(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光（150）を放射するように構成されている同じ半導体基板（101）上に構成された垂直共振型面発光レーザのアレイを含むレーザ装置であって、前記垂直共振型面発光レーザが第1の電極（100）、第1の分布ブラッグ反射器（110）、活性層（115）、第2の分布ブラッグ反射器（120）、および第2の電極（125）を含み、前記活性層（115）が前記第1の分布ブラッグ反射器（110）と前記第2の分布ブラッグ反射器（120）との間にはさまれ、前記第1の電極（100）および前記第2の電極（125）がレーザ光（150）を生成するために前記活性層（115）を横切って電流を供給するように構成され、前記垂直共振型面発光レーザが前記半導体基板（101）を通して前記レーザ光（150）を放射するように構成された底部エミッタであり、前記レーザ装置が前記レーザ装置の眼の安全性を高めるために、前記レーザ光（150）のレーザ放射角（156）を増加させるように構成された光学構造（140）を含み、前記光学構造（140）が前記レーザ装置の半導体層構造の一体化された部分であり、前記光学構造（140）が前記半導体基板（101）の表面構造を含み、前記半導体基板（101）の厚さが、隣接する垂直共振型面発光レーザによって放射されたレーザ光（150）が前記表面構造の面内で互いに交差するように構成され、前記表面構造が、前記半導体基板（101）の放射面の均一な放射が可能になるように構成されている、レーザ装置。
【請求項２】
前記光学構造（140）が屈折拡散器または回折拡散器を含む、請求項1に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第1の分布ブラッグ反射器（110）、前記活性層（115）、および前記第2の分布ブラッグ反射器（120）が前記半導体基板（101）の第1の側に配置され、前記表面構造が前記半導体基板（101）の前記第1の側とは反対の前記半導体基板（101）の第2の側に配置されている、請求項1に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記表面構造が前記半導体基板（101）の前記第2の側でエッチングされている、請求項3に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記半導体基板（101）の前記厚さが、少なくとも、隣接する垂直共振型面発光レーザ間の最も近い距離を前記半導体基板（101）の前記レーザ光（150）の放射角の正接の2倍で割ったものである、請求項1に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記表面構造が、2°〜20°の拡散角によって特徴付けられている、請求項5に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記表面構造が、2°〜8°の拡散角によって特徴付けられている、請求項6に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記表面構造が、4°〜8°の拡散角によって特徴付けられている、請求項7に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記光学構造（140）が平坦化層によって覆われ、前記平坦化層が前記光学構造（140）の材料よりも低い屈折率によって特徴付けられている、請求項1から8のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記光学構造（140）が反射防止膜を含み、前記反射防止膜が前記垂直共振型面発光レーザへのレーザ光（150）の後方反射を低減させるように構成されている、請求項1から9のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記光学構造（140）が少なくとも2つの異なる幾何学的特徴を含み、第1の幾何学的特徴が前記レーザ放射角を増加させるように構成され、前記レーザ光（150）の発光波長よりも小さな特徴サイズを有する第2の幾何学的特徴が前記反射防止膜として作用する、請求項10に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
垂直共振型面発光レーザのアレイを含むレーザ装置を製造する方法であって、前記垂直共振型面発光レーザが半導体基板（101）を通してレーザ光（150）を放射するように構成された底部エミッタであり、前記方法が、
基板（101）を用意するステップと、
第1の電極（100）を設けるステップと、
第1の分布ブラッグ反射器（110）を設けるステップと、
活性層（115）を設けるステップと、
前記活性層（115）が前記第1の分布ブラッグ反射器（110）と第2の分布ブラッグ反射器（120）との間にはさまれるように前記第2の分布ブラッグ反射器（120）を設けるステップと、
電流が前記第1の電極（100）および第2の電極（125）によって前記活性層（115）を横切って供給されるように、前記第2の電極（125）を設けるステップと、
光学構造（140）が前記レーザ装置の半導体層構造に一体化するステップと、を含み、前記光学構造（140）が前記レーザ装置の眼の安全性を高めるために前記レーザ光（150）のレーザ放射角（156）を増加させるように構成され、前記光学構造（140）が前記半導体基板（101）の表面構造を含み、前記半導体基板（101）の厚さが、隣接する垂直共振型面発光レーザによって放射されたレーザ光（150）が前記表面構造の面内で互いに交差するように構成され、前記表面構造が、前記半導体基板（101）の放射面の均一な放射が可能になるように構成されている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振型面発光レーザ（VCSEL）を含む本質的に安全なレーザ装置、そのようなレーザ装置を備える照明装置、およびレーザ装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
VCSELまたはVCSELアレイを含むレーザ装置は、赤外線照明装置として使用することができる。短パルスVCSELアレイは、例えば、飛行時間用途に応用される。そのような用途には、例えば、携帯機器のための短距離ジェスチャ認識および3D空間認識が含まれる。1〜10Wの範囲の出力パワーを有する約1mm2の面積のVCSELアレイがそのような用途について論じられる。照明の特定のフィールドは、用途によって規定される（例えば70°×50°を観察する、例えば飛行時間カメラ）。VCSELアレイの典型的な放射パターンは、例えば、20°の円錐形の回転対称である。
【０００３】
特に消費者向け製品に含まれるレーザ装置の場合、レーザの安全性は、顧客の受け入れを増やすために、かつ安全規制を満たすために不可欠である。特に、レーザの安全対策が簡単なやり方で、例えば、レーザ装置の操作によって無視され得ることを回避しなければならない。
【０００４】
米国特許出願公開第2007／0103643号明細書は、この点に関して、レーザがシャーシなどから取り出されるときに、そのレーザが確実に放射不能になるレーザ光源ユニットを開示している。レーザ光源ユニットは、光を放射する光発振部分を有するレーザ光源部分と、レーザ光源部分を固定する固定部材と、レーザ光源部分を固定部材から取り外す動きと同時に、レーザ光源部分の光発振部分に電流を供給するための電流経路を遮断する遮断手段と、を含む。
【０００５】
米国特許出願公開第2007／0071056号明細書は、垂直共振型面発光レーザ（VCSEL）構造から複数のビームを連続して放射し、ビームを視界の領域にわたって扇状に広げるように、光学素子を通してビームの方向を変え、視界の領域内の物体によって反射される可能性のある任意のビームを検出することによるレーザ測距および検出を開示している。そのような物体の距離および方位は、ビーム飛行時間およびビーム角度から決定することができる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、VCSELを含む改善された本質的に安全なレーザ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、独立請求項に記載されている。好ましい実施形態は、従属請求項に記載され、または本明細書の後続の部分に記載されている。
【０００８】
第1の態様によると、レーザ光を放射するように構成された少なくとも1つの垂直共振型面発光レーザを含むレーザ装置が提供される。少なくとも1つの垂直共振型面発光レーザは、第1の電極、半導体基板、第1の分布ブラッグ反射器、活性層、第2の分布ブラッグ反射器、および第2の電極を含む。活性層は、第1の分布ブラッグ反射器と第2の分布ブラッグ反射器との間にはさまれている。第1の電極および第2の電極は、活性層を横切って電流を供給するように構成されている。レーザ装置は、レーザ装置の眼の安全性を高めるためにレーザ光のレーザ放射角を増加させるように構成された光学構造を含む。光学構造は、レーザ装置の半導体層構造の一体化された部分である。レーザ装置の半導体層構造は、任意選択で、上述した電極、反射器、活性層などの機能要素の機能をサポートするさらなる半導体層を含むことができる。
【０００９】
光学構造は、レーザ装置がもはやレーザ安全規制の対象とならないようにレーザ装置の輝度を低減させるように構成することができる。レーザの安全性に対処することが不可能な場合がある、制限が少なく、消費者向け製品で十分に受け入れられている、発光ダイオード（LED）用の安全規制が適用可能な場合がある。半導体層構造においてレーザ光のレーザ放射角を増加させるように構成された光学構造の一体化は、レーザ装置を破壊せずに光学構造を取り外すことはできないため、本質的に安全な装置を提供する。さらに、半導体層、特にレーザ装置のガリウムヒ素基板（n≒3．5）の高屈折率は、通常、n＜1．5の屈折率によって特徴付けられる液体に浸漬させた場合でもレーザ放射角が十分に大きくなることを保証する。レーザ放射角は、レーザ放射が基本ガウスビームによって特徴付けられる場合、遠距離場のレーザ光の強度がレーザ光の最大強度と比較して50％（半値幅FWHM）に減少する、それぞれのVCSELまたはVCSELアレイの光軸を囲む全角度によって定義される。光学構造は、約20°の放射コーンを増加させるように構成することができる。レーザ放射角は、例えば、レーザ装置の光軸の周りで40°のコーンまで増加させることができる。
【００１０】
光学構造は、屈折拡散器または回折拡散器を含むことができる。
【００１１】
屈折拡散器は、半導体層構造に一体化された幾何学的構造によってレーザ光が屈折するように構成されている。幾何学的構造は、マイクロレンズアレイ、特に、異なる直径および／または焦点距離および／または偏心および／または開口部を有するランダムなマイクロレンズアレイ、マイクロプリズム、マイクロピラミッド、マイクロアキシコン、放射角をランダムに増加させる波状の自由表面、シリンダレンズなどを含むことができる。個々の構造の特徴サイズは、典型的には、5μm〜100マイクロメートルである。
【００１２】
回折拡散器は、レーザ光を回折するように構成され、0．1μm〜10μmの基板表面の特徴サイズ、およびレーザ装置の発光波長の4分の1から数波長のオーダの、基板の面に垂直な高さの差を有する2レベルまたはマルチレベルの格子を含むことができる。
【００１３】
垂直共振型面発光レーザは、半導体基板を通してレーザ光を放射するように構成された底部エミッタであってもよい。光学構造は、半導体基板の表面構造を含む。表面構造は、屈折拡散器に関して論じたような幾何学的構造または回折拡散器に関して論じたような格子を含むことができる。第1の分布ブラッグ反射器、活性層、および第2の分布ブラッグ反射器は、半導体基板の第1の側に配置されてもよい。表面構造は、半導体基板の第1の側とは反対の半導体基板の第2の側に配置されてもよい。
【００１４】
1つまたは複数のVCSELの半導体層の処理に使用されない半導体基板の第2の側に表面構造または光学構造を設けることにより、表面構造の簡単な処理または製造が可能になる場合がある。さらに、半導体基板は、通常、n＝3．5の屈折率を有するガリウムヒ素から構成されている。したがって、半導体基板は、通常、表面構造または光学構造の効率をさらに改善する最も高い屈折率を有する。
【００１５】
表面構造は、例えば、半導体基板の第2の側でエッチングされてもよい。エッチング・プロセスは、1つまたは複数のVCSELまたはより一般的なレーザ装置の半導体層を処理する前もしくは後に実行されてもよい。
【００１６】
表面構造は、代替として、研削、ラッピング、エッチング、ソフトクッション・インプリント・リソグラフィとそれに続くエッチング、ウエハへのマスター構造のUV複製とそれに続く基板の複製された構造のエッチング転写、電子もしくはイオンビーム書き込み、またはグレー・スケール・リソグラフィとエッチングなどによって処理されてもよい。
【００１７】
光学構造または表面構造の非常に小さな特徴サイズの使用は、よりよいランダム化のために、またレーザ発光特性を変える可能性があるレーザキャビティでの直接後方反射を低減させるために好ましい場合がある。任意選択で、ARコーティングを光学構造に施すことができる。あるいは、光学構造は、少なくとも2つの異なる幾何学的特徴を含む。拡散構造（例えば、約20μmの寸法を有するマイクロレンズ）として作用する第1の特徴、およびARコーティングとして作用するレーザ波長未満のスケールを有する第2の特徴（参照：人工モスアイ構造）。
【００１８】
レーザ装置は、同じ半導体基板上に構成された垂直共振型面発光レーザのアレイを含むことができる。半導体基板の厚さは、隣接する垂直面発光レーザによって放射されたレーザ光が光学構造の面内で互いに交差するように構成されてもよい。表面構造は、この場合、半導体基板の放射面の均一な放射を可能にするように構成されてもよい。
【００１９】
本質的に、この場合、底部放射VCSELアレイの半導体基板のチップ面積全体またはサイズを使用して、多数のVCSELによって放射されるレーザ光を放射することができる。光学構造と組み合わせた半導体基板の厚さは、この場合、VCSELアレイが、個々のVCSELが目に見えない1つの光源のように見えるように構成される。
【００２０】
半導体基板の厚さは、例えば、少なくとも、隣接する垂直面発光レーザ間の最も近い距離（VCSELのピッチ）を、半導体基板のレーザ光のレーザ放射角の2分の1の正接の2倍で割ったものであってもよい。半導体基板のレーザ放射角は、光学構造によって、レーザ装置のレーザ放射角に変換される。これにより、非常に小さな拡散角を有する光学構造または拡散器を使用することが可能になる場合がある。拡散角は、光学構造が、コリメートされた（本質的に平行な）レーザ・ビームによって照明される場合、光軸を囲む全角度で強度が（照明源に対して）光学構造の背後で最大強度の50％になる角度として定義される。
【００２１】
表面構造は、2°〜20°、好ましくは2°〜8°、最も好ましくは4°〜8°の拡散角によって特徴付けられてもよい。拡散角は、半導体基板のレーザ発散角と本質的に等しい。十分な厚さの半導体基板と組み合わせたそのような小さな拡散角を有する表面構造により、結果として、レーザ規格IEC60825の代わりにIEC62471に準拠したランプ規格に従って評価することができるレーザ装置を得ることができる。これにより、結果として、安全規制の制約が小さくなり、そのようなレーザ装置を含む製品がより一層受け入れられる可能性がある。
【００２２】
本質的に2つの異なるケースがあり得る。VCSELアレイは、第1のケース（約2°または3°の非常に小さな拡散角）ではランプ規格に従って評価することができる。VCSELアレイは、この場合、強力で、潜在的に危険なLED光源のように見える。3°を超える拡散角により、完全に眼に安全なレーザ（クラス1レーザ）が可能になる場合がある。
【００２３】
あるいは、レーザ装置の1つまたは複数の垂直共振型面発光レーザは、第2の分布ブラッグ反射器を通して半導体基板から遠ざかる方向にレーザ光を放射するように構成された頂部エミッタであってもよい。第2の分布ブラッグ反射器は、活性層の第1の側に配置されている。半導体基板は、活性層の第1の側とは反対の活性層の第2の側に配置されている。光学構造は、活性層に取り付けられた側とは反対の第2の分布ブラッグ反射器の側に配置された少なくとも1つの半導体層を含む。
【００２４】
光学構造は、個々のVCSELの輝度を下げるために、個々のVCSELの発光ファセットの個々のレーザ・ビーム（典型的には、直径10μm）よりも小さい特徴サイズによって特徴付けられる。この特徴サイズは、光学構造が第2の分布ブラッグ反射器の一部にはなり得ないという結果をもたらす。したがって、第2の分布ブラッグ反射器の反射率は、各VCSELが半導体と空気の界面による反射率への追加の寄与なしにレージングを開始するように適合されなければならない。さらに、第2の分布ブラッグ反射器と光学構造によって構成される1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の半導体層との間に配置された1つまたは複数の中間層があってもよい。
【００２５】
少なくとも1つの半導体層は、レーザ放射角を少なくとも40°に増加させるように構成されてもよい。光学構造を通過した後のレーザ放射角は20°〜180°であってもよい。
【００２６】
第2の分布ブラッグ反射器は、少なくとも95％、より好ましくは少なくとも98％、最も好ましくは少なくとも99％の反射率を提供するように構成されてもよい。少なくとも95％の反射率は、光学構造の1つまたは複数の半導体層と第2の分布ブラッグ反射器との間の任意選択の層と、光学構造の1つまたは複数の半導体層と、半導体空気界面と、による反射率への追加の寄与なしに各VCSELのレージングを可能にするのに十分である可能性がある。
【００２７】
光学構造は、回折拡散器であってもよい。少なくとも1つの半導体層は、この場合、少なくとも1つの垂直共振型面発光レーザの発光波長の少なくとも2分の1の厚さによって特徴付けられてもよい。発光波長の少なくとも2分の1の厚さを有する半導体層の使用により、VCSELまたはVCSELアレイを含むレーザ装置のレーザ放射角を増加させる回折拡散器を提供するために、1つの半導体層のみの使用が可能になる。
【００２８】
少なくとも1つの半導体層の厚さは、必要な放射角を提供するために、VCSELの発光波長の2倍、3倍、4倍、またはそれ以上であってもよい。光学構造は、例えば、回折光学素子を、レーザ波長に対する後方反射が異なるファセットでの弱め合う干渉によって抑制されるように設計することによって、レーザキャビティでの後方反射を最小限に抑えるように最適化されるのが好ましい。あるいは、拡散器は、これらが活性領域に当たらないように、またはレーザキャビティに戻って結合することがないように、光軸に対して大きな角度の後方反射のみを有するように設計される。ARコーティングは、上述したような代替の実施形態による光学構造に施されるか、または光学構造に含まれてもよい。
【００２９】
第2の態様によると、少なくとも1つの垂直共振型面発光レーザを含むレーザ装置を製造する方法が提供される。本方法は、
基板を用意するステップと、
第1の電極を設けるステップと、
第1の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
活性層を設けるステップと、
活性層が第1の分布ブラッグ反射器と第2の分布ブラッグ反射器との間にはさまれるように、第2の分布ブラッグ反射器を設けるステップと、
電流が第1の電極および第2の電極によって活性層を横切って供給されるように第2の電極を設けるステップと、
光学構造をレーザ装置の半導体層構造に一体化するステップと、を含み、光学構造がレーザ装置の眼の安全性を高めるためにレーザ光のレーザ放射角を増加させるように構成されている。
【００３０】
ステップは、必ずしも上記の順番で実行される必要はない。例えば、第1および第2の電極を処理するために使用される金属層は、エピタキシャル半導体層の後に処理される。光学構造の一体化は、例えば、レーザキャビティを処理する前に、または処理した後に実行されてもよい。第1の電極を処理するステップは、頂部エミッタまたは底部エミッタが製造されるかどうかに依存することがある。
【００３１】
光学構造は、いくつかの方法、とりわけ、研削、ラッピング、エッチング、ソフトクッション・インプリントリソグラフィとそれに続くエッチング、ウエハへのマスター構造のUV複製とそれに続く基板の複製された構造のエッチング転写などによって一体化されてもよい。
【００３２】
光学構造は、平坦化層によって覆われてもよい。平坦化層は、光学構造の材料よりも低い屈折率によって特徴付けられる。光学構造は、所望のレーザ放射角を提供するために、平坦化層の屈折率に対して設計されてもよい。平坦化層は、光学構造によって引き起こされる表面不規則性を平滑化するために使用されることがある。平坦化層は、シリコーン、エポキシ、ポリイミド、SiNなどのような材料を含んでもよい。光学構造を製造するために使用される半導体層構造（基板または1つもしくは複数の半導体層）の屈折率と平坦化層の屈折率の差は、安全要求事項を満たすようにレーザ放射角を増加させるのに十分である。平坦化層は、光学構造を保護し、例えば、シリコーンオイルによる操作を阻止する。
【００３３】
さらなる態様によると、発光装置が提供される。発光装置は、上述したような少なくとも1つのレーザ装置と、レーザ装置を駆動するためのドライバと、を含む。
【００３４】
請求項1〜12に記載のレーザ装置および請求項14に記載の方法は、特に、従属請求項で定義されるように、同様のおよび／または同一の実施形態を有することを理解されたい。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せでもあり得ることを理解されたい。
【００３６】
さらに有利な実施形態が以下に定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。
【００３８】
ここで、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、例として本発明を説明する。
【図１】第1のレーザ装置の主要なスケッチである。
【図２】第2のレーザ装置の主要なスケッチである。
【図３】拡散角およびレーザ放射角という用語を説明するための主要なスケッチである。
【図４】第3のレーザ装置の主要なスケッチである。
【図５】レーザ装置を製造する方法のプロセス・フローの主要なスケッチである。
【００３９】
図では、同様の参照番号は、全体を通して同様の対象物を指す。図中の対象物は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
ここで、本発明の様々な実施形態が図によって説明される。
【００４１】
図1は、1つのVCSELを含む第1のレーザ装置の主要なスケッチを示す。VCSELは、半導体基板101の方向にレーザ光を放射する底部放射VCSELである。半導体基板101の第1の側には、例えば、屈折率が交互に変化する18対の層を含む第2のDBR120が設けられている。第2のDBRの反射率は、約95％、好ましくは99％である。第2の電極125によって供給される電流を分配するように構成された底部コンタクト層121が設けられている。底部コンタクト層121は、第2のDBR120の頂部に設けられた別個の層、または第2のDBR120の層の1つであってもよい。活性層115は、第2のDBR120の頂部に設けられ、その後、例えば、屈折率が交互に変化する30対の層を含む第1のDBR110が続く。第1のDBR110の反射率は、少なくとも99．9％である。第1の電極100は、第1のDBR110の頂部に設けられている。第1のDBR110、活性層115、および第2のDBR、ならびに任意選択の中間層（図示せず）がVCSELの光共振器130を構築した。光学構造140は、第2のDBR120が配置された第1の側とは反対の半導体基板101の第2の側に設けられている。光学構造140は、半導体基板101の第2の側の表面にエッチングされた表面構造である。表面構造は、第1のレーザ装置によって放射されるレーザ光150の40°のレーザ放射角を提供するように構成された屈折拡散器である。半導体基板101の放射角は、この場合、第1のレーザ装置の光軸に対して約3°である。ガリウムヒ素半導体基板101の約3．5の屈折率のために、光学構造140のないレーザ放射角は、この場合、約20°である。光学構造140は、レーザ光150のレーザ放射角を20°から40°に増加させる。
【００４２】
図2は、第2のレーザ装置の断面の主要なスケッチを示す。第2のレーザ装置は、2次元アレイで構成されたVCSELのアレイを含む。図2は、VCSELのレーザキャビティまたは光共振器130の1つの線を横切る断面を示す。光共振器130の中心間のピッチは、40μmであってもよい。半導体基板101内部のレーザ放射角は、約6°（それぞれのVCSELの光軸の周りに円形対称）であってもよい。半導体基板101の厚さは、光学構造140の面内で単一のVCSELのレーザ放射の重なりを可能にするために少なくとも約380μmでなければならない。光学構造140の面内でのVCSELのレーザ放射の重なりにより、半導体基板101の底面全体が本質的に均一な光源に見えるようになる。第2のレーザ装置によって放射されるレーザ光150のレーザ放射角は、30°であってもよい。VCSELアレイの各VCSELの放射コーンは、光学構造140によってわずかに広げられるにすぎない。半導体基板101（例えば、GaAs）の厚さは、光学構造140の比較的小さな拡散角と組み合わされて、レーザ光150が放射される半導体基板101の表面が均一の放射面に見えるという効果を有する。したがって、第2のレーザ装置は、上で論じたようなレーザ規格IEC60825の代わりに、IEC62471に準拠したランプ規格に従って評価することができる。
【００４３】
図3は、拡散角154およびレーザ放射角156という用語を説明するための主要なスケッチを示す。コリメートされたレーザ光152は、半導体基板101を介して放射され、光学構造140によって拡散される。拡散角154は、コリメートされたレーザ光152と同一直線上にある光軸160を囲む全角度であり、光学構造140を通過した後の遠距離場におけるレーザ光150の強度分布が、例えば、ガウス強度分布の場合は光軸160上にあり得る強度分布の最大強度の50％となる角度である。レーザ放射角156は、遠距離場における強度が上で論じたように最大強度の50％となる、光軸160に対する角度間の全角度である。レーザ放射角156は、コリメートされたレーザ光152の特別な場合に拡散角154と同一になる。
【００４４】
VCSELによって放射された半導体基板101のレーザ光のレーザ放射角は、上で論じたように、完全にはコリメートされない。したがって、光学構造140を通して放射されたレーザ光150のプロファイルは、例えば、光学構造140のないVCSELよって放射されたレーザ光のプロファイルと光学構造140の拡散プロファイルとの畳み込みである。光学構造140の拡散プロファイルは、レーザ光のプロファイルによってぼかされる。例えば、シルクハット拡散プロファイルを提供する光学構造140は、例えば、台形形状（断面を見て）に変換されることがある。したがって、レーザ放射角156は、コリメートされたレーザ光152の場合と比較して広くなることがある。もちろん、拡散プロファイルは、レーザ放射プロファイルがアプリケーションの要件に適合するように最適化されるべきである。VCSEL自体のレーザ・ビームは知られているため、これを拡散器設計に含めることができる。
【００４５】
図4は、第3のレーザ装置の断面の主要なスケッチを示す。第3のレーザ装置は、レーザ光150を基板101から遠ざかる方向に放射する頂部発光VCSELを含む。半導体基板101の底面には、第1の電極100が設けられている。半導体基板101の上側には、第1および第2の屈折率を有する30対の層を含む第1のDBR110が設けられている。第1のDBR110の層の対は、AlGaAs／GaAs層を含む。層の厚さは、99．9％を超える要求反射率を提供するためにVCSELの発光波長に適合している。第1のDBR110の頂部には、活性層115が設けられている。活性層115は、光生成のための量子井戸構造を含む。n電流注入層（図示せず）が第1のDBR110と活性層115との間に配置されてもよい。第2のDBR120が活性層115の上部に設けられている。第2のDBRは、異なる屈折率を有する15対の層を含む。第2のDBR120の層の対は、AlGaAs／GaAs層を含む。層の厚さは、約99％の要求反射率を提供するためにVCSELの発光波長に適合している。p電荷キャリア注入層および電流開口部（図示せず）が活性層115と第2のDBR120との間に配置されてもよい。頂部コンタクト層122が第2のDBR120と、一体化された光学構造140との間に設けられている。光学構造140は、上述したようなレーザ放射角を増加させるために、レーザ装置によって放射されたレーザ光150を拡散させるように構成された構造化されたGaAs層（回折格子）である。リング状の第2の電極125が、第2の電極125によって供給することができる電流を分配する頂部コンタクト層122に電気的に接続されている。
【００４６】
図5は、VCSELを含むレーザ装置を製造する方法のプロセス・フローの主要なスケッチを示す。ステップ410で、ガリウムヒ素半導体基板101が用意される。ステップ420で、基板101の上側に第1のDBR110が設けられ、その後のステップ430で、第1のDBRの頂部に活性層115が設けられる。ステップ440で、活性層115の頂部に第2のDBRが設けられる。ステップ450で、第2のDBR120の頂部に構造化されたGaAs層が設けられる。構造化されたGaAs層は、レーザ装置のレーザ放射角を増加させる緩和光学構造140として構成されている。ステップ460で、第1の電極100が設けられる。第1の電極は、半導体基板101の底面に取り付けられる。ステップ470で、レーザ装置に電気的に接触するための第2の電極125が設けられる。第1のDBR110の層、活性層115、第2のDBR、一体化された光拡散器140、および電流注入層と同様のその他の層などは、MOCVDのようなエピタキシャル法によって堆積させることができる
本発明の基本的な考え方は、レーザ装置によって放射されたレーザ光150のレーザ放射角を増加させるように構成された光学構造140をレーザ装置の半導体層構造に一体化することである。半導体層構造は、さらなるエピタキシャル半導体層が処理される半導体基板101を含む。レーザ装置は、最終的にパッケージによって封入することができる。光拡散光学構造140を半導体層構造に一体化することによって、光学構造140にアクセスすることがほぼ不可能になる。さらに、レーザ放射角の増加を回避するためには、レーザ装置の半導体層構造を操作しなければならない。敏感な半導体層構造の操作には、通常、レーザ装置のレーザ光150放射構造が破壊されるという影響がある。光学構造140を平滑化するために使用することができる材料（例えば、液体）によって光学構造140を回避することは、光学構造140にアクセスすることがほぼ不可能であり、半導体層、特に半導体基板101の高屈折率のために本質的に効果がない。
【００４７】
本発明は、図面および前述の説明において詳細に例示および説明してきたが、そのような例示および説明は、限定的でなく、例示的または典型的であると見なされるべきである。
【００４８】
本開示を読むことにより、他の修正形態が当業者に明らかになるであろう。そのような修正形態は、当技術分野で既に知られており、本明細書で既に説明した特徴の代わりに、またはその特徴に加えて使用することができる他の特徴を伴っている場合がある。
【００４９】
開示された実施形態に対する変形形態は、図面、本開示、および添付された特許請求の範囲を検討することにより、当業者によって理解および達成され得る。特許請求の範囲において、用語「含む」は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「a」または「an」は、複数の要素またはステップを除外しない。ある特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示すものではない。
【００５０】
特許請求の範囲のいかなる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【符号の説明】
【００５１】
100  第1の電極
101  基板
110  第1の分布ブラッグ反射器
115  活性層
120  第2の分布ブラッグ反射器
121  底部コンタクト層
122  頂部コンタクト層
125  第2の電極
130  光共振器
140  光学構造
150  レーザ光
152  コリメートされたレーザ光
154  角度の拡散
156  レーザ放射角
410  基板を用意するステップ
420  第1のDBRを設けるステップ
430  活性層を設けるステップ
440  第2のDBRを設けるステップ
450  光学構造を一体化するステップ
460  第2の電極を設けるステップ
470  第1の電極を設けるステップ
【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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