JP2003530704A - フレア及びテーパ部分を有するリブ・ウェイブガイド半導体レーザ、及びその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 均一領域（５０ｂ）及びフレア並びにテーパ領域（５０ａ）を含むリブ・ウェイブガイド・ジオメトリに基づいた半導体レーザ構造。均一領域は、ほぼ一定の厚さ及び幅を有する。フレア及びテーパ領域は、均一領域から広い端部へ向かって漸次に幅が増大し厚さが減少する。選択領域エピタキシによって製作される。デュアル・ストライプ誘電体マスクの中の誘電体ストライプは、ウェイブガイドの２次元的に変化するフレアを画定するために使用される。フレアの厚さは、フレアの幅の関数として変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】

本発明は、一般的に半導体レーザに関する。

【０００２】 （発明の背景） 半導体レーザは、コンパクトな光学デバイス及びオプトエレクトロニックス・
デバイスにおける基本的ビルディング・ブロックである。III−Ｖ族半導体から
形成された半導体レーザは、電子が低いエネルギー状態へ戻り光子を放出すると
き、電気刺激に応答してレーザ光を放出する。高輝度半導体レーザは、一般的に
、数百ミリワットに制限された単一モード・ウェイブガイド構造である。

【０００３】 より高いパワーのデバイスが望まれる。しかし、通常のデバイスのパワーを増
大させようとする従来の努力は、限られた成功を収めただけであった。テーパ・
ウェイブガイド構造は、パワー出力を数ワットへ拡大するのに成功した。通常の
半導体レーザは、一般的に、ビーム・ウエストの位置を制御しない自由拡張デバ
イスであるから、より高いパワーを実現するために使用された電流の変化は、典
型的には、ビーム・ウエストの変動を生じた。これは望ましくない。なぜなら、
それはビーム・サイズと同じく、ビーム位置を遠い場所へ移動させるからである
。

【０００４】 他のデバイス、例えば主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）は、主発振器を規定す
るため分散ブラッグ格子を使用し、ウェイブガイドのテーパ部分は電力増幅器と
して働く。そのようなデバイスは、製作するのに困難で、デバイスの線形アレー
の中へ容易に集積することができない。更に、これらの通常の試みは強い非点収
差を生じやすく、多くの場合、このような非点収差は制御不可能である。

【０００５】 従って、改善された半導体レーザ構造の必要性が存在する。本発明の目的は、
前述した欠点の幾つか又は全てに対処する構造を提供することである。

【０００６】 （発明の開示） そのような必要性は、本発明の半導体レーザ構造、及びその構造を製作する方
法によって充足又は十二分に満たされる。本発明の構造において、半導体レーザ
のジオメトリは、均一領域及びテーパ領域を含むリブ・ウェイブガイドに基づい
ている。均一領域は、ほぼ一定の厚さ及び幅を有する。テーパ領域は、均一領域
からフレア端部へ向かって、漸次に幅が増大し厚さが減少する。製作は選択領域
エピタキシによって行なわれ、デュアル・ストライプ誘電体マスクの中の誘電体
ストライプは、ウェイブガイドの２次元変動フレアを画定するために使用される
。フレアの厚さは、フレアの幅の関数として変化する。

【０００７】 本発明の他の目的、特徴、及び利点は、詳細な説明及び図面を参照することに
よって、当業者に明らかになるであろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】

本発明のデバイスは、フレア及びテーパ部分を有するリブ積載ウェイブガイド
を含む。ウェイブガイドのフレア端部又はデュアル・フレア端部へ向かうときの
厚さの減少は、幅の増加の関数である。本発明は、図１に示される一般的構造を
有する半導体レーザに適用可能である。

【０００９】 リブ積載ウェイブガイド・レーザ８の断面は、図１に示される。リブ積載ウェ
イブガイド・レーザ８は、選択領域エピタキシ・レーザ・デバイス成長に適した
基板１０を含む。基板１０の上の層は、例えば、下方広ギャップ横方向ウェイブ
ガイド外側閉じ込め層２０である。次の層は、典型的には、量子井戸及び適当な
内部障壁層から構成される複合活性領域３０である。２つの層４０及び６０は、
上方広ギャップ横方向ウェイブガイド外側閉じ込め層として働く。層４０及び６
０は、同一又は相違する材料組成を有してよい。接触層７０は、典型的には、高
品質オーミックコンタクトの形成に適した高度にドープされた狭ギャップ層であ
る。選択的に成長させられるかエッチングされるリブ積載層５０は、閉じ込め層
２０、４０、及び６０よりも狭いバンドギャップ、従って高い屈折率を有するよ
うに設計される。中央又はコア領域の有効屈折率を上げ、横方向スラブ誘電体ウ
ェイブガイドを生じるように、リブ層５０の特性、例えば厚さ、幅、及び分離並
びに組成の調節が使用される。

【００１０】 好ましい特別の構造は、図１の一般的な構造を修正したものである。この場合
、閉じ込め層４０はゼロの厚さを有する（省略される）ように選択され、リブ積
載層５０は活性領域３０と直接隣接している。このタイプの半導体レーザ８ａは
図２に示される。他の点では、図２の半導体レーザ８ａの層は、図１の半導体レ
ーザ８と同じ特徴及び参照番号を有する。

【００１１】 本発明の中心は、リブ積載層５０のジオメトリである。図３及び図４から分か
るように、リブ積載層５０はフレア及びテーパ部分５０ａを含む。フレア及びテ
ーパ部分５０ａは、リブ積載層５０の均一部分５０ｂから広い端部５０ｃまで伸
びている。本発明の主題は、図面に示されるフレア・パターン・リブ積載構造で
ある。均一部分５０ｂは、長さＬ_ｕ及び一定の幅Ｗ_ｍｉｎを有する。これらのパ
ラメータは、当技術分野で知られるように、単一基本モード・リブ積載レーザ・
ウェイブガイドを形成するため、半導体レーザの他の構造組成及び厚さパラメー
タと調和させて選択される。本発明に従えば、更に長さＬ_ｆｌｒのテーパ（及び
フレア）部分５０ａが存在する。前記部分５０ａにわたって、リブの幅はＷ_{ｍａ ｘ} の値へ増大し、厚さは減少する。フレアの実際の形状は、線形、指数関数、累
乗されたコサインなどを含む多数の異なった形式を取ることができる。任意の点
におけるフレアの厚さと幅との間の関係は、ウェイブガイドが基本横方向光学ウ
ェイブガイド・モードのみをサポートするように維持されなければならない。ウ
ェイブガイドの１つの端部が広いように示されるが、本発明は、更に２つのフレ
ア端部と、ほぼ均一の幅及び厚さの中央領域とを有するように実現される。

【００１２】 本発明の基本的フレア及びテーパ・ウェイブガイド構造は、活性領域の材料又
は構造がどのようなものであっても、任意の半導体レーザに組み込まれることが
できる。従って、次の製作方法の説明は例示的なもので、図１及び図２に示され
る半導体レーザ構造に関係している。そのような構造を有する半導体レーザを製
作する好ましい方法は、フレア・マスク・ジオメトリを使用する選択領域ＭＯＣ
ＶＤ成長プロセスである。それは、活性領域横方向ウェイブガイド・ジオメトリ
の厚さ、又はリブ積載ウェイブガイド・ジオメトリの厚さと、ウェイブガイドの
変化する横幅との間の適切な相補関係を得て、半導体レーザの基本空間モード動
作が維持されるようにするためである。ＭＯＣＶＤによる選択領域エピタキシは
、マスクされた領域の成長を禁止するため誘電体マスクが使用されるときに生じ
る。ＭＯＣＶＤ成長に使用される有用な種の大部分は、誘電体マスクへ固着しな
いか、その上で成長しないので、それらは表面上で拡散するか、気相では、マス
クされた領域から離れてマスクされない領域へ入る。その結果、マスクされた領
域で成長は起こらず、それに対応して、選択的に成長させられる層の厚さの予測
可能な増加が、誘電体マスクの近くのマスクされない領域で看取される。

【００１３】 最も単純な場合、図５で示されるように、デュアル・ストライプ・マスク・パ
ターンが使用される。デュアル・ストライプ誘電体マスク１０２ａ及び１０２ｂ
は、選択領域エピタキシャル成長に適した基板１００と一緒に使用される。これ
は２つの結果を生じる。第１に、マスクされた領域の中に、エピタキシャル物質
の成長は存在しない。これは、ダイオード・レーザの設計者が、マスクされた領
域の間の開口の幅を使用して、レーザ横方向ウェイブガイドの幅、即ち横方向ウ
ェイブガイドのコアを規定することを可能にする。第２に、マスクされた領域の
間の開口の成長速度は、成長組成物の供給速度及びマスク・ストライプの幅の双
方に依存し、ストライプの間の開放領域の中で高められる。その結果は図６に示
される。図６において、１０２は、誘電体マスク１０２ａと１０２ｂとの間の開
放領域における高められた成長であり、層１０３ａ及び１０３ｂは、マスクの外
側で、向上した成長を示し、その成長は誘電体マスク１０２ａ及び１０２ｂから
離れるに従って減少する。従って、選択ＭＯＣＶＤは、設計者が、構造の中央部
分のために、制限内で任意の層の厚さを選択することを許す。これは、横方向ウ
ェイブガイドのコアと周囲領域との間で屈折率のステップを規定するために使用
されることができる。リブの幅は、図５に示される誘電膜マスクにおけるストラ
イプの間の開口によって決定される。誘電体ストライプの幅は、成長プロセスに
よって決定され、成長したウェイブガイド・リブ積載層の厚さが、その点におけ
るウェイブガイドの幅に適切な厚さとなるようにされる。目的が基本モード・ダ
イオード・レーザ動作であれば、基本的なレーザ解説書で良く知られるように、
横方向ウェイブガイドの中央及び端の最大有効屈折率差分と横方向ウェイブガイ
ドの幅とを結びつける関係が存在する。多層構造の任意の横方向の点における有
効屈折率（L ｎ）は、光学視野の形状に調和して構造を構成する層の組成（材料
屈折率）によって決定される。横方向ウェイブガイドの幅が増大するにつれて、
基本モード動作に対する最大有効屈折率の差分Δｎも減少する。基本横モード・
レーザ動作をサポートするために必要な有効横方向屈折率ステップと幅との良く
知られた関係が、厚さと対比される幅の許容変動を規定するであろう。

【００１４】 本発明の半導体レーザの製作において、図７で示されるように、フレア・スト
ライプ形状の２つの膜２０２ａ及び２０２ｂを含むマスクが使用される。これら
の膜は、狭い端部でＷ_ｍｉｎの開始幅を有し、或る輪郭を取りながら距離Ｌ_{ｆｌ ａｒｅ} にわたって広い端部におけるＷ_ｍａｘの開始幅まで増大する。ここで、２
０１は、選択領域エピタキシャル成長に適した或る基板である。

【００１５】 マスク・パターンの１つの重要な様相は、フレアが広くなるにつれて、フレア
を有する積載リブが薄くならなければならないことである。これを達成するため
、誘電体ストライプ２０２ａ及び２０２ｂの幅は、フレアが広くなるにつれて変
化するであろう。ストライプ２０２ａ及び２０２ｂは、通常、フレアが広くなる
につれて狭くなるが、これは必ずしも全ての場合にそうであるとは言えない。

【００１６】 本発明の様々な実施形態が図示及び説明されたが、他の修正、置換、及び代替
が当業者に明らかであることを理解すべきである。そのような修正、置換、及び
代替は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく行なうことができる。本発
明の趣旨及び範囲は、添付のクレームから決定されるべきである。

【００１７】 本発明の様々な特徴は、添付のクレームに記述されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明を適用することのできるリブ積載ウェイブガイド・ダイオード・
レーザの一般的構造を示す図である。

【図２】 図２は本発明を適用することのできるリブ積載ウェイブガイド・ダイオード・
レーザの好ましい構造を示す図である。

【図３】 図３は本発明に従った半導体レーザの部分断面図である。

【図４】 図４はフレア及びテーパ部分を有する図１のリブ積載ウェイブガイド構造の斜
視図である。

【図５】 図５は図１の半導体レーザを製作するための選択領域成長に適した基板を示す
図である。

【図６】 図６は図３の基板を使用した選択領域エピタキシャル成長の結果を示す図であ
る。

【図７】 図７は本発明に従って半導体レーザ構造の中にフレア及びテーパ部分を有する
ウェイブガイドを形成するための例示的マスク・パターンを示す図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リブ積載ウェイブガイド（５０）を含む半導体レーザ・ジオ
   メトリであって、前記リブ積載ウェイブガイドは、広い端部（５０ｃ）を有し、
   その長さの均一部分（５０ｂ）では実質的に均一の厚さ及び幅を有し、前記均一
   部分から前記広い端部へ向かって漸次に幅が増加し厚さが減少するフレア部分（
   ５０ａ）を有し、リブの幅及び厚さは、均一部分及びフレア部分を通して基本横
   モード・レーザ動作をサポートする半導体レーザ・ジオメトリ。
2. 【請求項２】 フレア部分における幅の漸次の増加が線形である、請求項１
   に記載の半導体レーザ・ジオメトリ。
3. 【請求項３】 フレア部分における厚さの漸次の減少が、幅の漸次の増加の
   関数である、請求項２に記載の半導体レーザ・ジオメトリ。
4. 【請求項４】 幅の漸次の増加が指数関数的である、請求項１に記載の半導
   体レーザ・ジオメトリ。
5. 【請求項５】 前記均一部分及び前記フレア部分が、半導体レーザ・ジオメ
   トリの活性領域の中にある、請求項１に記載の半導体レーザ・ジオメトリ。
6. 【請求項６】 前記均一部分及び前記フレア部分が、半導体レーザ・ジオメ
   トリの活性領域（３０）の上にあって隣接している、請求項１に記載の半導体レ
   ーザ・ジオメトリ。