(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ用の分散ブラッグ反射器であって、
第１の２元系組成を含み、第１の屈折率を有するドープされた第１の半導体層と、
第２の２元系組成を含み、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するドープされた第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に挿入された第１の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップが不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第１の非対称遷移領域と、
前記第１の非対称遷移領域との間に前記第２の半導体層を介装させるように配置された第２の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップが不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第２の非対称遷移領域とを備え、
更に、前記第１及び第２の非対称遷移領域は互いに非対称であり、そのため、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域は相対的に多くドープされ、かつ他方の非対称遷移領域は相対的に少なくドープされ、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域の厚さは他方の非対称遷移領域の厚さよりも大きく、分散ブラッグ反射器による光定在波は厚さの大きい方の非対称遷移領域付近において相対的に高い電界強度を有しており、
前記レーザは１３００ｎｍ、１３１０ｎｍ、又は１５５０ｎｍの光を出力し、
前記第１の半導体層はＡｌＡｓを含み、
前記第２の半導体層はＧａＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域はＡｌ，Ｇａ及びＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域が０〜１００％の範囲のＡｌ組成を有する材料系からなる場合、Ａ１組成が９９％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が６．１７×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が１．９３×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が５〜９４％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．６１×１０１８ｃｍ−３〜６．４２×１０１８ｃｍ−３であり、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が３．４２×１０１７ｃｍ−３〜２．２８×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が１％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．８６×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が６．６５×１０１７ｃｍ−３であり、
前記第１の非対称遷移領域の厚さは２０ｎｍであり、前記第２の非対称遷移領域の厚さは４０ｎｍであることを特徴とする分散ブラッグ反射器。
【請求項２】
前記第１の２元系組成を含むドープされた第３の半導体層を更に有し、そのドープされた第３の半導体層は、前記第２の半導体層との間に前記第２の非対称遷移領域を介装させるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の分散ブラッグ反射器。
【請求項３】
ドープされた基板と、
前記基板に隣接した活性領域であって、印加された電流に応じて所定の波長で光を放射する活性領域と、
前記活性領域と前記基板との間に設けられ、前記活性領域によって放射された光を前記活性領域の後ろに向かって反射するドープされた第１の分散ブラッグ反射器ミラーと、
前記活性領域に隣接して設けられ、前記活性領域により放射された光を前記活性領域の後ろに向かって反射するドープされた第２の分散ブラッグ反射器ミラーとを備え、
前記両分散ブラッグ反射器ミラーのうちの少なくとも一方は、
第１の２元系組成を含み、第１の屈折率を有するドープされた第１のミラー半導体層と、
第２の２元系組成を含み、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するドープされた第２のミラー半導体層と、
前記第１のミラー半導体層と前記第２のミラー半導体層との間に設けられた第１の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップは不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第１の非対称遷移領域と、
前記第１の非対称遷移領域との間に前記第２のミラー半導体層を介装させるように配置された第２の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップは不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第２の非対称遷移領域とを備え、
更に、前記第１及び第２の非対称遷移領域は互いに非対称であり、そのため、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域は相対的に多くドープされ、かつ他方の非対称遷移領域は相対的に少なくドープされ、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域の厚さは他方の非対称遷移領域の厚さよりも大きく、レーザによる光定在波は厚さの大きい方の非対称遷移領域付近において相対的に高い電界強度を有しており、
前記レーザは１３００ｎｍ、１３１０ｎｍ、又は１５５０ｎｍの光を出力し、
前記第１の半導体層はＡｌＡｓを含み、
前記第２の半導体層はＧａＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域はＡｌ，Ｇａ及びＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域が０〜１００％の範囲のＡｌ組成を有する材料系からなる場合、Ａ１組成が９９％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が６．１７×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が１．９３×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が５〜９４％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．６１×１０１８ｃｍ−３〜６．４２×１０１８ｃｍ−３であり、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が３．４２×１０１７ｃｍ−３〜２．２８×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が１％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．８６×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が６．６５×１０１７ｃｍ−３であり、
前記第１の非対称遷移領域の厚さは２０ｎｍであり、前記第２の非対称遷移領域の厚さは４０ｎｍであることを特徴とするレーザ。
【請求項４】
前記レーザ高出力が、前記基板に対して垂直に放射したことを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項５】
前記第１の２元系組成を含み、前記第１の屈折率を有するドープされた第３のミラー半導体層を更に有し、
そのドープされた第３のミラー半導体層は、前記第２のミラー半導体層との間に前記第２の非対称遷移領域を介装させるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ。
【請求項６】
前記所定の波長で前記活性領域によって放射された光が、前記第１の非対称遷移領域で最小の電界を生成することを特徴とする請求項５に記載のレーザ。
【請求項７】
前記第１の遷移ステップが、前記第２の遷移ステップよりも多くドープされていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
【請求項８】
前記第２の非対称遷移領域が、前記第１の非対称遷移領域とは異なることを特徴とする請求項６に記載のレーザ。
【請求項９】
前記活性層が、少なくとも一つの量子井戸を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項１０】
前記第２の分散ブラッグ反射器ミラーがｐ型ドープされていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項１１】
前記第２の分散ブラッグ反射器ミラーが、レーザ内の電流を制限するための絶縁領域を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項１２】
請求項１記載の分散ブラッグ反射器を含むレーザ。
【請求項１３】
前記レーザは、垂直キャビティ表面レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記光定在波は、厚さの小さい方の遷移領域付近において、相対的に低い電界強度を有していることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項１５】
前記レーザは、垂直キャビティ表面レーザであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ。
【請求項１６】
レーザ用の分散ブラッグ反射器であって、
第１の２元系組成を含み、第１の屈折率を有するドープされた第１の半導体層と、
第２の２元系組成を含み、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するドープされた第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に挿入された第１の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップが不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第１の非対称遷移領域と、
前記第１の非対称遷移領域との間に前記第２の半導体層を介装させるように配置された第２の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップが不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第２の非対称遷移領域とを備え、
更に、前記第１及び第２の非対称遷移領域は互いに非対称であり、そのため、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域は相対的に多くドープされ、かつ他方の非対称遷移領域は相対的に少なくドープされ、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域の厚さは他方の非対称遷移領域の厚さよりも大きく、分散ブラッグ反射器による光定在波は厚さの大きい方の非対称遷移領域付近において相対的に高い電界強度を有しており、
前記レーザは１３００ｎｍ、１３１０ｎｍ、又は１５５０ｎｍの光を出力し、
前記第１の半導体層はＡｌＡｓを含み、
前記第２の半導体層はＧａＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域はＡｌ，Ｇａ及びＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域が０〜８５％のＡｌ組成範囲を有する材料系からなる場合、Ａ１組成が８４％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が４．７７×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．０３×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が４〜８０％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．０１×１０１８ｃｍ−３〜４．９６×１０１８ｃｍ−３であり、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が３．６０×１０１７ｃｍ−３〜２．４０×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が１％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．２１×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が７．００×１０１７ｃｍ−３であり、
前記第１の非対称遷移領域の厚さは２０ｎｍであり、前記第２の非対称遷移領域の厚さは４０ｎｍであることを特徴とする分散ブラッグ反射器。
【請求項１７】
ドープされた基板と、
前記基板に隣接した活性領域であって、印加された電流に応じて所定の波長で光を放射する活性領域と、
前記活性領域と前記基板との間に設けられ、前記活性領域によって放射された光を前記活性領域の後ろに向かって反射するドープされた第１の分散ブラッグ反射器ミラーと、
前記活性領域に隣接して設けられ、前記活性領域により放射された光を前記活性領域の後ろに向かって反射するドープされた第２の分散ブラッグ反射器ミラーとを備え、
前記両分散ブラッグ反射器ミラーのうちの少なくとも一方は、
第１の２元系組成を含み、第１の屈折率を有するドープされた第１のミラー半導体層と、
第２の２元系組成を含み、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するドープされた第２のミラー半導体層と、
前記第１のミラー半導体層と前記第２のミラー半導体層との間に設けられた第１の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップは不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第１の非対称遷移領域と、
前記第１の非対称遷移領域との間に前記第２のミラー半導体層を介装させるように配置された第２の非対称遷移領域であって、複数の遷移ステップを有し、かつ各遷移ステップは不均等な材料組成、ドーピングレベル及び厚みを有する第２の非対称遷移領域とを備え、
更に、前記第１及び第２の非対称遷移領域は互いに非対称であり、そのため、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域は相対的に多くドープされ、かつ他方の非対称遷移領域は相対的に少なくドープされ、前記両非対称遷移領域のうち一方の非対称遷移領域の厚さは他方の非対称遷移領域の厚さよりも大きく、レーザによる光定在波は厚さの大きい方の非対称遷移領域付近において相対的に高い電界強度を有しており、
前記レーザは１３００ｎｍ、１３１０ｎｍ、又は１５５０ｎｍの光を出力し、
前記第１の半導体層はＡｌＡｓを含み、
前記第２の半導体層はＧａＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域はＡｌ，Ｇａ及びＡｓを含み、
前記第１及び第２の非対称遷移領域が０〜８５％のＡｌ組成範囲を有する材料系からなる場合、Ａ１組成が８４％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が４．７７×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．０３×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が４〜８０％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．０１×１０１８ｃｍ−３〜４．９６×１０１８ｃｍ−３であり、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が３．６０×１０１７ｃｍ−３〜２．４０×１０１８ｃｍ−３であり、Ａ１組成が１％であるとき第１の非対称遷移領域のドーピング濃度が２．２１×１０１８ｃｍ−３、第２の非対称遷移領域のドーピング濃度が７．００×１０１７ｃｍ−３であり、
前記第１の非対称遷移領域の厚さは２０ｎｍであり、前記第２の非対称遷移領域の厚さは４０ｎｍであることを特徴とするレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
なし
【０００２】
発明の分野
本発明はレーザミラー構造に関する。特に、垂直キャビティ表面放射レーザで使用するのに適したミラー構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直キャビティ表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬｓ）は、比較的新しいクラスの半導体レーザである。奥の種類のＶＣＳＥＬｓがあるけれども、一つの共通の特徴は、ウェハの表面に垂直に光を放射することである。有利なことに、ＶＣＳＥＬｓは、特定の特徴と作り出すために広いレンジの材料から作られる。特に、種々の材料系が、１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ、８５０ｎｍ、６７０ｎｍなどのような異なるレーザ波長を作り出すように仕立てられ得る。
【０００４】
ＶＣＳＥＬｓは、半導体活性領域、分散ブラッグ反射（ＤＢＲ）ミラー、電流制限構造、基板及び電極を含む。これらの複雑な構造のため及びそれらの材料要求のために、ＶＣＳＥＬｓは通常は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いて成長される。図１は、典型的にはＶＣＳＥＬｓである。示したように。ｎドープガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１２は、ｎ型電極１４を有する。ｎドープ下方ミラースタック１６（ＤＢＲ）は、ＧａＡｓ基板１２上にあり、ｎ型グレードインデックス下方スペーサ１８は下方ミラースタック１６の上に配置される。通常、複数の量子井戸を備えた活性領域２０は、下方スペーサ１８の上に形成される。ｐ型グレードインデックス頂部スペーサ２２は、活性領域２０の上に配置され、ｐ型頂部ミラースタック２４（別のＤＢＲ）は、頂部スペーサ２２の上に配置される。頂部ミラースタック２４の上にｐ型導電層９、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８及びｐ型電極２６がある。
【０００５】
また図１を参照すると、下方スペーサ１８及び頂部スペーサ２２は、光キャビティが形成されるように、下方ミラースタック１６を頂部ミラースタック２４から分離する。光キャビティが特定の波長で共鳴するとき、ミラー分離は所定の波長（又は複数のもの）で共鳴するように制御される。少なくとも、頂部ミラースタック２４の一部は、電流制限を提供する絶縁領域４０を含む。絶縁領域４０は、頂部ミラースタック２４にプロトンを注入することにより、又は、酸化層を形成することにより通常形成される。絶縁領域４０は、絶縁領域４０を通過して電気的伝導を形成する伝導感情中央開口４０を構成する。
【０００６】
作動中、外部バイアスにより、ｐ型電極２６からｎ型電極１４に向かって流れるように電流２１が生じる。電流２１が活性領域２０に向かって電流中央開口を通って流れるとき、絶縁領域４０及び伝導中央開口４２は電流２１を制限する。電流２１のいくつかの電子は、活性領域２０でフォトンに変換される。これらのフォトンは、下方ミラースタック１６及び頂部ミラースタック２４の間で前後に弾む（共鳴する）。下方ミラースタック１６及び頂部ミラースタック２４が非常に良好な反射器のとき、フォトンのいくつかは光２３として漏れ出し、光パスに沿って移動する。図１を参照すると、光２３は、ｐ型伝導層９を通り、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８を通り、ｐ型電極２６のアパーチャ３０を通り、垂直キャビティ表面放射レーザ１０の表面の外に出る。
【０００７】
図１は、典型的なＶＣＳＥＬを示しており、種々の変形が可能であることは理解されるべきである。例えば、ドーピングは変更されることがあり（すなわち、ｐ型基板１２を提供するように変更されうる）、異なる材料系が使用されうることがあり、操作の詳細は、最高の性能を出すように変更され、トンネルジャンクションのような追加の構造が加えられることもあり得る。
【０００８】
全体的にうまくいっているとき、ＶＣＳＥＬｓは問題を有している。特に、いくつかの用途において、入手可能な従来技術の分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）は、光学的に著しく低い。これを理解するために、ＤＢＲの利点をより詳細に検討する。
【０００９】
多くの用途では、ＤＢＲは、高反射及び高伝導性の両方を有している。実際に、ＶＣＳＥＬを使用するとき、レーザ操作が可能である程度まで光損失を低下させるように、ＤＢＲは特に反射する必要がある。反射率は、例えば、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓの交互積層によって、著しく異なる屈折率を有するスタッキング材料層によって達成される。かかるスタック層は、ＤＢＲ内で光定在波を作り出す。
【００１０】
スタックされたＡｌＡｓ及びＧａＡｓの光特性が非常に良好なとき、ＡｌＡｓ層及びＧａＡｓ層の間の階段型接合は、電流に対して高い障壁を形成する。かかる障壁を低下させるために、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓの層は、材料組成がＡｌＡｓからＧａＡｓに徐々に変化する遷移領域を用いて接合される。更にほとんどのＶＣＳＥＬｓでは、ＤＢＲ層は、電気抵抗を低下させる自由キャリアを提供するようにドープされる。その結果、構造は理想的には、低い光吸収及び低い電気抵抗を備えた高い反射率を有することになる。
【００１１】
実際問題として、電界強度の増加、波長の増大、及びドーピングレベルの増加により、光吸収は増加する。更に、ｐ型ドーパントは、ｎ型ドーパントよりも光吸収が大きくなりやすい。一方、電気抵抗は、電界強度及び波長によっては比較的影響を受けず、ドーピングレベルの増加により低下する。ｐ型キャリア（正孔）は、ｎ型キャリア（電子）よりも非常に移動度が低い。それ故、１３００，１３１０又は１５５０ｎｍで光を出力するＶＣＳＥＬのように、波長が増加するとき、低い光吸収及び低い電気抵抗の両方を得ることは困難である。これは、長い光波長が、電気抵抗を低下させる自由キャリアによって多く吸収される傾向にあるからである。これにより、通常はｐ型ドープされた、頂部ＤＢＲでは著しく正しい。ｐ型キャリアの低い移動度及びｐ型ドーパントの大きな光吸収は、頂部ＤＢＲの性能を低下させる傾向にある。それ故、従来の長波長ＶＣＳＥＬでは矛盾が生じ、電気抵抗を低下させるために、自由キャリア濃度が高くされ、光吸収を低下させるために、自由キャリア濃度が低くされた。
【００１２】
更に、ＤＢＲは、電界に空間的に依存することにより特徴づけられる光定在波を作り出すことを理解すべきである。即ち、電界強度は、ＤＢＲの厚さにわたって変化する。更に、ＤＢＲを作る材料は、ＶＣＳＥＬの熱的特徴に強く影響を与える。ＡｌＡｓとＧａＡｓのような２元系材料は、非常に良好な熱伝導を有する。従って、熱は、ＡｌＡｓとＧａＡｓスタックにわたって非常に良好に流れる。しかしながら、３つの材料によって特徴づけられる遷移領域は、著しく低い熱伝導を有する。これは、遷移領域の結晶構造が大きく歪んでいるからであり、熱伝導を低下させる。
【００１３】
上述のため、従来技術のＶＣＳＥＬで使用されるＤＢＲは、特に、長い波長の光を生成する際に、過度の光吸収、比較的低い熱伝導、及び、比較的高い電気抵抗という問題を有していた。それ故、頂部ＤＢＲの特に長い波長での比較的低い光吸収及び比較的低い電気抵抗を備えた新しい分散ブラッグ反射器は有用である。頂部ＤＢＲで特に長い波長で、比較的低い光吸収及び比較的低い電気抵抗、相対的に良好な熱伝導を備えたatらしい分散ブラッグ反射器もまた有用である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の原理は、低光吸収及び低電気抵抗を備えた新しい分散ブラッグ反射器（DBR)に指向する。かかるDBRが良好な熱伝導を生じるような仕方で実装されるのが好ましい。
【００１５】
本発明の原理による分散ブラッグ反射器は、遷移領域内の遷移ステップが、異なる材料組成、異なるドーピングレベル、及び、異なる層の厚さを備えた非対称の遷移領域によって接合された、異なる屈折率を有するスタック材料層からなる。更に、隣接する遷移領域は、異なる厚さと異なるドーピングレベルを備えた遷移領域を有する。隣接する遷移領域が異なる全層厚を有するのが好ましく、より薄い遷移領域が相対的に高くドープされ、ＤＢＲ内の光定在波が低い電界強度を有し、より厚い遷移領域が相対的に軽くドープされ、光定在波が相対的に高い電界強度を有する。より薄い遷移領域は、電気伝導及び熱伝導の両方を改善する。
【００１６】
スタック材料層は、ＡｌＡｓとＧａＡｓの交互の層からなるのが好ましい。スタック材料層は、長い波長ＶＣＳＥＬのような、ＶＣＳＥＬのｐ型ドープ頂部ミラーを形成するのが好ましい。
【００１７】
本発明の新規な特徴は、以下に示した実験によって当業者には明らかであろう。しかしながら、本発明の詳細な説明及び示した特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を、例示として添付した図面を参照して詳細にみる。
【００１９】
本発明の原理は、非対称分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）及び、非対称ＤＢＲを使用したＶＣＳＥＬに関する。
【００２０】
本発明の原理による垂直キャビティ表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）を図示した図２を参照する。図２は、図１に示したような全体的な構成のＶＣＳＥＬを概略的に簡略化された記載であることを理解すべきである。従って、図１で使用されたものと同じエレメント番号が、図２でも同様に使用される。しかしながら、ＶＣＳＥＬ１００は、新規で有用な頂部及び底部分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む。
【００２１】
図２に示したように、ＶＣＳＥＬ１００は、ｎ型電極１４を有するｎ型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む。ｎドープ下方ミラースタック１６０（ＤＢＲ）は、ＧａＡｓ基板１２上にあり、ｎ型グレードインデックス下方スペーサ１８は、下方ミラースタック１６０の上方に配置される。下方ミラースタック１６０は、次により詳細に記載する。
【００２２】
多数の量子井戸を備えたＰ−Ｎ接合構造を有する活性領域２０は、下方スペーサ１８よりも上に形成される。活性領域２０の組成は、活性領域２０を形成する異なる層において変化する特定のアルミニウム含有で、ＡｌＧａＡｓであるのが好ましい。例えば、ある層は２０及び３０パーセントのアルミニウムの間であり、隣の層は０及び５パーセントのアルミである。多くの交互の層があり、量子井戸が活性層２０に存在する。
【００２３】
ある活性領域２０は、ｐ型グレードインデックス頂部スペーサ２２である。ｐ型頂部ミラースタック２４０（別のＤＢＲ）は、頂部スペーサ２２の上に配置される。上方ミラースタック２４０は、次により詳細に記載する。
【００２４】
頂部ミラースタック２４０の上は、ｐ型伝導層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層、及びｐ型電極があり、すべて２６０として示されている。ＶＣＳＥＬ１０（図１参照）のように、下方スペーサ１８及び頂部スペーサ２２は、特定の波長で共鳴がする光キャビティが生成されるように頂部ミラースタック２４０から下方ミラースタック１６０を分離する。
【００２５】
図２を参照すると、頂部ミラースタック２４０は、高アルミニウム含有（９７乃至９８％）を有するＡｌＧａＡｓ層を備えた頂部ミラースタック２４０を形成し、次いで、環状リングに沿って高アルミニウム含有で酸化することにより作り出されるのが有益である絶縁領域１４０を含む。次いで、酸化は酸化絶縁領域１４０を作り出す。
【００２６】
作動中、外部バイアスにより、電流２１は、ＶＣＳＥＬ１００に流れる。絶縁領域１４０は、いくつかの電子がフォトンに変換される活性領域２０内に電流ガイドを形成する。これらのフォトンは、下方ミラースタック１６０と頂部ミラースタック２４０との間で前後に弾む（共鳴する）。下方ミラースタック１６０と頂部ミラースタック２４０とが旅行な反射器であるとき、いくつかのフォトンは、光パスに沿って移動する光２３として漏れる。図２を参照すると、光２３は、エレメント２６０の開口３００を通過し、垂直キャビティ表面放射レーザ１００の表面から出る。
【００２７】
図２のＶＣＳＥＬ１００は、頂部ミラースタック２４０と下方ミラースタック１６０が非対称であることが、図１のＶＣＳＥＬ１０と著しく異なる。それらのミラースタックは、ＡｌxＧａ1-xＡｓの異なる組成の層から構成されるのが有益である。本発明の原理がｐ型頂部ミラースタックに使用するのに特に適しているとき（ｐ型ドープ材料は、光学的により吸光性であり、それらの材料は本発明からより適している）、それらの原理は、いずれのタイプのドーピングでも使用するのに適している。更に、図示した実施形態がＡｌxＧａ1-xＡｓ材料系に基づいているが、本発明の原理は、広い範囲の化合物半導体材料系に適用可能である。
【００２８】
図３は、下方ミラースタック１６０又は頂部ミラースタック２４０のいずれか（又は両方）で使用するの非適した分散ブラッグ反射器４００を図示する。作動中、定在波は、分散ブラッグ反射器内に生成される。本発明の特定の実施形態の光学的シミュレーションによって計算された、かかる定在波の正規化されたパワー波形４０２が、分散ブラッグ反射器４００に挿入されている。図３はまた、垂直線の間の間隔によって示された各層の相対的な厚さで、分散ブラッグ反射器４００を含む個々の層の相対的な厚さを図示する。図３に示したように、分散ブラッグ反射器４００は、少なくとも層２８０から３２０までを含む。特に、かかる層の複数のセットであって良い（従って、所定の分散ブラッグ反射器が個々の数百の層からなって良い）。
【００２９】
図３を参照すると、最も近い垂直線間隔は、電界が最小（ゼロに近い）であり、層３００のあたりである。これは、（１００％ＡｌＡｓから１００％ＧａＡｓまで組成が変化する）ＡｌＡｓ−ＧａＡｓ接合を形成する層の比較的小さな厚みを含む。その接合を形成する層は、比較的高いドーピングレベルであり、ＡｌＡｓ−ＧａＡｓ遷移領域にわたって電気抵抗が小さくなる。しかしながら、電界がその遷移領域で低くなるので、光ドーピングレベルにもかかわらず、光吸収も低くなる。
【００３０】
しかしながら、図３を参照すると、電界は高く（層２９０あたり）、垂直線間隔は比較的大きく、比較的太い個々の層が示されている。是は、ＧａＡｓ（０％Ａｌ）組成がＡｌＡｓ（０％Ｇａ）に変化したインターフェース接合を表す。その領域は、局所的に高い電界の光吸収を低下させるために役立つように相対的に軽くドープされている。比較的大きな厚さのＧａＡｓ−ＡｌＡｓ遷移領域は、光吸収を著しく増加させることなく電気抵抗を低下させるのに役立つ。
【００３１】
従って、本発明の原理によるＤＢＲは、インターフェース接合厚さとインターフェース接合ドーピングプロファイルの両方で非対称である。ドーピングプロファイルと組成プロファイルの結合の使用はまた、本発明の改良された性能に寄与する。
【００３２】
０％乃至１００％Ａｌ組成レンジを有するＡｌxＧａ1-xＡｓ材料系の１３１０ｎｍで使用するための非対称ｐ型ドープＤＢＲの実施形態を、表１に示す。特定の層の厚さ、ドーピング濃度、及び材料組成を示す。表１の第１のインターフェース接合は、行１乃至行１０の層からなるＡｌＡｓ（１００％Ａｌ組成）とＧａＡｓ（０％Ａｌ組成）ヘテロ接合である。同様に、第２のインターフェース接合の層、ＧａＡｓ（０％Ａｌ組成）とＡｌＡｓ（１００％Ａｌ組成）のヘテロ接合は、行１３乃至行２２にリスとされている。
【００３３】
この実施形態の非対称は、第２のインターフェース接合４０ｎｍと第１のインターフェース接合２０ｎｍの合計厚さを比較することにより見ることができ得る。この非対称はまた、右端上方遷移の切り立った平均勾配と比較して図４における材料組成における左端下方遷移の切り立った平均勾配として見られる。第１のインターフェース接合のドーピング濃度は、2.86E+18cm-3乃至6.17E+18cm-3の範囲であり、第２のインターフェース接合では、6.65E+17cm-3乃至1.93E+18cm-3の範囲である。インターフェース接合厚の非対称とドーピング範囲の非対称とは、別々よりも低い光吸収と低い電気抵抗とを一緒に提供する。
【００３４】
表１
0004177262.tif 000002
【００３５】
０％乃至１００％の材料組成変化が望まれない状況がある。それ故、表２は本発明の原理による別の実施形態のＤＢＲを提供する。そのＤＢＲは、１３１０nmＶＣＳＥＬに使用するのに適したｐ型ドープＡｌxＧａ1-xＡｓ ＤＢＲである。そのDBRは、０％乃至８５％の制限されたＡｌ組成範囲を有する。
【００３６】
表２
0004177262.tif 000003
【００３７】
本発明のドーピング濃度範囲とインターフェース接合厚とのトータルの２つ折り非対称は、表２から明らかである。更に、表２の行と表１の対応する行とを比較することにより、ドーピング濃度範囲が材料組成範囲に加えて異なっていることがわかる。従って本発明の最良の実施形態は、多数のステップ、個々のステップサイズ、トータルヘテロ接合厚、ドーピング濃度範囲、及び材料組成範囲を含む多くの方法において変化しうる。
【００３８】
本発明は、特許請求の範囲のみに基づいて判断されるものであり、実施形態に限定されるものではない。本発明は異なる特徴と有するコンポーネントを含み得る。本発明は特許請求の範囲に加え均等の範囲も範囲に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】典型的な垂直キャビティ表面放射レーザを図示する。
【図２】本発明の原理による垂直キャビティ表面放射レーザを図示する。
【図３】本発明の原理による分散ブラッグ反射器による、光定在波を有する分散ブラッグ反射器を図示する。
【図１】
0004177262.tif 000004
【図２】
0004177262.tif 000005
【図３】
0004177262.tif 000006