JP2003304033A - 光ポンピング可能な垂直エミッタを有する面発光半導体レーザ装置 - Google Patents
光ポンピング可能な垂直エミッタを有する面発光半導体レーザ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ装置を改善して、出力パワーを
高速に変調できるようにすこと。 【解決手段】 光ポンピング可能な垂直エミッタ（２
０）を有する面発光半導体レーザ装置であって、垂直エ
ミッタ（２０）は、ビーム形成層（１４）を有する形式
の面発光半導体レーザ装置において、この面発光半導体
レーザ装置の出力パワーを変調する少なくとも１つの変
調ビーム源（３０）が設けられており、この変調ビーム
源は、ビームを形成する活性層を有するエッジ放出半導
体構造（１５）を含んでおり、この変調ビーム源を配置
して、動作中にこの半導体レーザ装置によりビームが放
出されるようにし、ここでこのビームは、前記の垂直エ
ミッタ（２０）のビームを形成する活性層（１４）に入
力結合されることを特徴とする面発光半導体レーザ装置
を構成する。
高速に変調できるようにすこと。 【解決手段】 光ポンピング可能な垂直エミッタ（２
０）を有する面発光半導体レーザ装置であって、垂直エ
ミッタ（２０）は、ビーム形成層（１４）を有する形式
の面発光半導体レーザ装置において、この面発光半導体
レーザ装置の出力パワーを変調する少なくとも１つの変
調ビーム源（３０）が設けられており、この変調ビーム
源は、ビームを形成する活性層を有するエッジ放出半導
体構造（１５）を含んでおり、この変調ビーム源を配置
して、動作中にこの半導体レーザ装置によりビームが放
出されるようにし、ここでこのビームは、前記の垂直エ
ミッタ（２０）のビームを形成する活性層（１４）に入
力結合されることを特徴とする面発光半導体レーザ装置
を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ポンピング可能
な垂直エミッタを有する面発光半導体レーザ装置に関
し、ここで上記の垂直エミッタは、ビームを形成する活
性層を有する。
な垂直エミッタを有する面発光半導体レーザ装置に関
し、ここで上記の垂直エミッタは、ビームを形成する活
性層を有する。
【０００２】
【従来の技術】光ポンピング面発光半導体レーザ装置
は、例えば、ＵＳ５９９１３１８から公知である。ここ
にはモノリシックの面発光半導体層構造を有する、光ポ
ンピング垂直共振半導体レーザが記載されている。形成
されるレーザビームの波長よりも短い波長を有する光ポ
ンピングビームは、この装置において、エッジ放出半導
体レーザダイオードによって形成され、ここでこれは外
部に設けられており、ポンピングビームが前方斜め方向
から面発光半導体層構造の増幅領域に入射する。
は、例えば、ＵＳ５９９１３１８から公知である。ここ
にはモノリシックの面発光半導体層構造を有する、光ポ
ンピング垂直共振半導体レーザが記載されている。形成
されるレーザビームの波長よりも短い波長を有する光ポ
ンピングビームは、この装置において、エッジ放出半導
体レーザダイオードによって形成され、ここでこれは外
部に設けられており、ポンピングビームが前方斜め方向
から面発光半導体層構造の増幅領域に入射する。
【０００３】このような装置ではポンピング光源を極め
て精確に面発光半導体層構造に配向しなければならな
い。また付加的には通例、ビームを集束する光学装置が
必要である。
て精確に面発光半導体層構造に配向しなければならな
い。また付加的には通例、ビームを集束する光学装置が
必要である。
【０００４】公開公報ＤＥ１００２６７３４Ａ１におい
てこのために提案されているのは、光ポンピング面発光
半導体レーザ装置において、ビームを形成する量子井戸
構造（Quantentopfstruktur）およびエッジ放出半導体
構造を共通の基板にエピタキシャル成長させることであ
る。個々の半導体層の層厚は、このエピタキシーにおい
て極めて精確に調整することができるため、有利にも、
ビームを形成する量子井戸構造に対して、エッジ放出半
導体構造を極めて高い精度で位置決めすることができる
のである。
てこのために提案されているのは、光ポンピング面発光
半導体レーザ装置において、ビームを形成する量子井戸
構造（Quantentopfstruktur）およびエッジ放出半導体
構造を共通の基板にエピタキシャル成長させることであ
る。個々の半導体層の層厚は、このエピタキシーにおい
て極めて精確に調整することができるため、有利にも、
ビームを形成する量子井戸構造に対して、エッジ放出半
導体構造を極めて高い精度で位置決めすることができる
のである。
【０００５】ＤＥ１００２６７３４Ａ１に記載された半
導体レーザ装置では、放出されるビームの変調は、例え
ばポンプ電流の変調によりポンピングレーザを用いて、
または面発光半導体レーザ層列の短絡接続によって行う
ことができる。しかしながらこの方式の変調は、ワット
領域の光ポンピング出力を有する高出力レーザにおいて
は、通例数アンペアの領域である比較的大きなポンプ電
流に起因して、種々の障害が発生してしまう。このよう
な障害は、殊に高速の変調、例えばレーザプロジェクシ
ョンの際に必要である高速の変調の際に発生し得るので
ある。
導体レーザ装置では、放出されるビームの変調は、例え
ばポンプ電流の変調によりポンピングレーザを用いて、
または面発光半導体レーザ層列の短絡接続によって行う
ことができる。しかしながらこの方式の変調は、ワット
領域の光ポンピング出力を有する高出力レーザにおいて
は、通例数アンペアの領域である比較的大きなポンプ電
流に起因して、種々の障害が発生してしまう。このよう
な障害は、殊に高速の変調、例えばレーザプロジェクシ
ョンの際に必要である高速の変調の際に発生し得るので
ある。
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ５９９１３１８
【特許文献２】ＤＥ１００２６７３４Ａ１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の半導体レーザ装置を発展させて、出力パ
ワーの高速な変調が可能であるようにすることである。
に述べた形式の半導体レーザ装置を発展させて、出力パ
ワーの高速な変調が可能であるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有す
る面発光半導体レーザ装置によって解決される。本発明
の別の実施形態は従属請求項に記載されている。
り、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有す
る面発光半導体レーザ装置によって解決される。本発明
の別の実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】本発明では、冒頭に述べた形式の面発光半
導体レーザ装置において光ポンピング可能な垂直エミッ
タと、面発光半導体装置の出力パワーを変調する少なく
とも１つの変調ビーム源とが設けられており、ここでこ
れは、活性層を有するエッジ放出半導体構造によって構
成されておりかつ動作時に、垂直エミッタのビームを形
成する活性層にビームを送出するように配置されている
のである。
導体レーザ装置において光ポンピング可能な垂直エミッ
タと、面発光半導体装置の出力パワーを変調する少なく
とも１つの変調ビーム源とが設けられており、ここでこ
れは、活性層を有するエッジ放出半導体構造によって構
成されておりかつ動作時に、垂直エミッタのビームを形
成する活性層にビームを送出するように配置されている
のである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、垂直エミッタの活性層
におけるキャリア反転を変調ビーム源のビームによって
制御して減少させ、また極端な場合には完全に消滅させ
るというアイデアに基づいている。反転分布を低減させ
ると、垂直エミッタの出力パワーも相応に低減される。
ここでは反転分布の減少に対して、比較的わずかな変調
出力だけしか必要でなく、ひいては高速に変化し得る小
さな変調電流だけしか必要でないのである。
におけるキャリア反転を変調ビーム源のビームによって
制御して減少させ、また極端な場合には完全に消滅させ
るというアイデアに基づいている。反転分布を低減させ
ると、垂直エミッタの出力パワーも相応に低減される。
ここでは反転分布の減少に対して、比較的わずかな変調
出力だけしか必要でなく、ひいては高速に変化し得る小
さな変調電流だけしか必要でないのである。
【００１１】この半導体レーザ装置の有利な実施形態で
は、変調ビーム源のエッジ放出半導体構造の活性層と、
垂直エミッタの活性層とが同じ構造および／または同じ
構成を有しており、および／または同じ材料から構成さ
れる。このことにより、垂直エミッタと変調ビーム源と
を一緒に作製することができかつ同時につぎが保証され
る。すなわち、変調ビームが効果的に垂直エミッタの反
転分布に結合できることが保証されるのである。その理
由はそのエネルギーが、まさに垂直エミッタの活性層に
おけるエネルギーギャップに相応するからである。２つ
の活性層が同じであると殊に有利である。
は、変調ビーム源のエッジ放出半導体構造の活性層と、
垂直エミッタの活性層とが同じ構造および／または同じ
構成を有しており、および／または同じ材料から構成さ
れる。このことにより、垂直エミッタと変調ビーム源と
を一緒に作製することができかつ同時につぎが保証され
る。すなわち、変調ビームが効果的に垂直エミッタの反
転分布に結合できることが保証されるのである。その理
由はそのエネルギーが、まさに垂直エミッタの活性層に
おけるエネルギーギャップに相応するからである。２つ
の活性層が同じであると殊に有利である。
【００１２】ここで有利であるのは、変調ビーム源のエ
ッジ放出半導体構造の活性層が動作時に、垂直エミッタ
の活性層と同じ波長でビームを送出することである。
ッジ放出半導体構造の活性層が動作時に、垂直エミッタ
の活性層と同じ波長でビームを送出することである。
【００１３】この関連で本発明の半導体レーザ装置にお
いて有利に行われるのは、変調ビーム源のエッジ放出半
導体構造と、垂直エミッタとをエピタキシーにより共通
の基板で成長させることである。このエピタキシーによ
り個々の半導体層の層厚を精確に調整することができ、
このことから垂直エミッタの活性層に対して、変調ビー
ム源のエッジ放出半導体構造を高い精度で位置決めする
ことができる。
いて有利に行われるのは、変調ビーム源のエッジ放出半
導体構造と、垂直エミッタとをエピタキシーにより共通
の基板で成長させることである。このエピタキシーによ
り個々の半導体層の層厚を精確に調整することができ、
このことから垂直エミッタの活性層に対して、変調ビー
ム源のエッジ放出半導体構造を高い精度で位置決めする
ことができる。
【００１４】例えば有利にも変調ビーム源のエッジ放出
半導体構造の活性層と、垂直エミッタの活性層とが並び
合って同じ高さに配置することができるため、変調ビー
ム源は、動作時に側方の垂直エミッタの活性層にビーム
を送出する。
半導体構造の活性層と、垂直エミッタの活性層とが並び
合って同じ高さに配置することができるため、変調ビー
ム源は、動作時に側方の垂直エミッタの活性層にビーム
を送出する。
【００１５】本発明の１実施形態では、２つまたはそれ
以上の変調ビーム源が、垂直エミッタの周りに配置さ
れ、これによって動作時に垂直エミッタの活性層にビー
ムが送出されるため、垂直エミッタの活性層を横断面の
全体にわたって高速かつ均一に変調することができる。
以上の変調ビーム源が、垂直エミッタの周りに配置さ
れ、これによって動作時に垂直エミッタの活性層にビー
ムが送出されるため、垂直エミッタの活性層を横断面の
全体にわたって高速かつ均一に変調することができる。
【００１６】高い変調効率は、レーザビームを変調ビー
ムとして形成する本発明の半導体レーザ装置の有利な実
施形態において、つぎのようにすることにより達成可能
である。すなわち、垂直エミッタの対向する面に配置さ
れた２つずつの変調ビーム源が、半導体装置の出力を変
調するレーザ構造体を一緒に構成することによって達成
可能である。このためには例えば変調ビーム源の端面を
ミラー面として構成し、ここでこれは例えば劈開または
エッチングによって形成され、パッシベーション層を有
しており、および／または高反射性に鏡面化（Verspieg
eln）されている。この場合、動作時には互いに対向す
る変調ビーム源は、ただ１つのコヒーレントに振動する
レーザに結合される。
ムとして形成する本発明の半導体レーザ装置の有利な実
施形態において、つぎのようにすることにより達成可能
である。すなわち、垂直エミッタの対向する面に配置さ
れた２つずつの変調ビーム源が、半導体装置の出力を変
調するレーザ構造体を一緒に構成することによって達成
可能である。このためには例えば変調ビーム源の端面を
ミラー面として構成し、ここでこれは例えば劈開または
エッチングによって形成され、パッシベーション層を有
しており、および／または高反射性に鏡面化（Verspieg
eln）されている。この場合、動作時には互いに対向す
る変調ビーム源は、ただ１つのコヒーレントに振動する
レーザに結合される。
【００１７】本発明の有利な１実施形態では、変調ビー
ム源のエッジ放出半導体構造の活性層が第１および第２
の導波層の間に挿入され、ここでこれらの層自体は、第
１および第２のクラッド層の間に挿入することができ
る。
ム源のエッジ放出半導体構造の活性層が第１および第２
の導波層の間に挿入され、ここでこれらの層自体は、第
１および第２のクラッド層の間に挿入することができ
る。
【００１８】ポンピングビーム源は本発明において外部
のビーム源として設けることができる。しかしながら有
利にはこのポンピングビーム源も同様に垂直エミッタの
基板に配置され、例えばエピタキシー成長される。この
ように構成された光ポンピング半導体装置の優れた点
は、殊にコンパクトなモノリシック構造を有することで
ある。
のビーム源として設けることができる。しかしながら有
利にはこのポンピングビーム源も同様に垂直エミッタの
基板に配置され、例えばエピタキシー成長される。この
ように構成された光ポンピング半導体装置の優れた点
は、殊にコンパクトなモノリシック構造を有することで
ある。
【００１９】この際に有利であるのは、ポンピングビー
ム源のエッジ放出半導体構造の活性層と、垂直エミッタ
の活性層とが並び合って同じ高さに配置される場合であ
り、これによってポンピングビーム源は、動作時に側方
の垂直エミッタの活性層にビームを送出する。
ム源のエッジ放出半導体構造の活性層と、垂直エミッタ
の活性層とが並び合って同じ高さに配置される場合であ
り、これによってポンピングビーム源は、動作時に側方
の垂直エミッタの活性層にビームを送出する。
【００２０】ポンピングビーム源のエッジ放出半導体構
造は、本発明の半導体レーザ装置の有利な実施形態にお
いて、垂直エミッタの活性層とは異なる活性層を有し、
ここで殊にポンピングビーム源の活性層は、垂直エミッ
タの活性層より短い波長で発光する。
造は、本発明の半導体レーザ装置の有利な実施形態にお
いて、垂直エミッタの活性層とは異なる活性層を有し、
ここで殊にポンピングビーム源の活性層は、垂直エミッ
タの活性層より短い波長で発光する。
【００２１】短時間でかつ均一に垂直エミッタの活性層
をその横断面全体にわたってポンピングするため、有利
には２つまたはそれ以上のポンピングビーム源を垂直エ
ミッタの周りに配置して、動作時に垂直エミッタの活性
層にビームが送出されるようにする。
をその横断面全体にわたってポンピングするため、有利
には２つまたはそれ以上のポンピングビーム源を垂直エ
ミッタの周りに配置して、動作時に垂直エミッタの活性
層にビームが送出されるようにする。
【００２２】高いポンピング効率は有利にはつぎのよう
にすることによって達成される。すなわち、垂直エミッ
タの対向する面に設けられた２つずつのポンピングビー
ム源が、レーザビームによる光ポンピングを行うレーザ
構造体を一緒に構成することによって達成されるのであ
る。
にすることによって達成される。すなわち、垂直エミッ
タの対向する面に設けられた２つずつのポンピングビー
ム源が、レーザビームによる光ポンピングを行うレーザ
構造体を一緒に構成することによって達成されるのであ
る。
【００２３】本発明の半導体レーザ装置の有利な発展形
態では、ポンピングビーム源は少なくとも１つのリング
レーザを有しており、ここで垂直エミッタの活性層は有
利にはこのリングレーザの共振器内に配置されている。
例えばこのリングレーザの共振器は、リング状に閉じら
れた導波器によって構成することができる。
態では、ポンピングビーム源は少なくとも１つのリング
レーザを有しており、ここで垂直エミッタの活性層は有
利にはこのリングレーザの共振器内に配置されている。
例えばこのリングレーザの共振器は、リング状に閉じら
れた導波器によって構成することができる。
【００２４】別の有利な発展形態においてポンピングビ
ーム源のエッジ放出半導体構造は、第１および第２の導
波層の間に挿入された活性層を有しており、これ自体は
第１および第２のクラッド層の間に挿入することが可能
である。
ーム源のエッジ放出半導体構造は、第１および第２の導
波層の間に挿入された活性層を有しており、これ自体は
第１および第２のクラッド層の間に挿入することが可能
である。
【００２５】ポンピングビーム源の活性層と、垂直エミ
ッタの活性層とが並び合って同じ高さで配置される代わ
りに本発明ではつぎのようにすることも可能である。す
なわち、垂直エミッタの活性層と、ポンピングビーム源
とを重ねて配置し、垂直エミッタの活性層がポンピング
ビーム源のエッジ放出半導体構造に光結合され、これに
よってポンピングビーム源のビームが動作時に垂直エミ
ッタの活性層に導かれるようにすることも可能である。
ッタの活性層とが並び合って同じ高さで配置される代わ
りに本発明ではつぎのようにすることも可能である。す
なわち、垂直エミッタの活性層と、ポンピングビーム源
とを重ねて配置し、垂直エミッタの活性層がポンピング
ビーム源のエッジ放出半導体構造に光結合され、これに
よってポンピングビーム源のビームが動作時に垂直エミ
ッタの活性層に導かれるようにすることも可能である。
【００２６】これは例えばつぎのようにして達成可能で
ある。すなわち、ポンピングビーム源のエッジ放出半導
体構造が、第１および第２の導波層の間に挿入された活
性層を有し、かつ垂直エミッタの活性層がこれらの導波
層のうちの１つにデポジットされ、これによって、ポン
ピングビーム源のエッジ放出半導体構造において形成さ
れたビームの少なくとも１部分が、垂直エミッタの活性
層に導かれるようにすることによって達成可能である。
ある。すなわち、ポンピングビーム源のエッジ放出半導
体構造が、第１および第２の導波層の間に挿入された活
性層を有し、かつ垂直エミッタの活性層がこれらの導波
層のうちの１つにデポジットされ、これによって、ポン
ピングビーム源のエッジ放出半導体構造において形成さ
れたビームの少なくとも１部分が、垂直エミッタの活性
層に導かれるようにすることによって達成可能である。
【００２７】すべての実施形態において、共通の成長基
板（Aufwachssubstrat）の厚さは、ビーム損失を低減す
るためにエピタキシーステップの後、有利には１００μ
ｍ以下に減少させるか、または完全に除去することがで
きる。この基板を完全に除去しない場合、この基板は有
利には、垂直エミッタにおいて形成されるビームに対し
て透過性を有する材料を含む。
板（Aufwachssubstrat）の厚さは、ビーム損失を低減す
るためにエピタキシーステップの後、有利には１００μ
ｍ以下に減少させるか、または完全に除去することがで
きる。この基板を完全に除去しない場合、この基板は有
利には、垂直エミッタにおいて形成されるビームに対し
て透過性を有する材料を含む。
【００２８】基板とは反対側の垂直エミッタの面には有
利には、共振器ミラー層、例えば分布ブラッグ反射器が
デポジットされる。
利には、共振器ミラー層、例えば分布ブラッグ反射器が
デポジットされる。
【００２９】第２の共振器ミラーとして、第２の内部の
共振器ミラーを設けることが可能であり、これは第２の
共振器ミラー層によって構成されており、この共振器ミ
ラー層は基板と垂直エミッタの活性層との間に配置され
る。
共振器ミラーを設けることが可能であり、これは第２の
共振器ミラー層によって構成されており、この共振器ミ
ラー層は基板と垂直エミッタの活性層との間に配置され
る。
【００３０】択一的には垂直エミッタの共振器の第２の
共振器ミラーを、外部のミラーによって構成することが
できる。この択一的な実施形態が殊に有利であるのは、
垂直エミッタの共振器に周波数変換のための素子、例え
ば周波数ダブラーが配置される場合である。このために
共振器に非線形光学結晶を配置して周波数変換を行うこ
とができる。周波数変換されたビームの出力パワーは、
垂直エミッタの出力パワーに非線形に依存するため、こ
の場合この変調に対して変調ビーム源の殊にわずかな変
調電流で十分なのである。
共振器ミラーを、外部のミラーによって構成することが
できる。この択一的な実施形態が殊に有利であるのは、
垂直エミッタの共振器に周波数変換のための素子、例え
ば周波数ダブラーが配置される場合である。このために
共振器に非線形光学結晶を配置して周波数変換を行うこ
とができる。周波数変換されたビームの出力パワーは、
垂直エミッタの出力パワーに非線形に依存するため、こ
の場合この変調に対して変調ビーム源の殊にわずかな変
調電流で十分なのである。
【００３１】本発明は、１００ｍＷ以上の出力パワー、
有利には２００ｍＷ以上の出力パワー、殊に有利には５
００ｍＷ以上の出力パワーに対して設計された半導体レ
ーザ装置に対して殊に有利であり、ここでは上記の変調
ビーム源により、半導体レーザ装置の出力の高速な変調
が可能である。
有利には２００ｍＷ以上の出力パワー、殊に有利には５
００ｍＷ以上の出力パワーに対して設計された半導体レ
ーザ装置に対して殊に有利であり、ここでは上記の変調
ビーム源により、半導体レーザ装置の出力の高速な変調
が可能である。
【００３２】垂直エミッタおよび／または変調ビーム源
および／またはポンピングビーム源は有利にはInGaAlA
s，InGaN，InGaAsPまたはInGaAlPをベースに構成され
る。
および／またはポンピングビーム源は有利にはInGaAlA
s，InGaN，InGaAsPまたはInGaAlPをベースに構成され
る。
【００３３】本発明の別の有利な１実施形態では、垂直
エミッタおよび／または変調ビーム源および／またはポ
ンピングビーム源は、化合物InｘAlｙGa１ - ｘ - ｙAs，In
ｘAl ｙGa１ - ｘ - ｙN，InｘGa１ - ｘAsｚP１ - ｚまたはInｘ
GaｙAl１ - ｘ - ｙPのうちの少なくとも１つを含んでお
り、ここで各化合物に対して0≦x≦1，0≦y≦1，0≦z≦
1および0≦x+y≦1が成り立つ。
エミッタおよび／または変調ビーム源および／またはポ
ンピングビーム源は、化合物InｘAlｙGa１ - ｘ - ｙAs，In
ｘAl ｙGa１ - ｘ - ｙN，InｘGa１ - ｘAsｚP１ - ｚまたはInｘ
GaｙAl１ - ｘ - ｙPのうちの少なくとも１つを含んでお
り、ここで各化合物に対して0≦x≦1，0≦y≦1，0≦z≦
1および0≦x+y≦1が成り立つ。
【００３４】本発明の別の有利な実施形態、特徴および
詳細は、従属請求項、実施例の説明をおよび図面に記載
されている。
詳細は、従属請求項、実施例の説明をおよび図面に記載
されている。
【００３５】
【実施例】本発明を以下、実施例に基づき、図１〜９に
関連して詳しく説明する。
関連して詳しく説明する。
【００３６】図１には、本発明の実施例による光ポンピ
ング面発光半導体レーザ装置１０の平面図が示されてい
る。垂直方向の構造は線Ａ−Ａに沿った断面図で図２に
示されている。例示的にこの半導体レーザ装置は１０３
０ｎｍの発光に対して設計されている。
ング面発光半導体レーザ装置１０の平面図が示されてい
る。垂直方向の構造は線Ａ−Ａに沿った断面図で図２に
示されている。例示的にこの半導体レーザ装置は１０３
０ｎｍの発光に対して設計されている。
【００３７】図１および２に関連して、断面が正方形で
ある裏面発光垂直エミッタ２０は、量子井戸構造のビー
ム放出活性層１４を有する。この実施例では垂直エミッ
タ２０は、ドーピングされていないInGaAs-井戸からな
る２重量子井戸構造を含んでおり、その幅は、まさに目
標とする１０３０ｎｍの発光が行われるように選択され
てされている。
ある裏面発光垂直エミッタ２０は、量子井戸構造のビー
ム放出活性層１４を有する。この実施例では垂直エミッ
タ２０は、ドーピングされていないInGaAs-井戸からな
る２重量子井戸構造を含んでおり、その幅は、まさに目
標とする１０３０ｎｍの発光が行われるように選択され
てされている。
【００３８】活性層１４は、ドーピングされていない第
１のAlｚGa１ - ｚAs-層１６と、ドーピングされていない
第２のAlｚGa１ - ｚAs-層１８との間に挿入されており、
以下でストライプレーザ３０に関連して説明するよう
に、これらは導波層として使用される。導波層１６およ
び１８は、ｎドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層
２２およびｐドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層
２４に区切られている。閉込め層２２，２４それ自体
は、AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされた
ｎコンタクト層２６と、AlｘGa１ - ｘAsからなる０．１
〜０．２μｍの厚さの高濃度にドーピングされたｐコン
タクト層２８との間に挿入されている。ここでこれらの
層のアルミニウム含有量に対して関係式ｘ＜ｙおよびｙ
＜ｚが成り立つ。高濃度にドーピングされたｐコンタク
ト層２８による吸収損失を垂直エミッタ２０において最
小化するため、このコンタクト層は有利には定在波領域
の波節に配置される。
１のAlｚGa１ - ｚAs-層１６と、ドーピングされていない
第２のAlｚGa１ - ｚAs-層１８との間に挿入されており、
以下でストライプレーザ３０に関連して説明するよう
に、これらは導波層として使用される。導波層１６およ
び１８は、ｎドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層
２２およびｐドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層
２４に区切られている。閉込め層２２，２４それ自体
は、AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされた
ｎコンタクト層２６と、AlｘGa１ - ｘAsからなる０．１
〜０．２μｍの厚さの高濃度にドーピングされたｐコン
タクト層２８との間に挿入されている。ここでこれらの
層のアルミニウム含有量に対して関係式ｘ＜ｙおよびｙ
＜ｚが成り立つ。高濃度にドーピングされたｐコンタク
ト層２８による吸収損失を垂直エミッタ２０において最
小化するため、このコンタクト層は有利には定在波領域
の波節に配置される。
【００３９】垂直エミッタ２０は、この実施例では、そ
れ自体図示されていないポンピングビーム源によって外
部からポンピングされ、そのポンピングビーム（矢印３
８）は公知のように垂直エミッタ２０の活性層１４にお
いて反転分布を形成する。
れ自体図示されていないポンピングビーム源によって外
部からポンピングされ、そのポンピングビーム（矢印３
８）は公知のように垂直エミッタ２０の活性層１４にお
いて反転分布を形成する。
【００４０】垂直エミッタ２０の上側に配置される共振
器ミラー３６と、概略的にだけ示した外部の共振器ミラ
ー４０とは、垂直エミッタ２０の共振器を構成し、ここ
で垂直方向のビーム（矢印３４）が伝播される。外部の
共振器ミラー４０は、例えば、部分透過性の偏向ミラー
を介して内部の共振器ミラー３６と結合することも可能
であり、これはについては以下で図６の説明において述
べる。
器ミラー３６と、概略的にだけ示した外部の共振器ミラ
ー４０とは、垂直エミッタ２０の共振器を構成し、ここ
で垂直方向のビーム（矢印３４）が伝播される。外部の
共振器ミラー４０は、例えば、部分透過性の偏向ミラー
を介して内部の共振器ミラー３６と結合することも可能
であり、これはについては以下で図６の説明において述
べる。
【００４１】共振器ミラー３６はこの実施例では、分布
ブラッグ反射器（ＤＢＲ＝distributed Bragg reflecto
r）の形態の端部ミラーとして構成されており、ここで
これは、例えば、ドーピングされていないAl０．１Ga
０．９AlおよびAl０．９Ga０． １Alからなる３０の周期
を有し、反射率は０．９９より大である。外部のミラー
は、出力結合ミラーとして部分透過性を有することが可
能である。
ブラッグ反射器（ＤＢＲ＝distributed Bragg reflecto
r）の形態の端部ミラーとして構成されており、ここで
これは、例えば、ドーピングされていないAl０．１Ga
０．９AlおよびAl０．９Ga０． １Alからなる３０の周期
を有し、反射率は０．９９より大である。外部のミラー
は、出力結合ミラーとして部分透過性を有することが可
能である。
【００４２】垂直エミッタ２０と並んでかつ２つの側に
おいてこれに接して、２つのストライプレーザ３０が配
置されている（図１）。これらは垂直エミッタ２０に対
する変調ビーム源として機能する。ストライプレーザ３
０の活性層１４は、垂直エミッタ２０の活性層１４と同
じであり、成長時にはこれと同時に、１つにまとまった
層の列として成長基板にデポジットされる。ここでこの
成長基板は、図２ではすでに除去されている。
おいてこれに接して、２つのストライプレーザ３０が配
置されている（図１）。これらは垂直エミッタ２０に対
する変調ビーム源として機能する。ストライプレーザ３
０の活性層１４は、垂直エミッタ２０の活性層１４と同
じであり、成長時にはこれと同時に、１つにまとまった
層の列として成長基板にデポジットされる。ここでこの
成長基板は、図２ではすでに除去されている。
【００４３】ミラー構造４２と、導波層１６および１８
とによって、ストライプレーザ３０はエッジ放出の半導
体構造を構成し、これは垂直エミッタ２０の活性層１４
にビームを送出する（矢印３２）。
とによって、ストライプレーザ３０はエッジ放出の半導
体構造を構成し、これは垂直エミッタ２０の活性層１４
にビームを送出する（矢印３２）。
【００４４】ストライプレーザ３０は垂直エミッタ２０
と同じ活性層の列を有するため、これは同じ波長で発光
する。したがって変調ビーム３２が入射する（einstrah
len）することにより、垂直エミッタの活性層１４にお
けるキャリア反転が減少する、すなわち小さな値まで減
少するまたは完全に消滅することが可能である。反転分
布が減少ることにより、垂直エミッタ２０の出力パワー
が相応に低減される。ここでは反転分布の減少に対し
て、変調ビーム源の大きな出力パワーは不要であり、し
たがってわずかな変調電流しか必要としない。
と同じ活性層の列を有するため、これは同じ波長で発光
する。したがって変調ビーム３２が入射する（einstrah
len）することにより、垂直エミッタの活性層１４にお
けるキャリア反転が減少する、すなわち小さな値まで減
少するまたは完全に消滅することが可能である。反転分
布が減少ることにより、垂直エミッタ２０の出力パワー
が相応に低減される。ここでは反転分布の減少に対し
て、変調ビーム源の大きな出力パワーは不要であり、し
たがってわずかな変調電流しか必要としない。
【００４５】全体として変調ビーム源３０と垂直エミッ
タ２０とからなる組み合わせによって、高出力のコンパ
クトな面発光レーザ源が得られ、このレーザ源によっ
て、高いビーム品質と容易な変調とが結びつけられるの
である。
タ２０とからなる組み合わせによって、高出力のコンパ
クトな面発光レーザ源が得られ、このレーザ源によっ
て、高いビーム品質と容易な変調とが結びつけられるの
である。
【００４６】エッジ放出ストライプレーザ３０に対する
電流供給は、図２の実施例においてｐ側からレーザスト
ライプ３０にデポジットされるｐコンタクト４４を介し
て、またｎ側から、エッチング除去（Freiaetzung）後
にｎコンタクト層２６にデポジットされるｎコンタクト
２７を介して行われる。択一的には、半導体レーザ装置
１０のｐ側が下に取り付けられている実施形態ではｎコ
ンタクトを薄いｎ基板において行うことができるため、
高濃度にドーピングされるｎコンタクト層を層構造に入
れる必要はない。
電流供給は、図２の実施例においてｐ側からレーザスト
ライプ３０にデポジットされるｐコンタクト４４を介し
て、またｎ側から、エッチング除去（Freiaetzung）後
にｎコンタクト層２６にデポジットされるｎコンタクト
２７を介して行われる。択一的には、半導体レーザ装置
１０のｐ側が下に取り付けられている実施形態ではｎコ
ンタクトを薄いｎ基板において行うことができるため、
高濃度にドーピングされるｎコンタクト層を層構造に入
れる必要はない。
【００４７】ビーム損失を低減するため、成長基板は、
エピタキシーステップの後、例えば１００μｍ以下に薄
くされるかまたは完全に除去される。図２および４には
基板が完全に除去された半導体レーザ装置が、または図
５には基板１２が約８０μｍに薄くされた実施例が示さ
れている。
エピタキシーステップの後、例えば１００μｍ以下に薄
くされるかまたは完全に除去される。図２および４には
基板が完全に除去された半導体レーザ装置が、または図
５には基板１２が約８０μｍに薄くされた実施例が示さ
れている。
【００４８】ポンピングビーム源がモノリシックに垂直
エミッタ２０と共に基板上で集積される本発明の別の実
施例を、以下、図３および４に関連して説明する。ここ
でも図３は平面図を、図４は線Ｂ−Ｂに沿った断面図を
示している。
エミッタ２０と共に基板上で集積される本発明の別の実
施例を、以下、図３および４に関連して説明する。ここ
でも図３は平面図を、図４は線Ｂ−Ｂに沿った断面図を
示している。
【００４９】図３の平面図には光ポンピングされる面発
光半導体レーザ装置が示されており、これは図１の半導
体レーザ装置と同様に１０３０ｎｍの発光に対して設計
することが可能である。ここでは正方形の断面を有する
裏面発光垂直エミッタ２０の両側に２つのストライプレ
ーザ３０が配置されている。この実施例の構造はここま
では図１に関連して説明した実施例と同じである。
光半導体レーザ装置が示されており、これは図１の半導
体レーザ装置と同様に１０３０ｎｍの発光に対して設計
することが可能である。ここでは正方形の断面を有する
裏面発光垂直エミッタ２０の両側に２つのストライプレ
ーザ３０が配置されている。この実施例の構造はここま
では図１に関連して説明した実施例と同じである。
【００５０】図３の実施例では付加的に、２つのポンピ
ングビーム源５０が垂直エミッタ２０の両側に配置され
ているが、これらは変調ビーム源３０の軸に対して垂直
な方向に配置されている。図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面
からわかるようにポンピングビーム源５０は、エッジ放
出半導体レーザ構造によって、例えば、約１０００ｎｍ
の発光に対してそれ自体公知であるＬＯＣ−ＳＱＷ（La
rge Optical Cavity -Single Quantum Well）レーザ構
造によって構成される。
ングビーム源５０が垂直エミッタ２０の両側に配置され
ているが、これらは変調ビーム源３０の軸に対して垂直
な方向に配置されている。図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面
からわかるようにポンピングビーム源５０は、エッジ放
出半導体レーザ構造によって、例えば、約１０００ｎｍ
の発光に対してそれ自体公知であるＬＯＣ−ＳＱＷ（La
rge Optical Cavity -Single Quantum Well）レーザ構
造によって構成される。
【００５１】このＬＯＣ−ＳＱＷ構造は、この実施例に
おいて、ｎ−GaAl０．６５Asからなる第１のクラッド層
５８と、ｎ−GaAl０．１Asからなる第１の導波層５４
と、ドーピングされていないInGaAs-ＳＱＷを含む活性
層５２と、ｐ−GaAl０．１Asからなる第２の導波層５６
と、ｐ−GaAl０．６５Asからなる第２のクラッド層６０
とから構成される。
おいて、ｎ−GaAl０．６５Asからなる第１のクラッド層
５８と、ｎ−GaAl０．１Asからなる第１の導波層５４
と、ドーピングされていないInGaAs-ＳＱＷを含む活性
層５２と、ｐ−GaAl０．１Asからなる第２の導波層５６
と、ｐ−GaAl０．６５Asからなる第２のクラッド層６０
とから構成される。
【００５２】第２のクラッド層６０にはｐ＋ドーピング
されたGaAs層をカバー層としてデポジットすることがで
きる。このカバー層のむき出しの表面には電気的に絶縁
されたマスク層１００、例えばシリコン窒化物層、アル
ミニウム酸化物層またはシリコン酸化物層がデポジット
され、これらの切欠き部（Aussnehmung）により、ポン
ピングビーム源５０の電流注入路が決定される（図３，
７および８も参照されたい）。マスク層１００に、また
カバー層における、電流注入路に対する当該マスクの凹
部（Aussparung）にｐコンタクト層６８、例えば公知の
コンタクトメタライゼーションがデポジットされる。第
１のクラッド層５８の下側にはｎコンタクト６６が設け
られる。
されたGaAs層をカバー層としてデポジットすることがで
きる。このカバー層のむき出しの表面には電気的に絶縁
されたマスク層１００、例えばシリコン窒化物層、アル
ミニウム酸化物層またはシリコン酸化物層がデポジット
され、これらの切欠き部（Aussnehmung）により、ポン
ピングビーム源５０の電流注入路が決定される（図３，
７および８も参照されたい）。マスク層１００に、また
カバー層における、電流注入路に対する当該マスクの凹
部（Aussparung）にｐコンタクト層６８、例えば公知の
コンタクトメタライゼーションがデポジットされる。第
１のクラッド層５８の下側にはｎコンタクト６６が設け
られる。
【００５３】この半導体レーザ装置の動作時には、ｎコ
ンタクト６６およびｐコンタクト６８とによって定めら
れる、ポンピングビーム源のエッジ放出半導体構造の領
域において、ポンピングビーム（矢印６４）が形成さ
れ、垂直エミッタ２０の活性層１４に入力結合される。
このためにこの実施例では、ポンピングビーム源５０の
活性層５２は、垂直エミッタの活性層１４と同じ高さで
配置されており、これによってこのポンピングビーム源
は活性層１４に直接ビームを送出する。
ンタクト６６およびｐコンタクト６８とによって定めら
れる、ポンピングビーム源のエッジ放出半導体構造の領
域において、ポンピングビーム（矢印６４）が形成さ
れ、垂直エミッタ２０の活性層１４に入力結合される。
このためにこの実施例では、ポンピングビーム源５０の
活性層５２は、垂直エミッタの活性層１４と同じ高さで
配置されており、これによってこのポンピングビーム源
は活性層１４に直接ビームを送出する。
【００５４】ポンピングビーム源５０の外縁部の近くに
は、垂直に延在する端部ミラー６２が配置されている。
これらは例えば、ポンピングビーム源５０を成長させた
後、トレンチを相応にエッチングし、引き続いて高反射
性の材料で充填することによって作製可能であり、また
はこれらの端部ミラーは公知のように結晶面に沿ってウ
ェーハを劈開することに作製可能である。この場合、こ
れらはチップに配置する必要はなく、劈開されたチップ
側面によって形成されるのである。この択一的な実施例
は、図４に示した実施例において実現されている。
は、垂直に延在する端部ミラー６２が配置されている。
これらは例えば、ポンピングビーム源５０を成長させた
後、トレンチを相応にエッチングし、引き続いて高反射
性の材料で充填することによって作製可能であり、また
はこれらの端部ミラーは公知のように結晶面に沿ってウ
ェーハを劈開することに作製可能である。この場合、こ
れらはチップに配置する必要はなく、劈開されたチップ
側面によって形成されるのである。この択一的な実施例
は、図４に示した実施例において実現されている。
【００５５】ポンピングビーム源５０と垂直エミッタ２
０との間の境界面７０における反射が十分であり、かつ
端部ミラー６２の位置が適切であれば、ポンピングビー
ム源５０においてレーザビームが形成されてポンピング
効率が向上する。
０との間の境界面７０における反射が十分であり、かつ
端部ミラー６２の位置が適切であれば、ポンピングビー
ム源５０においてレーザビームが形成されてポンピング
効率が向上する。
【００５６】この実施例では端部ミラー６２は互いに配
置されて、これらが、互いに対向するポンピングビーム
源５０に対するレーザ共振器を構成するようにされてい
る。これらの対向する２つのポンピングビーム源５０
は、垂直エミッタ２０の活性層がポンピングされてこれ
がこのポンピングビームに対して十分に透明であるよう
にされた後、コヒーレントに振動するレーザに結合され
る。端部ミラーまたは端面６２が最適に鏡面化される場
合、境界面７０における損失を除いて、ポンピングレー
ザ５０，５０によって形成された光出力全体が、ポンピ
ング出力として利用可能である。
置されて、これらが、互いに対向するポンピングビーム
源５０に対するレーザ共振器を構成するようにされてい
る。これらの対向する２つのポンピングビーム源５０
は、垂直エミッタ２０の活性層がポンピングされてこれ
がこのポンピングビームに対して十分に透明であるよう
にされた後、コヒーレントに振動するレーザに結合され
る。端部ミラーまたは端面６２が最適に鏡面化される場
合、境界面７０における損失を除いて、ポンピングレー
ザ５０，５０によって形成された光出力全体が、ポンピ
ング出力として利用可能である。
【００５７】図３に示した半導体レーザ装置を作製する
際には、別個の２つのエピタキシーステップが実施され
る。最初に第１のエピタキシーステップにおいて垂直エ
ミッタ２０およびストライプレーザ３０を所定の半導体
層と共に共通の基板において成長させる。つぎにポンピ
ングビーム源５０を成長させたい領域において、これら
のエピタキシー層を基板までエッチング除去し、ポンピ
ングビーム源５０のエピタキシー層を第２のエピタキシ
ーステップにおいて成長させる。引き続きエッチングマ
スクにより、垂直エミッタ２０の領域と、第２のエピタ
キシーステップによってデポジットされたポンピングビ
ーム源５０の領域とが保護され、ストライプレーザ３０
の領域が、高濃度にドーピングされたｐコンタクト層ま
でエッチング除去される。最終的に、垂直エミッタ２０
の領域において交わる、このようにして露出されたスト
ライプ状の領域に、変調ストライプレーザ３０に対する
ｐメタライゼーションがデポジットされる。最後にこの
成長基板は、ビーム損失を低減するために上記のように
薄くされるかまたは完全に除去される。
際には、別個の２つのエピタキシーステップが実施され
る。最初に第１のエピタキシーステップにおいて垂直エ
ミッタ２０およびストライプレーザ３０を所定の半導体
層と共に共通の基板において成長させる。つぎにポンピ
ングビーム源５０を成長させたい領域において、これら
のエピタキシー層を基板までエッチング除去し、ポンピ
ングビーム源５０のエピタキシー層を第２のエピタキシ
ーステップにおいて成長させる。引き続きエッチングマ
スクにより、垂直エミッタ２０の領域と、第２のエピタ
キシーステップによってデポジットされたポンピングビ
ーム源５０の領域とが保護され、ストライプレーザ３０
の領域が、高濃度にドーピングされたｐコンタクト層ま
でエッチング除去される。最終的に、垂直エミッタ２０
の領域において交わる、このようにして露出されたスト
ライプ状の領域に、変調ストライプレーザ３０に対する
ｐメタライゼーションがデポジットされる。最後にこの
成長基板は、ビーム損失を低減するために上記のように
薄くされるかまたは完全に除去される。
【００５８】図５には、図３に示した光ポンピング半導
体レーザ装置に対するポンピングビーム源の択一的な実
施形態が示されており、これは図３の線Ｂ−Ｂに沿って
図示されている。
体レーザ装置に対するポンピングビーム源の択一的な実
施形態が示されており、これは図３の線Ｂ−Ｂに沿って
図示されている。
【００５９】図５の実施例ではポンピングビーム源８０
は、垂直エミッタ２０と同じ高さではなく、これよりも
下に配置されている。図５に示したように、基板１２に
まず完全に平坦な銅層８８およびエッジ放出半導体レー
ザ構造８５がデポジットされ、ここでは第１の導波層８
４と第２の導波層８６との間に活性層８２が配置されて
いる。エッジ放出半導体レーザ構造８５の端部ミラーと
して、この実施例では半導体基体の劈開面９８を使用す
る。
は、垂直エミッタ２０と同じ高さではなく、これよりも
下に配置されている。図５に示したように、基板１２に
まず完全に平坦な銅層８８およびエッジ放出半導体レー
ザ構造８５がデポジットされ、ここでは第１の導波層８
４と第２の導波層８６との間に活性層８２が配置されて
いる。エッジ放出半導体レーザ構造８５の端部ミラーと
して、この実施例では半導体基体の劈開面９８を使用す
る。
【００６０】垂直エミッタ２０は、基板１２の中央で第
２の導波層８６に、活性層１４と、これにデポジットさ
れた閉込め層２４と、ブラッグミラー層列３６と共に成
長させられる。
２の導波層８６に、活性層１４と、これにデポジットさ
れた閉込め層２４と、ブラッグミラー層列３６と共に成
長させられる。
【００６１】ポンピングビーム源８０の活性層８２と、
垂直エミッタ２０の活性層１４との光結合は、ここでは
導波層８６を介して行われ、これは、ポンピングビーム
源８０で形成されるビームの一部を活性層１４にまで導
く。この入力結合を改善するため、活性層８２は、２つ
の導波層８４および８６によって構成される導波器にお
いて非対称に配置される。択一的または付加的には同じ
目的のため、第２の導波層８６の屈折率を第１の導波層
８４の屈折率よりも大きくすること、および／または第
２の導波層８６を活性層１４に向かって漸次に高くする
ことが可能である。
垂直エミッタ２０の活性層１４との光結合は、ここでは
導波層８６を介して行われ、これは、ポンピングビーム
源８０で形成されるビームの一部を活性層１４にまで導
く。この入力結合を改善するため、活性層８２は、２つ
の導波層８４および８６によって構成される導波器にお
いて非対称に配置される。択一的または付加的には同じ
目的のため、第２の導波層８６の屈折率を第１の導波層
８４の屈折率よりも大きくすること、および／または第
２の導波層８６を活性層１４に向かって漸次に高くする
ことが可能である。
【００６２】垂直エミッタ２０の周りの領域では、第２
の導波層８６または場合によってはこれにデポジットさ
れ高濃度にドーピングされたカバー層に電気絶縁性のマ
スク層１００がデポジットされる。これはエッジ放出構
造８５に対する電流注入路用の切欠き部を有する（図
３）。電気絶縁性のマスク層１００と、第２の導波層８
６ないしはカバー層におけるその切欠き部とには第１の
コンタクト層９２が設けられ、基板１２のこれに対向す
る側には、レーザビーム（矢印３４）に対する出射窓９
４を有する第２のコンタクト層９０がデポジットされ
る。ここでは基板１２は、変調ビーム源３０を成長させ
た後、約８０μｍの厚さに薄くされる。
の導波層８６または場合によってはこれにデポジットさ
れ高濃度にドーピングされたカバー層に電気絶縁性のマ
スク層１００がデポジットされる。これはエッジ放出構
造８５に対する電流注入路用の切欠き部を有する（図
３）。電気絶縁性のマスク層１００と、第２の導波層８
６ないしはカバー層におけるその切欠き部とには第１の
コンタクト層９２が設けられ、基板１２のこれに対向す
る側には、レーザビーム（矢印３４）に対する出射窓９
４を有する第２のコンタクト層９０がデポジットされ
る。ここでは基板１２は、変調ビーム源３０を成長させ
た後、約８０μｍの厚さに薄くされる。
【００６３】図６には、外部の共振器ミラー１１０を有
する本発明の半導体レーザ装置の動作が示されている。
ここでは垂直エミッタ２０から放出されたレーザビーム
は、周波数選択素子１１４を通過し、偏向ミラー１１２
を介して、非線形光学結晶１１６を通り、外部の共振器
ミラー１１０に導かれる。ここでは非線形光学結晶１１
６において公知のようにレーザビームの一部が２倍の周
波数のビームに変換される。ここで偏向ミラー１１２の
反射率は、周波数が２倍にされたビーム１２０が偏向ミ
ラー１１２において出力結合されるように変更される。
周波数選択素子１１４により、垂直エミッタ２０の基本
周波数だけが戻ることが保証される。
する本発明の半導体レーザ装置の動作が示されている。
ここでは垂直エミッタ２０から放出されたレーザビーム
は、周波数選択素子１１４を通過し、偏向ミラー１１２
を介して、非線形光学結晶１１６を通り、外部の共振器
ミラー１１０に導かれる。ここでは非線形光学結晶１１
６において公知のようにレーザビームの一部が２倍の周
波数のビームに変換される。ここで偏向ミラー１１２の
反射率は、周波数が２倍にされたビーム１２０が偏向ミ
ラー１１２において出力結合されるように変更される。
周波数選択素子１１４により、垂直エミッタ２０の基本
周波数だけが戻ることが保証される。
【００６４】この周波数変換に起因して、周波数が２倍
にされたビーム１２０の出力パワーは、垂直エミッタ２
０の出力パワーに非線形に依存するため、この場合、変
調に対して変調レーザ３０の殊に低い変調電流で十分で
ある。
にされたビーム１２０の出力パワーは、垂直エミッタ２
０の出力パワーに非線形に依存するため、この場合、変
調に対して変調レーザ３０の殊に低い変調電流で十分で
ある。
【００６５】図７には本発明の半導体レーザ装置の別の
実施例が示されており、ここでは４つの変調ビーム源３
０と、４つのポンピングビーム源５０とが交互に星形に
垂直エミッタ２０の周りに配置されている。これによ
り、ポンピングビームも変調ビームも共に垂直エミッタ
の活性層に均一に配置される。
実施例が示されており、ここでは４つの変調ビーム源３
０と、４つのポンピングビーム源５０とが交互に星形に
垂直エミッタ２０の周りに配置されている。これによ
り、ポンピングビームも変調ビームも共に垂直エミッタ
の活性層に均一に配置される。
【００６６】図８ａおよび８ｂに示されているように付
加的にすべての実施例において垂直エミッタ２０のエッ
チング構造および／または縁部領域において吸収層１３
０または１３２を配置することができる。これらの吸収
層によって、障害となる縦モード、すなわち基板に対し
て平行に走行するモードが抑圧される。
加的にすべての実施例において垂直エミッタ２０のエッ
チング構造および／または縁部領域において吸収層１３
０または１３２を配置することができる。これらの吸収
層によって、障害となる縦モード、すなわち基板に対し
て平行に走行するモードが抑圧される。
【００６７】図９に示した本発明の実施例では、半導体
レーザ装置に対するポンピングビーム源はリングレーザ
の形態で構成されている。ここでは半導体層の順番は、
図２ないしは４に示した実施例に相応する。この平面図
においてポンピングリングレーザ１４０は、４方向に回
転対称である８角形ならびに正方形の中央の切欠き部１
４２を有する。図９の平面図において円形を有する、ポ
ンピングされる垂直エミッタ２０は、このようにして構
成された８角形の完全にリング内に配置される。この８
角形のリングは、全反射性の閉じられた導波器の形態で
リング共振器を構成する。動作時にはこの導波器におい
て周期的に回転してリングモードの振動が行われる。こ
こではこれらのリングモードのうちの１つが参照符号１
４４で例示的に示されている。外側の面における全反射
のため、出力結合損失はこの実施例においては極めてわ
ずかであり、したがって有利にも共振器内部の全ビーム
領域が垂直エミッタ２０のポンピングに利用可能であ
る。
レーザ装置に対するポンピングビーム源はリングレーザ
の形態で構成されている。ここでは半導体層の順番は、
図２ないしは４に示した実施例に相応する。この平面図
においてポンピングリングレーザ１４０は、４方向に回
転対称である８角形ならびに正方形の中央の切欠き部１
４２を有する。図９の平面図において円形を有する、ポ
ンピングされる垂直エミッタ２０は、このようにして構
成された８角形の完全にリング内に配置される。この８
角形のリングは、全反射性の閉じられた導波器の形態で
リング共振器を構成する。動作時にはこの導波器におい
て周期的に回転してリングモードの振動が行われる。こ
こではこれらのリングモードのうちの１つが参照符号１
４４で例示的に示されている。外側の面における全反射
のため、出力結合損失はこの実施例においては極めてわ
ずかであり、したがって有利にも共振器内部の全ビーム
領域が垂直エミッタ２０のポンピングに利用可能であ
る。
【００６８】２つのストライプレーザ３０が垂直エミッ
タ２０の対向する個所に配置されており、ここでは一方
のストライプレーザ３０が８角形リングの切欠き部１４
２に配置されている。ストライプレーザ３０の端部ミラ
ー４２は、図１において詳述したのと同様に、対向する
一対のストライプレーザ３０に対するレーザ共振器を構
成する。
タ２０の対向する個所に配置されており、ここでは一方
のストライプレーザ３０が８角形リングの切欠き部１４
２に配置されている。ストライプレーザ３０の端部ミラ
ー４２は、図１において詳述したのと同様に、対向する
一対のストライプレーザ３０に対するレーザ共振器を構
成する。
【００６９】上記の構造は、例示的に使用したInGaAlAs
システムだけで使用できるのではなく、例えばInGaN，I
nGaAsPまたはInGaAlPシステムでも使用可能である。
システムだけで使用できるのではなく、例えばInGaN，I
nGaAsPまたはInGaAlPシステムでも使用可能である。
【００７０】説明、図面ならびに請求項に示した本発明
の特徴は、個別にもまた考え得る任意の組み合わせにお
いても本発明の実現に対して実質的なものであることを
理解されたい。
の特徴は、個別にもまた考え得る任意の組み合わせにお
いても本発明の実現に対して実質的なものであることを
理解されたい。
【図１】本発明の実施例による光ポンピング面発光半導
体レーザ装置の概略平面図である。
体レーザ装置の概略平面図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の線Ａ−Ａに沿った概
略断面図である。
略断面図である。
【図３】本発明の別の実施例による光ポンピング面発光
半導体レーザ装置の概略平面図である。
半導体レーザ装置の概略平面図である。
【図４】図３の半導体レーザ装置の線Ｂ−Ｂに沿った概
略断面図である。
略断面図である。
【図５】図３の半導体レーザ装置の択一的な構成におけ
る、線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。
る、線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。
【図６】外部の共振器を有する本発明の半導体レーザ装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図７】本発明の別の実施例による光ポンピング面発光
半導体レーザ装置の概略平面図である。
半導体レーザ装置の概略平面図である。
【図８Ａ】本発明の別の実施例による、吸収層を有する
半導体レーザ装置の概略平面図である。
半導体レーザ装置の概略平面図である。
【図８Ｂ】吸収層を有する別の半導体レーザ装置の概略
平面図である。
平面図である。
【図９】ポンピングビーム源としてのリングレーザを有
する、本発明の別の実施例による半導体レーザ装置の概
略平面図である。
する、本発明の別の実施例による半導体レーザ装置の概
略平面図である。
１０ 光ポンピング面発光半導体レーザ装置
１４ 活性層
１６ ドーピングされていない第１のAlｚGa１ - ｚAs-層
（導波層） １８ ドーピングされていない第２のAlｚGa１ - ｚAs-層
（導波層） ２０ 裏面発光垂直エミッタ ２２ ｎドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層 ２４ ｐドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層 ２６ AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされ
たｎコンタクト層 ２７ ｎコンタクト ２８ AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされ
たｐコンタクト層 ３２ 変調ビーム ３６ 共振器ミラー ４０ 外部の共振器ミラー ４２ ミラー構造 ４４ ｐコンタクト ５０ ポンピングビーム源 ５２ ドーピングされていないInGaAs-ＳＱＷを含む活
性層５２ ５４ ｎ−GaAl０．１Asからなる第１の導波層 ５６ ｐ−GaAl０．１Asからなる第２の導波層 ５８ ｎ−GaAl０．６５Asからなる第１のクラッド層 ６０ ｐ−GaAl０．６５Asからなる第２のクラッド層 ６２ 端部ミラー（端面） ６６ ｎコンタクト ６８ ｐコンタクト層 ７０ ポンピングビーム源５０と垂直エミッタ２０との
間の境界面 ８０ ポンピングビーム源 ８２ 活性層 ８４ 第１の導波層 ８５ エッジ放出半導体レーザ構造 ８６ 第２の導波層 ８８ 銅層 ９０ 第２のコンタクト層 ９２ 第１のコンタクト層 ９４ 出射窓 ９８ 劈開面 １００ マスク層 １１０ 外部の共振器ミラー １１２ 偏向ミラー １１４ 周波数選択素子 １１６ 非線形光学結晶 １２０ 周波数が２倍にされたビーム １３０，１３２ 吸収層 １４０ ポンピングリングレーザ １４２ 切欠き部 １４４ リングモード
（導波層） １８ ドーピングされていない第２のAlｚGa１ - ｚAs-層
（導波層） ２０ 裏面発光垂直エミッタ ２２ ｎドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層 ２４ ｐドーピングされたAlｙGa１ - ｙAs閉込め層 ２６ AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされ
たｎコンタクト層 ２７ ｎコンタクト ２８ AlｘGa１ - ｘAsからなる高濃度のドーピングされ
たｐコンタクト層 ３２ 変調ビーム ３６ 共振器ミラー ４０ 外部の共振器ミラー ４２ ミラー構造 ４４ ｐコンタクト ５０ ポンピングビーム源 ５２ ドーピングされていないInGaAs-ＳＱＷを含む活
性層５２ ５４ ｎ−GaAl０．１Asからなる第１の導波層 ５６ ｐ−GaAl０．１Asからなる第２の導波層 ５８ ｎ−GaAl０．６５Asからなる第１のクラッド層 ６０ ｐ−GaAl０．６５Asからなる第２のクラッド層 ６２ 端部ミラー（端面） ６６ ｎコンタクト ６８ ｐコンタクト層 ７０ ポンピングビーム源５０と垂直エミッタ２０との
間の境界面 ８０ ポンピングビーム源 ８２ 活性層 ８４ 第１の導波層 ８５ エッジ放出半導体レーザ構造 ８６ 第２の導波層 ８８ 銅層 ９０ 第２のコンタクト層 ９２ 第１のコンタクト層 ９４ 出射窓 ９８ 劈開面 １００ マスク層 １１０ 外部の共振器ミラー １１２ 偏向ミラー １１４ 周波数選択素子 １１６ 非線形光学結晶 １２０ 周波数が２倍にされたビーム １３０，１３２ 吸収層 １４０ ポンピングリングレーザ １４２ 切欠き部 １４４ リングモード
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ヴェルナー シュペート
ドイツ連邦共和国 ホルツキルヒェン ブ
ルクシュタラーシュトラーセ 10
(72)発明者 ヨハン ルフト
ドイツ連邦共和国 ヴォルフゼグ アーホ
ルンシュトラーセ １
(72)発明者 シュテファン ルートゲン
ドイツ連邦共和国 レーゲンスブルク ペ
テンゲスヒェン ２
(72)発明者 ノルベルト リンダー
ドイツ連邦共和国 ヴェンツェンバッハ
カイルベルクシュトラーセ 31
(72)発明者 トニー アルブレヒト
ドイツ連邦共和国 バート アバッハ エ
ーリヒ−ケストナー−シュトラーセ 21
(72)発明者 ウルリヒ シュテークミュラー
ドイツ連邦共和国 レーゲンスブルク ヴ
ェルフトシュトラーセ 14
Ｆターム(参考） 5F073 AA42 AA65 AA74 AA89 AB17
AB21 AB25 AB29 CA05 CA07
EA14
Claims (33)
- 【請求項１】 光ポンピング可能な垂直エミッタ（２
０）を有する面発光半導体レーザ装置であって、 前記垂直エミッタ（２０）は、ビーム形成層（１４）を
有している形式の面発光半導体レーザ装置において、 該面発光半導体レーザ装置の出力パワーを変調する少な
くとも１つの変調ビーム源（３０）が設けられており、 該変調ビーム源は、ビーム形成活性層を有するエッジ放
出半導体構造（１５）を含んでおり、 前記変調ビーム源を配置して、動作中に当該変調ビーム
源によりビームが放出されるようにし、ここで該ビーム
は、前記垂直エミッタ（２０）のビームを形成する活性
層（１４）に入力結合されることを特徴とする、 光ポンピング可能な垂直エミッタを有する面発光半導体
レーザ装置。 - 【請求項２】 前記の垂直エミッタ（２０）のビーム形
成層（１４）と、変調ビーム源（３０）のエッジ放出半
導体構造（１５）のビーム形成活性層とは、同じ構造お
よび／または同じ構成を有しており、および／または同
じ材料から形成されている、 請求項１にｌ記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ放
出半導体構造（１５）の活性層（１４）は、動作時にビ
ームを放出し、 当該ビームの波長は、前記の垂直エミッタ（２０）によ
って形成されるビームの波長に等しい、 請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ放
出半導体構造（１５）と、垂直エミッタ（２０）とは共
通の基板（１２）に配置されている、 請求項１から３までのいずれか１項の半導体レーザ装
置。 - 【請求項５】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ放
出半導体構造（１５）および垂直エミッタ（２０）は、
共通の基板（１２）にてエピタキシャル成長されてお
り、 当該基板はエピタキシーの後、薄くされるかまたは完全
に除去される、 請求項１から３までのいずれか１項に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項６】 前記基板（１２）は、前記垂直エミッタ
（２０）によって形成されるビームに対して透過性を有
する、 請求項４または５に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ放
出半導体構造（１５）の活性層（１４）および垂直エミ
ッタ（２０）の活性層（１４）は並び合って配置されて
おり、これによって変調ビーム源（３０）は動作時に側
方に、例えば垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）の
層面に対して平行に、前記の垂直エミッタ（２０）の活
性層（１４）にビームを送出する、 請求項１から６までのいずれか１項に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項８】 ２つまたはそれ以上の変調ビーム源（３
０）が前記垂直エミッタ（２０）の周りに配置されてお
り、 該変調ビーム源はそれぞれ動作時に垂直エミッタ（２
０）の活性層（１４）にビームを送出する、 請求項１から７までのいずれか１項に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項９】 前記の垂直エミッタ（２０）の対向する
面に配置された２つずつの変調ビーム源（３０）は、半
導体レーザ装置の出力パワーを変調するレーザ構造体を
一緒に構成する、 請求項８に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１０】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ
放出半導体構造（１５）の活性層（１４）は、第１の導
波層（１６）と第２の導波層（１８）との間に配置され
ている、 請求項１から９までのいずれか１項に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項１１】 前記の変調ビーム源（３０）のエッジ
放出半導体構造（１５）の活性層（１４）ないしは該変
調ビーム源の第１および第２の導波層（１６，１８）
は、第１のクラッド層（２２）と第２のクラッド層（２
４）との間に配置されている、 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１２】 前記半導体レーザ装置は、ポンピング
ビーム源（５０）を有しており、 該ポンピングビーム源は動作時に前記の垂直エミッタ
（２０）の活性層（１４）を光ポンピングする、 請求項１から１１までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１３】 前記ポンピングビーム源（５０）は、
活性層（５２）を有するエッジ放出半導体構造（５５）
を含んでおり、 前記ポンピングビーム源（５０）は、前記垂直エミッタ
（２０）と共に共通の基板（１２）に配置されている、 請求項１２に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１４】 前記ポンピングビーム源（５０）は、
活性層（５２）を有するエッジ放出半導体構造（５５）
を含んでおり、 該ポンピングビーム源は、前記垂直エミッタ（２０）と
共に共通の基板（１２）にてエピタキシャル成長されて
おり、 当該基板はエピタキシーの後、薄くされるかまたは完全
に除去される、 請求項１２に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１５】 前記基板（１２）は、前記垂直エミッ
タ（２０）によって形成されるビームに対して透過性を
有する、 請求項１３または１４に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１６】 前記のポンピングビーム源（５０）の
エッジ放出半導体構造（５５）の活性層（５２）は、第
１の導波層（８４）と第２の導波層（８６）との間に配
置されている、 請求項１から１５までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１７】 前記のポンピングビーム源（５０）に
おけるエッジ放出半導体構造（５５）の活性層（５２）
および垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）は並び合
って配置されており、これによって該ポンピングビーム
源（５０）が動作時に側方に、例えば垂直エミッタ（２
０）の活性層（１４）の層面に対して平行に、前記の垂
直エミッタ（２０）の活性層（１４）にビームを送出す
る、 請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項１８】 前記のポンピングビーム源（５０）に
おけるエッジ放出半導体構造（５５）の活性層（５２）
および垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）は互いに
高さがズラされて配置されており、 垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）はポンピングビ
ーム源（８０）のエッジ放出半導体構造（８５）に光結
合されており、これにより、動作時に前記ポンピングビ
ーム源（８０）から放出されるビームが少なくとも部分
的に前記の垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）に導
かれる、 請求項１３から１７までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項１９】 前記の垂直エミッタ（２０）の活性層
（１４）と、ポンピングビーム源のエッジ放出半導体構
造（８５）の活性層（８２）との間に前記の導波層（８
４，８６）のうちの１つが配置されており、 垂直エミッタ（２０）の活性層は、ポンピングビーム源
（８０）のエッジ放出半導体構造（８５）に光結合され
ており、これにより、動作時に前記ポンピングビーム源
（８０）から放出されるビームが少なくとも部分的に前
記の垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）に導かれ
る、 請求項１６に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２０】 前記のポンピングビーム源（５０）の
エッジ放出半導体構造（５５）は、垂直エミッタ（２
０）の活性層（１４）とは別個の活性層（５２）を有し
ており、例えば、ポンピングビーム源（５０）の活性層
（５２）は、垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）よ
りも短い波長で発光する、 請求項１３から１９までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項２１】 ２つまたはそれ以上のポンピングビー
ム源（５０）が垂直エミッタ（２０）の周りに配置され
ており、 該ポンピングビーム源により、動作時に垂直エミッタ
（２０）の活性層（１４）が光ポンピングされる、 請求項１２から２０までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項２２】 前記の垂直エミッタ（２０）の対向す
る面に配置された２つずつポンピングビーム源（５０）
は、垂直エミッタ（２０）を光ポンピングするレーザ構
造を一緒に構成する、 請求項２１に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２３】 前記ポンピングビーム源は少なくとも
１つのリングレーザ（１４０）を有しており、 垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）は、有利には当
該リングレーザ（１４０）の共振器内部に配置されてい
る、 請求項１２から２２までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項２４】 前記のリングレーザ（１４０）の共振
器は、リング状の閉じられた導波体によって構成されて
いる、 請求項２３に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２５】 前記のピングビーム源（５０）のエッ
ジ放出半導体構造（５５）ないしは当該ポンピングビー
ム源の第１および第２の導波層（５４，５６）は、第１
のクラッド層（５８）と第２のクラッド層（６０）の間
に配置されている、 請求項１３から２４までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項２６】 前記垂直エミッタ（２０）は共振器を
有しており、 前記半導体レーザ装置は、共振器を区切る共振器ミラー
層（３６）を含む、 請求項１から２５までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項２７】 前記共振器ミラー層（３６）はブラッ
グ反射器、例えば分布ブラッグ反射器として構成されて
いる、 請求項２６に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２８】 前記半導体レーザ装置は、共振器を区
切る第２の共振器ミラー層を含んでおり、 前記の垂直エミッタ（２０）の活性層（１４）は、前記
の２つの共振器ミラー層の間に配置されている、 請求項２６または２７に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２９】 前記垂直エミッタ（２０）は共振器を
有しており、 該共振器は、外部のミラーによって限定される、 請求項１から２７までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項３０】 前記の垂直エミッタ（２０）の共振器
に、周波数変換素子（１６）、例えば周波数ダブラーが
配置されている、 請求項２６から２９までのいずれか１項に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項３１】 前記半導体レーザ装置は、１００ｍＷ
以上、有利には２００ｍＷ以上、殊に有利には５００ｍ
Ｗである出力パワーに対して設計される、 請求項１から３０までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項３２】 前記の垂直エミッタ（２０）および／
または変調ビーム源（３０）および／またはポンピング
ビーム源（５０）は、InAlGaAs，InAlGaN，InGaAsPまた
はInGaAlPをベースに構成される、 請求項１から３１までのいずれか１項に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項３３】 前記の垂直エミッタ（２０）および／
または変調ビーム源（３０）および／またはポンピング
ビーム源（５０）は、化合物InｘAlｙGa１ - ｘ - ｙAs，In
ｘAlｙGa１ - ｘ - ｙN，InｘGa１ - ｘAsｚP１ - ｚまたはInｘ
GaｙAl１ - ｘ - ｙPのうちの少なくとも１つを含んでお
り、 ここで各化合物に対して0≦x≦1，0≦y≦1，0≦z≦1お
よび0≦x+y≦1が成り立つ、 請求項３２に記載の半導体レーザ装置。
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