(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の流れに応答して、ほぼ固定された波長の光エネルギーを発生する活性層を備えた光学キャビティと、
前記光学キャビティの第１の側に位置する、交番屈折率を有する第１の複数の層と、
前記光学キャビティの第１の側とは反対の第２の側に位置する、交番屈折率を有する第２の複数の層と、
前記光学キャビティに対置する前記第１の複数の層の側にあって、前記光エネルギーを通すための開口部を備えた第１の電極と、
前記光学キャビティに対置する前記第２の複数の層の側にある第２の電極と、
前記第１の電極の前記開口部に形成された熱伝導層であって、該熱伝導層の側方への広がりが、前記第１の電極の前記開口部の側方への広がりよりも大きくなっており、前記第１の電極の上に延びており、当該熱伝導層が、前記第１の電極の表面の多くとも一部分と接触しているだけで、該表面の一部を露出させている、熱伝導層と、
前記第１の電極の側方への広がりを超えて側方に延びている導電性熱拡散層であって、前記第１の電極の前記露出した表面と前記熱伝導層の表面の一部との両方を覆っており、これにより、前記第１の電極と電気的に接触し、前記熱伝導層と熱的に接触している導電性熱拡散層とを設け、
前記第１の複数の層と前記熱伝導層に、前記光エネルギーが前記第１の電極の前記開口部を透過できるようにする光学特性が備わっていることを特徴とする面発光レーザ。
【請求項２】
前記熱伝導層が、前記活性層において発生する光エネルギーに関する前記波長の１／２のほぼ整数倍にあたる厚さを備えた材料による単一層であることを特徴とする、請求項１に記載の面発光レーザ。
【請求項３】
前記熱伝導層が、前記活性層において発生する光エネルギーに関する前記波長の１／４のほぼ奇数倍にあたる厚さを備えた材料による単一層であることと、前記熱伝導層が、前記第１の複数の層に接触して、前記第１の複数の層の交番屈折率のパターンを維持することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ。
【請求項４】
前記第１の電極の前記開口部が、前記第１の複数の層の光学的に露出した領域を形成することと、前記熱伝導層が、前記光学的に露出した領域を完全にカバーし、前記第１の電極の上まで延びていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項５】
前記第１の電極及び前記熱拡散層が金属層であり、前記熱拡散層の厚さが前記第１の電極の厚さを超えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【請求項６】
前記第１の電極及び前記熱拡散層がほぼ同軸で、全体に環形状をなしており、前記第１の電極の外径が前記熱拡散層の内径を超え前記熱拡散層の外径未満であり、これによって、前記熱拡散層が前記電極の上に部分的に重なり、前記電極を超えて、半径方向に延びることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に半導体レーザに関するものであり、とりわけ面発光レーザのための電流及び／または熱の拡散の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、高速光データ・リンクを提供するとか、あるいはワークステーション、周辺機器及びディスプレイを接続するといったような、多種多様な用途に用いることができる。多くの用途において、面発光レーザは従来のエッジ発光レーザに比較して多くの利点をもたらす。この利点には以下のようなものが含まれる：（１）デバイスがウェーハ・レベルで完成し、従って、その特性を完全に定めることができる、（２）開口数が小さく、対称のため、光ファイバとの効率の高い結合ができる、（３）動作が単一周波数である、（４）デバイスは、モニタ・フォトダイオードまたはトランジスタと比較的簡単に集積することができるし、あるいは面発光レーザの２次元のアレイに集積することもできる。
【０００３】
面発光レーザでは、放射線は、一般にレーザの金属電極の１つまたは複数の開口部を介して放出される。この構成は、開口部から放出される光を単一モードの光ファイバに結合しなければならない場合には、とりわけ有効である。光を光ファイバに結合する開口部の形状及びサイズは、光ファイバの形状及びサイズに適合させることができる。一方、エッジ発光レーザから放出される光は一般に細長い領域から放射されるので、レーザからファイバへの結合は面発光レーザに比べて効率が劣る。
【０００４】
面発光レーザについては、Wang他に対して与えられ本願出願人に譲渡された米国特許第5,266,503号に記載がある。Wang他による電極層における開口部は、酸素イオン注入によって形成できる電気的絶縁領域とアライメントがとられる。この注入領域は、電極から活性層の選択された領域への電流を閉じ込める。ここで、この電流に応答して固定波長の光エネルギーが発生される。電極と電流閉じ込め領域は同軸構成を取ることができる。
【０００５】
面発光レーザの設計及び動作における２つの関心事は、熱エネルギーの分布と電流の分布である。これらの関心事はある程度相互に関連している。高い熱インピーダンスはレーザの性能に悪影響を及ぼす。環状電極からの電流は、各層の厚さがレーザの層を伝搬する光の周波数の１／４波長である分布式ブラッグ・リフレクタ（distributed Bragg reflecter、ＤＢＲ）ミラー構造を介して注入される。多くの場合、１／４波長は、このミラー構造に注入される例えば１０〜２０ＫＡ／ｃｍ2といった大きな電流密度を取り扱うにはあまりに薄すぎる。この結果、光の出力が劣化し、レーザの有効寿命が短縮される。垂直キャビティの上部発光レーザが、とりわけこうした問題に影響されやすい。最上部の層は、金属電極の接触抵抗を減らすため、ほとんど縮退するように（degenerately）ドーピングされる。この層は薄いので、焼損を引き起こす過熱に敏感である。
【０００６】
Scott他に対して与えられた米国特許第5,343,487号には、電流集中（current crowding）、すなわち不均一な電流の分布、に対処する垂直キャビティ面発光レーザ（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser、ＶＣＳＥＬ）が記載されている。実施例の１つでは、電極と活性領域の間に接触領域が形成される。接触領域には、電流の注入がレーザの共振キャビティの半径より短い半径までに制限されるように、抵抗率が半径方向に勾配を有する層状の領域が設けられている。Jewell他に対して与えられた米国特許第5,245,622号には、レーザの活性領域と上部ＤＢＲミラー構造の間に層状になった電極を配置したＶＣＳＥＬの記載がある。この層状電極は、レーザの活性領域に電流を注入するために選択された導電性タイプを有する、対になった多量ドーピング層と少量ドーピング層を持つ。多量ドーピング層の厚さは放出される放射線の波長の約１／４以下である。同様に、少量ドーピング層の厚さはこの波長の約１／４以上であり、対になった層全体の厚さは１／２波長である。Scott他及びJewell他の教示を用いることにより従来技術の層構造に比べての改善はもたらされるが、それ以上の改良が望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レーザの性能に悪影響を及ぼすことなく電流及び／または熱分布をさらに改善する面発光レーザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
面発光レーザは、レーザの熱拡散及び電流拡散能力を高めるための層を含むように形成される。面発光レーザの性能の向上及び／または有効寿命の延長のため、熱インピーダンスを低下させるか、あるいは電流分布を改善する層が加えられる。この層は、光学キャビティからのレーザの光エネルギーが電極の開口部を通ることができるようにするために形成される。
【０００９】
第１の実施例では、電極に通る開口部に熱伝導層を形成することによって、熱インピーダンスを低下させる。レーザの光学性能に対する熱伝導層の影響を最小限にとどめるため、熱伝導層の望ましい厚さは、レーザキャビティにおいて発生する光エネルギーの波長の１／２の整数倍になる。次に、熱拡散層が、電極と電気的に接触し、また熱伝導層と熱的に接触するように形成される。電極及び熱拡散層は、夫々、電極の外径は熱拡散層の内径より大きいが熱拡散層の外径より小さい環状構造を有してよい。従って、熱拡散層は同軸電極の上に部分的に重なる。
【００１０】
熱伝導層は、電極の開口部をカバーし、好ましくは電極の上に延びる。かくして、レーザによって発生する熱エネルギーは熱伝導層を介して熱拡散層に導くことができ、これによって熱流の分布がより広がってレーザの熱インピーダンスが低下する。
【００１１】
電極の開口部に形成された熱伝導層は、放射光に対して光学的に透明であって、また熱伝導率が高くなければならない。光の波長の１／２の厚さを有する炭化珪素が望ましい構造であるが、例えばダイヤモンドのような他の材料に置き換えることもできる。熱拡散層が分散型ブラッグ・リフレクタ（ＤＢＲ）・ミラー構造における１つの層としての働きもできるようにするＤＢＲ層と熱伝導層が対になっている場合には、厚さを光の波長の１／４の奇数倍にすることもできる。本明細書において前述したように、「波長」による厚さの表示は、レーザ材料を伝搬するところのレーザによってで発生した光に関する測定値であることを表すものと理解しなければならない。この波長は、レーザによって放出される光の波長を関係する材料の屈折率で割った値に等しい。
【００１２】
熱拡散層に関しては、その材料は導電率及び熱伝導率が比較的高くなければならない。面発光レーザによって発生する熱エネルギーを効率的に分散するために、熱拡散層の厚さは電極の厚さを上回ることが望ましい。
【００１３】
第２の実施例では、問題となる層は、上部ＤＢＲミラー構造と上部電極の間に配置された電流拡散層である。この電流拡散層の厚さは伝搬する光の波長の１／２の整数倍である。従って、電流拡散層は光学的にほぼ透明である。この層は少なくとも単一膜層であり、層のドーピングに勾配をつける（grade）ことができる。
【００１４】
この電流拡散層の厚さは少なくとも１／２波長あるため、レーザの最上部の層の厚さは従来の上部発光レーザのこれに相当する層の少なくとも２倍はある。従来、最上部の層はＤＢＲ層である。最上部の層の厚さを増すことによって、横方向抵抗が小さくなり、この結果、上部電極からの電流注入がより均一になる。しかし、電流拡散層は１／２波長の整数倍であるため、この層は透明であり、１／４波長ミラー層のＤＢＲ反射率を変化させることはない。
【００１５】
ＤＢＲミラー構造と上部電極の間に複数の１／２波長層を追加することもできる。例えば第１の１／２波長層を放出される放射線に関する禁止帯幅に基づいて形成し、上部の１／２波長層を主としてその電気特性に関して選択することができる。これによって、電流拡散を最大にするために抵抗の小さい層（すなわち多量にドーピングした層）を選択することと、吸光度が低いという理由である層を選択すること、との間で生じることのあるトレード・オフの影響が軽減される。受け入れることのできる実施例としては、下側にＡｌＧａＡｓの１／２波長層を設け、例えば炭素のようなドーパントの濃度に勾配が付けられたＧａＡｓの１／２波長層を上側に設けることである。
【００１６】
【実施例】
図１を参照すると、半導体基板１４の表面に下方電極１２を備えた、従来技術による面発光レーザ（ＳＥＬ）１０が示されている。基板は、ｎタイプのガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板とすることができる。下方電極は、基板に対してオーム接触を形成し、一般にＡｕＧｅ合金である。
【００１７】
基板１４の電極１２とは反対側の表面には、下部ミラー構造１６が設けられている。許容可能な構造は、分散型Braggリフレクタ層がｎタイプのＧａＡｓの１／４波長ミラー層とＡｌＡｓの１／４波長ミラー層の交互に重なっているものである構造である。図１には８つの層が示されているが、一般に下部ミラー構造１６には、例えば３２．５対といったもっと多くの層が含まれている。
【００１８】
下部ミラー構造１６の上には、スペーサ層１８、すなわちクラッディング層が設けられている。活性層２０内にキャリヤを閉じ込めるための層として、ｎタイプのドーパントを含むＡｌＧａＡｓクラッディング層を用いることができる。活性層はスペーサ層１８と上方スペーサ層２２の間に挟まれる。上方スペーサ層２２は、下方スペーサ層１８と同じ材料で形成することができるが、ドーピング・タイプが逆である。
【００１９】
スペーサ１８及び２２と活性層２０によって、電流に応答して光エネルギーを送り出す光学キャビティが形成される。光の周波数は、活性層を形成するために選択された材料を含む、いくつかの要素によって決まる。
【００２０】
上部ミラー構造２４は、光学キャビティの下部ミラー構造１６とは反対側に形成される。上部ミラー構造は、交互パターンをなすＧａＡｓ及びＡｌＡｓ層から形成することもできるが、上部ミラー層のドーピング・タイプは下部ミラー層のドーピング・タイプとは逆である。分散型Braggリフレクタ・ミラー中のＧａＡｓとＡｌＡｓの界面は漸変させることができるが、これは決定的なものではない。漸変によって禁止帯幅の不連続性が弱められ、ミラー抵抗が小さくなる。抵抗率をさらに低下させるため、ミラー層には多量にドーピングすることが望ましい。ＧａＡｓとＡｌＡｓによるBraggミラーは、例えば５×１０18／ｃｍ3といったようにドーピング量が多い漸変領域を除いて、１×１０18／ｃｍ3まで一様にドーピングすることができる。ｎドーパントはシリコンとし、ｐドーパントは漸変領域からあまり拡散しないことが明らかになった炭素とすることができる。
【００２１】
ＳＥＬには電流閉じ込め領域２６及び２８が埋め込まれている。これらの領域は、本願出願人に譲渡されたWang他に対して与えられた米国特許第５，２６６，５０３号に記載のように、酸素イオンを注入することによって形成することができる。しかし、こうした領域を形成するための他の技法を用いることもできる。上部電極３０は、上部ミラー構造２４に電流を伝導するために配置される。上部電極の内壁３２によって、光を放出する中央開口部が画定される。電極は、開口部が円形になるように環形状にすることができるが、これは決定的なものではない。円形の開口部では光ファイバへの光の結合が効率よく行える。電流閉じ込め領域２６及び２８によってレーザ動作効率が改善される。これらの領域は、上部電極３０と下部電極１２との間に流れる電流を活性領域２０の比較的小さい領域に閉じこめる。従来は、電流閉じこめ領域２６及び２８は上部電極３０の開口部と整列した円形開口部を画定する。
【００２２】
動作時、バイアス電圧が下部電極１２と上部電極３０の間に印加される。電流閉じこめ領域２６及び２８は、活性層２０及びスペーサ層１８及び２２への電流を、上部ミラー構造２４の下方層に通る比較的小さい円形開口部を通るように制限する。この構成によれば効率のよいレーザ・デバイスが得られるが、このデバイスの熱インピーダンスが問題になる。ＳＥＬに流れる電流は光エネルギーを発生するが、熱エネルギーも発生する。熱の一部は通常は下に向かい、ヒート・シンクに接触している下部電極へ放散される。熱の一部は上に向かい、上部電極にに伝導される。
【００２３】
次に図２を参照すると、本発明は、光学的に透明な熱伝導層３４及び熱拡散層３６を設けて有効放射直径を増すことによって、ＳＥＬの熱インピーダンスを低下させる。ＳＥＬの動作中に発生して上部ミラー構造２４を通って上昇する熱エネルギーは、層３４を介して熱拡散層３６に伝導し、放散できるようにするのが望ましい。その結果、ＳＥＬの熱インピーダンスは低下する。さらに詳細に後述するように、熱インピーダンス（Ｚth）の低下は次のようにモデル化することができる：
Ｚth＝［１／（２πσＤ／２）｝ａｒｃｔａｎ（２ｔ／（Ｄ／２））
ここで、Ｄは熱エネルギーが拡散される材料の直径であり、ｔはＳＥＬが形成される半導体基板の厚さであり、σは基板を形成する半導体材料の熱伝導率である。従来技術では、有効直径（Ｄ）は本発明のものよりも小さい。
【００２４】
上部電極３０によって形成される開口部内にある熱伝導層３４に関して、問題となる２つの特性がある。第１に、層３４は電極開口部を透過する光を妨げてはならない。望ましい実施例では、層３４の厚さは発生したＳＥＬを伝搬する光の波長の１／２の整数倍である。従って、層３４の厚さは上部ミラー構造２４の層の厚さの２倍の整数倍になる。熱伝導層を形成するための許容可能な材料は炭化珪素である。しかし、例えばダイヤモンドといった他の材料を用いることもできる。
【００２５】
上のようにする代わりに、熱伝導層３４は、放出される光の１／４波長またはこの１／４波長の他の奇数倍の厚さを備え、上部ミラー構造２４のパターンに合わせた屈折率を備えるようにすることができる。前述のように、上部ミラー構造は、屈折率の高い１／４波長ＤＢＲミラー層と屈折率の低い１／４波長ＤＢＲミラー層が互い違いになったものを備えている。熱伝導層３４がこのパターン内にぴったりと納まる場合、その厚さは、１／２波長の整数倍ではなく、１／４波長または１／４波長の他の奇数倍とすることができる。
【００２６】
熱伝導層３４の他の重要な特性は熱伝導率である。熱伝導層３４の目的は、ＳＥＬから熱拡散層３６への熱伝達を容易にすることにある。熱伝導率が高ければ熱の伝達効率がよくなる。炭化珪素は許容可能な熱伝導率を備えている。層３４は導電性でもあることが理想である。しかし、導電性材料では、通常、放出される光にとって所望の透明度が得られない。
【００２７】
熱拡散層３６については、例えば金のような導電性材料が望ましい。なぜなら、こうすれば層３６を利用して信号を上部電極３０に印加できるからである。図２に示すように、上部電極の外径は、熱拡散層の内径３８と外径４０の間に位置している。環形状の熱伝導層は本発明にとって決定的なものではないが、ほぼ均一な熱分布が得られるので環形状が望ましい。
【００２８】
図２の実施例では、熱伝導層３４は上部電極３０の一部の上に重なる。上部電極の露出部分は熱拡散層と接触している。上部ミラー構造２４からの熱エネルギーの一部は層３４から層３６に伝導される。一方、熱拡散層３６から上部電極３０へと電気エネルギーを逆方向に導いて、上部ミラー構造２４に流れる電流を誘導することもできる。
【００２９】
熱インピーダンスの正確なモデル化は、次の式によって得られる：
Ｚth＝［１／（２πσＤ／２）］ａｒｃｔａｎ（２ｔ／（Ｄ／２））
従って、熱インピーダンスは、半導体基板（ＧａＡｓ）の厚さ（ｔ）を薄くすることによって低下させることができる。しかし、この熱インピーダンスの改善に伴って、必然的に、ウェーハがさらに破損しやすくなる。実際、ウェーハの厚さの下限は、約１００μｍである。本発明によれば、Ｄ、すなわちそれに沿って熱エネルギーが拡散するＳＥＬの表面と平行な寸法を延長することによって、熱インピーダンスをさらに低下させることができる。この場合、熱拡散層３６の外径４０は、上部電極３０の外径を超えるので、熱インピーダンスが低下する。
【００３０】
寸法Ｄは、ＳＥＬに金メッキを追加して熱拡散層を形成することによって、増大させることができる。メッキ・プロセスの各種パラメータは、当該技術において周知のところである。金は望ましい材料であるが、熱エネルギーの拡散を促進する手段として他の導電性材料を代わりに使用することもできる。
【００３１】
図２の発明は、上部発光ＳＥＬデバイスに用いるものとして解説され、例示されているが、この実施例は下部発光ＳＥＬデバイスにも等しく有効に働くものである。さらに、図２の実施例には電流閉じこめ領域２６及び２８がＳＥＬの上部表面にまで延びるものとして示されているが、これは決定的なものではない。電流閉じこめ領域を埋め込むるか、あるいは光を放出するための開口部を備えた電極とは反対側の光学キャビティの側に設けているＳＥＬに用いることによって、熱インピーダンスを低下させることもできる。
【００３２】
再び図１を参照すると、垂直キャビティＳＥＬ１０に対する電流の注入は、ミラー構造２４の１／４波長ＤＢＲ層を介して行われる。多くの用途では１／４波長層は薄すぎて、レーザに注入される例えば１０〜２０ＫＡ／ｃｍ2といった高電流密度を確実に扱うことはできない。この結果、デバイスの焼損や光出力の劣化が早期に起こる。この問題は、レーザから光を放出させる環状電極３０を介して電流が注入される上部発光ＳＥＬの場合にとりわけ重大になる。
【００３３】
ミラー構造２４の最上部の層は、従来は、金属電極３０の接触抵抗を小さくするため、ほとんど縮退するようにドーピングされている。この層が薄すぎる場合、過熱を生じる。電極及び上部表面層のバーン・アウトを早めてレーザに損傷を生じさせるのはこの過熱である。
【００３４】
次に図３を参照すると、過熱への感受性は、上部ミラー構造４４と環状上部電極４６の間に電流拡散層４２を組み込むことによって弱められる。図３では、電流拡散層４２は、電流を閉じこめるための注入領域５０を備えたＳＥＬ４８に用いるものとして示されている。電流拡散層４２及び表面にまで延びる領域５０を除けば、ＳＥＬ４８は従来技術によるレーザと同様である。上部ミラー構造４４の下にはスペーサ層５４及び５６の間に挟まれた活性層５２が設けられている。図３には、下部ミラー構造の２つの上部層５８及び６０も示されている。
【００３５】
ＳＥＬ４８における最上部の層の厚さを増すことによって、横方向の抵抗が減少する。その結果、リング電極４６からより均一な電流が注入される。しかし、単に厚さを増すだけでは、より望ましい構造は得られない。電流拡散層４２の厚さは、ＤＢＲミラー構造４４の反射率を損なうことにならないように選択しなければならない。活性層５２において発生する光エネルギーの１／２波長の整数倍にあたる厚さを備えるように拡散層４２を形成することによって、電流拡散層は放出される光に対して光学的に透明であり、ミラー構造の１／４波長層のＤＢＲ反射率を変化させることはない。
【００３６】
望ましい実施例では、１／２波長の電流拡散層４２は、熱伝導率が高く、電気抵抗が小さい。従って、ミラー構造４４と電流拡散層の間での電流や熱エネルギーの交換が容易になる。前述のように、その厚さは放出される光の１／２波長の整数倍である。許容可能な電流拡散層は、多量にドーピングしたＧａＡｓであって厚さが１／２波長の層である。ドーパントには、濃度を約５×１０19ｃｍ3の炭素を用いることができる。関連する自由キャリヤの損失を減少させ、レーザの性能を向上させるため、濃度に勾配を持たせてもよい。
【００３７】
図４は、本発明の第３の実施例である。この実施例では、ＳＥＬ６２には下方電流拡散層６４と上方電流拡散層６６が含まれている。分かりやすくするため、図３の実施例の要素と同じものである図４の実施例の要素には、同じ参照番号が付いている。従って、電流拡散層６４及び６６は、環状上部電極４６の下で、ミラー構造４４の上に配置されている。活性層５２とスペーサ層５２及び５６は、光エネルギーを発生するための光学キャビティを形成している。図４において、電流閉じこめ領域６７は埋め込まれたものとして示されているが、これは決定的ではない。
【００３８】
電流拡散層６４及び６６は、夫々、その厚さがＳＥＬによって発生する光の１／２波長の整数倍である。
【００３９】
上方電流拡散層６６は、主としてその電気特性に関して選択することが可能であり、一方、下方電流拡散層６４は主としてその光学特性に関して選択することができる。例えば上方拡散層６６は、上方領域のドーパント濃度を約１．０×１０19ｃｍ3とし下方領域のドーパント濃度を約５×１０18ｃｍ3として、１／２波長の厚さまでエピタキシャル成長させたＧａＡｓ層とすることもできる。さらに、下方拡散層６４は、１／２波長の厚さまでエピタキシャル成長させたＡｌＧａＡｓ層とすることができる。ＧａＡｓ層は、より多量のドーピングができるために選択されるが、その放出波長では光学的には吸光性である。従って、吸光度を最小限に抑えるため、下方拡散層は、放出される放射線に関する禁止帯幅がより高く、従ってより透明でさらに多量のドーピングが可能なＡｌＧａＡｓで形成するという選択がなされる。応用例の中には、夫々１／２波長の整数倍の厚さを備えた層を上部電極４６と上部ミラー構造４４の間に追加することによって、利点（例えば直列抵抗の低減）の得られることもある。
【００４０】
図３及び４の発明について、夫々１／２波長の整数倍の厚さを有する電流拡散層４２、６４、及び６６を備えるものとして解説してきたが、本発明の応用例によっては、（１）縮退するようにドーピングされ、かつ禁止帯幅が低いか、あるいはこれらの一方が成立し、これにより電極との界面における接触抵抗を小さくするようになっている、また、（２）電流拡散層が１／２波長の整数倍にほぼ等しい状態にとどまるように薄くなっており、従ってそれを含めることによって生じる放射損失がたいしたことにはならないところの、導電率の高い層を含めるのが有益なこともある。こうした放射損失は、電極を通る開口部によって露出する層の一部を除去することによって低減させるか、おそらくは排除することができる。例えば電極は、導電率の高い層の露出領域を除去するためのエッチング・ステップにおいてマスクとして用いることができる。放射損失を最小限に抑えるために材料を除去するこのアプローチは、図４の多量にドーピングされた上部層にも等しく有効に適用される。すなわち電極４６を通る開口部によって露出する層６６の領域を除去することによって、損失を低減させ、しかも導電率がより透過性の高い下方層６４に比べて大きくなるという上方層６６を設けることの利点はそのまま維持することができる。
【００４１】
図５は、電流拡散層６８を利用して横方向抵抗を小さくし、ＳＥＬ７０の有効寿命を延ばすもう１つの実施例である。この実施例では、電流拡散層は層内で発生する光の全波長である。従って、横方向抵抗はさらに小さくなる。電流拡散層６８の厚さを１．５波長または１／２波長の他の倍数にすることもできる。というのは、そのような層は光学的に透明であり、電流の拡散を増進するからである。さらにもう１つの代替案として、電流拡散層６８の厚さを問題となる波長の１／４の奇数倍とすることもできる。ただし、ここでの奇数は３以上である。この最後の代替案の範囲内において、電流拡散層６８は、ミラー構造７４内において確立された屈折率の交番パターンに連続する屈折率を持つ必要がある。
【００４２】
図５において、電流を閉じこめる注入領域７２はＳＥＬの表面まで延びるものとして示されているが、これは決定的ではない。図３及び図４の実施例と同じように、電流拡散層６８が上部ミラー層７４と上部電極７６の間に配置されるということに注意されたい。
【００４３】
別の実施例では、図３の電流拡散層４２が、活性層５２とスペーサ層５４及び５６によって形成される光学キャビティの下方に注入領域５０が位置するＳＥＬに用いられる。この電流拡散層の利点もやはり理解できるだろう。さらに別の実施例では、図３の電流拡散層４２と図２の熱伝導層３４及び熱拡散層３６が組み合わせられる。
【００４４】
電流閉じこめ層は、イオン注入によって形成されるものとして解説してきたが、他の技法を用いることもできる。例えばエッチングによるメサ、自然酸化物、または再成長領域を形成する技法を用いることもできる。電流閉じこめ層を形成するためにイオン注入が選択される場合、イオン源としての水素の許容可能な代替物には酸素及びヘリウムがある。
【００４５】
以下に、本発明の実施態様の例を列挙する。
【００４６】
［実施態様１］電流の流れに応答して、ほぼ固定された波長の光エネルギーを発生する活性層（５２）を備えた光学キャビティと、
前記光学キャビティの第１の側に位置する、交番屈折率を有する第１の複数の層（２４、４４、７４）と、
前記光学キャビティの第１の側とは反対の第２の側に位置する、交番屈折率を有する第２の複数の層（５８及び６０）と、
前記光学キャビティに対置する前記第１の複数の層の側にあって、前記光エネルギーを通すための開口部を備えた第１の電極（３０、４６、７６）と、
前記光学キャビティに対置する前記第２の複数の層の側にある第２の電極（１２）と、
前記第１の電極の前記開口部に形成された熱伝導層（３４）と、
前記第１の電極と電気的に接触し、前記熱伝導層と熱的に接触した導電性熱拡散層（３６）を設け、
前記第１の複数の層と前記熱伝導層に、前記光エネルギーが前記第１の電極の前記開口部を透過できるようにする光学特性が備わっている
ことを特徴とする面発光レーザ。
【００４７】
［実施態様２］前記熱伝導層（３４）が、前記活性層（５２）において発生する光エネルギーに関する前記波長の１／２のほぼ整数倍にあたる厚さを備えた材料による単一層であることを特徴とする、実施態様１に記載の面発光レーザ。
【００４８】
［実施態様３］前記熱伝導層（３４）が、前記活性層（５２）において発生する光エネルギーに関する前記波長の１／４のほぼ奇数倍にあたる厚さを備えた材料による単一層であることと、前記熱接触層が、前記第１の複数の層に接触して、前記複数の層（２４、４４、７４）のあるパターンをなす交番屈折率を維持することを特徴とする、実施態様１または２に記載の面発光層。
【００４９】
［実施態様４］前記第１の電極（３０、４６、７６）の前記開口部が、前記第１の複数の層（２４、４４、７４）の光学的に露出した領域を形成することと、前記熱伝導層（３４）が、前記光学的に露出した領域を完全にカバーし、前記第１の電極の上まで延びていることを特徴とする、実施態様１、２、または３に記載の面発光レーザ。
【００５０】
［実施態様５］前記第１の電極（３０、４６、７６）及び前記熱拡散層（３６）が金属層であり、前記熱拡散層の厚さが前記第１の電極の厚さを超えることを特徴とする、実施態様１、２、３、または４に記載の面発光レーザ。
【００５１】
［実施態様６］前記第１の電極（３０、４６、７６）及び前記熱拡散層（３６）がほぼ同軸で、全体に環形状をなしており、前記第１の電極の外径が前記熱拡散層の内径（３８）を超え前記熱拡散層の外径（４０）未満であり、これによって、前記熱拡散層が前記電極の上に部分的に重なり、前記電極を越えて、半径方向に延びることを特徴とする、実施態様１、２、３、４、または５に記載の面発光レーザ。
【００５２】
［実施態様７］前記熱伝導層（３４）が、前記第１の電極（３０、４６、７６）の前記開口部から外側に延び、前記熱拡散層（３６）がその上に部分的に重なることを特徴とする、実施態様６に記載の面発光レーザ。
【００５３】
［実施態様８］電流の流れに応答して、ほぼ固定された波長の光エネルギーを発生する活性層（５２）を備えた光学キャビティと、
前記光学キャビティの両側に位置する上部ミラー（４４、７４）及び下部ミラー（５８、６０）と、
前記光学キャビティに対置する前記上部ミラーの側にあって、その厚さが、前記波長の１／４の１を超える整数倍に等しく、ほぼ光学的に透明で、導電性の電流拡散層（４２、６４、６８）と、
前記上部ミラーに対置する前記電流拡散層の側に形成され、前記光学キャビティにおいて発生する前記光エネルギーを通すための開口部を形成するように構成された上部電極（４６、７６）と、
前記光学キャビティに対置する前記下部ミラーの側に設けられた下部電極（１２）
を設けた面発光レーザ。
【００５４】
［実施態様９］さらに、前記上部電極（４６）と前記電流拡散層（６４）の間にある第２の電流拡散層（６６）から構成されることと、前記第２の電流拡散層の厚さが、前記波長の１／２の整数倍であり、前記第２の電流拡散層の導電率が、前記上部ミラー（４４）により近い前記電流拡散層よりも高いことを特徴とする、実施態様８に記載の面発光レーザ。
【００５５】
［実施態様１０］前記電流拡散層（４２、６４）の厚さが前記波長の１／２の整数倍であることを特徴とする、実施態様８または９に記載の面発光レーザ。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による面発光レーザの側面図。
【図２】本発明による熱伝導層と熱拡散層を有する図１のＳＥＬの側面図。
【図３】本発明の第２の実施例に従って上部ミラー構造と上部電極の間に電流拡散層を設けたＳＥＬの側面図。
【図４】上方電流拡散層と下方電流拡散層を設けたところの、図３の実施例にの代替例の側面図。
【図５】図３の実施例の別の代替例の側面図。
【符号の説明】
１０：面発光レーザ
１２：下方電極
１４：基板
１６：下部ミラー構造
１８：下方スペーサ層
２０：活性層
２２：上方スペーサ層
２４：上部ミラー構造
２６、２８：電流閉じこめ層
３０：上部電極
３２：内壁
３４：熱伝導層
３６：熱拡散層
３８：内径
４０：外径
４２：電流拡散層
４４：上部ミラー構造
４６：環状上部電極
４８：面発光レーザ
５０：注入領域
５２：活性層
５４、５６：スペーサ層
５８、６０：上部層
６２：面発光レーザ
６４：下方電流拡散層
６６：上方電流拡散層
６７：電流閉じこめ層
６８：電流拡散層
７０：面発光レーザ
７２：注入領域
７４：上部ミラー層
７６：上部電極
【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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