JP2004520710A

JP2004520710A - 半導体レーザにおける又は関係する改良

Info

Publication number: JP2004520710A
Application number: JP2002560247A
Authority: JP
Inventors: クレイグ，ジェームズハミルトン，; ジョン，ヘイグマーシュ，
Original assignee: University of Glasgow
Current assignee: University of Glasgow
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2004-07-08
Also published as: EP1356553B1; US6717971B2; ES2236499T3; CN1224147C; US20020097762A1; GB0101641D0; ATE282901T1; DE60201974T2; GB2371405B; EP1356553A1; WO2002060023A1; CN1488183A; GB2371405A; DE60201974D1

Abstract

改良された半導体レーザ装置（１０；１０ａ）、例えば単一モード屈折率導波レーザダイオードが開示される。装置（１０；１０ａ）は光導波路（１５；１５ａ）と、該導波路（１５；１５ａ）の区間の一部に沿って延伸する少なくとも１つの電気接触部（２０；２０ａ）とから構成され、少なくとも１つの電気接触部（２０；２０ａ）は光導波路（１５；１５ａ）よりも短い。この配置により、導波路（１５；１５ａ）の部分又は一部は、使用中に、電気的にポンプで注入されない。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザに関し、特に、限定するものではないが、単一モード屈折率導波（ｉｎｄｅｘｇｕｉｄｅｄ）レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの出願において、単一空間モード出力で動作する半導体レーザ装置が望まれている。この出力は、例えば、単一モードファイバーへの増加する結合のために、及び高い光強度を伴って小さなスポット寸法を生み出すために望ましい。典型的には、単一モード出力を生み出すレーザダイオードは、１つの峰部（リッジ）又は１つの埋め込まれたヘテロ構造の導波路を有する屈折率導波レーザ構造を用いる。そのような装置は、例えばヨーロッパ出願（ＥＰ）０４７５３３０に開示されるように、１つの基板と、該基板上の下方及び上方の荷電キャリア閉じ込め層と、その上方閉じ込め層の一部に渡って延伸しレーザの光モードを水平方向で閉じ込める１つの峰部とから構成されるレーザ構造を備え、活性のレーザ光放出材の１つの層が、前述の閉じ込め層の間に挟まれ、量子井戸構造を有し、１つの活性領域のように形作られる。
【０００３】
これらの装置は単一空間モード出力を与え、全出力は装置の両端（両切開面）でカタストロフィ光学鏡ダメージ（ＣＯＭＤ）レベルにより制限される。それぞれのレーザ切開面は劈開面に沿って割られた半導体であり、そういうものとして生み出された光の吸収作用をもたらし得る高密度の空隙及び切断された束縛部を含む。レーザ切開面で吸収される光又は電流は、励起したキャリアが非放射性で再結合しながら、熱を生み出す。この熱は半導体の禁制帯幅（バンドギャップ）のエネルギーを低減し、カタストロフィ光学鏡ダメージに帰着する吸収誘導熱暴走（ランナウェイ）における増加をもたらす。
【０００４】
これらの装置での他の問題は、高い駆動電流で高次のモードの伝播を含む。これらの高次のモードは活性領域にすぐ近くに隣接する領域での屈折率及び光利得に影響する高いレベルの注入キャリアにより伝播する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術の不利益の少なくとも１つを除去するか又は軽減するレーザ装置（例えば、単一モード屈折率導波レーザ）を与えることが、本発明の少なくとも１つの側面の少なくとも１つの実施例の目的である。
【０００６】
１つのレーザ領域（例えば、単一モード屈折率閉じ込め半導体レーザ領域）の１つの端部での回折領域の使用によって、増加した出力レベルでの単一モード出力として与える半導体レーザ装置を与えることが、本発明の少なくとも１つの局面の少なくとも１つの実施例の他の目的である。
【０００７】
１つの利得領域において不純物無しの技術を用いて量子井戸混合によって形成される受動領域を組み入れることによって、レーザ装置のビームの向き操り特性が、例えばビーム操縦への傾向を低減することによって改良され得る半導体レーザ装置を与えることが、本発明の少なくとも１つの局面の少なくとも１つの実施例の更なる他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、光導波路と、
該導波路の区間の一部に沿って延伸する少なくとも１つの電気接触部と、
を備え、
前記少なくとも１つの電気接触部は前記光導波路よりも短いことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【０００９】
好ましくは、電気接触部の少なくとも一端は光導波路のそれぞれの端から離れている。
【００１０】
１つの実施形態では、光導波路はリッジ導波路であり、少なくとも１つの電気接触部はリッジ導波路上に与えられる。
【００１１】
この配置により、リッジ導波路の部分又は一部は、使用中に、電気的にポンプ注入されない。驚くべきことにこの配置によって見出されたことだが、半導体レーザ装置はモード制御識別器/安定器として操作されてもよい。波長は単一モードであるので、電流を注入しないで得られる波長のポンプ注入されない部分は、使用中に、単一モードのままである。
【００１２】
好ましくは、光導波路の長さはおよそ２００μｍから２０００μｍでもよく、電気接触部の長さ又は全長はおよそ１００μｍから１９００μｍであってもよい。
【００１３】
変更された実施形態では、光導波路の両側に境を接する組成上無秩序な又は量子井戸混合（ＱＷＩ）領域が与えられてもよい。
【００１４】
本発明の第２の側面によれば、（１）光導波路を形成する工程と、
（２）該導波路の区間の一部に沿って延伸する少なくとも１つの電気接触部を、該少なくとも１つの電気接触部が前記光導波路よりも短くなるように、形成する工程と、
を有する半導体レーザ装置を製造する方法が与えられる。
【００１５】
本発明の第３の側面によれば、
光導波路を含む光学上活性領域と、
前記光導波路の一つ以上の端に与えられる少なくとも１つの光学上受動領域と、
を備え、
前記光学上受動領域の少なくとも１つは前記光導波路よりも幅広く、前記光導波路の光出力は、使用中、前記少なくとも１つの光学上受動領域を横切りながら、回折することを特徴とする半導体レーザ装置が与えられる。
【００１６】
このやり方において、装置の出力切開面に衝突する光放射（光）の強度が減少するように、光出力は広がってよい。このゆえに、装置の出力は出力切開面のＣＯＭＤ制限に達することなく増加し得る。
【００１７】
好ましくは、前記光学上活性領域及び前記少なくとも１つの光学上受動領域は、第１の及び第２の光クラッド層間のコア又はガイド層内に与えられ、前記ガイド層は活性半導体レーザ光放出材により形成されてもよい。
【００１８】
好ましくは、峰部が少なくとも前記第２の光クラッド層内に形成され、この装置の第１の端から該第１の端とこの装置の第２の端との間の途中の位置へ縦方向に延伸する。
【００１９】
加えて、活性半導体レーザ光放出材の層は、成長につれて量子井戸（ＱＷ）構造を含んでもよい。
【００２０】
好ましくは、１つの又は複数の光学上受動領域は、途中の位置から又はその隣接する位置からこの装置の第２の端に与えられる組成上無秩序な又は量子井戸混合（ＱＷＩ）領域を備えてもよい。
【００２１】
本装置の変更では、光学上活性領域に水平方向に境を接する第２の組成上無秩序な（レーザ光を放出する）領域が与えられてもよい。
【００２２】
第１の及び第２のＱＷＩ材料は活性領域よりも大きな禁制帯幅を有する。第１の及び第２の組成上無秩序な（レーザ光を放出する）材料は、それ故、活性領域よりも小さな光吸収作用を有する。
【００２３】
好ましくは、この装置は一体構造であってもよい。
【００２４】
より好ましくは、この装置は基板層を含み、該基板層上に第１のクラッド層、コア層及び第２のクラッド層がそれぞれ与えられてもよい。
【００２５】
好ましくは、第２の端又は切開面は、半導体レーザ装置の出力部を備えてもよい。それ故、第１のＱＷＩ材料はこのレーザ装置の出力部で回折領域として働く。回折領域は、第２の端の切開面に衝突する光放射の強度を光放射を広げることによって減少させるように、使用中、働いてもよい。
【００２６】
より好ましくは、切開面は劈開された半導体上の反射防止コーティングを含む。好ましくは、反射防止コーティングはおよそ１％〜１０％反射率であってもよい。第１のＱＷＩ回折領域と反射防止コーティングとの組み合わせは、切開面のＣＯＭＤレベルを更に持ち上げる非吸収鏡（ＮＡＭ）を与え、結果的に、レーザ装置の出力は上がり得る。
【００２７】
有利なように、第１の及び第２の組成上無秩序な領域は実質的に同じ構造を有してもよい。
【００２８】
量子井戸混合（ＱＷＩ）は半導体レーザ材料内で井戸の量子井戸閉じ込めを消し去る。より好ましくは、量子井戸混合（ＱＷＩ）は実質的に不純物無しであってもよい。ＱＷＩ領域は、青色へシフト”されてもよく、すなわち、典型的には、２０〜３０ｍｅＶより大きく、より典型的には、キャリアが注入された場合の光活性領域と量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域との間に１００ｍｅＶ以上の違いが存在する。それ故、高次のモードが第１の組成上無秩序なレーザ光放出材料を通って伝播するとき高次のモードが基本モードよりも大きな回折損失を被るので、第１の組成上無秩序なレーザ光放出材料は空間モードフィルタとして働く。このように、基本モードは活性領域とより大きな重なりを有し、選択的に増幅される。それ故、半導体レーザ装置は実質的に単一モードの出力を与えるように適合されてもよい。
【００２９】
好ましくは、峰部の（上方の）表面及び下方クラッド層の（下方の）表面にそれぞれ接触する接触材料の層を更に備える。選択的に及び好ましくは、接触材料は峰部の上方の表面及び基板の下方の表面にそれぞれ接触してもよい。接触層は光活性又は“利得”領域への駆動電流のために与えてもよい。“上方”及び“下方”への参照は参照の容易さのためにここで使用され、使用中、装置はさまざまな配置のいずれかに向けられるだろうことは理解できるであろう。
【００３０】
本発明の一実施形態では、峰部の上方面に接触する材料は、峰部の上方面の面積よりも小さな面積を有してもよい。本実施形態では、峰部の接触無し部分が存在する。この接触無し部分は半導体レーザ装置のコア層内に第２の受動領域を与えてもよい。第２の受動領域は、活性領域よりも大きな禁制帯幅エネルギー及びより低い吸収作用を有するようにしてもよい。
【００３１】
好ましくは、第２の受動領域は峰部の一部であってもよい。好ましくは、また、第２の受動領域の端は前述の位置に与えられ、第２の受動領域はこのレーザ装置の有効な“出力端”にある。第２の受動領域はビームの向き操りを修正するのを助けてもよい。
【００３２】
好ましくは、位置からこの装置の第２の端までの長さは、この装置の第１の端と第２の端との間の長さよりもおよそ３倍の大きさで短くてもよい。好ましくは、また、第２の受動領域は長さにおいて第受動領域よりも実質的に短くてもよい。
【００３３】
本発明の一実施形態では、半導体レーザ装置は、およそ１μｍ〜５μｍの峰部の幅と、峰部の幅のおよそ少なくとも３倍の幅と、両端間のおよそ１〜２ｍｍの間隔と、第１の端と中途の位置との間のおよそ１．５ｍｍの間隔と、およそ０．５ｍｍの長さを有する受動領域とを有してもよい。
【００３４】
好ましくは、半導体レーザ装置はガリウム-砒素（ＧａＡｓ）又はアリミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）ようなIII―Ｖ族の半導体材料系で製造され、それ故、実質的に６００ｎｍと１３００ｎｍとの間の波長で半導体レーザ光を放出するようにしてもよい。第１の及び第２の組成上無秩序な材料は実質的にインジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）から構成されてもよい。しかしながら、他の材料系、例えばインジウム-燐（ＩｎＰ）が用いられてもよく、それ故、実質的に１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の波長で半導体レーザ光を放出するであろうことは理解されるであろう。
【００３５】
本発明の第４の側面によれば、半導体レーザ装置を製造する方法は、
（１）第１の光クラッド荷電キャリア閉じ込め層と、
量子井戸（ＱＷ）構造部が形成されたコア（レーザ光放出材料）層と、
第２の光クラッド閉じ込め層とを、
順に形成する工程と、
（２）レーザ光放出材料層内に少なくとも１つの受動領域を形成する工程と、
（３）前記第２のクラッド層の少なくとも一部から峰部を形成する工程と、
を有する。
【００３６】
工程（１）は、分子ビームエピタクシ（ＭＢＥ）又は金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの知られた成長技術によって実行されてもよい。
【００３７】
工程（２）次いで工程（３）を実行することは好ましいことであるけれども、工程（２）と（３）は互いに入れ替えてもよい。
【００３８】
好ましくは、受動領域は、好ましくは受動領域内に空隙を生み出すことから成ってもよい量子井戸混合（ＱＷＩ）技術によって形成されてもよく、或いは、選択的に、受動領域内にイオンを打ち込み拡散することから成ってもよく、次いで、量子井戸構造部よりも大きな禁制帯幅を有するコア層の組成上無秩序領域を作り出すためにアニールする。
【００３９】
好ましくは、量子井戸（ＱＷ）技術は、不純物無しの空隙を生み出すことによって実施されてもよく、より好ましくは、量子井戸混合を達成するためにダメージ誘発技術を用いてもよい。そのような技術の好ましい実行において、この方法は、
実質的にアルゴンガス雰囲気内でダイオードスパッタリング装置の使用によって、半導体装置材料の表面の少なくとも一部上にシリカ（ＳｉＯ₂）などの誘電体層を、該誘電体層に隣接する材料の一部に少なくとも点構造欠陥を持ち込むように、堆積する工程と、
プラズマ強化（エンハンスト）化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のような非スパッタリング技術によって、材料の表面の少なくとも他の一部上に更なる誘電体層を随意に堆積する工程と、
材料をアニールし、それによって、材料から誘電体層にガリウムを移す工程と、を有する。このような技術は、本出願人による、本出願と同一出願日を有する“光学装置を製造する方法及び関連する改良”と題する出願に記載されており、この内容は本願に含まれる。
【００４０】
好ましくは、工程（２）で、受動領域は、量子井戸構造よりも大きな禁制帯幅を有するレーザ光放出層の組成上無秩序領域を作り出すために、ＱＷＩによって、１つ又は複数の領域内に形成されてもよい。
【００４１】
好ましくは、工程（３）は乾式又は湿式エッチングなどのエッチング技術によって実行されてもよい。
【００４２】
好ましくは、受動領域の長さはこの装置の長さよりも短い。この配置は、利得領域に隣接する受動領域を与える。
【００４３】
より好ましくは、受動領域の少なくとも一部は峰部よりも幅広くてもよい。それ故、受動領域はＱＷ構造内に光ビームを閉じ込める峰部に隣接する回折領域を与える。有利には、峰部は受動領域にわたって延伸しなくてもよい。
【００４４】
好ましくは、はじめに基板を与える工程を備え、基板上に第１のクラッド層、コア層及び第２のクラッド層が成長する。
【００４５】
好ましくは、工程（２）は、不純物無し間隙を生み出すことによって実施されてもよく、より好ましくは、量子井戸混合を達成するためにダメージを高める技術を使用してもよい。
【００４６】
好ましくは、方法は、複数の電気的接触層を下方クラッド層の表面及び峰部の表面に当てる工程を含んでもよい。選択的には及び好ましくは、電気的接触層は基板の下方面及び峰部の上方面にそれぞれ当てられてもよい。
【００４７】
本発明の一実施形態では、電気的接触層の１つは峰部の一部に当てられてもよく、半導体レーザ装置は、峰部の領域に活性領域と、少なくとも１つの第２の受動領域とを下方に、例えば峰部の領域内に有する。好ましくは、峰部の一部は装置の第１の端に隣接してもよく、第２の受動領域はレーザ装置の“出力端”に又は近くに与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明に係る実施形態が、例示としてのみによって、添付図を参照して今説明される。
【００４９】
図１〜図３を最初に参照して、本発明の第１の実施形態にしたがって、全般的に１０で指し示される半導体レーザ装置が図示される。装置１０は、１つの光導波路１５と、導波路１５の区間の一部に沿って延びる少なくとも１つの電気接触部２０とを備え、少なくとも１つの電気接触部２０は導波路１５よりも短い。
【００５０】
電気接触部２０の一端２５は光導波路１５の各端３０から離れている。本実施形態では、光導波路１５はリッジ導波路であり、電気接触部２０はリッジ導波路１５の一部に沿って与えられる。この配置によって、リッジ導波路１５の一部分或いは複数部分は、使用中、電気的に注入（ポンプ）されない。
【００５１】
光導波路１５の長さはおよそ２００μｍから２０００μｍでよく、一方、電気接触部２０の全長はおよそ１００μｍから１９００μｍでよい。
【００５２】
本実施形態では、接触部２０を有するリッジ導波路１５の一部はエッチングを施された部分３２及び３５に水平方向で境を接している。
【００５３】
変更された実施形態では、エッチングを施された部分３２及び３５は、光導波路１５の両側に接する組成上無秩序な又は量子井戸混合の部分を有する。
【００５４】
装置１０は、光導波路１５を含む光学的に活性な又は利得の領域４０と、光導波路１５の一端に与えられる光学上受動領域４５とを更に備え、光学上受動領域４５は、光導波路１５よりも幅広く、それで、使用中に、光導波路１５の光出力は、それが光学上受動領域４５を横切るときに回折する。
【００５５】
このように、光出力は広がり、それで、装置１０の１つの出力切開面５０に衝突する光の強度は低減する。このゆえに、装置１０の出力は出力切開面５０のＣＯＭＤ制限値に達することなく増加し得る。
【００５６】
光学上活性領域４０及び光学上受動領域４５は、第１及び第２の（上方及び下方）光クラッド閉じ込め層６０および６５の間であって１つの光ガイド又はコア層５５内に与えられる。第１のクラッド層６０、ガイド層５５及び第２のクラッド層６５はそれぞれ３．０〜３．５の屈折率を有し、ガイド層５５はクラッド層６０及び６５よりも高い屈折率を有する。
【００５７】
１つの峰部（リッジ）７０が少なくとも第２のクラッド層６５内に形成され、装置１０の第１の端７１から第１の端７１と装置１０の第２の端７６との間の位置７５へ縦に伸びる。
【００５８】
光ガイド層５５は量子井戸構造部７７を含む１つの活性のレーザ光放出材層を備える。
【００５９】
光学上受動領域４５は、前述の位置７５から又は位置７５に隣接し、装置１０の第２の端７６までガイド層５５内に与えられる１つの組成上無秩序半導体層７８を含む。
【００６０】
組成上無秩序レーザ光放出層７８は量子井戸構造部７７付きのガイド層５５よりも大きな禁制帯幅を有する。組成上無秩序レーザ光放出層７８は、組成上無秩序でない活性層５５よりも低い吸収作用を有する。
【００６１】
図１〜図３から分かるように、装置１０は１つの基板８０を含む一体式構造を有し、基板８０上に他の層６０、５５及び６５が従来のIII―Ｖ族の半導体成長技術、例えば分子ビームエピタクシ（ＭＢＥ）又は金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長する。
【００６２】
出力切開面５０の第２の端７６は半導体レーザ装置１０の出力部を有する。組成上無秩序レーザ光放出層７８は、それ故、レーザ装置１０の出力切開面５０で回折領域として働く。回折領域は、使用中、光放射（光）の強度を低減するように働き、光放射を広げることによって切開面５０に衝突する。
【００６３】
切開面５０は、光学的には、劈開された半導体上に反射防止コーティング８１を含む。反射防止コーティング８１は１％〜１０％の反射率である。回折受動領域４５と反射防止コーティング８１との組み合わせは、切開面５０のＣＯＭＤレベルを更に上げる非吸収鏡（ＮＡＭ）を与え、結果的に、レーザ装置１０の出力を上げ得る。
【００６４】
組成上無秩序レーザ光放出層７８は、以下に詳細に述べられるように、量子井戸混合（ＱＷＩ）を介して達成されるであろう。量子井戸混合はガイド層５５、例えば半導体レーザ層内で量子井戸構造部７７の量子井戸閉じ込めを消し去る。より好ましくは、量子井戸混合は実質的に不純物が無い。量子井戸混合受動領域４５は“青色へシフト”される。すなわち、典型的には、キャリアが注入された場合の光利得領域４０と量子井戸混合受動領域４５との間に１００ｍｅＶ以上の違いが存在する。それ故、高次のモードが組成上無秩序レーザ光放出層７８を通って伝播するとき高次のモードが基本モードよりも大きな回折損失を被るので、組成上無秩序レーザ光放出層７８は空間モードフィルタとして働く。このように、基本モードは活性領域４０とより大きな重なりを有する。それ故、半導体レーザ装置１０を実質的に単一モードの出力を与えるように適合させることが可能である。
【００６５】
半導体レーザ装置１０は、峰部７0の上方面９０及び基板８０の下方面９５にそれぞれ接触する金属の接触材料の層２０及び８５を更に備える。接触層２０及び８５は電流を光利得領域４０に送り込むために与えられる。“上方”及び“下方”への参照は参照の容易さのために使用され、使用中、装置１０はさまざまな配置のいずれかに向けられるだろうことは理解できるであろう。峰部７０の上方面９０に接触する材料の接触部２０は峰部７０の上方面９０の全領域よりも小さな領域を有する。本実施形態では、峰部７０の接触しない部分１０５が存在する。この接触しない部分１０５は、半導体レーザ装置１０の光学上活性領域４０の一端に更なる受動領域１１０を与える。第２の受動領域１１０は、光学的に活性な又は利得の領域４０よりも大きな禁制帯幅エネルギー及びより低い吸収作用を有する。更なる受動領域１１０は量子井戸混合によって形成されるであろう。図１から分かるように、更なる受動領域１１０は峰部７０と同じように水平方向に広い。
【００６６】
好ましい配置では、位置７５から装置１０の第２の端７６までの長さは、装置１０の第１の端７１と第２の端７６との間の長さよりも、およそ３倍の大きさほど小さい。
【００６７】
半導体レーザ装置１０のそのような実施形態で、半導体レーザ装置１０は、およそ１μｍ〜５μｍの峰幅と、少なくともおよそ１５μｍの幅と、両端７１及び７６間のおよそ１〜２ｍｍの間隔と、第１の端７１と位置７５間のおよそ１．５ｍｍの間隔と、およそ０．５ｍｍの長さを有する受動領域４５とを有する。
【００６８】
半導体レーザ装置は、アルミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）材料のようなガリウム-砒素（ＧａＡｓ）材料系で製造される実施形態にあり、それ故に、６００ｎｍと１３００ｎｍとの間の、好ましくは約９８０ｎｍの波長でレーザ光を放出する。ガイド層５５は実質的には、インジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）から成ってもよい。その他に、装置１０は、例えば１２００ｎｍから１７００ｎｍの波長範囲で動作するインジウム-燐（ＩｎＰ）材料系で製造されてもよい。
【００６９】
半導体レーザ装置１０を製造する方法は、
（１）板８０上の第１の光クラッド荷電キャリア閉じ込め層６０と、
量子井戸構造部７７が形成されたガイド（レーザ光放出材料）層５５と、
第２の光クラッド閉じ込め層６５とを順に形成し、
（２）レーザ光放出材料層５５内に受動領域４５を形成し、
（３）上方クラッド層６５の少なくとも一部から峰部７０を形成する、
工程から構成される。
【００７０】
工程（２）及び（３）は入れ替えてもよい。
【００７１】
この実施形態では、受動領域４５は、受動領域４５内に空隙を生み出す工程を有する量子井戸混合（ＱＷＩ）技術によって形成される。また、前記量子井戸混合技術は、イオンを受動領域４５内に打ち込み又は拡散し、次いで量子井戸構造よりも大きな禁制帯幅を有するガイド層の複数の組成上無秩序領域を作り出すためにアニールする工程を有するものであってもよい。
【００７２】
ＱＷＩ技術は、不純物無しの空隙を生み出すことによって実施され、都合よく、量子井戸混合を達成するために損傷（ダメージ）誘発技術を用いる。この技術は、実質的にアルゴンガス雰囲気内でダイオードスパッタリング装置の使用によって、半導体装置材料の表面の少なくとも一部上にシリカ（ＳｉＯ₂）などの誘電体層を、少なくとも点構造欠陥を誘電体層に隣接する材料の一部に持ち込むように堆積し、
プラズマ強化（エンハンスト）化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のような非スパッタリング技術によって、半導体装置材料の表面の少なくとも他の一部上に更なる誘電体層を随意に堆積し、
半導体装置材料をアニールし、それによって、半導体装置材料から誘電体層にガリウムを移す、
ことを必要とする。
【００７３】
また、この第１の実施形態の装置１０を製造する方法は、装置の第２の実施形態の製造方法を参照して以下に述べられる工程を有するか又は含んでもよい。
【００７４】
工程（２）で、受動領域４５は、量子井戸構造部７７よりも大きな禁制帯幅及びより低い吸収作用を有するレーザ光放出材料層５５の組成上無秩序層７８を作るために、都合のよいように、ＱＷＩによって、領域４５内に形成される。
【００７５】
工程（３）は、例えば、湿式又は乾式エッチングなどの知られたエッチングによって達成されてもよい。
【００７６】
図１〜図３から分かるように、受動層４５の長さは、本実施形態では、装置１０の長さよりも短い。この配置で、光利得領域４０に隣接する受動層４５が与えられる。
【００７７】
図２から分かるように、受動領域４５の少なくとも一部は峰部７０よりも幅広い。それ故、受動領域４５は、量子井戸構造部７７内で光ビームを閉じ込める峰部７０に隣接する回折領域を与える。この実施形態では、峰部７０は受動領域４５を越えて延伸しない。
【００７８】
この製造方法は、接触層８５及び２０を基板８０の下方面９５及び峰部７０の上方面９０にそれぞれつける工程を含む。接触層２０は峰部７０の一部につけられ、それで半導体レーザ装置１０は活性層４０及び峰部７０の下方の少なくとも１つの第２の受動領域１１０を有する。第２の受動領域１１０がレーザ装置１０の第１の端７１に又は近くに与えられるように、峰部７０の一部は装置１０の一端に隣接する。量子井戸混合（ＱＷＩ）技術によって第２の受動領域１１０が受動領域４５に同様に形成されてもよい。
【００７９】
それぞれ半導体レーザ装置１０の後方反射体及び出力結合器を形成するコーティング部７１及び８１が図１に示される。コーティング部７１及び８１は装置１０の第１及び第２の端を少なくとも部分的に覆う。コーティング部７１は、高い反射作用のコーティングで、例えば、典型的には９０％よりも高く、光学上受動ＱＷＩ領域１１０と共に非吸収鏡（ＮＡＭ）を与える。光学上受動領域１１０は利得領域４０の出力側に位置し、回折領域として働く。回折領域は光放射（光）を広げることによって第２の端７６に衝突する光放射の強度を減少させる。反射防止コーティング部８１は、レーザ装置１０に戻る１％と１０％との間のパーセンテージの光放射を、残りの光放射をレーザ装置出力として送波しながら、反射する。
【００８０】
組成上無秩序レーザ光放出材料領域４５，７８及び１１０は、後述するように、量子井戸混合（ＱＷＩ）を介して達成される。量子井戸混合（ＱＷＩ）は半導体レーザ光放出材料層又はガイド層５５内で井戸の量子井戸閉じ込めを消し去る。本実施形態では、量子井戸混合（ＱＷＩ）は不純物が無く“青色へシフト”され、すなわち、典型的には、２０〜３０ｍｅＶより大きく、より典型的には、キャリアが注入された場合の光活性領域４０と量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域４５及び１１０との間におよそ１００ｍｅＶ以上の違いが存在する。高次のモードが領域４５を通って伝播するとき高次のモードが基本モードよりも大きな回折損失を被るので、受動領域４５は空間モードフィルタとして働く。このように、基本モードは活性領域４０とより大きな重なりを有し、選択的に増幅される。それ故、半導体レーザ装置１０は単一モードの出力を奨励する。
【００８１】
さて、図４〜図６を参照して、本発明の第２の実施形態にしたがって、全般的に１０で指し示される半導体レーザ装置が図示される。装置１０ａの似た部分は、接尾された“ａ”を除いて、装置１０に似た番号によって示される。
【００８２】
第２の装置１０ａと第１の装置１０との違いは、まだその上に更なる量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域１５０ａが、峰部７０ａの下で、かつ接触部２０ａの一端１５５ａと位置７５ａとの間で、装置１０ａに与えられることであり、すなわち、接触部２０ａは位置７５ａにまでは到らない。図４から分かるように、まだその上に更なる量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域１５０ａは、本実施形態では、受動領域４５ａよりも長さにおいて実質的に短い。
【００８３】
まだその上に更なる量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域１５０ａの一端１６０ａが、まだその上に更なる領域１５０ａが使用中に出力ビームの向き操りを防ぐことを手伝うように、位置７５ａに与えられる。領域１５０ａは回折受動領域４５ａよりも識別力がある空間モードフィルターとして働く。すなわち、導波路１５ａは単一モードにおけるように設計されているので、更なる受動領域１５０ａは、電流が注入されないとき、使用中、単一モードのままである。
【００８４】
動作されたとき、接触無し更なる受動領域１５０ａは入力キャリアにより実質的に非線形の効果のいずれも有さず、電気的な駆動電流が変化するとき出力ビームの向き操りを避け、ビームの向き操りを修正する。同様の配置が非吸収鏡（ＮＡＭ）が動作する装置１０ａの第１の端７１ａに存在する。
【００８５】
また、この実施形態は、第１の実施形態を参照して記述されたように、回折受動領域４５に帰する利点を有する。
【００８６】
特に図６を参照して、少なくとも第１の実施形態の装置１０にもまた適用される複数の部分を有する半導体レーザ装置１０ａの製造のための方法が説明されるであろう。
【００８７】
この方法は基板８０ａの提供で始まる。基板８０ａはガリウム-砒素（ＧａＡｓ）を有し、ｎ型に強くドープされる。第１の光クラッド-荷電キャリア閉じ込め層６０ａが基板８０ａ上で成長する。第１の荷電キャリア閉じ込め層６０ａは、アリミニウム-ガリウム-砒素（ＡｌＧａＡｓ）を有し、第１の濃度でｎ型にドープされる。第１のクラッド層６０ａは、例えばおよそ３．０から３．５までの屈折率を有し、典型的に１μｍから３μｍまでの厚みである。光活性ガイドコア半導体レーザ光放出材層５５ａが第１のクラッド層６０ａ上で成長する。また、この層５５ａはＡｌＧａＡｓを有する。層５５ａは実質的には真性である。活性層５５ａは、例えばおよそ３．０から３．５までの屈折率を有し、典型的に数百ｎｍの厚みまで成長する。層５５ａ内に量子井戸構造部７７ａが与えられる。
【００８８】
第２のクラッド層６５ａが層５５ａ上で成長する。第２のクラッド層６５ａは実質的に低いクラッド層濃度に等しいドープ濃度でｐ型である。また、第２のクラッド層６５ａは第１のクラッド層６０ａと同様の厚さ、組成及び屈折率のＡｌＧａＡｓを有する。このように、量子井戸（ＱＷ）構造部７７ａはｎ型の第１のクラッド層６０ａとｐ型の第２のクラッド層６５ａとの間に挟まれる。活性層５５ａはクラッド層６０ａ及び６５ａよりも低いアルミニウム（Ａｌ）含有量を有する。活性層５５ａはクラッド層６０ａ及び６５ａよりも大きな屈折率を有する。
【００８９】
選択的なＱＷＩマスク（図示せず）はＱＷＩになっていない装置１０ａの複数部分に渡って置かれる。量子井戸構造部７７ａに及び周囲に量子井戸混合を作り出すために好ましく用いられる技術は、この実施形態では、間隙を用いるダメージ誘発技術である。しかしながら、量子井戸構造部７７ａと量子井戸混合受動領域４５ａ及び１０５ａとの間での禁制帯幅エネルギーでの違いを達成する如何なる他の量子井戸混合技術も本発明の範囲内で用いることができることは理解されるであろう。好ましいダメージ誘発技術は、装置１０ａ上に堆積されるべきスパッタリングされる酸化シリコン（ＳｉＯ₂）キャップを必要とする。堆積されるＳｉＯ₂の薄い層に引き続き、装置は、それをアニールするために、高められた（高い）温度に実質的に加熱される。
【００９０】
一旦、装置１０ａがアニールされると、第２のクラッド層６５ａのいずれかの側に峰部７０ａが定められるのだが、ひとたび適切なエッチングマスクが峰部７０ａを定める領域に渡って置かれると、第２のクラッド層６５ａの複数部分が知られたエッチング技術によってエッチングされて取り除かれる。
【００９１】
次いで、金属の接触部２０ａ及び８５ａが知られたリソグラフィー技術によって、装置１０ａの電気駆動を許すように、峰部７０ａ及び引き続き部８０ａにそれぞれ堆積される。
【００９２】
このように、図５で、断面で見せる装置１０ａは一体構造の（モノリシック）半導体レーザ装置構造である。レーザ装置１０の活性又は利得部４０ａは層５５ａ内にあり、上方の峰部７０ａによって量子井戸構造部７７ａ内に閉じ込められる。量子井戸構造部７７ａ周囲の量子井戸（ＱＷ）混合領域４５ａ，１１０ａ及び１５０ａが前述のように配置される。
【００９３】
ＱＷＩマスクの寸法を変えることにより、又装置１０ａ上で一度以上量子井戸混合（ＱＷＩ）を実行することにより、多数の量子井戸混合（ＱＷＩ）受動領域４５ａ，１１０ａ及び１５０ａを作り出すことが可能である。追加的に、ＱＷＩマスクが回折受動領域４５ａで量子井戸混合（ＱＷＩ）のためにだけ与えられてもよく、このように、導波路１５ａが上方の峰部７０ａのみによって定められた装置１０ａを作り出す。
【００９４】
前述の両実施形態は、受動的であるときに回折作用を有し装置１０又は１０ａの水平方向幅を横切って延伸する５５又は５５ａ内に１つの部分４５又は４５ａを含む。このように、半導体レーザ装置１０又は１０ａは単一モード屈折率（インデックス）結合半導体導波路レーザの一端に１つの回折領域４５又は４５ａを有する。回折領域４５又は４５ａは、光放射が回折するのを許す受動スラブ導波路領域に効果的になる。
【００９５】
回折領域４５又は４５ａは装置１０又は１０ａの出力又は明るさを減少させることなく１つの出力端８１又は８１ａ上での光強度を効果的に低めるが、その理由は、回折角度はリッジ導波路７０又は７０ａと装置１０又は１０ａの他の領域のそれぞれとの間の相対屈折率差によって制御されるからである。また、受動スラブ導波路回折領域４５及び４５ａのそれぞれは、それらがレーザ空隙内で本質的に回折領域であるために、空間モードフィルターとして使用され得る。このことは、高次の導波路モードが回折領域４５又は４５ａを横切って伝播するとき高次の導波路モードは基本モードよりも大きな回折損失を被るという、利点を有する。このように、基本モードは利得領域４０とより大きな重なりを有し、選択的に増幅される。従って、本発明のため、回折領域４５又は４５ａが装置１０又は１０ａの光活性領域４０又は４０ａよりも大きな禁制帯幅エネルギーを有することは有益である。
【００９６】
不純物無し混合は、これが不純物の追加を介する光損失を追加することなく禁制帯幅エネルギーでの増加を作り出すので、本発明において有益に用いられる。
【００９７】
本発明の更なる利点は、装置出力での受動量子井戸混合領域で利得領域を去る光放射を回折することである。ビーム寸法が装置１０又は１０ａの両端で増加するので、それぞれの切開面でのカタストロフィ光学鏡ダメージ（ＣＯＭＤ）レベルが増加し、結果的に、より大きな出力を達成できる。回折領域が無い装置と比較して、屈折率変化を注意深く選択することにより、出力ビームのモードは水平方向に広がった基本モードとして保持される。
【００９８】
本発明の更なる利点は、高次のモードが伝播するというリスク無しで、大きな駆動電流を接触部２０及び８５、又は２０ａ及び８５ａ間で使用し得ることである。半導体レーザ装置で駆動電流が増加するにつれて、利得領域の周囲の部分の屈折率が非線形になるということは知られている。屈折率が変化すると、高次のモードは、“キンク電流”に至るとき、維持される。本発明では、このことは、これらの高次モードが量子井戸混合（ＱＷＩ）領域内でより大きな広がり角度を被るので、除去される。さらに、更なる受動領域１５０ａにより、ビーム・ステアリング及び特別のモード識別が得られる。
【００９９】
本発明の範囲から逸脱することなく変更が本発明に対してなされ得ることは、本技術に熟練した者たちによって理解されるであろう。
【０１００】
特に、導波路よりも短い１つの又は複数の電気接触部を備えた本発明の実施形態の利点は、電気接触部無しでの導波路の一部又は複数の部分が、それ又はそれらに注入される電流が無いので、使用中に、単一モードに維持されることであるということが認識されるであろう。
【０１０１】
開示された実施形態に対する変更の一つは、開示された峰部の代わりに、埋め込みヘテロ構造の導波路を用いることであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の平面図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の一端及び上方の側からの斜視図である。
【図３】線Ａ−Ａ’に沿った図２の装置の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の平面図である。
【図５】図４の半導体レーザ装置の一端及び上方の側からの斜視図である。
【図６】線Ａ−Ａ’に沿った図５の装置の断面図である。

Claims

光導波路を含む光学上活性領域と、
前記光導波路の一つ以上の端に与えられる少なくとも１つの光学上受動領域と、
を備え、
前記光学上受動領域の少なくとも１つは前記光導波路よりも幅広く、前記光導波路の光出力は、使用中、前記少なくとも１つの光学上受動領域を横切りながら、回折することを特徴とする半導体レーザ装置。
前記光学上活性領域及び前記少なくとも１つの光学上受動領域は、第１の及び第２の光クラッド層間のコア又はガイド層内に与えられ、前記ガイド層は活性半導体レーザ光放出材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
峰部が少なくとも前記第２の光クラッド層内に形成され、この装置の第１の端から該第１の端とこの装置の第２の端との間の途中の位置へ縦方向に延伸することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
前記活性半導体レーザ光放出材の層は、成長により量子井戸（ＱＷ）構造を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体レーザ装置。
前記少なくとも１つの光学上受動領域は、前記途中の位置から又はそれに隣接する位置からこの装置の前記第２の端に与えられる組成上無秩序な又は量子井戸混合（ＱＷＩ）領域を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体レーザ装置。
前記光学上活性領域に水平方向に境を接する第２の組成上無秩序な領域が与えられることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。
この装置は一体構造であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
この装置は基板層を含み、該基板層上に前記第１のクラッド層、前記コア層及び前記第２のクラッド層がそれぞれ与えられることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記第２の端は、この半導体レーザ装置の出力部を有し、前記第１のＱＷＩ領域は、使用中、このレーザ装置の出力部で回折領域として働き、前記第２の端の切開面に衝突する光放射の強度を前記光放射を広げることによって減少させることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記切開面は劈開された半導体上の反射防止コーティングを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置。
前記第１の及び第２の組成上無秩序な領域は実質的に同じ構造を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記峰部の表面及び基板の表面にそれぞれ接触する接触材料の層を備える、ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記峰部の表面に接触する材料は、前記峰部の表面の面積よりも小さな面積を有し、前記峰部の接触無し部分が与えられ、該接触無し部分はこの半導体レーザ装置の前記コア層内に第２の受動領域を与えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ装置。
前記第２の受動領域は前記峰部の一部であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。
前記第２の受動領域の端は前記途中の位置に与えられ、前記第２の受動領域はこのレーザ装置の有効な出力端にあることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体レーザ装置。
前記途中の位置からこの装置の前記第２の端までの長さは、この装置の前記第１の端と前記第２の端との間の長さよりもおよそ３桁の大きさで小さいことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ装置。
この半導体レーザ装置は、およそ１μｍ〜５μｍの前記峰部の幅と、前記峰部の幅のおよそ少なくとも３倍の幅と、前記両端間のおよそ１〜２ｍｍの間隔と、前記第１の端と前記中途の位置との間のおよそ１．５ｍｍの間隔と、およそ０．５ｍｍの長さを有する受動領域とを有することを特徴とする請求項５〜１６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
この半導体レーザ装置はIII―Ｖ族の半導体材料系で製造されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記III―Ｖ族の半導体材料系は、実質的に６００ｎｍと１３００ｎｍとの間の波長で半導体レーザ光を放出する系に基づくガリウム-砒素（ＧａＡｓ）であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザ装置。
前記第１の及び第２の組成上無秩序な材料は実質的にインジウム-ガリウム-砒素（ＩｎＧａＡｓ）から構成されることを特徴とする請求項６〜１９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記III―Ｖ族の半導体材料系は、実質的に１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の波長で半導体レーザ光を放出する系に基づくインジウム-燐（ＩｎＰ）材料系であることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
（１）第１の光クラッド荷電キャリア閉じ込め層と、
量子井戸（ＱＷ）構造部が形成されたコア（レーザ光放出材料）層と、
第２の光クラッド閉じ込め層とを、
順に形成する工程と、
（２）レーザ光放出材料層内に少なくとも１つの受動領域を形成する工程と、
（３）前記第２のクラッド層の少なくとも一部から峰部を形成する工程と、
を有する半導体レーザ装置を製造する方法。
工程（１）は、分子ビームエピタクシ（ＭＢＥ）及び金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）から選ばれる成長技術によってなされることを特徴とする請求項２２記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
工程（２）及び（３）は互いに入れ替えられ得ることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記受動領域は、該受動領域内に空隙を生み出すことを有する量子井戸混合（ＱＷＩ）技術によって形成され、前記量子井戸構造よりも大きな禁制帯幅を有する前記コア層の組成上無秩序領域を作り出すためにアニールすることを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記量子井戸（ＱＷ）技術は、
実質的にアルゴンガス雰囲気内でダイオードスパッタリング装置の使用によって、半導体装置材料の表面の少なくとも一部上に誘電体層を、該誘電体層に隣接する前記材料の一部に少なくとも点構造欠陥を持ち込むように、堆積する工程と、
非スパッタリング技術によって、前記材料の表面の少なくとも他の一部上に更なる誘電体層を随意に堆積する工程と、
前記材料をアニールし、それによって、前記材料から前記誘電体層にイオン又は原子を移す工程と、
を有することを特徴とする請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
工程（３）はエッチング技術によって実行されることを特徴とする請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記受動領域の長さはこの装置の長さよりも短いことを特徴とする請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記受動領域の少なくとも一部は前記峰部よりも幅広いことを特徴とする請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記峰部は前記受動領域にわたって延伸しないことを特徴とする請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
はじめに基板を与える工程を備え、前記基板上に前記第１のクラッド層、前記コア層及び前記第２のクラッド層が成長することを特徴とする請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
複数の電気的接触層を前記基板の表面及び前記峰部の表面に当てる工程を備えることを特徴とする請求項３１に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
電気的接触層の１つは前記峰部の一部に当てられ、前記半導体レーザ装置は、前記峰部の領域に活性領域と、少なくとも１つの第２の受動領域とを有することを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
前記峰部の一部は前記装置の第１の端に隣接し、前記第２の受動領域は前記レーザ装置の出力端に又は近くに与えられることを特徴とする請求項３３に記載の半導体レーザ装置を製造する方法。
光導波路と、
該導波路の区間の一部に沿って延伸する少なくとも１つの電気接触部と、
を備え、
前記少なくとも１つの電気接触部は前記光導波路よりも短いことを特徴とする半導体レーザ装置。
前記電気接触部の少なくとも一端は前記光導波路のそれぞれの端から離れていることを特徴とする請求項３５に記載の半導体レーザ装置。
前記光導波路はリッジ導波路であり、前記少なくとも１つの電気接触部は前記リッジ導波路上に与えられることを特徴とする請求項３５又は３６に記載の半導体レーザ装置。
前記光導波路の長さはおよそ２００μｍから２０００μｍであり、前記電気接触部の長さ又は全長はおよそ１００μｍから１９００μｍであることを特徴とする請求項３５〜３７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
前記光導波路の両側に境を接する組成上無秩序な又は量子井戸混合（ＱＷＩ）領域が与えられることを特徴とする請求項３５〜３８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
（１）光導波路を形成する工程と、
（２）該導波路の区間の一部に沿って延伸する少なくとも１つの電気接触部を、該少なくとも１つの電気接触部が前記光導波路よりも短くなるように、形成する工程と、
を有する半導体レーザ装置を製造する方法。
添付図面に従い本明細書に記載されるような光学装置を製造する方法。
添付図面に従い本明細書に記載されるような光学装置。