JP2007511082A - 側方に取り付けられたエッジ発光体を有するモノリシック光学的ポンピングｖｃｓｅｌ - Google Patents

Abstract

本発明は、光学的にポンピングされる面発光型垂直発光領域（２）と、該垂直発光領域（２）を光学的にポンピングするための、少なくとも１つのモノリシック集積ポンピングビーム源（５）とを有する半導体レーザ装置であって、前記垂直発光領域はアクティブにビームを形成する垂直発光層（３）を有し、前記ポンピングビーム源はアクティブなビーム形成ポンプ層（６）を有する形式の半導体レーザ装置に関する。本発明によれば、前記ポンプ層（６）は垂直発光層（３）に垂直方向で後置されており、導電層（１３）が垂直発光層（３）とポンプ層（６）との間に設けられており、コンタクト（９）が半導体レーザ装置の一方の側に取り付けられており、当該一方の側は、導電層（１３）よりもポンプ層（６）に接近しており、導電層（１３）とコンタクト（９）との間では、ポンピングビーム（７）を形成するための電界を電荷担体注入によって励振可能である。

Description

本発明は、光学的にポンピングされる面発光型垂直発光領域と、該垂直発光領域を光学的にポンピングするための、少なくとも１つのモノリシック集積ポンピングビーム源とを有する半導体レーザ装置に関するものであり、前記垂直発光領域はアクティブにビームを形成する垂直発光層を有し、前記ポンピングビーム源はアクティブなビーム形成ポンプ層を有する。

このようなレーザ装置およびその製造方法は刊行物ＷＯ０１／９３３８６から公知であり、その内容は本明細書に取り入れたものとする。ここには、光学的にポンピングされる面発光型半導体レーザ装置が記載されており、このレーザ装置は垂直発光領域としての増幅領域と、ポンピングビーム源としての少なくとも１つのエッジ発光型半導体レーザを備える。垂直発光領域とポンピングビーム源は共通のサブストレート上でエピタクシャル成長される。このようにしてスペースを節約した、垂直発光領域とポンピングビーム源とのモノリシック集積構成が実現される。

高いポンピング効率、およびひいては垂直発光の高い出力は、ポンピングビーム源の波長が垂直発光から放射されるビームの波長より小さい場合に達成される。このことは例えばビ―ムを形成するポンプ発光層ないし垂直発光層の材料組成を異ならせることにより、またはこれらの層の寸法を異ならせることにより達成される。

このような半導体レーザ装置に対する典型的な製造方法は、サブストレート上にまず大面積の層を垂直発光領域に対してエピタクシャル成長させることである。続いて、ポンピングビーム源に対して設けられた側方領域で、この層を選択的に再びエッチング除去する。引き続き第２エピタクシャルステップで、この領域でポンピングビーム源の層をエピタクシャル成長させる。

このような２ステップエピタクシャルプロセスは複数の理由からポンピングビーム源と垂直発光領域との間の移行領域では、粒子限界と上昇した欠陥密度を回避するのが非常に困難であり、このことはこの層での光学的吸収損失につながる。

さらに垂直発光領域のエッジがポンピングビーム源の層の成長モードに移行領域で影響を及ぼすことがあり、このことはこの移行領域での層厚が不利に偏差することにつながり得る。さらに２ステップエピタクシャルプロセスは高い製造コストと結び付いている。

Ｇｅｒｈｏｌｄ ｅｔ ａｌ．著、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ３４ Ｎｒ． ３ １９９８， ページ ５０６−５１１から、１ステップエピタクシーで作製される光学的ポンピング半導体レーザ装置が公知である。垂直発光領域とポンピングビーム源は、量子井戸構造の共通のアクティブ層を有する。ポンピングビーム源として使用される領域では量子井戸構造に異原子が混合されており、これによりこの領域では垂直発光領域溶離も短い波長のビームが形成される（ＩＩＬＤ − Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌａｙｅｒ Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）。異原子を混合する方法により、とりわけ波長の変動は小さく、ビーム形成の効率の低下、およびひいてはポンピング効率が低下する危険性が回避される。

１ステップエピタクシーで作製される光学的ポンピング半導体レーザ装置の一般的問題は、垂直発光領域およびポンピングビーム源がまず最初に同じ層構造であることである。理想的には動作時にポンピングビーム源の領域では側方に伝播するビームフィールドだけが形成され、垂直発光領域では垂直方向に伝播するビームフィールドだけが形成されるべきである。ポンピングビーム源の領域での垂直伝播モードは形成されるポンピングビーム出力を緩和する。

同様に垂直発光領域で形成される側方伝播ビームモードは反転分布とひいてはポンピング効率が低下させる。従って前記形式の半導体装置の効率的動作は、ポンプ層と垂直発光層とが同等に相殺されることを前提とする。

本発明の課題は、高いポンピング効率を有し、１ステップエピタクシー法で作製することのできる光学的ポンピング半導体レーザ装置を提供することである。

この課題は、請求項１記載の特徴を備えた半導体レーザ装置により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求の対象である。

本発明によればポンプ層が垂直発光層に垂直方向で後置され、導電層が垂直発光層とポンプ層との間に設けられている。さらに半導体レーザ装置の、導電層よりもポンプ層に接近した側にはコンタクトが取り付けられている。このコンタクトと導電層との間では、ポンピングビームを電荷担体注入によって形成するための電界を励起することができる。

垂直発光層とポンプ層は相互に別個に垂直に順次成長された層である。この構造は材料の選択、およびこの層に対する寸法の選択の点で大きな自由度を保証する。このことによりポンピングビーム並びに垂直発光ビームの波長をさらなる限界で調整することができ、これによって高いポンピング効率が達成される。半導体レーザ装置の片側における導電層とコンタクトの本発明による構成により、この導電層とコンタクトの間に印加される電界によって電荷担体が選択的にポンプ層へ注入され、垂直発光層へは注入されなくなる。これにより垂直発光層では、側方に伝播する寄生的なビームの励振が阻止される。

有利には半導体レーザ装置は部分的に切削され、これにより導電層は部分的に露出される。本発明の実施形態では、半導体レーザ装置は平行な溝の形態に切削される。とりわけ有利には、露出された導電層の領域にこの導電層を接触接続するための別のコンタクトを取り付ける。

本発明の別の構成では、導電層と別のコンタクトとの間に導電性の層が設けられており、この層はポンピングビーム層により形成されるのと同じ波長のビームに対して透過性である。

本発明の半導体レーザ装置を製作するためにただ１つのエピタクシャルプロセスで十分である。前に説明した実施例のように層が部分的に再び切削され、別の層またはコンタクトが取り付けられる場合であっても、このことを技術的コストの高い第２エピタクシャルそうなしで実行することができる。

別の実施形態では、半導体レーザ装置の切削をコントロールして終了することができるようにするため、導電層に隣接してエッチング阻止層が設けられている。このエッチング阻止層は、導電層を露出させるのに適するエッチングプロセスに対するレジストある。

導電層を、これが垂直発光体のレゾネータにある定在波フィールドのノードに存在するように垂直に配置すると有利である。これによって、導電層による垂直発光領域の光学的損失が最小となる。

本発明の有利な構成では、垂直発光層と導電層との間に垂直導波構造体が設けられている。垂直導波構造体が、側方から見てコンタクトと別のコンタクトの間にある領域においては、これがコンタクトと別のコンタクトとの間にない領域とは別の光学的特性を有すると有利である。

垂直発光層とポンプ層は垂直方向に積層されている。ポンピングビームの主ビーム方向は側方である。光学的ポンピングのためのポンピングビームが垂直発光層に完全に到達するようにするため、ポンピングビームが垂直方向にも伝播できる領域が存在しなければならない。この目的のために垂直導波構造体を用いる。ここでは、ポンピングビームの垂直伝播が垂直発光領域において良好であり、これに対してポンピングビーム源の領域ではできるだけ抑圧されるようにすることが所望される。このことは本発明によれば、ポンピングビーム源の領域で、すなわちコンタクトと別のコンタクトとの間で、垂直導波構造体が垂直発光領域とは別の、すなわちこれがコンタクトと別のコンタクトとの間にない領域とは別の光学的特性を有すると有利である。

本発明の有利な改善形態では、光学的特性の差が次のようにして達成される。すなわち、垂直導波構造体が、側方で見てコンタクトと別のコンタクトとの間にある領域で酸化されることにより達成される。

本発明の有利な実施形態では、ポンプ層と垂直発光層に垂直方向で内部共振器ミラー構造体が後置されており、この共振ミラー構造体は特に有利にはブラッグ反射器である。本発明の改善形態では、内部共振器ミラー構造体は垂直発光層とサブストレートとの間に配置されており、垂直発光層により形成されるビームは、サブストレートに対向する側で出力結合される。

本発明の別の構成では、垂直発光層に外部ミラーが配属されており、この外部ミラーは内部共振ミラー構造体と共に垂直発光領域に対する共振器を形成する。本発明の有利な構成では、共振器にビーム形成エレメントまたは周波数選択性エレメントまたは周波数変換エレメントが配置されている。

本発明の有利な改善形態では、垂直発光層および／またはポンプ層がそれぞれ１つまたは複数の量子井戸構造体を有し、ここで量子井戸構造体とは本願の枠内で、電荷担体を閉じ込める（コンファイメント）ことによりそのエネルギー状態を量子化される構造体を含む。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まない。したがって量子化には殊に量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせを含む。

以下本発明の種々の実施例基づき、１２の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例の概略的な断面図を示す。
図２は、第１実施例の概略的断面を３次元で示す図である。
図３は、本発明による半導体レーザ装置の第２実施例の概略的な平面図を示す。
図４は、図３に示された切断線ＡＡに沿った第２実施例の概略的断面図である。
図５は、図３に示された切断線ＢＢに沿った第２実施例の概略的断面図である。
図６は、本発明による半導体レーザ装置の第３実施例の概略的な平面図である。
図７は、図６に示された切断線ＡＡに沿った第３実施例の概略的断面図である。
図８は、図６に示された切断線ＢＢに沿った第３実施例の概略的断面図である。
図９は、垂直発光領域でのポンピング発光モードと垂直発光モードとのオーバラップを示す線図である。
図１０は、垂直発光領域での垂直方向のポンピングビームの伝播を示す線図である。
図１１は、本発明の半導体レーザ装置の種々の実施例を、ポンピングビーム源と垂直発光領域の可能な構成を説明するために概略的に示す平面図である。
図１２は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を、ポンピングビーム源と垂直発光領域の別の可能な構成を説明するために概略的に示す平面図である。

同一、同種の素子また同様に作用する素子には図面において同一の参照番号が付されている。図面は概略的なものである。とりわけエレメントの大きさの関係は縮尺通りに表示されていない。

図１は、本発明の半導体レーザ装置の第１実施例を示す。半導体本体１の中央には垂直発光領域２が配置されている。

垂直発光領域２はアクティブエレメントとして、ビームフィールド４を形成するための垂直発光層３を有する。ビームフィールド４は半導体本体１内に連続波線として概略的に示されている。側方に隣接して垂直発光領域２にはポンピングビーム源５が配置されている。ポンピングビーム源は、垂直発光層３を光学的にポンピングするためのポンピングビーム７を形成するポンプ層６を有している。ポンピングビーム７は概略的にそのガウス状の強度プロフィールによって、ポンプ層６に対して垂直に示されている。

垂直発光領域２とポンピングビーム源５はサブストレート８の上で共通にエピタクシー成長される。このサブストレートの一方の側にはコンタクト９が設けられている。サブストレート８の、コンタクト９とは反対の側には、ブラッグ−ミラー構造体１０が、それに続いて外套層１１が取り付けられている。外套層１１には、サブストレート８の反対側でポンピング導波層１２が続いており、このポンピング導波層１２は中央エレメントしてポンプ層６を含む。ポンピング導波体１２は、導電層１３のサブストレート８とは反対側に制限されており、この導電層１３にａｈポンピングビーム源５の領域で導電性かつ透明な層１４が取り付けられている。導電性かつ透明な層１４には、サブストレート８とは反対側で別のコンタクト１５が設けられている。

垂直発光領域２内に半導体レーザ装置は、導電層１３に、サブストレート８の反対側で垂直に後置された垂直導波構造体１６を有する。この垂直導波構造体１６は垂直発光層３の他にエッチング阻止層１７を含んでいる。とりわけ窓１８が設けられており、この窓は垂直発光領域２をサブストレート８とは反対の側で制限し、この窓を通ってビームフィールド４は半導体本体１を去ることができる。

本発明を実現するために適切な材料システムはＩＩＩ−ＩＶ化合物半導体の群にある。図示の実施例は例えば（Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘ）ｙＧａ_１−ｙＡＳ_ｚＰ_１−ｚ、ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１に基づき実現することができる。他の可能な材料システムは、所望の波長に応じてＧａＮまたはＩｎＰに基づくものである。

もちろん本発明はこの材料システムに限定されるものではなく、所望の波長に応じて、またはそのほかの要求に応じて別の材料システムに基づき実現することができる。

ポンピングビーム源５は、電気的にポンピングされるエッジ発光性の半導体レーザとして構成されており、その主ビーム方向は垂直発光領域２に向いている。

垂直発光領域２とは反対側の、ポンピングビーム源５の相互に平行な端面は鏡面に構成されており、ポンピングビーム７に対する共振ミラーとして使用される。この端面は有利には分裂によって形成することができるが、エッチングによって形成することもでき、オプションとして高反射性にミラー化することができる。図示の実施例では、２つのポンピングビーム源５がただ１つのコヒーレントな発振レーザを形成する。

ポンプ層６は例えば個々の量子井戸（ＳＱＷ，単一量子井戸）によって、または複数の量子井戸構造体の層シーケンスとして（ＭＱＷ，多重量子井戸）として実現することができる。量子井戸は典型的にはバリヤー層に埋め込まれており、これによりポンピング導波体１２が形成される。

半導体レーザ装置を駆動するために、コンタクト９と別のコンタクト１５を介して電荷担体が半導体本体１に注入される。この電荷担体はポンプ層６で発光性に再結合し、これによりポンピングビーム７が形成される。十分な導電性を得るために、電流を導く半導体本体１１のすべての層には高濃度でドーピングしなければならない。とりわけポンピング導波体１２に直接接する導電層は有意に大きい光学的損失を、自由電荷担体でのビーム吸収によって引き起こす。

有利にはこの理由から、ポンピング導波体１２に直接接する、ブラッグ−ミラー構造体１０の層には比較的に低濃度でドーピングされる。択一的にドーピングされたブラッグ−ミラー構造体１０に比較的に低濃度でドーピングされた外套層１１を取り付けることもできる。これは図１の実施例に示されている。

ポンピング導波体１２の対向する側では同じ理由から、別のコンタクト１５がポンピング導波体１２に直接は取り付けられていない。ここで付加的に挿入された導電性かつ透明な層１４は理想的には電流に対して導電性であり、これによりこの層は良好な電流供給に対する要求を満たし、同時にポンピングビーム７に対して透明である。このことにより光学的損失は最小となる。このような層に対する可能な材料は例えばインジウム−酸化錫（ＩＴＯ−Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）または酸化亜鉛含有化合物である。

ポンピング導波体１２と導電性かつ透明な層１４との間に配置された導電層１３は側方の電流分散に用いられ、ポンピングビーム源５のポンピングされる領域を垂直発光領域２まで拡張する。導電層１３での光学的損失を小さく維持するため、この導電層１３は比較的薄く構成されている。

ポンピング導波体１２ないし導電層１３には垂直発光領域２およびポンピングビーム源５の領域で種々異なる層が隣接している（エッチング阻止層１７および垂直導波構造体１６が垂直発光領域２に隣接し、導電性かつ透明な層１４がポンピングビーム源５に隣接している）。そこからこの種々異なる領域内で、ポンピング導波体１２の屈折率に実際上の差が生じる。従ってポンピングビームはポンピングビーム源５から垂直発光領域２へ移行する際に回折を受ける。このことによりポンピングビーム７は垂直発光領域２内を垂直ポンピングモードで伝播し、この垂直ポンピングモードにより垂直発光領域２は光学的にポンピングされる。このメカニズムはさらに後で図９と１０に関連して詳細に説明する。

ポンプ層６と同じように垂直発光層３も、個別の量子井戸構造体、または複数の量子井戸構造体からなる構成によって形成することができる。垂直発光層３または直接当接する層でのポンピングモードによって解放された電荷担体は垂直発光層３で発光性に再結合する。量子井戸構造体および直接当接しない層におけるポンピングモードの吸収は、良好なビーム品質を形成するために有利である。

ブラッグ−ミラー構造体１０とここに図示しない外部ミラーによって構成される共振器はビームフィールド４を形成する。高いポンピング効率は、ポンピングビーム７の波長をビームフィールド４の波長よりも小さく選択することによって達成される。

導電層１３によるビームフィールドの吸収損失を最小にするため、導電層１３をノードに、すなわち垂直発光領域における共振器のビームフィールドの強度最小値の個所に配置すると有利である。

図示の実施例における半導体層全体はエピタクシャルプロセスによって作製することができる。引き続き、側方に選択的にポンピングビーム源５の領域が導電層１３を除いて切削される。このことは有利にはエッチングプロセスで実行される。エッチングプロセスによって導電層１３を所定のように露出するため、導電層に直接隣接してエッチング阻止層１７が設けられている。このエッチング阻止層は使用されるエッチングプロセスに対して耐性がある。エッチングプロセス後にエッチング阻止層１７は適切なプロセスによって除去される。このようにして露出された導電層１３には後続の製造プロセスで導電性かつ透明な層１４と別のコンタクト１５が取り付けられる。この非結晶層は厳密にコントロールしてエピタクシャル成長させる必要がなく、簡単に蒸着することができる。

図２には上に説明した本発明の半導体レーザ装置の第１実施例の３次元断面図が示されている。

付加的に半導体本体１にはこの構成で、外部共振器ミラー１９が示されている。外部共振器ミラー１９は半透明ミラーとして構成されており、ビームフィールド４から垂直発光領域２のレーザビームを出力結合する。ミラーは共振器側では、共振器内部のビームモードを安定させるために湾曲して構成されている。

図２では斜視図によって、半導体本体１が垂直発光領域２を除いて導電層１３まで切削されていることが明瞭に示されている。ポンピング効率を高くする点で、ポンピングビーム源５を垂直発光領域２の直径よりも広く構成することは有利ではないから、導電性かつ透明な層１４と取り付けられたコンタクト１５はウェブの形態で導電層１３に取り付けられている。

図３、半導体レーザ装置の第２実施例を略示した平面図である。この例でも２つのポンピングビーム源５が中央の垂直発光領域２に隣接して配置されている。しかしコンタクト９はこの実施例ではサブストレート８の裏側に設けられておらず、半導体レーザ装置の、サブストレートとは反対側に設けられている。

図４にはこの実施例の概略的断面が、図３の切断線ＡＡに沿って示されている。層の構成は第１実施例とは異なり、とりわけここでは垂直発光層３がポンプ層６よりもよりブラッグ−ミラー構造体１０に接近している。

この実施例では、ポンプ層６と垂直発光層３を同等に引き上げるために２つの手段が使用される。

１つには第１実施例と同じように、電荷担体をポンプ層６にだけ注入し、垂直発光層３には注入しない。このことは、半導体レーザ装置をコンタクト９と、側方で導電層１３と接続された別のコンタクト１５を介して接触接続することにより達成される。従ってコンタクト９と導電層１３はポンプ層６を包囲し、これに対して垂直発光層３には静的電界は存在しない。

第２の手段では、垂直発光領域２にポンピングビームに対して、ポンピングビーム源５の領域におけるよりも比較的に良好な垂直導波特性を形成する。

この目的のために、垂直導波構造体１６の一部は規則的な導波層構造体２０（ＲＰＧ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｇａｉｎ）として構成される。ＡｌＩｎＧａＡｓＰ材料システムに基づき半導体レーザ装置では、規則的な導波層構造体２０は例えばアルミニウム含有の大きいＡｌＧａＡｓ層を有することができる。このようなアルミニウム高含有層は、湿式化学的酸化方法によって半導体本体１の側方から所定のように移行領域まで、ポンピングレーザ構造体５と垂直発光領域２との間で貫通酸化することができる。このことにより酸化領域の屈折率は約５０％まで変化することができる。

規則的導波層構造体２０の酸化部分はポンピングビーム７に対して共振条件をもはや満たさない。そのため導波層構造体はこの領域においては垂直方向に良好な導波特性を示さない。ポンピングビーム源の領域における垂直導波特性を後から、例えば酸化により変化する手段は、もちろん規則的導波層構造体２０に制限されるものではなく、本発明の枠内で同様に垂直導波構造全体またはそのうちの任意の部分に拡張することができる。

図５には第２の実施例の概略的な断面図が切断線ＢＢに沿って示されている。

ここには、半導体レーザ装置がポンピング領域の両側で導電層１３まで切削されていることが示されている。ここでも導電層１３に直接隣接してエッチング阻止層１７が設けられており、これにより所定のように阻止可能なエッチングプロセスによって切削を実現することができる。露出された導電層１３には両側で別のコンタクト１５がコンタクトストライプの形態で取り付けられている。図示の電流経路２１はポンピングビーム源５内の電流を明瞭にするものである。

第２エッチングプロセスで半導体レーザ装置の外側領域は、規則的導波層構造体２０のエッジに湿式化学酸化のウェハ化合物内でも接近できるまで切削される。

図３，４，５と同じように図６，７，８にも、本発明の半導体レーザ装置の第３実施例の概略的平面図、並びに概略的断面図が示されている
さらに垂直発光層３とポンプ層６を同等に引き上げるために２つの手段が使用される。この実施例では２つのコンタクト９と１５の間で半導体レーザ装置の層シーケンス全体が配置されている。層の構成は実質的に第１実施例に相応する（ポンプ層６がブラッグ−ミラー構造体１０に垂直発光層３よりも接近している）。ここでもポンプ層６と垂直発光層３との間には規則的導波層構造体２０が配置されている。

第１実施例とは異なりこの場合、半導体レーザ装置はポンピングビーム源５の領域で平坦に切削されておらず、細い平行な溝２２の形態で切削されている。これは図８に示されている。この溝２２は、導電層１３に直接隣接するエッチング阻止層１７の深さまで半導体本体１内へエッチングされている。

従って、ポンピングビーム源５の領域ではこの溝が規則的導波層構造体２０も切断している。従ってこの溝は有利には規則的導波層構造体２０の湿式化学酸化に用いることができる。択一的にまたは付加的に別の溝を半導体レーザ装置の外側領域に酸化のために設けることができる。これはすでに第２実施例で説明したのと同じである。規則的導波層構造体２０の酸化を行った後、溝２２には導電材料が充填され、それからコンタクト１５が取り付けられる。有利な実施形態では導電材料として、溝２２の全深さにわたって、または導電層１３に隣接する下方領域にだけ導電性かつ透明な材料が使用される。ここでもＩＴＯまたは酸化亜鉛含有化合物が材料として考えられる。

図９はポンピングビーム７と垂直発光領域２の種々異なるビームモードとのオーバラップを示す線図である。オーバラップは次元のない制限係数として、垂直発光領域２の最初の５つのＴＥモードとＴＭモードに対してプロットされている。図示のデータは、図１に示した実施例についての検査結果である。

第１のＴＥ／ＴＭ基本モードに対しては良好なオーバラップが存在し、したがってこの基本モードが有利には共振器で増幅され、半導体レーザ装置から放射される。この結果は、本発明によるほぼ完全なＴＥＭ００ビーム品質を有する半導体レーザ装置が実現されることを示している。

図１０には、ポンピングビーム７がポンピングビーム源５から垂直発光領域２への移行時にどのように垂直方向に伝播するかが概略的に示されている。位置ラインには、ポンピングビームフィールドが元の値の係数１／ｅで低下していることがプロットされている。縦軸にはサブストレートへの垂直間隔がμｍでプロットされており、横軸にはビ―ムが側方に垂直発光領域２を進んだ区間がプロットされている。方向を分りやすくするために、半導体レーザ装置の種々の層が水平ラインとして線図にプロットされており、参照符号が付してある。ポンピングビーム源からすでに４０μｍ出射した後、ポンプモードの強度はその最大強度の１／ｅ（３７％）であることが示されている。従い垂直発光層３においてポンピングビーム強度は垂直発光領域２の中心方向へ上昇する。このことはポンプモードと垂直発光領域２のＴＥＭ００基本モードとの大きなオーバラップとなる。

図１１は本発明の半導体レーザ装置の種々の実施形態の平面図である。

本発明の半導体レーザ装置を１ステップエピタキシャル法によって製作可能であることによって、垂直発光領域２とポンピングビーム源５の種々の複雑な構成を比較的簡単に実現することができる。いくつかの考えられる手段が図１１に示されている。

図の上方には、これまでに説明した実施形態に類似する構成が示されており、この構成は相互に対向する２つのポンピングビーム源５を有する。この２つのポンピングビーム源５は側方で、ここでは垂直に構成された中央の垂直発光領域２に隣接している。図１１の中央左には類似の構成が示されており、ここでは６つのポンピングビーム源５がそれぞれペアで対向している。図１１の中央に示された構成では、垂直発光領域２が矩形に構成されており、リングレーザとして構成された２つのポンピングビーム源が設けられており、この２つのポンピングビーム源は垂直発光領域２で交差するようにオーバラップしている。これに類似して右に示した構成では、８の字型に巻回されたリングレーザ５が設けられており、その交点にはここでも垂直発光領域２が配置されている。図示の、導波体に基づくリングレーザ構造体の利点は、共振器ミラーを省略できることであり、この共振器ミラーでの損失もなくなる。図１１の下方に示された構成では、六角形垂直発光領域２が一列に複数設けられており、それらは種々異なる線形のまたは湾曲したポンピングビーム源５によってポンピングされる。

図１２には本発明の半導体レーザ装置の別の実施例の平面図が概略的に示されている。この半導体レーザ装置では４つのポンピングビーム源５が１つの矩形の垂直発光領域２をポンピングする。

図１２は、円形ではない、ここでは矩形の垂直発光領域２でも、可及的に半径方向に対称のビームプロフィールを達成する手段を示す。例えば図１１に示した実施例では垂直発光領域２が円形でなくなることはほとんど不可避である。この実施例では、リングレーザとして構成されたポンピングビーム源５が垂直発光領域２で交差している。この手段では垂直発光領域２の外側領域２３で垂直発光層３が例えばイオンビーム打ち込みによって変化され、垂直発光層がこの領域においては、内側にある円形の非変化領域よりもポンピングビーム源５のポンプ光を比較的小さな効率で吸収するようにされる。

実施例に基づいた本発明の説明は、本発明をこれに制限するものであるとはみなすべきでない。

図１は、本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例の概略的な断面図を示す。 図２は、第１実施例の概略的断面を３次元で示す図である。 図３は、本発明による半導体レーザ装置の第２実施例の概略的な平面図を示す。 図４は、図３に示された切断線ＡＡに沿った第２実施例の概略的断面図である。 図５は、図３に示された切断線ＢＢに沿った第２実施例の概略的断面図である。 図６は、本発明による半導体レーザ装置の第３実施例の概略的な平面図である。 図７は、図６に示された切断線ＡＡに沿った第３実施例の概略的断面図である。 図８は、図６に示された切断線ＢＢに沿った第３実施例の概略的断面図である。 図９は、垂直発光領域でのポンピング発光モードと垂直発光モードとのオーバラップを示す線図である。 図１０は、垂直発光領域での垂直方向のポンピングビームの伝播を示す線図である。 図１１は、本発明の半導体レーザ装置の種々の実施例を、ポンピングビーム源と垂直発光領域の可能な構成を説明するために概略的に示す平面図である。 図１２は、本発明の半導体レーザ装置の別の実施例を、ポンピングビーム源と垂直発光領域の別の可能な構成を説明するために概略的に示す平面図である。

Claims (19)

1. 光学的にポンピングされる面発光型垂直発光領域（２）と、該垂直発光領域（２）を光学的にポンピングするための、少なくとも１つのモノリシック集積ポンピングビーム源（５）とを有する半導体レーザ装置であって、前記垂直発光領域はアクティブにビームを形成する垂直発光層（３）を有し、前記ポンピングビーム源はアクティブなビーム形成ポンプ層（６）を有する形式の半導体レーザ装置において、
   前記ポンプ層（６）は垂直発光層（３）に垂直方向で後置されており、
   導電層（１３）が垂直発光層（３）とポンプ層（６）との間に設けられており、
   コンタクト（９）が半導体レーザ装置の一方の側に取り付けられており、
   当該一方の側は、導電層（１３）よりもポンプ層（６）に接近しており、
   導電層（１３）とコンタクト（９）との間では、ポンピングビーム（７）を形成するための電界を電荷担体注入によって励振可能である、ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１記載の半導体レーザ装置において、
   半導体レーザ装置は部分的に切削されており、これにより導電層（１３）は部分的に露出されている半導体レーザ装置。
3. 請求項２記載の半導体レーザ装置において、
   半導体レーザ装置は平行な溝（２２）の形態で切削されている半導体レーザ装置。
4. 請求項２または３記載の半導体レーザ装置において、
   導電層（１３）の露出された領域には別のコンタクト（１５）が取り付けられている半導体レーザ装置。
5. 請求項４記載の半導体レーザ装置において、
   導電層（１３）と別のコンタクト（１５）との間に層（１４）が設けられており、該層は導電性であり、かつポンピングビーム層により形成されるのと同じ波長のビームに対して透明である半導体レーザ装置。
6. 請求項２から５までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
   導電層（１３）に隣接してエッチング阻止層（１７）が設けられており、該エッチング阻止層はエッチングプロセスに対して耐性があり、当該エッチングプロセスは導電層（１３）を露出するのに適する半導体レーザ装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
   導電層（１３）は、垂直発光領域（２）のレゾネータにあるビームフィールドのノードに存在するように垂直に配置されている半導体レーザ装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
   垂直発光層（３）と導電層（１３）との間には垂直導波構造体（１６）が設けられている半導体レーザ装置。
9. 請求項８記載の半導体レーザ装置において、
   垂直導波構造体（１６）は、側方から見てコンタクト（９）と別のコンタクト（１５）の間にある領域においては、これがコンタク（９）トと別のコンタクト（１５）との間にない領域とは別の光学的特性を有する半導体レーザ装置。
10. 請求項９記載の半導体レーザ装置において、
    垂直導波構造体（１６）は、側方で見てこれがコンタクト（１５）と別のコンタクト（１５）との間にある領域において酸化されている半導体レーザ装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
    ポンプ層（６）と垂直発光層（３）には垂直方向で内部共振器ミラー構造体が後置されている半導体レーザ装置。
12. 請求項１１記載の半導体レーザ装置において、
    内部共振器ミラー構造体はブラッグ−ミラー構造体（１０）である半導体レーザ装置。
13. 請求項１１または１２記載の半導体レーザ装置において、
    内部共振器ミラー構造体は垂直発光層（３）とサブストレート（８）との間に配置されており、垂直発光層（３）により形成されるビームは、サブストレートに対向する側で出力結合される半導体レーザ装置。
14. 請求項１から１３までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
    垂直発光層（３）には外部共振器ミラー（１９）が配属されており、該外部共振器ミラーは内部共振器ミラー構造体と共に垂直発光領域（２）に対する共振器を形成する半導体レーザ装置。
15. 請求項１４記載の半導体レーザ装置において、
    共振器にはビーム形成エレメントが配置されている半導体レーザ装置。
16. 請求項１４または１５記載の半導体レーザ装置において、
    共振器には周波数選択性エレメントが配置されている半導体レーザ装置。
17. 請求項１４から１６までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
    共振器には周波数変換エレメントが配置されている半導体レーザ装置。
18. 請求項１から１７までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置において、
    垂直発光領域（３）および／またはポンプ層（６）はそれぞれ１つまたは複数の量子井戸構造体を有する半導体レーザ装置。
19. 請求項１４記載の半導体レーザ装置において、
    量子井戸構造体は、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造体の各組み合わせを含む半導体レーザ装置。

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