JPH05206583A - ささやきモードマイクロ共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 面放射レーザに代わる装置を提供する。 【要約】 電磁放射のためのデバイスは、−波長以下の厚さのディ
スク形状素子の周囲ののささやき回廊モード空洞現象に
おける−総合内部反射に依存する。レーザーとして使え
るスレショールド以上に動作するデザインは、−全光学
的または電子光学的のいずれかの−集積回路構成要素に
おける集積のための面放射レーザー（Surface Emitting
Laser）のデザインに代わるものである。スレショール
ド以下の動作は、発光ダイオード（Light Emitting Dio
de）として役立ち得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【技術分野】マイクロ共振器構造は、種々の形状の波長
以下の厚さの活性領域の周囲に空洞現象を限定すること
とみなし得るささやきモードエネルギーの空洞現象に依
存する。レーザーとして使えるモードにおける動作は、
集積回路構成要素−全部光学系かまたは電子光学系のい
ずれか−に組み込むための面放射レーザー（Surface Em
itting Laser）に代わるべき手段を提供する。

【０００２】

【先行技術の説明】世界的な活動は、ＳＥＬが集積回路
における活性フォトニックデバイスの大規模な組込みの
ための長年にわたる要求の実現の約束を提供するという
世論と一致している。期待は、この要求の挫折に対して
中心的に考慮されたポンピングに伴う発熱、通常Ｉ² ｒ
の発熱損失を本質的に減じる、非常に低いレーザーとし
て使えるスレショールド値に基づいている。

【０００３】ＳＥＬの開発は、たくさんのデザイン進歩
を引き起こした。バルク活性材料の使用は、かなりの程
度に、量子源構造−それ以上分割できない１量子源構造
を含む−に屈した。プロセスの変形には、構成上の均一
性及び寸法上の規則正しさの両方を期待した蒸着技術が
含まれていた。考慮に入れるべき結果の領域には、サン
ドイッチ状分布ブラグ反射鏡（Distributed Bragg Refl
ector mirrors ）が含まれていた。報告された動作デバ
イスは、それぞれ、０．８−１．１μｍ波長の放射のた
めの約２０−４０組のＤＢＲによってもたらされた場
合、９９＋％の反射力を信頼可能に達成する。この後者
の要件−ＤＢＲに関するレーザー空洞の限定−は、ＳＥ
Ｌの発展における主要な結果からできていた。優秀な報
告された反射力の達成は、非常にタイトな製作許容誤差
の実現のせいとされている。

【０００４】元帳の他の側面において、各々の新しいＳ
ＥＬデザインの達成は、ある程度望ましくない動作上の
結果のみならず、かなりの費用もまた次に生じるＤＢＲ
に臨界的に依存していた。ＤＢＲは、この名前が暗示す
るように、分布されている−応答可能な活性領域の大き
さを越えるモード上の大きさを著しく増加させる−。
１．３μｍで動作するようにデザインされた１個の量子
源（Single Quantum Well ）構造の例において、２０組
の鏡を包含する必要のため簡単なように、２０倍だけ効
果的増加を生じ得る。

【０００５】

【発明の概要】ＳＥＬに代わるデザインアプローチは、
薄い素子−特性的に、機能素子のどこかの実質的な部分
以上の（バルク材料において測定された場合の波長値を
有する）半波長の最大値からなる厚さの活性材料素子−
内に支持された場合の“ささやきの回廊モード”の形態
におけるエネルギーの空洞現象に依存している。空洞化
エネルギーは、後者が、、一般的に集積サイズ要求に適
応するようにミクロンオーダーの最大寸法からなる色々
な形状からなり得る素子の周囲部分に、一般的に大いに
制限される。

【０００６】本発明によるデバイスの重要なカテゴリー
は、レーザーとして使えるスレショールドの達成に備え
る。ささやきモードマイクロ共振器の包括的な概念は、
故意にまたは動作中に、スレショールドに達しない構造
にも有効に適用される。結果として生じる発光ダイオー
ド（Light Emitting Diodes ）は、例えば歩留り、出力
の要求等の実用上の条件における利点を有するレーザー
の多くの目的に役立ち得る。ある意図された使用は、機
能が出力の有無に単純に依存しかつコヒーレンスに依存
しないスイッチ素子としてである。

【０００７】クリティカルな寸法及び他のパラメーター
を伴うデザインの変形は、“詳細な説明”の中で論じら
れる。一般的な条件において、動作は、３つ以上の反射
位置を含む場合（通常の２鏡空洞から区別された場合）
の空洞現象に依存する。通常／実際上有効な屈折率対比
のために普通に企図されたデバイス−ミクロン寸法のデ
バイス−における“総合内部反射”に関する要求は、一
般的に、４面以上の多角形の空洞通路を生じる。

【０００８】本発明は、純電子的ＩＣ回路構成要素の置
換のための要求に応えると思われる。それは、オプトエ
レクトロニックのみならずフォトニックの回路における
構成デバイスのために低電力消費を提供する。ミクロン
サイズ寸法のデバイスにおける、面外ばかりでなく面内
の発光は、サイズ及び経済的要求と一致した光学回路の
多くの固有の利点を許す。

【０００９】

【実施例】用語の定義 用語の意味及び前後関係は、この分野の専門家に良く知
られているであろうし、また、進行中の開発と同様に、
より少ない専門知識を有する専門家による研究の見込み
は、この項を正当化する。

【００１０】ディスク−これは活性領域、または−常に
ある程度のコヒーレンスを有する、電磁放射のために応
答可能な構造の一部を包含する−活性領域である。個人
指導の目的のために、この用語は、一定不変の間隔の平
行な面間で限定される場合の円形の形状からなるように
一般的に考えられるのに対して、もっと包括的な意味を
有するように意図されている。包括的な意味で、“ディ
スク”は、単一特性だけの構造−圧倒的な空洞化エネル
ギーが、空洞現象方向に垂直な寸法（普通“厚さ”寸
法）が波長のほんの一部になっている領域内に主として
存在する構造−を定義する。通常≦０．５λであり、ま
た好適な構造のカテゴリーにおいては約０．２５λであ
るこの一部は、−バルク屈折率と小さい構造状の寸法に
より取り入れられた変形の両方を斟酌する−構造内の波
長測定に基づく。ｎ_eff が両方のファクターを斟酌する
屈折率の量になるように、下に記した文字ｅｆｆは、実
効値に対する参照符号である。

【００１１】モード−デバイスデザインに関して、一般
的にシングルモード動作になっている場合の好適な構造
を考えることは、甚だしく不正確ではない。これは、図
４のデバイスのようなー半径方向に変化する厚さを有す
る−変化する厚さのデバイスに関してのみ全く正しく、
また、他の意図された構造に関して引き続きほぼ正し
い。詳細な言い方において、多くの構造のための多モー
ド動作がある。モード増加は、変化する周囲のモードＭ
または代わりのＭ₁ と同様に、半径方向に依存するモー
ドの形をとる。ほかの場合に述べられるように、Ｍ₁
は、空洞化放射エネルギーの多角形通路における面の数
を定義する。より一般的なモード記号Ｍは、多角形通路
面の数に対する参照符号を除いてモード通路におけるう
ねりの数を定義する。（うねりは、完全な正弦波に一致
するものとして論じられる。）

【００１２】モード上の通路−これは、直接に上記の記
述を意図している。多くの環境において多角形面は、１
つの完全な波からなる（その結果Ｍ＝Ｍ₁ となる）。し
かしながら、動作構造は、Ｍ＝Ｍ₁ となる−多数の完全
な波か、またはある環境下では面当たりほんの半分の波
がある−モード上の通路に依存し得る。

【００１３】貫通界磁−活性領域から周囲媒体の中に貫
通する界磁。これらは、（完全な構造または割れめ−例
えば図８の溝付き表面−のいずれかを介して）回路の他
の素子の中へ結合するための容易さを提供するのみなら
ず同時に損失を生じる可能性のある意図されたものでな
い結合の余地がある界磁である。ささやきの回廊モード
／ささやきモード−この用語は、内側に反射する円筒形
のみならず球形の構造に関するそれらに対して良く知ら
れているが、本発明のデバイスの動作の原因となる−通
常、全体において原因となる−空洞現象の形を定義す
る。さらに多少詳しく述べると、動作は、≦“臨界角と
なる角度で周囲構造に空洞化エネルギーを入射すること
から生じる場合の内部反射に依存する。

【００１４】量子源−この用語は、−一定屈折率を有す
る実際上無制限の媒体内の−エキサイトンの有効領域を
定義する仮定の球体からの偏位を指すと一般的に理解さ
れる。この記述の目的のために−デバイスデザインに関
して意味を持つ目的のために−量子源の臨界寸法は、前
記仮定の球体の直径より少なくとも１０％短くなければ
ならない。

【００１５】総論 本発明の部類のマイクロ共振器構造は、機能的な光学的
に薄い半導体層（“活性”領域）及び比較的低い屈折率
の周囲媒体間のようなより大きな屈折率対比−動作結果
の波長の光エネルギーに関する屈折率における大きな変
化−を提供する。構造は、例えば、ロード レイリーに
よる“ささやきの回廊の問題”，Scientific Papers, C
ambridge University, Cambridge, England, vol.5,pp.
617-620(1912) や、Ｔ．クラウス等によるElectronics
Letters, vol.26,p.2097(1990)に記載されているような
ささやきの回廊モードに類似したモード空洞現象に依存
する。臨界角の内部反射への依存は、バルクなしに高い
反射力を生じると共に、ＤＢＲ鏡に関連したモード上の
大きさを増加させる。“総合”内部反射に関する基本的
な必要条件は、周知であり、詳細には説明されない。一
般に、的確な角度値と同様にその現象は、本文に示され
る。根本的に、界面に平行な波ベクトル成分が必要とさ
れた屈折率対比の境界を横切って等しくなければならな
いことの必要性は、sin^-1(1/n_eff) より大きな入射角度
に関する総合内部反射を生じる。偏位は、一般的にほと
んどない結果からなると同時に、実行可能な程度まで小
さい角度値を指示する他の損失の方向において一定不変
である。一般的に、前記損失は、臨界角に近づくにつれ
て、特性的にことによると０．１％の値になることが知
られている。滑らかな円形のディスク内の八角形の空洞
現象通路に備える特定の形状は、約１０⁶ 分の１の損失
を結果として生じる。

【００１６】本発明のマイクロ構造は、分離したデバイ
スとして有効に使用されると同時に、集積回路構成要素
におけるそれらの価値のために主要な関心事となる。特
に、低電力動作を許された、レーザーとしての動作は、
わずかな熱損失と一致した低スレショールドのための要
求を実現する。この動作要求に対する貢献は、小利得ボ
リュームとシングル光モード−一般的に第１のＴＥモー
ド−との間で許された効果的整合によって進められる。
ディスクモードのための光利得は、ディスク面における
１以上の光学的にポンプされた量子源によって与えられ
る。一般的に、ー１個の量子源構造のためのディスクの
厚さ−活性領域の厚さは、λ＝１．５μｍ及びｎ_eff ＝
３．５に対するλ／２ｎ_eff ≒２，０００ より小さ
い。構造は、ディスクと周囲媒体の間にある場合、特
に、最も大きなモード上のエネルギー集中のディスク領
域に関する場合、高屈折率対比によって望ましく特徴づ
けられる。この対比は、−スペーサー／バリアー層を互
いに取り囲む活性層を含むように限定された普通の構造
にしたがう−活性材料との間で一般的に限定される。述
べられた構造のための周囲媒体は、スペース−例えば真
空もしくは空気−、または非結晶質の二酸化珪素SiO₂の
ような若干のおそらく不活性の低屈折率媒体であり得
る。示された例示値は、ｎ₀ が周囲媒体の屈折率に等し
い場合の屈折率対比（または屈折率比）ｎ_eff ／ｎ₀ に
変る。このオーダーの大きさまたはそれ以上の大きさの
屈折率対比は、１．５μｍより小さい適当な動作波長に
関して達成可能である。例えば製作の容易さを伴って実
行しなければならない他の要件は、より小さい対比値を
指示し得る。本発明の教えは、ディスク半径のような前
記デザイン要件における適切な変更によって提供され
得、また、便利な集積化のために小さなサイズとする要
求のような他の要件は、最小１．３の、または好適には
もっと大きい、例えば１．５より大きい対比値をすべて
示唆する。λ以下の厚さ寸法で結合されたこの高屈折率
対比は、活性光モードを効果的に制限し、利得層との
（すなわち、活性領域−一般には量子源活性領域−と
の）効果的なオーバーラップを保証することにおける基
本的特徴になる。

【００１７】図７は、上記要件を期待してデザインされ
た構造の形を示す。それは、例えば下記に概説された手
順にしたがって、スペーサー層７２の間にはさまれた活
性領域７１からなると共に、エピタキシャル成長基板と
して初めに役立つ材料から製作された場合の円筒形の脚
７３に支持されたディスク７０に備える。

【００１８】製作 図７のデバイスは、実施例１において使用された場合、
エピタキシャル成長したInP/InGaAsP 層化材料から作ら
れた。前記デバイスは、トータルのディスク７０の厚さ
として５００ となるように、InGaAsP からなる２００
の厚さのバリアー層７２間にはさまれたInGaAsからな
る１００ の厚さの量子源層７１からなっていた。他の
製作において、使用は、バリアー材料で分離された場合
の６個の前記１００ 活性層からなる１５００ ディス
クで作られた。最初の成長は、脚７３を生じるようにエ
ッチングにおいて維持されたInP 基板部分上で行われ
た。写真石版技術は、３μｍ、５μｍ及び１０μｍの直
径を有するディスクにパターンを描くために使用され
た。ＨＣｌ溶液は、エッチングされなかった機能的InGa
As/InGaAsPディスクを残すと同時に、基板材料を選択的
にエッチングするために使用された。

【００１９】作業サンプルにおいて、InP 脚７３は、Ｈ
Ｃｌエッチング溶液の異方性の性質による場合の斜方六
面体形状断面を維持する。このような脚は、屈折率対比
がディスク７０と−周囲が空気の実施例１の例における
−周囲との間で限定される半径方向の寸法約１μｍの周
囲領域を残すために、直径約１μｍ、高さ約２μｍであ
った。別の作業サンプルにおいて、このような構造は、
化学的蒸着によって堆積された０．５μｍのSiO₂のカプ
セルに入れられた。

【００２０】実施例１ 直径５μｍの上述のマイクロディスクは、液体窒素で冷
却すると同時に、λ＝０．６３で動作するHeNeレーザー
で光学的にポンプされた。１個の量子源構造のためのス
ペクトラムは、＜１ のスペクトル線幅を伴う１．３μ
ｍの中心波長でレーザーとなった。１．３μｍのレーザ
ースパイクは、１０倍に近いファクターによって幅の広
い光ルミネッセンスの背景上に浮かび上がった。実施例
１の構造のためのスレショールド値は２００μＷ以下で
あった。ディスク７０は、１０^-12 ｃｍ^-3のオーダーの
体積を有するので、１ミリワットのオーダーのポンプ出
力は、１０⁹ ワットｃｍ^-3に近づいたディスクにおける
電力密度に等しかった。図７に示された構造の放熱は、
破壊的な温度上昇を防止するために十分であった。

【００２１】実施例２ 実施例１の手順は、６個の量子源を含む、直径５μｍ及
び厚さ１５００ のディスクのために実行された。測定
された出力レーザー電力は、５００μＷよりわずかに下
回るポンプ電力のために１μｗに近づいた。垂直になら
ないように結合された場合のスパイク強度は、背景の光
ルミネッセンスより１００倍以上大きかった。

【００２２】マイクロ空洞デザインは、なかんずく、−
仮定のデバイスからの離脱を限定する不完全の説明とな
るメリットの価を増加するようにより大きいがまだλ以
下の厚さに増加され得る−（バルク材料において測定さ
れた場合の）１／４波長λ_bに近い活性領域薄膜の厚さ
に依存する。高反射力及びλ以下の厚さは、低電力要求
例えば低レーザースレショールドを生じるように、小利
得体積及びシングル光モードの間で良い整合効率を生じ
る。高屈折率対比は、貫通する界磁と関連した損失を減
じると共に、モード選択性を高める。動作モードの指定
は、マックスウェルの方程式（例えば、J.D. Jackson,"
Classical Electrodynamics", John Wiley & Sons, New
York(1975) を参照。）の解により与えられる。重要に
は、ｎ_{ef f} が装置動作波長における電磁波エネルギーに
関する実効屈折率であり、λが真空中で測定した場合で
あるところのλ／２ｎ_eff より小さい作用的層は、波を
導いた最も低いオーダーのＴＥ及びＴＭ誘導波だけを支
持する。約λ／４ｎ_eff の厚さの値のために、ＴＥモー
ドへの結合は、あらゆる無誘導波と同様にＴＭ波との相
互作用が無視され得る前記範囲に対して優位を占める。

【００２３】活性領域−形状、寸法 この項において図１乃至６が参照される。警告的注解−
（もっと複雑だが正確な波エネルギーよりむしろ粒子に
関する）光線光学系の点からデバイスを論じることは都
合が良い。“総合内部反射”に関する“臨界角”は、跳
ね上がり地点に関して限定された空洞通路と同様に、有
効に使用される。そのように導かれた不正確さは、−全
体及び分数の波長のオーダーの−包含された寸法のため
の特定の結果からなる。

【００２４】モード通路を過度に単純化して表わす多角
形の通路は、Ｍ₁ 、すなわち多角形の面の数に一致する
“モード数”に関してここで一般的に論じられる。もっ
と一般的なモード数Ｍは、“跳ね上がり”の数に関せず
にモード通路におけるうねりまたは振動の数に一致す
る。（だから、例えば、４面多角形−Ｍ₁ ＝４−は、合
計８個のうねりまたは１面当たり１つの波の通路に一致
し得る。）

【００２５】図１乃至６は、より多数の種類の形状の一
般的実例である。図１は、円形のものを限定するこの例
において、滑らかに連続する曲線の縁１１を有するディ
スク１０を示す。図は、臨界的な波長以下の寸法１４、
例えば論じられた通常好適とされた約１／４波長により
分離されている前記両平面を有する、デバイスの少なく
ともある程度適当な領域以上の、平行な平面例えば面１
２及び１３で限定された形状の小さな一組の表示のつも
りである。この小さな一組は、長円または不規則な形状
のみならず円形になり得る側面形状からなる。寸法及び
動作状態は、八角形通路１５（Ｍ₁ ＝８）を規定する空
洞現象を生じるようなものとなる。

【００２６】図２は、ディスク２０内の前記値に関する
一定の電磁界線２１と、ディスクの外側の領域２３内に
貫通する界磁に関連する前記値のための線２２との位置
を表わす、ディスク２０の四分円を含む輪郭図である。
示されたように、最大の正の界磁値は小山またはピーク
２４に位置され、最大の負の界磁値は凹地２５に位置さ
れる。したがって、図２は、通路の各面が１つの全波か
ら形成される図１の通路１２のような、八角形のモード
上の通路に一致するほどの、四分円当たり２個のうね
り、または完全なディスクに対する８個のうねりを表わ
す。輪郭線２２によって表わされた界磁部分は、外側の
領域２３の外側に貫通する界磁を表わす際に、潜在的な
結合領域となるが、さらに、例えば意図されたものでな
い結合と同様にでこぼこに散乱する表面に依るような潜
在的な損失を提供する。

【００２７】図３は、例えば適切なモード選択に関し
て、論じられたような臨界的な間隔の平行な平面３０、
３１によりまた限定されるが、この例では、同じ長さの
平らな面３２から構成された周囲によって限定された小
さな一組の形状の表示である。他の図におけるように、
示された形状は、−例えば、規則的のみならず不規則
な、より少ないまたはより多数の面からなるモード上の
通路３３からなる、点線で示された多角形により構成さ
れた場合の−より大きな部類の表示のつもりであり、八
角形として示され、第１の近似に対して、図１のディス
クの円形バージョン以内に限定されたモード上の通路１
２に等しい。動作的に、ディスク連結位置３４内に限定
された場合のこのような通路３３は、例えば、特に位置
３４の近くにおける通路３３を取り囲む材料の横方向の
厚さに関連する場合の貫通界磁の大きさおける変化の損
失または他の含蓄に関する、第２のオーダーの変形のた
めを除いて、モード上の通路１２と等しい。表示は、規
則的な形状のみならず不規則な形状を含むつもりであ
り、そのため、この例では、面３２は、ことによると異
なる通路線のための異なる数のうねりからなると同時に
望ましい結合を最大にしかつ望ましくない結合を最小に
する程度にデザインされる、支配的な多角形のモード上
の通路に常に備える横寸法において等しくなくなり得
る。不規則な多角形の形状は、例えば、−示された脚支
持／電極に依存するもっと近い一定の結合の不規則な通
路に備えるために−図１１のそれのような配列を適応さ
せるのに役立ち得る。

【００２８】図４は、図１の空洞形状と、物理的には異
なっているが機能的には同じ空洞形状を示す。本発明の
あらゆる実施態様に共通の、ささやきモードに適応する
臨界的な間隔は、この例において滑らかな曲線状の縁面
４２を限定する、面４０及び４１の間の間隔である。た
ぶん小さいデバイスからなる−機能意義はたぶんポンピ
ングに包含されるが−例えば電気的または光学的な、膜
４３は、構造の物理的安定性に役立ち得る。縁４４は、
膜４３の裏面における起こり得る相縁と共に、モード選
択における要素になるであろう−エネルギッシュに好ま
しくない界磁貫通を小さくすることに関して十分なＭ₁
のモード上の通路の選択における影響力になるであろう
−。この図は、規則的なまたは不規則な形状の両方から
なる、曲面とされた構造のみならず平らな面とされた
（多角形の）構造の表示のつもりである。

【００２９】図５は、図４のそれと類似するが、変化す
る厚さの周囲領域内のモード上の通路選択／包含に依存
する部類の実施態様の表示である。示された特定の実施
例は、表面５１で限定されたような一般的に円形の断面
からなる周囲領域５０に依存する。さらに、構造上の剛
性は、領域５０の囲まれた部分内に連続体を形成する膜
５２によって与えられる。寸法５３は、−好適な実施態
様は約λ／４ｎ_eff であるから−本発明の矛先と一致し
た、例えば制限の観点から適切になる。さらに、図４に
おけるように、領域５０の横寸法は、モード選択の決定
因であり、また、論じられたように波長以下の寸法の場
合、さらに有効な制限を付加的に提供し得る。

【００３０】図６は、図５に代わる形状を示す。それ
は、表面６２−６５で限定された断面からなるモード上
の通路領域６１の安定性のための膜６０に依存する。示
された他の形状と同様に、表わされたカテゴリーは、規
則的な形状または不規則な形状からなり得ると共に、曲
がったまたは小面のある面で限定され得る。示された特
定の三角形の断面は、所定の寸法のための一層明確なモ
ード選択のために有効に使用される。

【００３１】ＳＥＬの利点と比較した場合の本発明アプ
ローチの著しい利点は、ＩＣの他の素子との結合を促進
するための面内放射を含み、またさらに面外放射に備え
るのに有効である。図８は、円形の周囲８３の範囲内の
平面８１及び８２で限定されたディスク８０を示す。溝
８４は、図示しない面外の空洞化エネルギーの一部を結
合するようにデザインされている。この変形において、
本発明のささやきモード構造は、例えばチップ対チップ
の伝達において、良く知られたＳＥＬの方法において役
立ち得る。右回り方向の空洞化エネルギーに関して、面
外方向は、屈折率対比と結合された場合の溝面８５の角
度で限定される。代替アプローチにおいて、左回りの空
洞現象は、−ことによると図示しない鏡層の使用によっ
てもたらされた場合の−溝面８５の単純な反射力によっ
て面外放射を生じる。

【００３２】図９は、そのように位置決めされ、かつ面
内結合に備えるための場合の前記間に空間を置くことか
らなる、通路部材９１と近接したディスク構造９０を示
す。実施例１及び２で報告された作業を含む実験的な作
業は、光ポンピングを包含した。製作の容易さを含む多
数の要件は、このアプローチを指示し、それは結果の領
域を限定するために継続しそうである。他方、臨界的に
薄い構造におけるささやきモード動作に包括的に基づく
際の本発明の原理は、そんなに制限されない。動作の原
理は、機能的に知られていたまたは知られ得る種々のポ
ンプ配置に適用可能である。多くの目的のために、直接
的な電気的ポンピングは、望ましいものであり続ける−
意図された小さい寸法で更に悪化させられる製作の複雑
化を正当化し得る−。

【００３３】図１０及び１１は、前記のものにしたがっ
て別なやり方で電気的にポンプされたレーザーを示す。
図１０において、述べられたいずれかの形をとり得るデ
ィスク構造１００は、電源１０４により電源供給された
場合の回路１０３を介してバイアスされたものとして示
される跨がった電極手段１０１及び１０２によって目下
電気的にポンプされる。この構造上のアプローチは、電
極がディスク１００の一面または両面の物理的支持部と
して役立ち得る。抱擁電極１０１及び１０２のいずれか
一方または両方は、図７の構造の脚７３の製作において
論じられた場合の成長基板から、選択的エッチングによ
って形成され得る。例えば、−エッチ限定の前にはたぶ
んそっくりそのままの状態になっている−InP に対する
ドープ性のものの追加は、直列抵抗を少なくするために
望ましくなり得る。接合−おそらくPN接合−を形成する
時以後導通性を授与するドープ性のものは、１例ではｎ
タイプ、他例ではｐタイプの顕著なドープ性のものにな
るであろう。電気的ポンピングを期待する特定のデザイ
ンパラメーターは、当然この記述の本分内にあらず、周
知である。

【００３４】図１１は、図１０の構造の代わりの、電気
的にポンプされたディスク構造を示す。この配置におい
て、それぞれ、リード線１１４を介して直流電流源１１
３により電源供給される正及び負の電極１１１及び１１
２は、ディスク１１０の共通面１１５に取付けられる。
電極１１１及び１１２の間隔及びもっと一般的に位置
は、電極と、表面が実行意味のある好ましくない散乱を
生じるようにでこぼこになっている場合には周囲面１１
６とから望ましい独立をした周囲の空洞現象通路に備え
るようなものである。−滑らかなであるか小面とされて
いるかどうかの−形状にかかわらず、デザインの最適化
は、電極により限定された方向により大きな主要寸法か
らなるディスク１１０を生じ得る。結果として生じる卵
形または不規則な多角形の形状は、空洞化エネルギーと
電極との間の好ましくない結合を少なくするのにもっと
良く備え得る。かけがえとして、前記電極は、放射エネ
ルギーの結合のためにさらに役立ち得る。

【００３５】他の要件 本発明は、当業者に対して十分な言い方で述べられた。
実験的に認められたデザイン／材料の含蓄は、解説の中
の内容に適切な場所で示された。付加的な所見は簡単に
言及される。

【００３６】活性材料に適する現在利用可能なものを徹
底的に述べることは、適切とはみなされなかった。一般
に、材料選択は、初期のレーザー構造に適用された場合
の同一要件に関している。したがって、選択は、製作に
最も重要に関係する、種々の他の材料を期待する動作の
望ましい波長を基礎としている。

【００３７】選択されたポンプ出力は、特定の望ましい
モードに好都合になるように役立ち得る。ある実験にお
いて、例えば、レーザーとして使えるスレッショールド
以上に動作するデバイスにおいてポンプ出力を減少させ
ることは、−５μｍ直径のディスクの場合に、０．０６
μｍで切り換わる−モード切換えをしばしば生じた。こ
れは、モード上の数Ｍ≒３８を有するささやきモードと
一致している。この構造のための最も低い損失モード
は、半径方向のモード数Ｎ≒４を有するように現れる。
そのように限定されたモードは、表面散乱による損失を
少なくするために外側の縁から十分に離れた最大エネル
ギー形状上の通路を有する。なお、脚からの分離は、著
しい好ましくない結合を防止するのに十分である。つい
でながら、結合及びその結果の面放射は、ディスクの中
心から最も遠い斜方六面体形状の脚の２地点から放射す
ることが、予想通り観測された。

【図面の簡単な説明】

【図１】例示の目的のために有益に使用されかつ実用上
も重要なものである、プロトタイプのディスク形構造の
斜視図である。

【図２】特定の動作モードのための、内部及び貫通界磁
線の表示を伴う図１に従う丸いディスク構造の四分円の
線図である。

【図３】単純平面ディスクに代わる構造の表示であり、
八角形構造の斜視図である。

【図４】単純平面ディスクに代わる構造の表示であり、
ささやきの回廊モードエネルギーが伝播される周囲部が
比較的薄い膜、すなわち化学的または実行の結果の膜を
囲むディスク構造の斜視図である。

【図５】単純平面ディスクに代わる構造の表示であり、
図４のそれらに関連する実行特性を有する、膜をさらに
含むドーナツ形空洞の部分的に断面とした斜視図であ
る。

【図６】単純平面ディスクに代わる構造の表示であり、
モード上の作用が目下三角形の断片からなる周囲通路内
にある図４及び５のそれに代わる構造の部分的に断面と
した斜視図である。

【図７】ディスク形素子が、例えば成長基板のエッチン
グで形成された場合の脚に支持されている代表的構造の
−この中でいくつかの実施例に使用された構造の斜視図
である。

【図８】周囲のモード通路に挿入された、群れをなした
溝から生じる場合の面外放射に備える構造の斜視図であ
る。

【図９】面内放射の結合抽出を示す斜視図である。

【図１０】電気的ポンピングに備える２個のデバイス配
置を示す斜視図であり、活性素子にまたがる電極に関す
る。

【図１１】電気的ポンピングに備える２個のデバイス配
置を示す斜視図であり、１素子の表面における一定間隔
の電極に関する。

【符号の説明】

１０ ディスク １２、１３ 面 １ 通路

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１０％がコヒーレントとみな
   され得る電磁放射を与えるための少なくとも１つの素子
   からなり、前記放射はポンピング供給手段に応答し、前
   記素子は、モード通路が、本体と大気間の界面における
   周囲の大気の屈折率に関して電磁エネルギーのための高
   屈折率の本体内に限定されることによりささやきの回廊
   モードに主に依存する空洞現象を伴って放射される電磁
   エネルギーの空洞現象に備え、前記通路は、多角形であ
   ると共に、前記界面で限定された臨界角で、またはそれ
   より下で、空洞化波エネルギーの入射に主として依る維
   持を伴う少なくとも３つの面からなる装置において、 前記素子は、前記空洞現象通路の実質的一部に相当する
   領域より少なくとも上にあると共に、前記通路に対して
   普通に測定された場合に、λが真空で測定された空洞化
   エネルギーの波長でありかつｎ_eff が前記空洞化エネル
   ギーに関する実際の屈折率である場合の最大λ／２ｎ
   _eff の通常寸法からなり、前記値は、本体の媒体に関す
   るバルク屈折率における変化と拘束面のため導かれた場
   合の前記バルク屈折率における前記変化とを説明し、前
   記界面は、数字で少なくとも１．５に等しい空洞化エネ
   ルギーに関する屈折率対比からなり、前記値は、ｎ_eff
   が前記本体内の空洞化エネルギーに関する実行屈折率で
   ありかつｎ_s が前記本体の限定界面の外側の前記エネル
   ギーに関する屈折率である場合の分数ｎ_eff ／ｎ_s によ
   って与えられることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記通常の寸法はλ／４ｎ_eff 値に近い
   請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記空洞現象通路の実質的な部分は、平
   らな界面に平行な平面で限定された前記本体における領
   域内にある請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 前記空洞現象通路は、前記本体の周囲領
   域内にあり、前記周囲領域は、前記通常の寸法より実質
   的に薄い内側領域を囲んでいる請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 前記素子は、ミクロンオーダーの最大寸
   法からなる請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 前記素子は、動作上レーザーとして使え
   るスレショールドを計画的に達成する請求項１記載の装
   置。
7. 【請求項７】 前記空洞的な通路は、少なくとも４面か
   らなる多角形を限定する請求項１乃至６のいずれかに記
   載の装置。
8. 【請求項８】 放射エネルギーを結合する手段を有する
   請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 前記手段は面内結合に備える請求項８記
   載の装置。
10. 【請求項１０】 結合は、前記素子と限定された放射通
    路の中間の間隙を含む請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記手段は面外結合に備える請求項８
    記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記手段は前記本体の横方向の面に少
    なくとも１個の物理的溝を伴う請求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記手段は複数の前記溝を伴う請求項
    １２記載の装置。
14. 【請求項１４】 集積回路からなる請求項１記載の装
    置。
15. 【請求項１５】 前記集積回路は、複数の前記素子を含
    む請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記集積回路は、光−電気的である請
    求項１５記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記集積回路は、前記素子をポンピン
    グする手段を含む請求項１６記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記手段は、光学的であると共に、レ
    ーザーポンプによって与えられる請求項１７記載の装
    置。