬ及びＶＣＳＥＬの例示的な設計、
図４  提示されたレーザーデバイスの第二の例、
図５  提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細、
図６  提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態の詳細、
図７  提示されたレーザーデバイスの一部分の第三の例、
図８  提示されたレーザーデバイスの例の上面図、
図９  提示されたレーザーデバイスのさらなる例の上面図、及び、
図１０  提示されたレーザーデバイスのさらなる例
を示す。
【００１８】
実施形態の詳述された記述
図１から３までは、提示されたレーザーデバイス及びそれの製造の第一の例を示す。
この例では、ポンプレーザーダイオードは、ＶＥＣＳＥＬ２００と同じチップ１２０に統合されるＶＣＳＥＬ３００である。ＶＣＳＥＬ３００は、ＶＥＣＳＥＬ２００を囲むように配置される。この実施形態において、全ての半導体レーザーは、図１に指し示されたような上部発光レーザーである。少なくとも二つの径方向のミラー領域４１０、４２０を含有するミラー素子４００（自由形態の光学部品）は、半導体チップ１２０の前方に整列させられる。この実施形態において、ミラー素子４００は、半導体チップ１２０に面する第一の表面４０１及び第二の表面４０２からなる光学的に透明な本体で形成される。第一の表面４０１は、ＶＥＣＳＥＬ２００のレーザーの動作のための十分な反射率（Ｒ（λＶＥＣＳＥＬ）＝８０−９９．５％）及び可能な限り高いＶＣＳＥＬ３００のポンプ光の反射（Ｒ（λＶＣＳＥＬ）＞９５％、好ましくは＞９９％）を提供するためにコートされる。表面４０１は、異なる形状を備えた二つの領域に分割される。
【００１９】
ｒ＜Ｒ２についての中央の領域４１０は、外部のＶＥＣＳＥＬミラーを形成すると共に、通常では、距離ＬにおいてＶＥＣＳＥＬ２００の活性領域における基本モードサイズｗ０を生じさせるように設計された曲率半径を備えた球面のミラーである。ｒ≧Ｒ２についての外側の領域４２０は、ＶＥＣＳＥＬ２００の活性領域へとＶＣＳＥＬ３００の放射３１０を反射させるように設計される。この外側の領域４２０は、２Ｌに等しい曲率半径を備えた放物面のミラーとして形成されることがある。Ｒ２は、ＶＥＣＳＥＬ２００の光軸２１０に対して垂直なＶＥＣＳＥＬ２００の断面の半径Ｒ１に近似的に等しいものであると共に、ミラー素子４００の平面におけるＶＥＣＳＥＬレーザー放射のモードサイズと比べてより大きいものであるが、しかしまた、ＶＣＳＥＬの全ての光を集めるために十分に小さいものである、べきである。
【００２０】
図１から見て取ることができるように、ＶＣＳＥＬ２００によって放出されたポンプ放射３１０は、光学的にこのレーザーをポンピングするためにＶＥＣＳＥＬ２００の活性領域へミラー素子４００の外側の領域４２０によって向けられる。ポンプレーザーダイオード３００及びミラー素子４００のこの配置のおかげで、レーザーデバイスの非常に小型の設計は、実現される。ポンプ放射が、ミラー素子４００の反射させる表面の幾何学的な形状によってＶＥＣＳＥＬ２００の活性領域へと自動的にセンタリングされるので、ＶＥＣＳＥＬの相対的なポンプレーザーの時間を消費する調節は、必要なものではないものである。
【００２１】
ＶＣＳＥＬアレイ及びＶＥＣＳＥＬは、また、異なるエピタキシーウェハから作られた別個のチップに形成されると共に同じサブマウント又はヒートシンクにボンディングされると共に、その次に、光学素子４００と組み合わせられることができる。これは、ウェハの構造を容易にするが、しかし、マウンティングの努力及びモジュールサイズを増加させる。
【００２２】
図２及び３は、概略的に、図１のレーザーデバイスを製造することの様式を示す。この目的のために、図２に示されたようなレーザーシーケンスは、ウェハ基板にエピタキシャルに成長させられる。例として、エピタキシー側発光ＶＥＣＳＥＬのための構造は、ｎドープされた基板について記載される。ｐドープされた基板及び／又は基板側発光のための層のスタックは、これから簡単に導かれることができる。この実施形態の構造は、基板５００からスタートすること、
より良好なヒートシンキングのために基板５００の後に取り除くことを許容する（自由選択の）エッチストップ層１０１、基板５００が取り除かれるものではないとすればこのエッチストップ層はまた省略されることができること、
高いドーピング濃度を備えた（自由選択の）ｎドープされた電流分布層１０２、
後にＶＣＳＥＬの末端ミラー（Ｒ≧９９．９％）を形成するｎドープされたＤＢＲ１０３（分布型ブラッグ反射器）、
技術において知られたようなＶＣＳＥＬの活性領域１０４（例．３個の量子井戸、電流閉じこめ層、及び酸化物のアパーチャ）、
後にＶＣＳＥＬ用のアウトカップリングミラー（Ｒ近似的に９９％）を形成するｐドープされたＤＢＲ１０５、
上部発光ＶＣＳＥＬについて知られたような位相整合（空気に対する半導体）のためのキャップ層１０６、
ＶＥＣＳＥＬの層のシーケンスからＶＣＳＥＬの層のスタックを分離するエッチストップ層１００、
後にＶＥＣＳＥＬの第一の末端ミラーを形成する（自由選択の）ドープされてないＤＢＲ１０７、
技術から知られたようなＶＥＣＳＥＬの活性領域１０８（バリア層を備えた、定常波の腹における数個の量子井戸、井戸内のポンピング又はバリアポンピングについて最適化された、ＲＰＧ構造（ＲＰＧ：共振周期利得）、・・・）、及び、
共振の増強又は波長の安定化のための空気に対するＡＲコーティング又はエタロン層を有するキャップ層１０９、
を具備する。
【００２３】
ＤＢＲ１０３及び１０５によって形成されたＶＣＳＥＬの共振の波長λＶＣＳＥＬは、ＶＥＣＳＥＬの活性領域１０８の発光波長λＶＥＣＳＥＬと比べて少しより短いものであるように選択される。バリアポンピングの場合には、λＶＣＳＥＬは、λＶＥＣＳＥＬと比べて数十ナノメートルだけより短いものである必要がある。
【００２４】
エッチストップ層１０１及び電流分布層１０２は、基板５００が少なくとも部分的に取り除かれるものであるべきである場合にのみ、必要とされる。ドープされてないＤＢＲ１０７は、ＶＥＣＳＥＬの波長が、ｐ−ＤＢＥ１０５のストップバンドの内側にあるものである、しかし、１０３及び１０５の間におけるＶＣＳＥＬの空洞の共振の波長に必ずしも正確に等しいものではない、とすれば、必要なものではないものである。この場合におけるｐ−ＤＢＲ１０５は、ＶＥＣＳＥＬの第一の末端ミラーを形成する。しかしながら、追加的なドープされてないＤＢＲ１０７は、ＶＥＣＳＥＬにおける光学的な損失を低減することができるが、しかし、同時に、ＶＥＣＳＥＬの熱抵抗は、この追加的な層を通じて増加させられる。
【００２５】
そのような層の構造を成長させた後に、ポストは、２×Ｒ１の直径を備えたＶＥＣＳＥＬ２００の領域を形成するエッチストップ層１００まで下にエッチングされる。その次に、エッチストップ層１００は、キャップ層１０６を露出させるように取り除かれる。次のステップにおいて、一つの又は数個のＶＣＳＥＬ３００は、メサエッチ、酸化、ｐ環状接触の堆積、などによってＶＥＣＳＥＬの領域の隣に加工される。ｐ接触部は、また、フリップチップマウンティングのための基板を通じたビアとして実現されることができる。
【００２６】
これらの加工するステップの結果は、図３に描かれる。金属接触（ｎ接触）３３０は、基板５００のｎ側に堆積させられる。あるいは、基板５００は、基板側からエッチストップ層１０１まで下にエッチングによって取り除かれることができる。その次に、金属接触３３０は、ｎ層１０２に堆積させられる。
【００２７】
この加工をした後に、ウェハは、単一のチップ１２０へと分離されると共にヒートシンクにｎ側を下にしてハンダ付けされる。
【００２８】
提示されたレーザーデバイスのミラー素子４００は、望まれた機能を充足するためにいずれの適当な様式でも設計されることがある。中央の領域４１０は、また、ＶＥＣＳＥＬ２００のモードの整形をする又はモードの選択のための自由形態のミラーとして形成されることがある。外側の領域４２０は、また、例．図４に概略的に指し示されたように個々のＶＣＳＥＬの放射ビーム３１０をコリメートする又はフォーカシングダウンするより小さいミラーのアレイとして作用する自由形態のミラー４２１として、実現されることができる。別の実施形態において、自由形態のミラー４２１は、いずれの望まれたプロフィール、例．ガウスのプロフィール、にも結果として生じる合計のポンププロフィールを整形するために個々のＶＣＳＥＬ３００から異なるポンプスポットの直径を生じさせることができる。
【００２９】
ミラー素子４００の第二の表面４０２は、ＶＥＣＳＥＬの波長についてＡＲコートされることがあると共に、平面のものである、ＶＥＣＳＥＬのレーザービームをコリメートする又はフォーカシングするために球面のものである、又は、さらにＶＥＣＳＥＬのレーザービームを整形するために第二の自由形態の表面でさえある、ことができる。
【００３０】
第一の表面４０１は、平面であると共にポンプ放射の波長及びＶＥＣＳＥＬレーザー放射の波長についてＡＲコートされることができると共に、第二の表面４０２は、反射性のコーティングがなされるための二つの領域４１０及び４２０を具備することができる。その次に、ミラー素子４００は、また、ウェハレベルで半導体チップへ統合されることができる。
【００３１】
二つの領域４１０及び４２０は、また、両方の側に異なるコーティングを備えた光学素子４００の二つの対向する側に実現されることができる。
【００３２】
図６に示されたように、マイクロレンズ４３０は、ＶＣＳＥＬポンプ放射ビームをコリメートする又はＶＥＣＳＥＬ２００の活性領域にそれらをフォーカシングするためにＶＣＳＥＬ３００の上部に形成されることができる。図６は、提示されたデバイスのＶＣＳＥＬ３００の上部におけるマイクロレンズの詳細のみを示す。
【００３３】
図５は、図３の基板を取り除いた後に実現される実施形態を示す。基板を取り除いた後に、層１０１から１０６までは、また、ＶＥＣＳＥＬ２００の領域より下で取り除かれると共により良好なヒートシンキングのために高度に熱伝導性の材料５０２、例．Ｃｕ、Ａｕ、又はＡｇで充填されることができる。
【００３４】
ＶＥＣＳＥＬ及びポンプＶＣＳＥＬを備えたチップは、また、下部発光ＶＣＳＥＬを有する異なる順序で実現されることができる。例は、図７に示される。参照数字は、図２におけるものと同じ層を指し示す。再度、金属と同様の高度に熱伝導性の材料５０２で充填されたＶＥＣＳＥＬ２００の領域への熱的なビアは、この領域のより良好なヒートシンキングのために可能性のあるものである。完成のチップ１２０は、この例ではサブマウント又はヒートシンク５０１へハンダ付けされる（ハンダ５０３）。
【００３５】
図８は、図１の提示されたレーザーデバイスの例の上面図を示す。この上面図において、ＶＥＣＳＥＬ２００を囲む、異なるＶＣＳＥＬ３００を備えたポンプレーザーアレイは、認識されることができる。電気的な接触をするためのボンディングパッド３４０は、チップの側面のエリアに配置される。
【００３６】
数個のＶＥＣＳＥＬ２００は、また、ＶＥＣＳＥＬ２００の各々に対応するポンプＶＣＳＥＬ３００を備えた単一のチップにおいて実現されることができる。これは、図９の上面図に概略的に示される。ＶＥＣＳＥＬ２００の各々は、それの対応するポンプＶＣＳＥＬ３００及びボンディングワイヤー３５０を備えたものであるが、対応するＶＥＣＳＥＬ２００へ各々のポンプアレイの放射を向けるミラー素子を具備する。ミラー素子４００は、図９において破線によって概略的に指し示される。ポンプ領域は、印刷、マーキング、又は類似の用途に使用されることがある、アドレス可能な光学的にポンピングされたＶＥＣＳＥＬアレイを達成するために、個々にアドレス可能なものであることができる。
【００３７】
図１０は、提示されたレーザーデバイスのさらなる実施形態を示す。この実施形態において、ＶＣＳＥＬ３００の層のシーケンス（層１０３−１０６）は、エッチストップ層１００及びｎドープされた電流分布層１２によって分離されたＶＥＣＳＥＬの層のシーケンス（層１０７−１０９）の上部に形成される。ｐ接触３２０は、環状接触によってＶＣＳＥＬ３００の上部で実現される。ｎ接触のためのさらなるボンディングパッド３４０は、電流分布層１０２に形成される。ＶＥＣＳＥＬの層のシーケンスは、例．ダイヤモンド、サファイア、又はＳｉＣで、作られることがある、光学的に透明な熱拡散層５０４に配置される。この層は、ヒートシンク５０１の貫通孔５０５を通じたＶＥＣＳＥＬのレーザー放出２２０を許容する貫通孔５０５を具備する、ヒートシンク５０１に備え付けられる。この設計でミラー素子４００は、光学的に不透明な材料で、例．金属で、形成されることができる。ＶＥＣＳＥＬの外部のミラーを形成する中央の領域４１０は、λＶＥＣＳＥＬについてＨＲ（高い反射率）コートされると共に、外側の領域４２０は、λＶＣＳＥＬについてＨＲコートされる。
【００３８】
発明が、図面及び前述の記載に詳細に図示されてきた及び記載されてきたものである一方で、そのような図示及び記載は、例証のものと又は例示的なもの及び制限的なものではないものと考慮されるものであると共に、発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。例えば、ミラー素子は、望まれた機能を実現するためのいずれの形状をも有することがあると共に、球面の又は放物面の形状に制限されるものではない。さらには、ＶＣＳＥＬ及びＶＥＣＳＥＬの層の構造は、開示されたシーケンスに限定されるものではない。ポンプレーザー及びＶＥＣＳＥＬは、また、その次に提示されたデバイスへ組み合わせられる、異なるウェハ又は基板に製造されることがある。例に示された素子及び層に対する追加として、さらなる素子又は層は、提示されたレーザーデバイスの部分であることがある。例えば、層１００及び層１０９の間における又は層１０９の上部における機能的なＶＥＣＳＥＬの素子の統合は、例えば、縦のモードの選択のためのエタロン、偏光安定化のための偏光層、横のモードの選択のためのアパーチャ、モードロッキングのための可飽和吸収体など、可能性のあるものである。開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示、及び添付されたクレームの研究から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解されると共に果たされることができる。クレームにおいて、単語“を具備する”は、他の要素又はステップを排除するものではないと共に、不定冠詞“ある”又は“ある一つの”は、複数を排除するものではない。ある一定の措置が相互に異なる従属のクレームに陳述されるという単なる事実は、これらの措置の組み合わせが、有利に使用されることができないことを指し示すものではない。特に、デバイスの全てのクレームは、自由に組み合わせられることができる。クレームにおけるいずれの参照符号も、発明の範囲を限定するものとして解されるべきものではない。
【００３９】
クレーム：
１．  光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスであって、
少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）及び数個のポンプレーザーダイオード（３００）を具備すると共に、
上記の垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）が、
少なくとも第一の末端ミラー（１０７，１０５）及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の活性領域（１０８）を形成する層のスタック、並びに
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の外部空洞を形成する第二の末端ミラー（４１０）
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオード（３００）がミラー素子（４００）におけるポンプ放射（３１０）の反射によって光学的に上記の活性領域（１０８）をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子（４００）は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の光軸（２１０）に配置されると共に前記活性領域（１０８）に上記のポンプ放射（３１０）を集中させるように及び同じ時間に前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の前記第二の末端ミラー（４１０）を形成するように設計される、
デバイス。
【００４０】
２．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオード（３００）は、垂直空洞の表面発光レーザーである、デバイス。
【００４１】
３．  クレーム１又は２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオード（３００）は、第一のチップに形成されると共に、
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の上記の層のスタックは、第二のチップに形成されると共に、
上記の第一の及び第二のチップが、共通のサブマウント又はヒートシンク（５０１）に搭載される、
デバイス。
【００４２】
４．  クレーム２に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の上記の層のスタックは、同じチップに形成される、
デバイス。
【００４３】
５．  クレーム４に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の上記の層のスタックは、前記チップにおける同じ層の配列（１００，１０３−１０９）に由来する、デバイス。
【００４４】
６．  クレーム５に従ったデバイスにおいて、
上記の層の配列（１００，１０３−１０９）は、前記垂空洞の表面発光レーザーの層の構造を形成する層の第一の配列（１０３−１０６）及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の前記層のスタックの層の構造を形成する層の第二の配列（１０７−１０９）を具備すると共に、
上記の層の第一の及び第二の配列がエッチストップ層（１００）によって分離される、
デバイス。
【００４５】
７．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（４００）は、上記の第二のい末端ミラーを形成する中央の領域（４１０）及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーダイオード（２００）の前記活性領域（１０８）において上記のポンプ放射（３１０）を反射させると共に集中させるように設計される外側の領域（４２０，４２１）を具備する、デバイス。
【００４６】
８．  クレーム７に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【００４７】
９．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（４００）は、自由形態の光学部品である、デバイス。
【００４８】
１０．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（４００）の上記の外側の領域（４２０，４２１）は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の前記活性領域（１０８）にある強度分布の前記ポンプ放射（３１０）を発生させるように設計されると共に、
前記強度分布は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）のレーザーモードに調和する、
デバイス。
【００４９】
１１．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（４００）の上記の中央の領域（４１０）は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）においてガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【００５０】
１２．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子（４００）の本体は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）のレーザー放射について光学的に透明な材料で作られる、デバイス。
【００５１】
１３．  クレーム１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオード（３００）は、上記のミラー素子（４００）に向かって前記垂直の外部空洞の表面発光レーザー（２００）の前記光軸（２１０）に対して実質的に平行に上記のポンプ放射（３１０）を放出するように配置される、デバイス。
【符号の説明】
【００５２】
参照符号のリスト
１００  エッチストップ層
１０１  エッチストップ層
１０２  電流分布層
１０３  ｎドープされたＤＢＲ
１０４  ＶＣＳＥＬの活性領域
１０５  ｐドープされたＤＢＲ
１０６  キャップ層
１０７  ドープされていないＤＢＲ
１０８  ＶＥＣＳＥＬの活性領域
１０９  キャップ層
１２０  半導体チップ
２００  ＶＥＣＳＥＬ
２１０  光軸
２２０  ＶＥＣＳＥＬレーザー放出
３００  ＶＣＳＥＬ
３１０  ポンプ放射
３２０  ｐ接触
３３０  ｎ接触
３４０  ボンドパッド
３５０  ボンドワイヤー
４００  ミラー素子（自由形態の光学部品）
４０１  ミラー素子の第一の表面
４０２  ミラー素子の第二の表面
４１０  中央の領域
４２０  外側の領域
４２１  特別に整形された外側の領域
４３０  マイクロレンズ
５００  基板
５０１  サブマウント／ヒートシンク
５０２  金属
５０３  はんだ
５０４  光学的に透明なヒートスプレッダー
５０５  貫通孔
【図１】
2015518282.tif 000003
【図２】
2015518282.tif 000004
【図３】
2015518282.tif 000005
【図４】
2015518282.tif 000006
【図５】
2015518282.tif 000007
【図６】
2015518282.tif 000008
【図７】
2015518282.tif 000009
【図８】
2015518282.tif 000010
【図９】
2015518282.tif 000011
【図１０】
2015518282.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月28日(2014.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的にポンピングされた垂直の外部空洞の表面発光レーザーデバイスであって、
少なくとも一つの垂直の外部空洞の表面発光レーザー及び数個のポンプレーザーダイオードを具備すると共に、
上記の垂直の外部空洞の表面発光レーザーが、
少なくとも第一の末端ミラー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの活性領域を形成する層のスタック、並びに
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの外部空洞を形成する第二の末端ミラー
を具備すると共に、
上記のポンプレーザーダイオードがミラー素子におけるポンプ放射の反射によって光学的に上記の活性領域をポンピングするように配置されると共に、
上記のミラー素子は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの光軸に配置されると共に前記活性領域に上記のポンプ放射を集中させるように及び同じ時間に前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記第二の末端ミラーを形成するように設計されると共に、
前記ポンプレーザーダイオードは、前記ポンプレーザーダイオードによって提供されたポンプスポットが、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの光学的なモードと自動的に整列させられるように、前記ミラー素子に向かって前記光軸に対して実質的に平行に前記ポンプ放射を向けるように配置される、
デバイス。
【請求項２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、垂直空洞の表面発光レーザーである、デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、第一のチップに形成されると共に、
前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、第二のチップに形成されると共に、
上記の第一の及び第二のチップが、共通のサブマウント又はヒートシンクに搭載される、
デバイス。
【請求項４】
請求項２に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、同じチップに形成される、
デバイス。
【請求項５】
請求項４に従ったデバイスにおいて、
上記の垂直空洞の表面発光レーザー及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの上記の層のスタックは、前記チップにおける同じ層の配列に由来する、デバイス。
【請求項６】
請求項５に従ったデバイスにおいて、
上記の層の配列は、前記垂空洞の表面発光レーザーの層の構造を形成する層の第一の配列及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記層のスタックの層の構造を形成する層の第二の配列を具備すると共に、
上記の層の第一の及び第二の配列がエッチストップ層によって分離される、
デバイス。
【請求項７】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子は、上記の第二のい末端ミラーを形成する中央の領域及び前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーダイオードの前記活性領域において上記のポンプ放射を反射させると共に集中させるように設計される外側の領域を具備する、デバイス。
【請求項８】
請求項７に従ったデバイスにおいて、
上記の中央の領域及び上記の外側の領域は、異なる曲率で形成される、デバイス。
【請求項９】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の外側の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記活性領域にある強度分布の前記ポンプ放射を発生させるように設計されると共に、
前記強度分布は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザーモードに調和する、
デバイス。
【請求項１０】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の上記の中央の領域は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーにおいてガウスの強度プロフィールを有するものではないレーザーモードを発生させるように設計される、デバイス。
【請求項１１】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のミラー素子の本体は、前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーのレーザー放射について光学的に透明な材料で作られる、デバイス。
【請求項１２】
請求項１に従ったデバイスにおいて、
上記のポンプレーザーダイオードは、上記のミラー素子に向かって前記垂直の外部空洞の表面発光レーザーの前記光軸に対して実質的に平行に上記のポンプ放射を放出するように配置される、デバイス。
【国際調査報告】
2015518282.tif 000013
2015518282.tif 000014
2015518282.tif 000015