面発光型半導体レーザー
本発明は、半導体チップ（１）と該半導体チップの外部に配置された外部共振器鏡（９）とが設けられており、前記半導体チップが、基板（２）と、該基板上に被着されたＤＢＲ鏡（３）と、該ＤＢＲ鏡上に被着された、光形成用の活性層（５）を含むエピタキシ層列（４）とを備えている、面発光型半導体レーザーに関する。本発明によれば、前記ＤＢＲ鏡および前記基板は前記活性層から放出される光に対して部分的に透過性を有しており、前記基板のうち前記活性層から遠い側の後面（１４）は前記活性層から放出される光に対して反射性を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念記載の面発光型半導体レーザーに関する。本願は独国出願第１０２００８００６９９３．０号に関連し、その優先権を主張するものである。
【０００２】
外部共振器を備えた面発光型半導体レーザーは、ディスクレーザーまたはＶＥＣＳＥＬ（Vertical External Cavity Surface Emitting Laser）とも称され、高い出力および高いビーム品質を特長としている。
【０００３】
こうした面発光型半導体レーザーでは、特に、放出される光の周波数変換を行う手段をレーザー共振器へ組み込むことができる。このようにすれば、赤外スペクトル領域の光を放出する半導体材料を用いて、周波数２倍化により、可視光、特に緑色スペクトル領域の光を形成することができる。ここで、周波数変換はふつう非線形の光学結晶によって行われる。効率的な周波数変換を達成するには、半導体レーザーは狭帯域の放出スペクトルとレーザー共振器内での高い光出力とを有さなければならない。特に、半導体レーザーは唯一の縦モードの光のみを放出することが望ましい。
【０００４】
シングルモード動作を達成するために、外部共振器において、エタロンの形態の２つの帯域通過フィルタがしばしば用いられる。ここで、ふつう、大きな自由スペクトル領域を有する第１の帯域通過フィルタが用いられ、活性材料の増幅曲線とのスペクトル重畳分がレーザー動作において透過率最大値のモードのみを振動させる。フィルタの種々の透過率最大値のあいだでのレーザーモードの跳躍的変化は回避される。ただし、大きな自由スペクトル領域を有するエタロンの形態の帯域通過フィルタは透過率最大値の大きな半値幅を有しており、レーザー共振器の複数の縦モードが透過率最大値の内部で振動することになる。このため、第２の帯域通過フィルタによって、レーザー共振器の第１の帯域通過フィルタの透過率最大値に相当する複数の縦モードから個々の縦モードが選択される。
【０００５】
しかし、２つのフィルタを用いる場合、これらを正確に位置調整しなければならず、レーザー共振器において望ましくない光損失が生じることがある。
【０００６】
したがって、本発明の基礎とする課題は、縦モードの周波数選択を容易に行うことができ、しかもエタロンの形態の第２の帯域通過フィルタを省略できる面発光型半導体レーザーを提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載された特徴を有する面発光型半導体レーザーによって解決される。有利な実施形態および実施態様は従属請求項の対象となっている。
【０００８】
すなわち、本発明では、半導体チップと半導体チップの外部に配置された外部共振器鏡とが設けられており、前記半導体チップが、基板と、基板上に被着されたＤＢＲ鏡と、ＤＢＲ鏡上に被着された、光形成用（発光用）の活性層を含むエピタキシ層列とを備えている、面発光型半導体レーザーにおいて、前記ＤＢＲ鏡および前記基板は前記活性層から放出される光に対して部分的に透過性を有しており、前記基板のうち前記活性層から遠い側の後面は前記活性層から放出される光に対して反射性を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の面発光型半導体レーザーの第１の実施例の断面図である。
【図２】本発明の面発光型半導体レーザーの第２の実施例の断面図である。
【図３】スペクトルフィルタリングを行わない場合のレーザー共振器における縦モードのグラフである。
【図４】帯域通過フィルタの透過曲線のグラフである。
【図５】基板反射のある場合とない場合とを比べたＤＢＲ鏡での反射率のグラフである。
【図６】基板反射のある場合とない場合とを比べた面発光型半導体レーザーの放出スペクトルのグラフである。
【図７】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザーで測定された放出スペクトルのグラフである。
【図８】本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザーで測定された放出スペクトルのグラフである。
【図９】基板上のＤＢＲ鏡の反射率Ｒをシミュレートしたグラフである。
【００１０】
ＤＢＲ鏡および基板が活性層から放出される光に対して部分的に透過性を有することにより、活性層から放出された光の一部が基板へ進入してこれを通過し、基板とＤＢＲ鏡との界面で反射されて活性層のほうへ戻る。ＤＢＲ鏡は、活性層から放出される光に対して小さい部分透過性を有すればよい。例えばＤＢＲ鏡の透過率は１％よりはるかに小さくて良く、特に有利には０．１％より大きければ足りる。
【００１１】
このように、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とのあいだにキャビティが形成され、その共振波長は基板の厚さによって定まる。キャビティの共振波長のもとでは、部分透過性のＤＢＲ鏡から基板の後面の方向へ進行する光成分がキャビティ内で多重に反射され、基板内で高い吸収損失が発生する。
【００１２】
部分透過性のＤＢＲ鏡と基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティは波長選択フィルタとして使用される。これは、光損失がキャビティでの吸収によって過大となるために、キャビティの共振波長に対応する縦モードが振動にいたらないからである。
【００１３】
ＤＢＲ鏡と基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティは、レーザー共振器に配置されていたエタロンに置き換わるものであり、有利には、面発光型半導体レーザーの製造コストおよび位置調整コストが低減される。
【００１４】
有利な実施形態では、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とによって形成されるキャビティは、活性層から放出される光の波長λにおいて、反共振性を有する。この場合、
ｎ＊ｄ＝（ｍ＋１／２）＊λ／２
が成り立つ。ここで、ｎは基板の屈折率、ｄは基板の厚さ、ｍは整数、λは波長である。
【００１５】
この場合、ＤＢＲ鏡、基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティでは、活性層から放出される光の吸収損失が最小となり、反射率が最大となる。隣接する縦モードの波長はレーザー波長とは異なり、高い吸収損失を有し、有利には抑圧される。
【００１６】
活性層から遠い側の基板の後面には、有利には高反射性層が設けられる。高反射性層は特には金属または金属合金から成る層である。例えば高反射性層として金ゲルマニウムＡｕＧｅの層が挙げられる。
【００１７】
有利には、活性層から放出され、基板と高反射性層との界面で反射される光の反射率は３０％より多い。
【００１８】
活性層から放出される光の一部を基板の後面へ反射させることにより、ＤＢＲ鏡の周期数が従来の半導体レーザーのＤＢＲ鏡に比べて低減されるため、有利である。層対の数も低減されるので、ＤＢＲ鏡の全厚さも低減される。これにより、活性層で生じる熱の熱放散も改善される。
【００１９】
少数の層対によって低減されたＤＢＲ鏡の反射率は、基板の後面での光反射によって、有利には少なくとも部分的に補償される。これにより、レーザー動作に取って有利な高度の全反射が達成される。
【００２０】
有利には、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とを組み合わせて形成されるキャビティでの全反射の反射率は９９．９％以上である。このように高い反射率は、ＤＢＲ鏡の透過率が０．１％より大きい場合にも達成される。有利には、こうした高い反射率の全反射を達成するために、基板の後面に３０％より大きい反射率を有する高反射性層を塗布する。
【００２１】
キャビティでの波長選択により、面発光型半導体レーザーの外部共振器内に付加的な帯域通過フィルタとして唯一のエタロンを設ければ充分となるという利点が得られる。なお、外部共振器内の唯一のエタロンは、有利には、唯一の均質な材料から成りかつコーティングを有さないエタロンであって、低コストに製造可能である。例えば、当該のエタロンはコーティングを有さないガラスプレートである。
【００２２】
活性層で生じた熱を放出させるために、面発光型半導体レーザーを例えばヒートシンク上に実装することができる。ヒートシンクは特に基板の後面に実装される。この場合、周期の数の小さいＤＢＲ鏡によって、活性層とヒートシンクとのあいだの熱抵抗が低減される。
【００２３】
本発明の或る実施形態によれば、面発光型半導体レーザーの基板はＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓ基板は赤外スペクトル領域、例えば波長約１０６０ｎｍの発光波長に対して透過性を有する（つまり当該の発光波長に対してきわめて小さい吸光度を有する）。面発光型半導体レーザーの発光波長に応じて、当該の発光波長に対して少なくとも部分的に透過性を有する他の基板、例えばＩｎＰ基板、サファイア基板またはＳｉＣ基板などを用いることもできる。
【００２４】
面発光型半導体レーザーは、有利には、光ポンピング半導体レーザーである。特に、面発光型半導体レーザーはエピタキシ層列の外部に配置されたポンピング光源を有する。ポンピング光源は、例えば、発光波長よりも短いポンピング波長を有するポンピング光を活性層へ入力し、活性層を励起してレーザー光を放出させるダイオードレーザーである。
【００２５】
活性層は特に単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。量子井戸構造とは、電荷担体が閉じ込め（"コンファインメント"）によってエネルギ状態を量子化させる構造を意味する。量子井戸構造という表現は量子化の規模を表すものではないので、ここには、量子ウェル、量子ワイヤ、量子ドットおよびこれらの組み合わせも含まれる。
【００２６】
活性層は有利にはＩＩＩ族‐Ｖ族化合物半導体、特にヒ化物半導体をベースとしている。"ヒ化物半導体をベースとしている"とは、エピタキシ活性層列またはそのうちの少なくとも１つの活性層がヒ化物半導体材料、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含むことを意味する。ここで、こうした材料は必ずしも数学的に厳密に上述した式の組成を有さなくてよく、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ材料の物理特性が大きく変化しないかぎり、１つまたは複数のドープ物質または添加物質を含んでいてよい。ただし、わかりやすくするために、上述の式では、部分的に少量の他の物質によって置換可能であるとしても、結晶格子の主たる要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのみを示すことにする。
【００２７】
本発明の有利な別の実施形態によれば、面発光型半導体レーザーはエピタキシ層列にモノリシックに組み込まれたポンピング光源を有する。面発光型半導体レーザーのエピタキシ層列にモノリシックにポンピング光源を組み込むこと自体は、国際公開第０１／９３３８６号公報から公知であるので、ここでこれ以上は立ち入らない。
【００２８】
面発光型半導体レーザーは、有利には、活性層から放出される光の周波数を変換する周波数変換素子を含む。
【００２９】
周波数変換は周波数逓倍化を意味し、特には周波数を２倍にすることである。例えば、面発光型半導体レーザーが赤外光を放出する活性層を有する場合、その赤外光が周波数変換素子によって可視光、有利には緑色光または青色光へ変換される。周波数変換素子は特には非線形の光学結晶である。周波数変換のために、有利には、ＤＢＲ鏡および基板の反射性後面から形成されるキャビティによって波長選択が行われる。なぜなら、非線形の光学結晶による周波数変換は、シングルモード動作においては、光のスペクトル帯域幅が小さい場合に特に効率が良いからである。
【００３０】
本発明の実施例を以下に図１〜図９を参照しながら説明する。図中、同一の要素または同じ機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。また、図は縮尺通りには描かれておらず、説明をわかりやすくするために意図的に拡大して示されていることがある点に注意されたい。
【００３１】
図１には、基板２を含む半導体チップ１を備えた面発光型半導体レーザーが示されている。基板２は、有利には、赤外スペクトル領域の波長に対して部分的に透過性を有するＧａＡｓ基板である。
【００３２】
基板２にはＤＢＲ鏡３が被着されており、このＤＢＲ鏡３は、材料組成および屈折率の相互に異なる２つの半導体層から成る層対を複数個含んでいる。交互に異なる材料および屈折率を有する層から成るＤＢＲ鏡３の積層体は、有利には、基板２の上にエピタキシャルに成長される。
【００３３】
半導体チップ１の成長方向において見ると、ＤＢＲ鏡３に続いてエピタキシ層列４が堆積されている。エピタキシ層列４は、光６、特に紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域または赤外スペクトル領域の光を形成するのに適した活性層５を有する。活性層５は複数の半導体層、特に量子井戸構造を含む活性層列であってもよい。
【００３４】
活性層５は有利には赤外光を放出するのに適した層である。特に、活性層５はヒ化物半導体材料をベースとしている。"ヒ化物半導体をベースとしている"とは、エピタキシ活性層列またはそのうちの少なくとも１つの活性層がヒ化物半導体材料、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含むことを意味する。ここで、こうした材料は必ずしも数学的に厳密に上述した式の組成を有さなくてよく、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ材料の物理特性が大きく変化しないかぎり、１つまたは複数のドープ物質または添加物質を含んでいてもよい。ただし、わかりやすくするために、上述の式では、部分的に少量の他の物質によって置換可能であるとしても、結晶格子の主たる要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのみを示すことにする。
【００３５】
本発明の面発光型半導体レーザーは、半導体チップ１の外部に配置されたポンピング光源１０によって半導体チップ１の活性層５へポンピング光１１が入力されてこの活性層５の励起によりレーザー光６が放出される光ポンピング式の半導体レーザーである。
【００３６】
本発明の面発光型半導体レーザーはＤＢＲ鏡３と半導体チップ１の外部に配置された外部共振器鏡９とによって形成されるレーザー共振器を有する。面発光型半導体レーザーのレーザー光６は外部共振器鏡９を通して出力される。
【００３７】
ここで、面発光型半導体レーザーのレーザー共振器には周波数変換素子１２が含まれている。周波数変換素子１２により、活性層５から放出される光がより大きな周波数すなわちより短い波長の光へ変換される。周波数変換とは特に周波数を２倍にすることであり、面発光型半導体レーザーは活性層５から放出された光の１／２の波長のレーザー光を放出する。特に活性層５は赤外光を放出し、周波数変換素子１２がこの赤外光を可視光、特に緑色光または青色光へ変換される。
【００３８】
さらに、レーザー共振器は、特にエタロンの形態の帯域通過フィルタ１３を含む。帯域通過フィルタ１３は有利には大きな自由スペクトル領域を特徴としており、活性層５の広い増幅領域からレーザー発光用の狭い波長領域を選択する。エタロンの形態の帯域通過フィルタ１３は大きな自由スペクトル領域と広く分散した透過率最大値とを有しており、複数の縦モードが透過領域内に位置するように透過率最大値が選択される。狭帯域のレーザー発光、特にシングルモード動作が所望される場合、従来の半導体レーザーではふつう、第１のエタロンの透過率最大値から少数のまたは唯一のレーザー縦モードを選択するために小さな半値幅の透過率最大値を有する第２のエタロンが使用される。
【００３９】
本発明の面発光型半導体レーザーでは、ＤＢＲ鏡３および基板２が放出される光６に対して部分透過性を有しており、かつ、基板２のうち活性層５から遠い側の後面１４が反射性を有することによって、縦モードの選択が行われる。つまり、活性層５から放出される光６はＤＢＲ鏡３では部分的に反射されるのみであり、当該の光６のうち所定の成分がＤＢＲ鏡３および基板２を少なくとも部分的に透過する。有利には、ＤＢＲ鏡３は０．１％より大きい透過率を有する。その後、基板２の反射性後面１４で光６が反射されて、ＤＢＲ鏡３および活性層５の方向へ戻る。
【００４０】
基板２の後面１４には有利には高反射性層７が設けられており、この高反射性層７は特には金属層または金属合金層である。特に有利には、高反射性層７はＡｕＧｅ層である。
【００４１】
有利には、基板２と高反射性層７との界面での反射の反射率は３０％より大きい。基板２の後面１４での反射の反射率が３０％より大きいことにより、レーザー動作にとって有利な反射率９９．９％を超える全反射がＤＢＲ鏡３と基板２の後面１４とを組み合わせた機能部によって達成される。こうした高い反射率は、ＤＢＲ鏡３が０．１％より大きい透過率を有する場合にも達成される。
【００４２】
半導体チップ１のうち基板２または高反射性層７の反対側には、有利には、半導体チップからの光出力を改善するために、低反射性層８が被着される。
【００４３】
ＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４はキャビティを形成しており、このキャビティの厚さｄは基板２の厚さに等しい。レーザー縦モードの波長選択は、ＤＢＲ鏡３と基板２の反射性後面１４とから形成されるキャビティの共振条件を満足する複数の波長がキャビティ内で多重に反射され、高い吸収損失を生じさせることによって行われる。ＤＢＲ鏡３と基板の後面１４とを組み合わせた機能部は当該の複数の共振波長に反射率最小値を有する。これに対して、キャビティが反共振性を有する波長には反射率最大値が存在しており、レーザーの縦モードは当該の波長において共振器内で振動する。
【００４４】
このようにしてモード選択が行われるため、面発光型半導体レーザーでは、有利には、外部共振器内に唯一の帯域通過フィルタ１３を設けるのみで充分である。帯域通過フィルタ１３は特にはコーティングを有さないエタロンであり、例えばコーティングを有さないガラスプレートの形状を有する。これにより製造の手間と費用とが低減される。
【００４５】
ＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４から形成されるキャビティの反射率が高いことから、ＤＢＲ鏡の層対の数が小さく、特に２５個より少なくなるという利点が得られる。これにより、ＤＢＲ鏡３の全厚さが小さくなり、活性層５で生じた熱の放散の度合も改善される。層対が少数となるとＤＢＲ鏡３の反射率は低下するが、このことは、基板２の後面１４での光６の反射によって少なくとも部分的に補償される。
【００４６】
図２に示されている本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザーは、半導体チップ１の外部に配置されたポンピング光源に代えて、半導体チップ１内にモノリシックに組み込まれた２つのポンピングレーザー１５を用いている点が図１の実施例と異なる。ここでのポンピングレーザー１５は、ポンピング光１１を横方向で活性層５内に入力し、活性層５を光ポンピングするために設けられている。モノリシックに組み込まれたポンピングレーザー１５により活性層５の効率的な光ポンピングが達成され、半導体チップ１の外部のポンピングレーザーを省略できるので、製造コストおよび位置調整コストが低減される。
【００４７】
ポンピングレーザー１５は例えば半導体チップ１のうち基板２から遠い側の表面に配置された第１の電気コンタクト１６を介して電気的に接続されている。第２の電気コンタクトとして、基板２の後面１４の反射率を高めるために当該の後面１４に設けられる金属層または金属合金層７が用いられる。それ以外の点では図２の実施例は図１の実施例に相応しており、特に部分透過性を有するＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４によってキャビティを形成することに関しては図１の実施例と同様である。
【００４８】
ＤＢＲ鏡３および基板２の後面１４によって形成されるキャビティが面発光型半導体レーザーに及ぼす作用につき、以下に図３〜図８に即して説明する。
【００４９】
図３には、１つまたは複数の波長選択素子が作用しない場合の共振器内のレーザー縦モードのスペクトルが示されている。このグラフには、レーザーモードの強度Ｉと波長λとの関係が表されている。縦モードのスペクトルは複数の最大値および複数の最小値を有しており、その間隔はレーザー共振器の長さによって定まる。長さ約５ｍｍのレーザー共振器では、縦モードどうしの間隔は約０．１ｎｍである。
【００５０】
図４には波長フィルタ、例えばエタロンの透過率Ｔが波長λに関して示されている。こうしたフィルタの帯域幅は例えば約２ｎｍであり、複数のレーザーモードが帯域通過フィルタの通過帯域に相当する。
【００５１】
そのため、少数の縦モード、特に唯一の縦モードのみを振動させるには、ふつう、第２の波長選択素子を設けなければならない。
【００５２】
図５の左方には、ＤＢＲ鏡の反射率最大値近傍の反射率Ｒが波長λに関して示されている。図５の右方には、ＤＢＲ鏡が部分透過性を有し、基板の反射性後面とともにキャビティを形成する場合の反射率最大値近傍の反射率Ｒが示されている。後者のケースでは、反射率最大値に対してキャビティの共振に相応する複数の最小値が重畳している。最大値はＤＢＲ鏡および基板の後面から形成されるキャビティが反共振性を有する波長に相当する。
【００５３】
図６には、キャビティの共振効果がどのように縦モードの選択に利用されるかが示されている。図６の左方には、図４の透過曲線を有する従来のスペクトルフィルタリングのための帯域通過フィルタおよび図５の左方の反射曲線を有する従来のＤＢＲ鏡を備えた面発光型半導体レーザーで波長選択が行われる場合の放出スペクトルが示されている。帯域通過フィルタの透過率最大値において複数の縦モードが振動する。これは、ＤＢＲ鏡の反射率最大値が広いせいで波長選択に殆ど寄与しないためである。
【００５４】
図６の右方には本発明の面発光型半導体レーザーの放出スペクトルが示されている。本発明では、ＤＢＲ鏡が部分透過性を有しかつ基板後面とともにキャビティを形成しており、これによって波長選択が行われる。この場合、唯一の縦モードが大きな強度を有するので、面発光型半導体レーザーのシングルモード動作が達成される。このようにして選択された縦モードは、ＤＢＲ鏡および基板の反射性後面を組み合わせた機能部の反射率最大値内に存在する。
【００５５】
図７，図８には、本発明の面発光型半導体レーザーの２つの実施例で測定された放出スペクトルが示されている。ここでも、図６の右方に示されている実施例と同様に、基板後面での反射の影響が見られる。ここでの基板はＧａＡｓ基板である。
【００５６】
図７，図８に示されている面発光型半導体レーザーの放出スペクトルの相違は、基板の厚さの違いに由来している。図７の実施例では、基板厚さは１１５μｍであり、放出スペクトルは１．２ｎｍの間隔を有する２つの最大値を示している。図８の実施例では、基板厚さは８０μｍであり、放出スペクトルは基板の光学的厚さの逆数でスケーリングされ、１．８ｎｍの間隔を有する２つの最大値を示している。
【００５７】
図９には、８０μｍ厚さのＧａＡｓ基板上に被着されたＤＢＲ鏡につき、基板後面での反射を考慮してシミュレートされた反射スペクトルが示されている。ここでは、ＤＢＲ鏡および基板を組み合わせた機能部の反射率Ｒが、基板後面の種々の反射度ＲＳに対して示されている。特に、反射度ＲＳ＝０％に対する反射率の曲線１７、反射度ＲＳ＝３５％に対する反射率の曲線１８、反射度ＲＳ＝５９％に対する反射率の曲線１９および反射度ＲＳ＝８３％に対する反射率の曲線２０が示されている。
【００５８】
このシミュレーションは、基板後面での所定の反射によって反射率最小値２１が形成され、これが基板後面での反射の増大につれて増幅されることを表している。反射率最小値２１の波長は、ＤＢＲ鏡および基板後面によって形成されるキャビティの共振波長に相当する。反射率最小値２１のあいだに、キャビティが反共振性を有する波長に相当する反射率最大値２２が存在する。本発明の面発光型半導体レーザーでは、キャビティが有利には反共振性を有しており、活性層から放出される光の波長に反射率最大値２２が存在する。
【００５９】
本発明は前述した実施例に限定されるものではない。本発明の特徴は、それが特許請求の範囲に明示的に挙げられていなくても、単独でまたは任意に組み合わせて、すべて本発明の対象となりうる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念記載の面発光型半導体レーザーに関する。本願は独国出願第１０２００８００６９９３．０号に関連し、その優先権を主張するものである。
【０００２】
外部共振器を備えた面発光型半導体レーザーは、ディスクレーザーまたはＶＥＣＳＥＬ（Vertical External Cavity Surface Emitting Laser）とも称され、高い出力および高いビーム品質を特長としている。
【０００３】
こうした面発光型半導体レーザーでは、特に、放出される光の周波数変換を行う手段をレーザー共振器へ組み込むことができる。このようにすれば、赤外スペクトル領域の光を放出する半導体材料を用いて、周波数２倍化により、可視光、特に緑色スペクトル領域の光を形成することができる。ここで、周波数変換はふつう非線形の光学結晶によって行われる。効率的な周波数変換を達成するには、半導体レーザーは狭帯域の放出スペクトルとレーザー共振器内での高い光出力とを有さなければならない。特に、半導体レーザーは唯一の縦モードの光のみを放出することが望ましい。
【０００４】
シングルモード動作を達成するために、外部共振器において、エタロンの形態の２つの帯域通過フィルタがしばしば用いられる。ここで、ふつう、大きな自由スペクトル領域を有する第１の帯域通過フィルタが用いられ、活性材料の増幅曲線とのスペクトル重畳分がレーザー動作において透過率最大値のモードのみを振動させる。フィルタの種々の透過率最大値のあいだでのレーザーモードの跳躍的変化は回避される。ただし、大きな自由スペクトル領域を有するエタロンの形態の帯域通過フィルタは透過率最大値の大きな半値幅を有しており、レーザー共振器の複数の縦モードが透過率最大値の内部で振動することになる。このため、第２の帯域通過フィルタによって、レーザー共振器の第１の帯域通過フィルタの透過率最大値に相当する複数の縦モードから個々の縦モードが選択される。
【０００５】
しかし、２つのフィルタを用いる場合、これらを正確に位置調整しなければならず、レーザー共振器において望ましくない光損失が生じることがある。
【０００６】
したがって、本発明の基礎とする課題は、縦モードの周波数選択を容易に行うことができ、しかもエタロンの形態の第２の帯域通過フィルタを省略できる面発光型半導体レーザーを提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載された特徴を有する面発光型半導体レーザーによって解決される。有利な実施形態および実施態様は従属請求項の対象となっている。
【０００８】
すなわち、本発明では、半導体チップと半導体チップの外部に配置された外部共振器鏡とが設けられており、前記半導体チップが、基板と、基板上に被着されたＤＢＲ鏡と、ＤＢＲ鏡上に被着された、光形成用（発光用）の活性層を含むエピタキシ層列とを備えている、面発光型半導体レーザーにおいて、前記ＤＢＲ鏡および前記基板は前記活性層から放出される光に対して部分的に透過性を有しており、前記基板のうち前記活性層から遠い側の後面は前記活性層から放出される光に対して反射性を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の面発光型半導体レーザーの第１の実施例の断面図である。
【図２】本発明の面発光型半導体レーザーの第２の実施例の断面図である。
【図３】スペクトルフィルタリングを行わない場合のレーザー共振器における縦モードのグラフである。
【図４】帯域通過フィルタの透過曲線のグラフである。
【図５】基板反射のある場合とない場合とを比べたＤＢＲ鏡での反射率のグラフである。
【図６】基板反射のある場合とない場合とを比べた面発光型半導体レーザーの放出スペクトルのグラフである。
【図７】本発明の第１の実施例の面発光型半導体レーザーで測定された放出スペクトルのグラフである。
【図８】本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザーで測定された放出スペクトルのグラフである。
【図９】基板上のＤＢＲ鏡の反射率Ｒをシミュレートしたグラフである。
【００１０】
ＤＢＲ鏡および基板が活性層から放出される光に対して部分的に透過性を有することにより、活性層から放出された光の一部が基板へ進入してこれを通過し、基板とＤＢＲ鏡との界面で反射されて活性層のほうへ戻る。ＤＢＲ鏡は、活性層から放出される光に対して小さい部分透過性を有すればよい。例えばＤＢＲ鏡の透過率は１％よりはるかに小さくて良く、特に有利には０．１％より大きければ足りる。
【００１１】
このように、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とのあいだにキャビティが形成され、その共振波長は基板の厚さによって定まる。キャビティの共振波長のもとでは、部分透過性のＤＢＲ鏡から基板の後面の方向へ進行する光成分がキャビティ内で多重に反射され、基板内で高い吸収損失が発生する。
【００１２】
部分透過性のＤＢＲ鏡と基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティは波長選択フィルタとして使用される。これは、光損失がキャビティでの吸収によって過大となるために、キャビティの共振波長に対応する縦モードが振動にいたらないからである。
【００１３】
ＤＢＲ鏡と基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティは、レーザー共振器に配置されていたエタロンに置き換わるものであり、有利には、面発光型半導体レーザーの製造コストおよび位置調整コストが低減される。
【００１４】
有利な実施形態では、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とによって形成されるキャビティは、活性層から放出される光の波長λにおいて、反共振性を有する。この場合、
ｎ＊ｄ＝（ｍ＋１／２）＊λ／２
が成り立つ。ここで、ｎは基板の屈折率、ｄは基板の厚さ、ｍは整数、λは波長である。
【００１５】
この場合、ＤＢＲ鏡、基板およびその反射性後面によって形成されるキャビティでは、活性層から放出される光の吸収損失が最小となり、反射率が最大となる。隣接する縦モードの波長はレーザー波長とは異なり、高い吸収損失を有し、有利には抑圧される。
【００１６】
活性層から遠い側の基板の後面には、有利には高反射性層が設けられる。高反射性層は特には金属または金属合金から成る層である。例えば高反射性層として金ゲルマニウムＡｕＧｅの層が挙げられる。
【００１７】
有利には、活性層から放出され、基板と高反射性層との界面で反射される光の反射率は３０％より多い。
【００１８】
活性層から放出される光の一部を基板の後面へ反射させることにより、ＤＢＲ鏡の周期数が従来の半導体レーザーのＤＢＲ鏡に比べて低減されるため、有利である。層対の数も低減されるので、ＤＢＲ鏡の全厚さも低減される。これにより、活性層で生じる熱の熱放散も改善される。
【００１９】
少数の層対によって低減されたＤＢＲ鏡の反射率は、基板の後面での光反射によって、有利には少なくとも部分的に補償される。これにより、レーザー動作に取って有利な高度の全反射が達成される。
【００２０】
有利には、ＤＢＲ鏡と基板の反射性後面とを組み合わせて形成されるキャビティでの全反射の反射率は９９．９％以上である。このように高い反射率は、ＤＢＲ鏡の透過率が０．１％より大きい場合にも達成される。有利には、こうした高い反射率の全反射を達成するために、基板の後面に３０％より大きい反射率を有する高反射性層を塗布する。
【００２１】
キャビティでの波長選択により、面発光型半導体レーザーの外部共振器内に付加的な帯域通過フィルタとして唯一のエタロンを設ければ充分となるという利点が得られる。なお、外部共振器内の唯一のエタロンは、有利には、唯一の均質な材料から成りかつコーティングを有さないエタロンであって、低コストに製造可能である。例えば、当該のエタロンはコーティングを有さないガラスプレートである。
【００２２】
活性層で生じた熱を放出させるために、面発光型半導体レーザーを例えばヒートシンク上に実装することができる。ヒートシンクは特に基板の後面に実装される。この場合、周期の数の小さいＤＢＲ鏡によって、活性層とヒートシンクとのあいだの熱抵抗が低減される。
【００２３】
本発明の或る実施形態によれば、面発光型半導体レーザーの基板はＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓ基板は赤外スペクトル領域、例えば波長約１０６０ｎｍの発光波長に対して透過性を有する（つまり当該の発光波長に対してきわめて小さい吸光度を有する）。面発光型半導体レーザーの発光波長に応じて、当該の発光波長に対して少なくとも部分的に透過性を有する他の基板、例えばＩｎＰ基板、サファイア基板またはＳｉＣ基板などを用いることもできる。
【００２４】
面発光型半導体レーザーは、有利には、光ポンピング半導体レーザーである。特に、面発光型半導体レーザーはエピタキシ層列の外部に配置されたポンピング光源を有する。ポンピング光源は、例えば、発光波長よりも短いポンピング波長を有するポンピング光を活性層へ入力し、活性層を励起してレーザー光を放出させるダイオードレーザーである。
【００２５】
活性層は特に単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。量子井戸構造とは、電荷担体が閉じ込め（"コンファインメント"）によってエネルギ状態を量子化させる構造を意味する。量子井戸構造という表現は量子化の規模を表すものではないので、ここには、量子ウェル、量子ワイヤ、量子ドットおよびこれらの組み合わせも含まれる。
【００２６】
活性層は有利にはＩＩＩ族‐Ｖ族化合物半導体、特にヒ化物半導体をベースとしている。"ヒ化物半導体をベースとしている"とは、エピタキシ活性層列またはそのうちの少なくとも１つの活性層がヒ化物半導体材料、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含むことを意味する。ここで、こうした材料は必ずしも数学的に厳密に上述した式の組成を有さなくてよく、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ材料の物理特性が大きく変化しないかぎり、１つまたは複数のドープ物質または添加物質を含んでいてよい。ただし、わかりやすくするために、上述の式では、部分的に少量の他の物質によって置換可能であるとしても、結晶格子の主たる要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのみを示すことにする。
【００２７】
本発明の有利な別の実施形態によれば、面発光型半導体レーザーはエピタキシ層列にモノリシックに組み込まれたポンピング光源を有する。面発光型半導体レーザーのエピタキシ層列にモノリシックにポンピング光源を組み込むこと自体は、国際公開第０１／９３３８６号公報から公知であるので、ここでこれ以上は立ち入らない。
【００２８】
面発光型半導体レーザーは、有利には、活性層から放出される光の周波数を変換する周波数変換素子を含む。
【００２９】
周波数変換は周波数逓倍化を意味し、特には周波数を２倍にすることである。例えば、面発光型半導体レーザーが赤外光を放出する活性層を有する場合、その赤外光が周波数変換素子によって可視光、有利には緑色光または青色光へ変換される。周波数変換素子は特には非線形の光学結晶である。周波数変換のために、有利には、ＤＢＲ鏡および基板の反射性後面から形成されるキャビティによって波長選択が行われる。なぜなら、非線形の光学結晶による周波数変換は、シングルモード動作においては、光のスペクトル帯域幅が小さい場合に特に効率が良いからである。
【００３０】
本発明の実施例を以下に図１〜図９を参照しながら説明する。図中、同一の要素または同じ機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。また、図は縮尺通りには描かれておらず、説明をわかりやすくするために意図的に拡大して示されていることがある点に注意されたい。
【００３１】
図１には、基板２を含む半導体チップ１を備えた面発光型半導体レーザーが示されている。基板２は、有利には、赤外スペクトル領域の波長に対して部分的に透過性を有するＧａＡｓ基板である。
【００３２】
基板２にはＤＢＲ鏡３が被着されており、このＤＢＲ鏡３は、材料組成および屈折率の相互に異なる２つの半導体層から成る層対を複数個含んでいる。交互に異なる材料および屈折率を有する層から成るＤＢＲ鏡３の積層体は、有利には、基板２の上にエピタキシャルに成長される。
【００３３】
半導体チップ１の成長方向において見ると、ＤＢＲ鏡３に続いてエピタキシ層列４が堆積されている。エピタキシ層列４は、光６、特に紫外スペクトル領域、可視スペクトル領域または赤外スペクトル領域の光を形成するのに適した活性層５を有する。活性層５は複数の半導体層、特に量子井戸構造を含む活性層列であってもよい。
【００３４】
活性層５は有利には赤外光を放出するのに適した層である。特に、活性層５はヒ化物半導体材料をベースとしている。"ヒ化物半導体をベースとしている"とは、エピタキシ活性層列またはそのうちの少なくとも１つの活性層がヒ化物半導体材料、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含むことを意味する。ここで、こうした材料は必ずしも数学的に厳密に上述した式の組成を有さなくてよく、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ材料の物理特性が大きく変化しないかぎり、１つまたは複数のドープ物質または添加物質を含んでいてもよい。ただし、わかりやすくするために、上述の式では、部分的に少量の他の物質によって置換可能であるとしても、結晶格子の主たる要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのみを示すことにする。
【００３５】
本発明の面発光型半導体レーザーは、半導体チップ１の外部に配置されたポンピング光源１０によって半導体チップ１の活性層５へポンピング光１１が入力されてこの活性層５の励起によりレーザー光６が放出される光ポンピング式の半導体レーザーである。
【００３６】
本発明の面発光型半導体レーザーはＤＢＲ鏡３と半導体チップ１の外部に配置された外部共振器鏡９とによって形成されるレーザー共振器を有する。面発光型半導体レーザーのレーザー光６は外部共振器鏡９を通して出力される。
【００３７】
ここで、面発光型半導体レーザーのレーザー共振器には周波数変換素子１２が含まれている。周波数変換素子１２により、活性層５から放出される光がより大きな周波数すなわちより短い波長の光へ変換される。周波数変換とは特に周波数を２倍にすることであり、面発光型半導体レーザーは活性層５から放出された光の１／２の波長のレーザー光を放出する。特に活性層５は赤外光を放出し、周波数変換素子１２がこの赤外光を可視光、特に緑色光または青色光へ変換される。
【００３８】
さらに、レーザー共振器は、特にエタロンの形態の帯域通過フィルタ１３を含む。帯域通過フィルタ１３は有利には大きな自由スペクトル領域を特徴としており、活性層５の広い増幅領域からレーザー発光用の狭い波長領域を選択する。エタロンの形態の帯域通過フィルタ１３は大きな自由スペクトル領域と広く分散した透過率最大値とを有しており、複数の縦モードが透過領域内に位置するように透過率最大値が選択される。狭帯域のレーザー発光、特にシングルモード動作が所望される場合、従来の半導体レーザーではふつう、第１のエタロンの透過率最大値から少数のまたは唯一のレーザー縦モードを選択するために小さな半値幅の透過率最大値を有する第２のエタロンが使用される。
【００３９】
本発明の面発光型半導体レーザーでは、ＤＢＲ鏡３および基板２が放出される光６に対して部分透過性を有しており、かつ、基板２のうち活性層５から遠い側の後面１４が反射性を有することによって、縦モードの選択が行われる。つまり、活性層５から放出される光６はＤＢＲ鏡３では部分的に反射されるのみであり、当該の光６のうち所定の成分がＤＢＲ鏡３および基板２を少なくとも部分的に透過する。有利には、ＤＢＲ鏡３は０．１％より大きい透過率を有する。その後、基板２の反射性後面１４で光６が反射されて、ＤＢＲ鏡３および活性層５の方向へ戻る。
【００４０】
基板２の後面１４には有利には高反射性層７が設けられており、この高反射性層７は特には金属層または金属合金層である。特に有利には、高反射性層７はＡｕＧｅ層である。
【００４１】
有利には、基板２と高反射性層７との界面での反射の反射率は３０％より大きい。基板２の後面１４での反射の反射率が３０％より大きいことにより、レーザー動作にとって有利な反射率９９．９％を超える全反射がＤＢＲ鏡３と基板２の後面１４とを組み合わせた機能部によって達成される。こうした高い反射率は、ＤＢＲ鏡３が０．１％より大きい透過率を有する場合にも達成される。
【００４２】
半導体チップ１のうち基板２または高反射性層７の反対側には、有利には、半導体チップからの光出力を改善するために、低反射性層８が被着される。
【００４３】
ＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４はキャビティを形成しており、このキャビティの厚さｄは基板２の厚さに等しい。レーザー縦モードの波長選択は、ＤＢＲ鏡３と基板２の反射性後面１４とから形成されるキャビティの共振条件を満足する複数の波長がキャビティ内で多重に反射され、高い吸収損失を生じさせることによって行われる。ＤＢＲ鏡３と基板の後面１４とを組み合わせた機能部は当該の複数の共振波長に反射率最小値を有する。これに対して、キャビティが反共振性を有する波長には反射率最大値が存在しており、レーザーの縦モードは当該の波長において共振器内で振動する。
【００４４】
このようにしてモード選択が行われるため、面発光型半導体レーザーでは、有利には、外部共振器内に唯一の帯域通過フィルタ１３を設けるのみで充分である。帯域通過フィルタ１３は特にはコーティングを有さないエタロンであり、例えばコーティングを有さないガラスプレートの形状を有する。これにより製造の手間と費用とが低減される。
【００４５】
ＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４から形成されるキャビティの反射率が高いことから、ＤＢＲ鏡の層対の数が小さく、特に２５個より少なくなるという利点が得られる。これにより、ＤＢＲ鏡３の全厚さが小さくなり、活性層５で生じた熱の放散の度合も改善される。層対が少数となるとＤＢＲ鏡３の反射率は低下するが、このことは、基板２の後面１４での光６の反射によって少なくとも部分的に補償される。
【００４６】
図２に示されている本発明の第２の実施例の面発光型半導体レーザーは、半導体チップ１の外部に配置されたポンピング光源に代えて、半導体チップ１内にモノリシックに組み込まれた２つのポンピングレーザー１５を用いている点が図１の実施例と異なる。ここでのポンピングレーザー１５は、ポンピング光１１を横方向で活性層５内に入力し、活性層５を光ポンピングするために設けられている。モノリシックに組み込まれたポンピングレーザー１５により活性層５の効率的な光ポンピングが達成され、半導体チップ１の外部のポンピングレーザーを省略できるので、製造コストおよび位置調整コストが低減される。
【００４７】
ポンピングレーザー１５は例えば半導体チップ１のうち基板２から遠い側の表面に配置された第１の電気コンタクト１６を介して電気的に接続されている。第２の電気コンタクトとして、基板２の後面１４の反射率を高めるために当該の後面１４に設けられる金属層または金属合金層７が用いられる。それ以外の点では図２の実施例は図１の実施例に相応しており、特に部分透過性を有するＤＢＲ鏡３および基板２の反射性後面１４によってキャビティを形成することに関しては図１の実施例と同様である。
【００４８】
ＤＢＲ鏡３および基板２の後面１４によって形成されるキャビティが面発光型半導体レーザーに及ぼす作用につき、以下に図３〜図８に即して説明する。
【００４９】
図３には、１つまたは複数の波長選択素子が作用しない場合の共振器内のレーザー縦モードのスペクトルが示されている。このグラフには、レーザーモードの強度Ｉと波長λとの関係が表されている。縦モードのスペクトルは複数の最大値および複数の最小値を有しており、その間隔はレーザー共振器の長さによって定まる。長さ約５ｍｍのレーザー共振器では、縦モードどうしの間隔は約０．１ｎｍである。
【００５０】
図４には波長フィルタ、例えばエタロンの透過率Ｔが波長λに関して示されている。こうしたフィルタの帯域幅は例えば約２ｎｍであり、複数のレーザーモードが帯域通過フィルタの通過帯域に相当する。
【００５１】
そのため、少数の縦モード、特に唯一の縦モードのみを振動させるには、ふつう、第２の波長選択素子を設けなければならない。
【００５２】
図５の左方には、ＤＢＲ鏡の反射率最大値近傍の反射率Ｒが波長λに関して示されている。図５の右方には、ＤＢＲ鏡が部分透過性を有し、基板の反射性後面とともにキャビティを形成する場合の反射率最大値近傍の反射率Ｒが示されている。後者のケースでは、反射率最大値に対してキャビティの共振に相応する複数の最小値が重畳している。最大値はＤＢＲ鏡および基板の後面から形成されるキャビティが反共振性を有する波長に相当する。
【００５３】
図６には、キャビティの共振効果がどのように縦モードの選択に利用されるかが示されている。図６の左方には、図４の透過曲線を有する従来のスペクトルフィルタリングのための帯域通過フィルタおよび図５の左方の反射曲線を有する従来のＤＢＲ鏡を備えた面発光型半導体レーザーで波長選択が行われる場合の放出スペクトルが示されている。帯域通過フィルタの透過率最大値において複数の縦モードが振動する。これは、ＤＢＲ鏡の反射率最大値が広いせいで波長選択に殆ど寄与しないためである。
【００５４】
図６の右方には本発明の面発光型半導体レーザーの放出スペクトルが示されている。本発明では、ＤＢＲ鏡が部分透過性を有しかつ基板後面とともにキャビティを形成しており、これによって波長選択が行われる。この場合、唯一の縦モードが大きな強度を有するので、面発光型半導体レーザーのシングルモード動作が達成される。このようにして選択された縦モードは、ＤＢＲ鏡および基板の反射性後面を組み合わせた機能部の反射率最大値内に存在する。
【００５５】
図７，図８には、本発明の面発光型半導体レーザーの２つの実施例で測定された放出スペクトルが示されている。ここでも、図６の右方に示されている実施例と同様に、基板後面での反射の影響が見られる。ここでの基板はＧａＡｓ基板である。
【００５６】
図７，図８に示されている面発光型半導体レーザーの放出スペクトルの相違は、基板の厚さの違いに由来している。図７の実施例では、基板厚さは１１５μｍであり、放出スペクトルは１．２ｎｍの間隔を有する２つの最大値を示している。図８の実施例では、基板厚さは８０μｍであり、放出スペクトルは基板の光学的厚さの逆数でスケーリングされ、１．８ｎｍの間隔を有する２つの最大値を示している。
【００５７】
図９には、８０μｍ厚さのＧａＡｓ基板上に被着されたＤＢＲ鏡につき、基板後面での反射を考慮してシミュレートされた反射スペクトルが示されている。ここでは、ＤＢＲ鏡および基板を組み合わせた機能部の反射率Ｒが、基板後面の種々の反射度ＲＳに対して示されている。特に、反射度ＲＳ＝０％に対する反射率の曲線１７、反射度ＲＳ＝３５％に対する反射率の曲線１８、反射度ＲＳ＝５９％に対する反射率の曲線１９および反射度ＲＳ＝８３％に対する反射率の曲線２０が示されている。
【００５８】
このシミュレーションは、基板後面での所定の反射によって反射率最小値２１が形成され、これが基板後面での反射の増大につれて増幅されることを表している。反射率最小値２１の波長は、ＤＢＲ鏡および基板後面によって形成されるキャビティの共振波長に相当する。反射率最小値２１のあいだに、キャビティが反共振性を有する波長に相当する反射率最大値２２が存在する。本発明の面発光型半導体レーザーでは、キャビティが有利には反共振性を有しており、活性層から放出される光の波長に反射率最大値２２が存在する。
【００５９】
本発明は前述した実施例に限定されるものではない。本発明の特徴は、それが特許請求の範囲に明示的に挙げられていなくても、単独でまたは任意に組み合わせて、すべて本発明の対象となりうる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ（１）と、該半導体チップの外部に配置された外部共振器鏡（９）とが設けられており、
前記半導体チップが、基板（２）と、該基板上に被着されたＤＢＲ鏡（３）と、該ＤＢＲ鏡上に被着された、光形成用の活性層（５）を含むエピタキシ層列（４）とを備えている、
面発光型半導体レーザーにおいて、
前記ＤＢＲ鏡および前記基板は前記活性層から放出される光（６）に対して部分的に透過性を有しており、
前記基板のうち前記ＤＢＲ鏡から遠い側の後面（１４）は前記活性層から放出される光に対して反射性を有している
ことを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項２】
前記ＤＢＲ鏡および前記基板の反射性後面によって形成されるキャビティは前記活性層から放出される光の波長に反共振性を有する、請求項１記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項３】
前記基板の反射性後面に高反射性層（７）が設けられている、請求項１または２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項４】
前記高反射性層は金属または金属合金を含む、請求項３記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項５】
前記高反射性層を備えた前記基板の反射性後面の反射率は３０％より大きい、請求項３または４記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項６】
前記ＤＢＲ鏡は前記活性層から放出された光に対して０．１％より大きい透過率を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項７】
前記ＤＢＲ鏡および前記基板の反射性後面によって形成される前記キャビティは９９．９％より大きい反射率を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項８】
前記外部共振器鏡に唯一のエタロン（１３）が含まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項９】
前記エタロンはコーティングされていないエタロンである、請求項８記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１０】
前記エタロンはコーティングされていないガラスプレートである、請求項９記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１１】
前記基板はＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣまたはサファイアを含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１２】
当該の面発光型半導体レーザーは光ポンピング半導体レーザーである、請求項１から１１までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１３】
当該の面発光型半導体レーザーは前記半導体チップの外部に配置されたポンピング光源（１０）を有する、請求項１２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１４】
当該の面発光型半導体レーザーは前記エピタキシ層列にモノリシックに組み込まれたポンピングレーザー（１５）を有する、請求項１２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１５】
当該の面発光型半導体レーザーは前記活性層から放出された光の周波数を変換する周波数変換素子（１２）を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１】
半導体チップ（１）と、該半導体チップの外部に配置された外部共振器鏡（９）とが設けられており、
前記半導体チップが、基板（２）と、該基板上に被着されたＤＢＲ鏡（３）と、該ＤＢＲ鏡上に被着された、光形成用の活性層（５）を含むエピタキシ層列（４）とを備えている、
面発光型半導体レーザーにおいて、
前記ＤＢＲ鏡および前記基板は前記活性層から放出される光（６）に対して部分的に透過性を有しており、
前記基板のうち前記ＤＢＲ鏡から遠い側の後面（１４）は前記活性層から放出される光に対して反射性を有している
ことを特徴とする面発光型半導体レーザー。
【請求項２】
前記ＤＢＲ鏡および前記基板の反射性後面によって形成されるキャビティは前記活性層から放出される光の波長に反共振性を有する、請求項１記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項３】
前記基板の反射性後面に高反射性層（７）が設けられている、請求項１または２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項４】
前記高反射性層は金属または金属合金を含む、請求項３記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項５】
前記高反射性層を備えた前記基板の反射性後面の反射率は３０％より大きい、請求項３または４記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項６】
前記ＤＢＲ鏡は前記活性層から放出された光に対して０．１％より大きい透過率を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項７】
前記ＤＢＲ鏡および前記基板の反射性後面によって形成される前記キャビティは９９．９％より大きい反射率を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項８】
前記外部共振器鏡に唯一のエタロン（１３）が含まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項９】
前記エタロンはコーティングされていないエタロンである、請求項８記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１０】
前記エタロンはコーティングされていないガラスプレートである、請求項９記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１１】
前記基板はＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣまたはサファイアを含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１２】
当該の面発光型半導体レーザーは光ポンピング半導体レーザーである、請求項１から１１までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１３】
当該の面発光型半導体レーザーは前記半導体チップの外部に配置されたポンピング光源（１０）を有する、請求項１２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１４】
当該の面発光型半導体レーザーは前記エピタキシ層列にモノリシックに組み込まれたポンピングレーザー（１５）を有する、請求項１２記載の面発光型半導体レーザー。
【請求項１５】
当該の面発光型半導体レーザーは前記活性層から放出された光の周波数を変換する周波数変換素子（１２）を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の面発光型半導体レーザー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５１１４４４（Ｐ２０１１−５１１４４４Ａ）
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４４５７０（Ｐ２０１０−５４４５７０）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／００２１２８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９４９６７
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／００２１２８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９４９６７
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（５９９１３３７１６）オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (586)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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