所示的计算结果所描述地，已知波长调谐效率的大小取决于半导体空 腔长度。为了提高波长调谐效率，减小半导体空腔长度是有效的，但实际上存在限制。
[0050] 特别地，在其中激光器通过电流注入而振荡的结构的情况下，必须形成用于扩散 和缩减电流的层，并且因此，与其中激光器通过光激励而振荡的结构相比较，必须增加半导 体空腔长度，并且难以提高波长调谐效率。
[0051] 作为通过除减小半导体空腔长度之外的手段提高波长调谐效率的一个例子，一般 已知如下的结构，其中在间隔部分和半导体空腔之间的界面处形成抗反射（AR)膜。另一 方面，还一般已知当在间隔部分和半导体空腔之间的界面处形成诸如分布式布拉格反射镜 (DBR)的用于提高反射率的结构时，波长调谐效率被降低（IEEEJournalofQuantumElec tronics,Vol. 46,p. 1245 (2010)) 〇
[0052] 这被参考图5A到图5C和图8描述。
[0053] 图5A到图5C是被形成为使得波长在大约1065nm处可调的基于GaAs的 MEMS-VCSEL结构的示意截面图。
[0054] 图5A所示的结构是基本结构，在间隔部分630和半导体空腔650之间的界面处没 有形成任何东西。
[0055] 图5B所示的结构是如下的结构，其中向图5A所示的结构的间隔部分630和半导 体空腔650之间的界面增加1/4波长的光学厚度的AlAs氧化物层作为抗反射（AR)膜660。
[0056] 图5C所示的结构是如下的结构，其中向图5A所示的结构的间隔部分630和半导 体空腔650之间的界面增加包括GaAs层和AlAs氧化物层的堆叠对的DBR670,GaAs层和 AlAs氧化物层中的每一个为1/4波长的光学厚度。
[0057] 在图5A到图5C所示的结构中的每一个中，当1065nm的中心波长是1. 00λ时，除 抗反射膜和DBR之外的半导体空腔长度被设计为是3. 00λ。
[0058] 注意，在图5Α到图5C所示的结构中的每一个中，当具有1065nm波长的光从半导 体空腔650入射间隔部分630侧时，间隔部分630侧的半导体空腔650的界面处的反射率 的计算值如下。在图5A所示的结构中，间隔部分630侧的半导体空腔650的界面处（即， 半导体空腔650和间隔部分630之间的界面处）的反射率是28. 4%。在图5B所示的结构 中，间隔部分630侧的半导体空腔650的界面处（S卩，半导体空腔650和抗反射膜660之间 的界面处）的反射率是0.1%。在图5C所示的结构中，间隔部分630侧的半导体空腔650 的界面处（即，半导体空腔650和DBR670(高反射率结构）之间的界面处）的反射率是 73. 5%。
[0059] 图8是用于示出相对于图5A到图5C所示的结构中的每一个，相对于大约1065nm 的波长，展现间隔部分长度（空隙长度）的改变量和激光振荡波长之间的关系的计算结果 的图。
[0060] 与基本结构相比（对应于图5A)，确认增了AR膜的结构（对应于图5B)具有较高 的波长调谐效率，而相反地，增加了DBR的结构（对应于图5C)具有较低的波长调谐效率。
[0061] 如上所述，一般已知可以通过尽可能地减小MEMS-VCSEL的空腔长度或者通过在 间隔部分和半导体空腔之间的界面处形成AR膜，来改善波长调谐效率。
[0062] 然而，为了实现能够更迅速并且在更宽范围上改变波长的MEMS-VCSEL，希望对波 长调谐效率的进一步改善。
[0063] 在应用本发明的结构中，通过组合对不同于相关技术的结构的半导体空腔长度的 选择与间隔部分和半导体空腔之间的界面处的反射率的提高，与相关技术的结构相比较， 可以提尚波长调谐效率。
[0064] 具体地，通过形成MEMS-VCSEL以使得半导体空腔长度接近（λ/2)Xm+λ/4,并 且在间隔部分和半导体空腔之间的界面处形成高反射率结构，可以获得上述效果（其中m 是1或者更大的整数，并且λ是中心波长，这也适用于下面的描述）。
[0065] 如此处使用的高反射率结构是如下的结构，其被形成为反射率高于由作为形成该 半导体空腔的主要材料的半导体材料的折射率和该间隔部分的折射率之间的差异在该界 面处产生的光学反射的反射率。示例的高反射率结构包括如下的结构，其中至少一对由具 有相对高的折射率的材料形成的高折射率层和由具有相对低的折射率的材料形成的低折 射率层堆叠。更优选地，该高反射率结构是多层膜结构，其中由具有相对高的折射率的材料 形成的层和由具有相对低折射率的材料形成的层交替地堆叠在诸如DBR内，从而使得这些 层中的每一个的光学厚度是λ/4的奇数倍，其中λ是中心波长。
[0066] 另外，该半导体空腔是位于高反射率结构和下部反射镜之间的所有半导体层的堆 置体。
[0067] 参考图1描述应用本发明的示例MEMS-VCSEL。
[0068] 上部反射镜100、间隔部分130、高反射率结构170、包括活性层120的半导体空腔 150、下部反射镜110和基板140被从上到下以所述顺序放置。半导体空腔150的光学厚度 被称为半导体空腔长度。换言之，该半导体空腔长度是高反射率结构170和半导体空腔150 之间的界面与半导体空腔150和下部反射镜110之间的界面之间的光程长度。
[0069] 应用本发明的结构被形成为半导体空腔长度是（λ/2)Χπι+λ/4,其中λ是中心 波长。
[0070] 在本发明中，MEMS-VCSEL可以是电流注入类型，其中通过由电极（未示出）向活 性层120注入电流来发射光，或者MEMS-VCSEL可以是光激励类型，其中由外部光源（未示 出）向活性层120照射激励光。
[0071] 另外，由通过在电极（未示出）之间施加电压产生的静电力在MEMS-VCSEL的厚度 方向上驱动上部反射镜100。
[0072] 注意，此处的半导体空腔长度被转换为自由端反射情况下的半导体空腔长度，在 自由端反射中，在光学反射中，在半导体空腔的上部和下部界面处不存在相位变化。转换指 的是当半导体空腔的上部和下部界面处的光学反射中存在相位变化时，使得半导体空腔长 度的光学厚度是考虑了该相位变化的量的光学厚度。例如，在IEEEJournalofQuantum Electronics，Vol. 46,p. 1245(2010)的第三段中描述了用于转换的特定方法。
[0073] 当反射中存在相位变化时，有效光路相应地改变，并且因此必须调整实际的半导 体空腔长度。例如，在固定端反射的情况下，当反射中的相位变化是η时，有效光路从自由 端反射情况下的光路平移λ/2。为了通过空腔的来回往复形成λ/2的光程长度，必须以 λ/4改变空腔长度。
[0074] 例如，在半导体空腔的上部和下部界面中仅任一处的固定端反射的情况下，适用 于本发明的半导体空腔长度是（λ/2)Xm+λ/4-λ/4 (或+λ/4)，其是（λ/2)Xm(或者 (λ/2)X(m+1)) 〇
[0075] 除非另外说明，半导体空腔的上部和下部界面处的光学反射在此处被配置为自由 端反射。
[0076] 注意，一般地，当光从由具有高折射率的材料形成的层入射由具有低折射率的材 料形成的层时，其间的界面处的光学反射是自由端反射。另一方面，当光从由具有低折射率 的材料形成的层入射由具有高折射率的材料形成的层时，其间的界面处的光学反射是固定 端反射。
[0077] 另外，在多层膜的情况下，从各个界面反射的光被合成，并且因此存在其中反射既 不是纯粹的自由端反射也不是纯粹的固定端反射的情况。在DBR的情况下，基本上，当最接 近DBR的活性层的层具有比与该层接触的入射侧层中的介质的折射率高的折射率时，该反 射是固定端反射。另一方面，当最接近DBR的活性层的层具有比与该层接触的入射侧层中 的介质的折射率低的折射率时，该反射是自由端反射。然而，随着DBR中的各个层的光学厚 度从λ/4偏移，反射逐渐偏离纯粹的固定端反射或者纯粹的自由端反射。另外，在例如其 中高折射率层比λ/4厚并且低折射率层比λ/4薄的DBR(诸如厚度调节DBR)的情况下， 即使在中心波长处，反射也既不是自由端反射也不是固定端反射。
[0078] 基于这一点，根据本发明的MEMS-VCSEL被形成为在转换到自由端反射的情况之 后，半导体空腔长度是（λ/2)Xm+λ/4,其中λ是中心波长。
[0079] 作为上部反射镜100和下部反射镜110,使用各自由多层膜形成的分布式布拉格 反射镜（DBR)。夹在上部反射镜100和下部反射镜110之间的区域是空腔，在空腔中形成光 学驻波。上部反射镜100可以在光轴方向（图1中的垂直方向）上移动。通过改变间隔部 分130的长度（以下简称为空隙长度），空腔长度被改变以便改变激光振荡波长。
[0080] 图2是用于示出图1所示的结构和用于比较的结构的空隙长度的改变量和激光振 荡波长之间的关系的计算结果的图。
[0081] 类似于参考图5Α到图5C和图8描述的情况，基本结构是在间隔部分和半导体空 腔之间的界面处不形式任何东西的结构。AR膜添加结构是如下的结构，其中在间隔部分和 半导体空腔之间的界面处形成AR膜。DBR添加结构是如下的结构，其中在间隔部分和半导 体空腔之间的界面处形成作为高反射率结构的DBR。该DBR添加结构是应用本发明的结构， 并且该基本结构和AR膜添加结构是用于比较的结构。
[0082] 注意，除AR膜和DBR之外的半导体空腔长度被设计为是3. 25λ，其中l〇65nm的中 心波长是1. 00λ。
[0083] 当将图2所示的计算结果与上面参考图8所述的比较例的结构的计算结果进行比 较时，可以观察到很大的不同。
[0084] 为了澄清该不同，制定如下的表1，其中从图2和图8所示的计算结果读取各个结 构的波长调谐效率，并且按大小的降序列出。
[0085] [表格 1]
[0086]
[0087] 可以从该表读取如下内容。
[0088]