JP3136337B2 - 埋込異種構造の超発光ダイオード - Google Patents
埋込異種構造の超発光ダイオードInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は埋込異種構造の超発光ダ
イオード及び半導体としての単一モードレーザーにおけ
る出力パワーの制御方法に関する。
イオード及び半導体としての単一モードレーザーにおけ
る出力パワーの制御方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】超発光または超放射の半導体ダイオード
は、ファイバージャイロスコープ及び光通信を含む多く
の用途をもつ。超発光ダイオードは、発光ダイオードよ
り遥かに高いパワー出力と、レーザーの狭スペクトル周
波数に比べて広帯域放射であることに特徴付けられる。
一例の発光ダイオードは、本質的には、特定の好ましい
周波数モードで振動するというより、寧ろ多数の周波数
で放射する１パス「レーザー」である。
は、ファイバージャイロスコープ及び光通信を含む多く
の用途をもつ。超発光ダイオードは、発光ダイオードよ
り遥かに高いパワー出力と、レーザーの狭スペクトル周
波数に比べて広帯域放射であることに特徴付けられる。
一例の発光ダイオードは、本質的には、特定の好ましい
周波数モードで振動するというより、寧ろ多数の周波数
で放射する１パス「レーザー」である。
【０００３】超発光ダイオード（ＳＬＤ）は、光ファイ
バーに容易に接続できる低発散の出力ビームを発生する
ことが望ましい。パルスモードまたはＣＷモードの何れ
の操作においても、高パワー出力をもつことが望まし
い。幾つかの用途では、半導体に近いインジウム，ガリ
ウム，砒化物，隣化物の波長範囲が 1.3〜 1.5ミクロン
であるのに比べて、 0.7〜 0.9ミクロンの隣接する波長
をもつ高パワーＳＬＤをもつことが望ましい。
バーに容易に接続できる低発散の出力ビームを発生する
ことが望ましい。パルスモードまたはＣＷモードの何れ
の操作においても、高パワー出力をもつことが望まし
い。幾つかの用途では、半導体に近いインジウム，ガリ
ウム，砒化物，隣化物の波長範囲が 1.3〜 1.5ミクロン
であるのに比べて、 0.7〜 0.9ミクロンの隣接する波長
をもつ高パワーＳＬＤをもつことが望ましい。
【０００４】本発明の実施例における高パワーＳＬＤを
実現する過程において、著しく改良された単一モードで
短い波長の半導体レーザーが得られることが判った。側
波帯を大幅に削除されるような単一モードのレーザーを
設けることが望ましい。
実現する過程において、著しく改良された単一モードで
短い波長の半導体レーザーが得られることが判った。側
波帯を大幅に削除されるような単一モードのレーザーを
設けることが望ましい。
【０００５】
【発明の要約】従って、現在好適な具体例に従う本発明
の実施例においては、高パワー超発光ダイオードとして
作動でき、或いはポンピング電流を増加させ高度な単一
モード半導体レーザーとして作動できる構造物が得られ
る。埋め込まれた異種構造の窓装置は、ゲイン層をポン
ピングするためのクラッディング層間に挾まれた細長い
活性ゲイン層を有する。活性層より屈折率の低い層は、
出力光ビームの角発散を最小限に抑制するために、活性
ゲイン層の各縦方向縁に沿って形成される。活性ゲイン
層の出力端部にある透明窓は、活性層端部における致命
的な光学的損傷を防止する。窓への反射防止コーティン
グは、活性ゲイン層へのフィードバックを最小限に抑え
る。窓から隔てられた活性ゲイン層の端部における光吸
収媒体は、出力端部から離れて伝搬する放射を吸収し、
それによりレーザーの振動を抑制する。こうした構造物
に充分なポンピング電流が印加されると、吸収領域から
全く電流が取り出されなくても、吸収層は「バーンドス
ルー（burned through) 」即ち透明とされ、これは非常
に低いパワーサイドモードをもつ単一モードでレイジン
グ振動を起こすことになる。他方、電荷担体が吸収領域
から取り出されて、例えば接地されると、レイジングは
更に抑制され、付加的な低いコヒーレンス光学出力が得
られる。
の実施例においては、高パワー超発光ダイオードとして
作動でき、或いはポンピング電流を増加させ高度な単一
モード半導体レーザーとして作動できる構造物が得られ
る。埋め込まれた異種構造の窓装置は、ゲイン層をポン
ピングするためのクラッディング層間に挾まれた細長い
活性ゲイン層を有する。活性層より屈折率の低い層は、
出力光ビームの角発散を最小限に抑制するために、活性
ゲイン層の各縦方向縁に沿って形成される。活性ゲイン
層の出力端部にある透明窓は、活性層端部における致命
的な光学的損傷を防止する。窓への反射防止コーティン
グは、活性ゲイン層へのフィードバックを最小限に抑え
る。窓から隔てられた活性ゲイン層の端部における光吸
収媒体は、出力端部から離れて伝搬する放射を吸収し、
それによりレーザーの振動を抑制する。こうした構造物
に充分なポンピング電流が印加されると、吸収領域から
全く電流が取り出されなくても、吸収層は「バーンドス
ルー（burned through) 」即ち透明とされ、これは非常
に低いパワーサイドモードをもつ単一モードでレイジン
グ振動を起こすことになる。他方、電荷担体が吸収領域
から取り出されて、例えば接地されると、レイジングは
更に抑制され、付加的な低いコヒーレンス光学出力が得
られる。
【０００６】本発明のこれら及びその他の特徴並びに利
益は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参
照することで一層よく理解されよう。
益は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参
照することで一層よく理解されよう。
【０００７】
【実施例】図１の図面は、超発光ダイオード（ＳＬＤ）
の機能的特徴と、それらの各機能を果たすための、各素
子相互の間の全体的幾何学的配置関係を例示するもので
ある。以下に掲載した２，３の数値を除き、特徴部の相
対的な寸度については何ら示しておらず、また重要性も
考えられない。従って、この明細書においては、図面の
尺度に信頼を置くべきでない。この明細書に記載されて
いない寸度は、デバイスの製造に便利であるか一般的で
あればどのようなものでもよい。
の機能的特徴と、それらの各機能を果たすための、各素
子相互の間の全体的幾何学的配置関係を例示するもので
ある。以下に掲載した２，３の数値を除き、特徴部の相
対的な寸度については何ら示しておらず、また重要性も
考えられない。従って、この明細書においては、図面の
尺度に信頼を置くべきでない。この明細書に記載されて
いない寸度は、デバイスの製造に便利であるか一般的で
あればどのようなものでもよい。
【０００８】デバイスは n+ ‐Ｇa Ａs の基板10に製作
される。基板10の底には、Ａu Ｇe‐Ｎi Ａu のような
金属層11があり、これはデバイスと共にｎ接点を形成す
る領域を提供する。この明細書で使用されている頂部、
底部、上方、下方等の語は、理解の助けとして図面を参
照して便宜上使用されるものである。本発明のデバイス
は、ヒートシンク、電気接点等を設けるのに好適であれ
ば、アップ・サイド・アップまたはアップ・サイド・ダ
ウンで実装でき、このことは当業者であれば当然に予想
されることであろう。
される。基板10の底には、Ａu Ｇe‐Ｎi Ａu のような
金属層11があり、これはデバイスと共にｎ接点を形成す
る領域を提供する。この明細書で使用されている頂部、
底部、上方、下方等の語は、理解の助けとして図面を参
照して便宜上使用されるものである。本発明のデバイス
は、ヒートシンク、電気接点等を設けるのに好適であれ
ば、アップ・サイド・アップまたはアップ・サイド・ダ
ウンで実装でき、このことは当業者であれば当然に予想
されることであろう。
【０００９】デバイスからの光は、活性ゲイン層Ｇから
放出される。該活性ゲイン層Ｇは、好適な実施例とし
て、活性半導体Ｇa 1-y Ａl y Ａs で形成される。一実
施例として、Ｇa 1-y Ａl y Ａs の式のうちｙは 0.06
である。ゲイン層Ｇは典型的には厚さ 0.1ミクロン、幅
１ミクロン、また長さ 200ミクロン以上でよい。図１の
一部を切断した図面には、活性ゲイン層Ｇの出力端12と
片側縁13とが示されている。 n‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の
下方クラッディング層14は、基板10上の隆起パッド16と
活性ゲイン層Ｇの下面との間に延びている。
放出される。該活性ゲイン層Ｇは、好適な実施例とし
て、活性半導体Ｇa 1-y Ａl y Ａs で形成される。一実
施例として、Ｇa 1-y Ａl y Ａs の式のうちｙは 0.06
である。ゲイン層Ｇは典型的には厚さ 0.1ミクロン、幅
１ミクロン、また長さ 200ミクロン以上でよい。図１の
一部を切断した図面には、活性ゲイン層Ｇの出力端12と
片側縁13とが示されている。 n‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の
下方クラッディング層14は、基板10上の隆起パッド16と
活性ゲイン層Ｇの下面との間に延びている。
【００１０】p‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の上方クラッディ
ング層17は、活性ゲイン層Ｇの上面に重なっている。Ｃ
r ‐Ａu のような金属ストリップ18は、活性ゲイン層Ｇ
に重なる少なくとも一部分を具備し、デバイスの頂部を
横断して延びている。これはデバイスのｐ接点となる。
適宜電気リード線（図示せず）がｎ接点及びｐ接点に接
続されるか、或いは、これらは締結、基板への半田付
け、またはその他の慣用手段により電気的に接続するこ
とができる。以下の説明によって明らかとなる理由か
ら、金属ストリップ18及び／または上方クラッディング
層17は、活性ゲイン層Ｇを形成するＧa Ａl Ａs のスト
リップの全長には延びていない。従って、図１に示す通
り、金属ストリップ18は、ただデバイスの中間部分のみ
に重なる。
ング層17は、活性ゲイン層Ｇの上面に重なっている。Ｃ
r ‐Ａu のような金属ストリップ18は、活性ゲイン層Ｇ
に重なる少なくとも一部分を具備し、デバイスの頂部を
横断して延びている。これはデバイスのｐ接点となる。
適宜電気リード線（図示せず）がｎ接点及びｐ接点に接
続されるか、或いは、これらは締結、基板への半田付
け、またはその他の慣用手段により電気的に接続するこ
とができる。以下の説明によって明らかとなる理由か
ら、金属ストリップ18及び／または上方クラッディング
層17は、活性ゲイン層Ｇを形成するＧa Ａl Ａs のスト
リップの全長には延びていない。従って、図１に示す通
り、金属ストリップ18は、ただデバイスの中間部分のみ
に重なる。
【００１１】別の金属ストリップ23は、活性層の後部に
重なり、デバイスの中間部分に重なる上記金属ストリッ
プとは電気的に絶縁される。電気リード線（図示せず）
は、第２の金属ストリップ23に接続される。これは、窓
Ｗから離れたゲイン層Ｇの一部分との電気的接点とな
る。
重なり、デバイスの中間部分に重なる上記金属ストリッ
プとは電気的に絶縁される。電気リード線（図示せず）
は、第２の金属ストリップ23に接続される。これは、窓
Ｗから離れたゲイン層Ｇの一部分との電気的接点とな
る。
【００１２】n‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の比較的厚い電流
遮断層19は、活性ゲイン層Ｇの両側縁に沿って延びる。
p‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の、より薄い電流遮断層21は、
ｎ型電流遮断層19と基板上の隆起パッド16の両側におけ
る基板との間に横たわる。電流遮断層19，21は、電流の
流れを阻止する逆バイアス接続となる。更に、二酸化珪
素の層22は、電気絶縁体として、ｎ型電流遮断層19に重
なる。活性ゲイン層Ｇの各側縁に沿った上記電流遮断層
19は、活性ゲイン層Ｇより高いアルミニウム含量を有
し、従って低い屈折率を有する。一実施例として、Ｇa
1-x Ａl x Ａs の式中x は 0.38 である。埋込異種構造
レーザーに類似することから明らかなように、これは光
が活性ゲイン層に沿って通過する際にデバイスの構造体
に因る横方向の抵抗を生じる結果となる。
遮断層19は、活性ゲイン層Ｇの両側縁に沿って延びる。
p‐Ｇa 1-x Ａl x Ａs の、より薄い電流遮断層21は、
ｎ型電流遮断層19と基板上の隆起パッド16の両側におけ
る基板との間に横たわる。電流遮断層19，21は、電流の
流れを阻止する逆バイアス接続となる。更に、二酸化珪
素の層22は、電気絶縁体として、ｎ型電流遮断層19に重
なる。活性ゲイン層Ｇの各側縁に沿った上記電流遮断層
19は、活性ゲイン層Ｇより高いアルミニウム含量を有
し、従って低い屈折率を有する。一実施例として、Ｇa
1-x Ａl x Ａs の式中x は 0.38 である。埋込異種構造
レーザーに類似することから明らかなように、これは光
が活性ゲイン層に沿って通過する際にデバイスの構造体
に因る横方向の抵抗を生じる結果となる。
【００１３】ゲイン層Ｇの出力端12とデバイスの前部即
ち出力面との間に、Ｇa 1-x Ａl xＡs から成る窓Ｗが
ある。この材料の吸収率は、非ポンピング活性層Ｇa Ａ
l Ａs の吸収率より数オーダーの大きさで小さく、従っ
て総ての実用目的では透明と考えられる。このような窓
構造物は、Ｉsrael Ｕry, Ａppl.Ｐhys.Ｌtrs.,45,(4)
，1984年 8月15日発行Ｋam Ｌau, Ｎadav Ｂor‐Ｃh
im 著「室温で作動する半絶縁基板における11‐ＧＨz
直接変調帯域幅Ｇa Ａl Ａs 窓レーザー」では、ダイオ
ードレーザーとして記述されている。窓における材料の
バンドギャップは非常に大きく、そこでは光学的吸収が
全く起きず、致命的な光学的損傷は起きない。
ち出力面との間に、Ｇa 1-x Ａl xＡs から成る窓Ｗが
ある。この材料の吸収率は、非ポンピング活性層Ｇa Ａ
l Ａs の吸収率より数オーダーの大きさで小さく、従っ
て総ての実用目的では透明と考えられる。このような窓
構造物は、Ｉsrael Ｕry, Ａppl.Ｐhys.Ｌtrs.,45,(4)
，1984年 8月15日発行Ｋam Ｌau, Ｎadav Ｂor‐Ｃh
im 著「室温で作動する半絶縁基板における11‐ＧＨz
直接変調帯域幅Ｇa Ａl Ａs 窓レーザー」では、ダイオ
ードレーザーとして記述されている。窓における材料の
バンドギャップは非常に大きく、そこでは光学的吸収が
全く起きず、致命的な光学的損傷は起きない。
【００１４】一般的な四分の一波長反射防止コーティン
グが、デバイスの前部即ち出力面からの反射性を最小限
に抑えるために、窓の面に亘って施される。
グが、デバイスの前部即ち出力面からの反射性を最小限
に抑えるために、窓の面に亘って施される。
【００１５】図２は、図１に略図で示したような一実施
例のＳＬＤにおける光路を極く概略的に示す。既述の通
り、デバイスは窓Ｗを具備した活性ゲイン層Ｇと、該窓
Ｗの前部即ち出力端に反射防止のコーティングＡＲを有
する。ゲイン媒体は、ｎ型及びｐ型の各クラッディング
層14，17（図１）により電流と共にポンピングされる。
このようにポンピングされるとき、光の放出は活性ゲイ
ン層Ｇで誘導される。吸収層Ａは活性ゲイン層の後部即
ち非出力端にある。ゲイン層Ｇを形成する物質は、ポン
ピングされないとき、放出される特性放射の吸収が高
い。従って、ゲイン層Ｇの後部をポンピングしないこと
により、吸収層Ａを設けることが容易なことである。ま
た、図１の略図から判るように、Ｇa 1-y Ａl y Ａs の
層は、活性ゲイン層Ｇの出力面12からデバイスの背面
（隠れている）に延びている。金属ストリップ18の下方
におけるＧa Ａl Ａs 層の当該部分は上方及び下方の各
クラッディング層14，17によりポンピングされ、ポンピ
ングされると、光学増幅器として作用する。金属ストリ
ップ18の縁とデバイスの背面との間におけるＧa Ａl Ａ
s の部分はポンピングされず、従って良好な吸収体を形
成する。金属接触ストリップを、ゲイン媒体の全長に満
たない状態で被覆することは、Ｔien ‐Ｐei Ｌee，Ｃ
harles Ａ. Ｂurrus,Ｊr.著「ストリップ幾何学二重異
種構造の増幅自発放出（超発光）ダイオード」及びＢ.
Ｉ. Ｍiller 著「量子エレクトロニクスＩＥＥＥジャー
ナル」ＯＥ−９（1973年 8月） 820〜 828の記述によれ
ば、ゲインを案内する４層で吸収することとなる。
例のＳＬＤにおける光路を極く概略的に示す。既述の通
り、デバイスは窓Ｗを具備した活性ゲイン層Ｇと、該窓
Ｗの前部即ち出力端に反射防止のコーティングＡＲを有
する。ゲイン媒体は、ｎ型及びｐ型の各クラッディング
層14，17（図１）により電流と共にポンピングされる。
このようにポンピングされるとき、光の放出は活性ゲイ
ン層Ｇで誘導される。吸収層Ａは活性ゲイン層の後部即
ち非出力端にある。ゲイン層Ｇを形成する物質は、ポン
ピングされないとき、放出される特性放射の吸収が高
い。従って、ゲイン層Ｇの後部をポンピングしないこと
により、吸収層Ａを設けることが容易なことである。ま
た、図１の略図から判るように、Ｇa 1-y Ａl y Ａs の
層は、活性ゲイン層Ｇの出力面12からデバイスの背面
（隠れている）に延びている。金属ストリップ18の下方
におけるＧa Ａl Ａs 層の当該部分は上方及び下方の各
クラッディング層14，17によりポンピングされ、ポンピ
ングされると、光学増幅器として作用する。金属ストリ
ップ18の縁とデバイスの背面との間におけるＧa Ａl Ａ
s の部分はポンピングされず、従って良好な吸収体を形
成する。金属接触ストリップを、ゲイン媒体の全長に満
たない状態で被覆することは、Ｔien ‐Ｐei Ｌee，Ｃ
harles Ａ. Ｂurrus,Ｊr.著「ストリップ幾何学二重異
種構造の増幅自発放出（超発光）ダイオード」及びＢ.
Ｉ. Ｍiller 著「量子エレクトロニクスＩＥＥＥジャー
ナル」ＯＥ−９（1973年 8月） 820〜 828の記述によれ
ば、ゲインを案内する４層で吸収することとなる。
【００１６】電流が金属ストリップの層18に印加される
と、活性ゲイン層Ｇがポンピングされ、実質上全方向に
光の自発的な放出が生ずる。囲繞材料の屈折率が、埋込
異種構造ＳＬＤにおけるゲイン層の屈折率に近いこと
は、活性ゲイン層Ｇにおいて略長手方向に通過する放射
のみ効果的に制限する。他の方向における放射は、ゲイ
ン媒体から失われ、増幅されない。ゲイン層Ｇの後端即
ち非出力端に向って走行する放射は、吸収体Ａ内に侵入
し、該吸収体Ａからは光が殆んど反射されない。活性ゲ
イン層Ｇの出力端に向って通過する光は通過中に増幅さ
れ、強力な出力ビームとして窓Ｗ及び反射防止層ＡＲを
通過する。
と、活性ゲイン層Ｇがポンピングされ、実質上全方向に
光の自発的な放出が生ずる。囲繞材料の屈折率が、埋込
異種構造ＳＬＤにおけるゲイン層の屈折率に近いこと
は、活性ゲイン層Ｇにおいて略長手方向に通過する放射
のみ効果的に制限する。他の方向における放射は、ゲイ
ン媒体から失われ、増幅されない。ゲイン層Ｇの後端即
ち非出力端に向って走行する放射は、吸収体Ａ内に侵入
し、該吸収体Ａからは光が殆んど反射されない。活性ゲ
イン層Ｇの出力端に向って通過する光は通過中に増幅さ
れ、強力な出力ビームとして窓Ｗ及び反射防止層ＡＲを
通過する。
【００１７】一実施例において、ゲイン層Ｇの長さは 2
50〜 450ミクロンの範囲にある。同様に、ゲイン領域の
非出力端における吸収体の長さは、 200〜 450ミクロン
の範囲にある。ゲイン領域と吸収体領域の最適比率は未
だ求められていない。例えば、ＳＬＤは 250ミクロンの
ゲイン長さで作動され、吸収体の層Ａは 200〜 450ミク
ロンの長さをもつ、ＳＬＤは、活性ゲイン層Ｇに対し 4
50ミクロンの長さで、また吸収体の層Ａに対し、 200ミ
クロンの長さで充分に作動することが示された。
50〜 450ミクロンの範囲にある。同様に、ゲイン領域の
非出力端における吸収体の長さは、 200〜 450ミクロン
の範囲にある。ゲイン領域と吸収体領域の最適比率は未
だ求められていない。例えば、ＳＬＤは 250ミクロンの
ゲイン長さで作動され、吸収体の層Ａは 200〜 450ミク
ロンの長さをもつ、ＳＬＤは、活性ゲイン層Ｇに対し 4
50ミクロンの長さで、また吸収体の層Ａに対し、 200ミ
クロンの長さで充分に作動することが示された。
【００１８】活性ゲイン層Ｇの出力端における窓Ｗの長
さは、若干正反対で複数存在する。出力光ビームを光フ
ァイバーに接続する能力を高めるために、ＳＬＤに短い
窓Ｗを持たせることが望ましい。他方、デバイスの出力
面からの反射を最小限に抑えるためには、ＳＬＤに長い
窓Ｗを持たせることが望ましい。光の損失を最小限とす
るには、一般的に、レーザーにとって短い前部窓とする
のが望ましい。今日では、前部窓の長さを１乃至10ミク
ロンの範囲にすべきであると信じられている。
さは、若干正反対で複数存在する。出力光ビームを光フ
ァイバーに接続する能力を高めるために、ＳＬＤに短い
窓Ｗを持たせることが望ましい。他方、デバイスの出力
面からの反射を最小限に抑えるためには、ＳＬＤに長い
窓Ｗを持たせることが望ましい。光の損失を最小限とす
るには、一般的に、レーザーにとって短い前部窓とする
のが望ましい。今日では、前部窓の長さを１乃至10ミク
ロンの範囲にすべきであると信じられている。
【００１９】図６は、ポンピング電流を関数として、一
例として用いられたＳＬＤからの光ビームの出力パワー
を示してあるが、これによって、デバイスの出力端に反
射防止コーティングを施す顕著な有利さが示されてい
る。例示した２つの曲線の各々は、銅製ヒートシンクに
アップ・サイド・アップで取付けた連続波モードで作動
されるデバイスからの光の出力を示す。図６の下の曲線
は、前部に反射防止コーティングを施さないデバイスか
らの出力であり、上の曲線は、最適の実例ではないもの
が、僅かに反射防止コーティングを施した同様のデバイ
スによる出力を示すものである。即ち、このデバイスで
は、３乃至４％のオーダーで反射性がなおも残ってい
る。たとえそうであっても、パワー出力に顕著な増加が
ある。
例として用いられたＳＬＤからの光ビームの出力パワー
を示してあるが、これによって、デバイスの出力端に反
射防止コーティングを施す顕著な有利さが示されてい
る。例示した２つの曲線の各々は、銅製ヒートシンクに
アップ・サイド・アップで取付けた連続波モードで作動
されるデバイスからの光の出力を示す。図６の下の曲線
は、前部に反射防止コーティングを施さないデバイスか
らの出力であり、上の曲線は、最適の実例ではないもの
が、僅かに反射防止コーティングを施した同様のデバイ
スによる出力を示すものである。即ち、このデバイスで
は、３乃至４％のオーダーで反射性がなおも残ってい
る。たとえそうであっても、パワー出力に顕著な増加が
ある。
【００２０】各曲線は、「スレスホールド」即ち「膝
部」を示している。第１の膝部は、作動の超発光モード
の開始と解釈される。
部」を示している。第１の膝部は、作動の超発光モード
の開始と解釈される。
【００２１】図７は、反射防止コーティングを施したデ
バイスからの出力ビームにおける（大凡の）放出スペク
トルを表わすもので、このデバイスは上側曲線における
２つの膝部間の略中間の電流レベル（75m Ａ）で作動す
る。これは、変調を殆んど観察されない略理想的な超発
光スペクトルである。
バイスからの出力ビームにおける（大凡の）放出スペク
トルを表わすもので、このデバイスは上側曲線における
２つの膝部間の略中間の電流レベル（75m Ａ）で作動す
る。これは、変調を殆んど観察されない略理想的な超発
光スペクトルである。
【００２２】窓Ｗに反射防止コーティングの無い場合、
第２のスレスホルドの上方において、超発光スペクトル
の長い波長端に顕著な縦方向モードが現われる。このこ
とは、吸収体を配置したところで、デバイスの背面から
の光学パワーが増加するということに符合するものと考
察される。これは、超発光放出による吸収体の「バーニ
ング・スルー」（Burning through ）と解釈される。
第２のスレスホルドの上方において、超発光スペクトル
の長い波長端に顕著な縦方向モードが現われる。このこ
とは、吸収体を配置したところで、デバイスの背面から
の光学パワーが増加するということに符合するものと考
察される。これは、超発光放出による吸収体の「バーニ
ング・スルー」（Burning through ）と解釈される。
【００２３】ＳＬＤにおける吸収体のバーンスルー（Bu
rn through）は、吸収体における物質の自吸ポンピング
であり、これは伝導性と電子を具備する価電子帯と空孔
を充分に備え、夫々媒体を透明にする。背面からの反射
の結果、顕著な縦方向レージングモードを生じる。レー
ジングモードがスペクトルの長い波長で始まる理由は、
バンドギャップに近いフォトンエネルギーで吸収が低い
ことによると考えられる。
rn through）は、吸収体における物質の自吸ポンピング
であり、これは伝導性と電子を具備する価電子帯と空孔
を充分に備え、夫々媒体を透明にする。背面からの反射
の結果、顕著な縦方向レージングモードを生じる。レー
ジングモードがスペクトルの長い波長で始まる理由は、
バンドギャップに近いフォトンエネルギーで吸収が低い
ことによると考えられる。
【００２４】図６から判る通り、前面に反射防止コーテ
ィングを付加することは、後部吸収体に対しバーンスル
ーを行なうのに要するパワーを著しく増加したが、これ
はほんの少しの光しかゲイン媒体に沿って後方に反射さ
れず、途中で増幅されるためである。第２のスレスホル
ドは、約 3.5m Ｗから約15m Ｗに増加した。これらの両
曲線は、長さ 250ミクロンの活性ゲイン層Ｇと長さ 200
ミクロンの吸収体を具備したデバイスを用いて得られ
た。コーティングを施さないときの各面の反射率は約30
％と評価される。反射防止コーティングＡＲの端部は、
４％以下の反射率であると考えられる。これらの実験の
場合より低い反射率の反射防止コーティングＡＲは、前
面からの出力パワーを増加し、吸収体の層Ａのバーンス
ルーに寄与する反射パワーを最小限に抑えるであろう。
ィングを付加することは、後部吸収体に対しバーンスル
ーを行なうのに要するパワーを著しく増加したが、これ
はほんの少しの光しかゲイン媒体に沿って後方に反射さ
れず、途中で増幅されるためである。第２のスレスホル
ドは、約 3.5m Ｗから約15m Ｗに増加した。これらの両
曲線は、長さ 250ミクロンの活性ゲイン層Ｇと長さ 200
ミクロンの吸収体を具備したデバイスを用いて得られ
た。コーティングを施さないときの各面の反射率は約30
％と評価される。反射防止コーティングＡＲの端部は、
４％以下の反射率であると考えられる。これらの実験の
場合より低い反射率の反射防止コーティングＡＲは、前
面からの出力パワーを増加し、吸収体の層Ａのバーンス
ルーに寄与する反射パワーを最小限に抑えるであろう。
【００２５】吸収体のバーンスルーを抑えるための方策
は、光の吸収により発生される電流担体を取出すことで
ある。放射の吸収による空孔と電子の蓄積は、結果的に
吸収体を透明となし、超発光ダイオードはレージング開
始することになる。これを避けるために、電流担体が取
出される。吸収体部分に亘るデバイス上の伝導層23は、
光の吸収によって発生される電流担体を減少させる必要
のある場合、電流を取除くか、または注入するか、の何
れかを行なうための電気接点となる。これはレージング
を抑制し、低コヒーレンス光放射の光学出力を得ること
ができる。
は、光の吸収により発生される電流担体を取出すことで
ある。放射の吸収による空孔と電子の蓄積は、結果的に
吸収体を透明となし、超発光ダイオードはレージング開
始することになる。これを避けるために、電流担体が取
出される。吸収体部分に亘るデバイス上の伝導層23は、
光の吸収によって発生される電流担体を減少させる必要
のある場合、電流を取除くか、または注入するか、の何
れかを行なうための電気接点となる。これはレージング
を抑制し、低コヒーレンス光放射の光学出力を得ること
ができる。
【００２６】図３は、レージングの実質上縦方向モード
が顕著となる前に出力パワーをさらに増加させる方策、
即ち第２の膝が図６に例示したタイプの出力曲線に生じ
る前に出力ビームのパワーレベルを高める方策を概略的
に示している。図３の実施例において、ゲイン層Ｇの領
域に対する吸収体の層Ａの領域の相対的な長さが増加さ
れ、吸収体の全長に群が発生する前に、活性ゲイン層Ｇ
の背部で光の吸収が大きくなる。窓Ｗと反射防止コーテ
ィングＡＲが上述の通り活性ゲイン層の前面に設けられ
る。更に、窓Ｗと反射防止コーティングＡＲが、吸収体
の層Ａの背面に設けられる。これにより、たとえ吸収体
に部分的なバーンスルーが行なわれても、レージングを
抑制するために、一層大きな光の群がデバイスの背面か
ら逃げることを可能とする。
が顕著となる前に出力パワーをさらに増加させる方策、
即ち第２の膝が図６に例示したタイプの出力曲線に生じ
る前に出力ビームのパワーレベルを高める方策を概略的
に示している。図３の実施例において、ゲイン層Ｇの領
域に対する吸収体の層Ａの領域の相対的な長さが増加さ
れ、吸収体の全長に群が発生する前に、活性ゲイン層Ｇ
の背部で光の吸収が大きくなる。窓Ｗと反射防止コーテ
ィングＡＲが上述の通り活性ゲイン層の前面に設けられ
る。更に、窓Ｗと反射防止コーティングＡＲが、吸収体
の層Ａの背面に設けられる。これにより、たとえ吸収体
に部分的なバーンスルーが行なわれても、レージングを
抑制するために、一層大きな光の群がデバイスの背面か
ら逃げることを可能とする。
【００２７】図４は、出力パワーを高めたＳＬＤの別の
実施例を概略的に示す。この実施例では、上述したよう
に、ゲイン層の背部に活性ゲイン層Ｇと吸収体の層Ａが
ある。窓Ｗと反射防止コーティングの層ＡＲがＳＬＤの
各端部に設けられる。更に、短い吸収体の層Ａは、ゲイ
ン層Ｇの出力端12に設けられる。この第２の出力吸収体
は、たとえ自己ポンピング及びバーンスルーを行なって
も、幾らかの吸収を維持する。この残留吸収は、パワー
出力を減少させる傾向にあるが、これは反射防止コーテ
ィングＡＲから反射された光と外部の光学要素からＳＬ
Ｄ内後方に反射された光の吸収により補償されるものよ
り大きいと考えられる。この前部吸収体による内部及び
外部反射の減少は、ＳＬＤ空洞において、縦方向振動モ
ードを更に抑制する。
実施例を概略的に示す。この実施例では、上述したよう
に、ゲイン層の背部に活性ゲイン層Ｇと吸収体の層Ａが
ある。窓Ｗと反射防止コーティングの層ＡＲがＳＬＤの
各端部に設けられる。更に、短い吸収体の層Ａは、ゲイ
ン層Ｇの出力端12に設けられる。この第２の出力吸収体
は、たとえ自己ポンピング及びバーンスルーを行なって
も、幾らかの吸収を維持する。この残留吸収は、パワー
出力を減少させる傾向にあるが、これは反射防止コーテ
ィングＡＲから反射された光と外部の光学要素からＳＬ
Ｄ内後方に反射された光の吸収により補償されるものよ
り大きいと考えられる。この前部吸収体による内部及び
外部反射の減少は、ＳＬＤ空洞において、縦方向振動モ
ードを更に抑制する。
【００２８】これらのデバイスでは、吸収体の層Ａの過
剰な加熱が全く観察されなかった。連続波とパルス作動
との差異は小さく、レージングデバイスの典型的なもの
である。従って、ＳＬＤ出力パワーは、電流または光学
的過熱より、寧ろ吸収体のバーンスルーによってのみ制
限されるとみられる。
剰な加熱が全く観察されなかった。連続波とパルス作動
との差異は小さく、レージングデバイスの典型的なもの
である。従って、ＳＬＤ出力パワーは、電流または光学
的過熱より、寧ろ吸収体のバーンスルーによってのみ制
限されるとみられる。
【００２９】この実施例における前部吸収体の最適な長
さは未だ知られていないが、10乃至100ミクロンの範囲
にあると思われる。高いＳＬＤ出力は、 250ミクロンの
活性ゲイン層Ｇの長さと 400ミクロンの後方吸収体の層
Ａの長さを有し、夫々10及び100ミクロンの前記吸収体
の長さをもつデバイスで得られた。
さは未だ知られていないが、10乃至100ミクロンの範囲
にあると思われる。高いＳＬＤ出力は、 250ミクロンの
活性ゲイン層Ｇの長さと 400ミクロンの後方吸収体の層
Ａの長さを有し、夫々10及び100ミクロンの前記吸収体
の長さをもつデバイスで得られた。
【００３０】驚くべきことに、本発明の実施例で設けら
れたＳＬＤ装置において、ポンピング電流が充分に増加
されると、それは高度の単一モードレーザーに転換す
る。このようなレーザーの一例としてのスペクトルを図
８に示した。高出力パワーをもつ振動の単一縦方向モー
ドは、主要周波数より少なくとも20db小さいサイドモー
ドで発生される。このサイドモード抑制の量は、Ｇa Ａ
l Ａs の最も良く知られたレーザーで観察されたものに
匹敵する。サイドモードの強化された抑制は、明らかに
多少とも重要なことである。
れたＳＬＤ装置において、ポンピング電流が充分に増加
されると、それは高度の単一モードレーザーに転換す
る。このようなレーザーの一例としてのスペクトルを図
８に示した。高出力パワーをもつ振動の単一縦方向モー
ドは、主要周波数より少なくとも20db小さいサイドモー
ドで発生される。このサイドモード抑制の量は、Ｇa Ａ
l Ａs の最も良く知られたレーザーで観察されたものに
匹敵する。サイドモードの強化された抑制は、明らかに
多少とも重要なことである。
【００３１】サイドモードの抑制または主モードの増大
の理由は、完全には未だ明らかになっていない。活性ゲ
イン層Ｇの非出力端における吸収体の層である後部吸収
体は、主要な影響要因であると思われる。レーザー空洞
において、普通のポンピングに代り、自己ポンピングに
より、ポピユレーションが反転する幾つかの特性は、恐
らくこの影響が原因である。
の理由は、完全には未だ明らかになっていない。活性ゲ
イン層Ｇの非出力端における吸収体の層である後部吸収
体は、主要な影響要因であると思われる。レーザー空洞
において、普通のポンピングに代り、自己ポンピングに
より、ポピユレーションが反転する幾つかの特性は、恐
らくこの影響が原因である。
【００３２】レーザーとして作動するデバイスの高度単
一モードの特質も、デバイスの埋込異種構造の特質に厳
格に左右されると考えられる。レーザー空洞において縦
方向の振動を案内する屈折率は、ゲイン案内デバイスよ
り大きな効果をもって単一の縦方向モードを促進する傾
向にある。屈折率を案内する埋込異種構造は、光に対す
る優れた導波管を提供し、高い屈折率の活性ゲイン領域
と、低い屈折率の遮断層との間における明確な境界は、
サイドモードの抑制をゲインガイドレーザーより一層強
化することができる。
一モードの特質も、デバイスの埋込異種構造の特質に厳
格に左右されると考えられる。レーザー空洞において縦
方向の振動を案内する屈折率は、ゲイン案内デバイスよ
り大きな効果をもって単一の縦方向モードを促進する傾
向にある。屈折率を案内する埋込異種構造は、光に対す
る優れた導波管を提供し、高い屈折率の活性ゲイン領域
と、低い屈折率の遮断層との間における明確な境界は、
サイドモードの抑制をゲインガイドレーザーより一層強
化することができる。
【００３３】低い屈折率の側壁をもつ狭小のポンピング
ゲイン層は、単一ローブのフラウンホーファー領域パタ
ーンを非常に高いパワーレベルに促進する傾向がある。
埋込異種構造のレーザーは、低パワーで幾つかの縦方向
モードを示すことができるが、高パワーでは、圧倒的に
単一の縦方向モードとなる。
ゲイン層は、単一ローブのフラウンホーファー領域パタ
ーンを非常に高いパワーレベルに促進する傾向がある。
埋込異種構造のレーザーは、低パワーで幾つかの縦方向
モードを示すことができるが、高パワーでは、圧倒的に
単一の縦方向モードとなる。
【００３４】図５は、単一モードレーザーとして作動す
るデバイスのパワー出力を高めるための変更実施例を概
略的に示すものである。この実施例では、窓Ｗを具備し
た活性ゲイン層Ｇがある。吸収体の層Ａの領域は活性ゲ
イン層Ｇの非出力端に設けられる。吸収体の反対端に
は、レーザー空洞を介して反射を促進するために、高い
反射率のミラーコーティングＭが施される。従って、吸
収体がバーンスルーすると、多くの割合の光が増幅のた
めに空洞に維持される。
るデバイスのパワー出力を高めるための変更実施例を概
略的に示すものである。この実施例では、窓Ｗを具備し
た活性ゲイン層Ｇがある。吸収体の層Ａの領域は活性ゲ
イン層Ｇの非出力端に設けられる。吸収体の反対端に
は、レーザー空洞を介して反射を促進するために、高い
反射率のミラーコーティングＭが施される。従って、吸
収体がバーンスルーすると、多くの割合の光が増幅のた
めに空洞に維持される。
【００３５】デバイスの前部における反射防止コーティ
ングの反射率を減少させる技法も工夫されている。この
技法は、コーティングしている間、レーザー出力の状態
を監視するのに使用する。レーザーは真空コーティング
チャンバー内のジグに取付けられ、コーティング材料の
付着中ポンピングのために電流源に接続される。レーザ
ーの光出力は光ファイバー束に接続される。前記光ファ
イバー束は、光を監視することのできるチャンバーの外
部に真空シールを介し光を伝送する。
ングの反射率を減少させる技法も工夫されている。この
技法は、コーティングしている間、レーザー出力の状態
を監視するのに使用する。レーザーは真空コーティング
チャンバー内のジグに取付けられ、コーティング材料の
付着中ポンピングのために電流源に接続される。レーザ
ーの光出力は光ファイバー束に接続される。前記光ファ
イバー束は、光を監視することのできるチャンバーの外
部に真空シールを介し光を伝送する。
【００３６】作動の１つのモードとして、デバイスはレ
ージングスレスホールド以下で作動され、光ファイバー
からのパワー出力は、反射防止コーティングＡＲの有効
性の直接的手段を提供するために監視される。コーティ
ングは、出力パワーが最高のとき終了される。好ましく
は、所望スペクトル特性が得られたときコーティング工
程を終了できるように、レーザーの放出スペクトルが付
着中走査される。こうした技法では、レーザー即ちＳＬ
Ｄ空洞への反射防止コーティングから、10-4程度の低い
反射率が得られる。
ージングスレスホールド以下で作動され、光ファイバー
からのパワー出力は、反射防止コーティングＡＲの有効
性の直接的手段を提供するために監視される。コーティ
ングは、出力パワーが最高のとき終了される。好ましく
は、所望スペクトル特性が得られたときコーティング工
程を終了できるように、レーザーの放出スペクトルが付
着中走査される。こうした技法では、レーザー即ちＳＬ
Ｄ空洞への反射防止コーティングから、10-4程度の低い
反射率が得られる。
【００３７】ここでは超発光ダイオード、即ち高質単一
モード半導体レーザーの数実施例につき説明し例示した
が、多くの変更例及び変形は、当業者にとって明白であ
る。従って、例えば、埋込異種構造デバイスの好適な材
料は、近赤外で放出するという理由からガリウム，アル
ミニウム，砒化物を用いることであるが、光を他の波長
範囲で得るために、他の半導体を使用できることは明ら
かである。例えば、Ｉn Ｇa Ａs Ｐ等も使用できる。
モード半導体レーザーの数実施例につき説明し例示した
が、多くの変更例及び変形は、当業者にとって明白であ
る。従って、例えば、埋込異種構造デバイスの好適な材
料は、近赤外で放出するという理由からガリウム，アル
ミニウム，砒化物を用いることであるが、光を他の波長
範囲で得るために、他の半導体を使用できることは明ら
かである。例えば、Ｉn Ｇa Ａs Ｐ等も使用できる。
【００３８】活性ゲイン層Ｇから離れた吸収媒体の端部
に反射防止コーティングＡＲ及び／または窓Ｗを設ける
代りに、他の手段を用いて反射を最小限に抑え、それに
よりレージング活性が顕著となるスレスホールドを高め
るようにしてもよい。例えば、低屈折率層間に設けられ
る吸収媒体の導波管状構造物をデバイスの背面に整合さ
せないようにする。こうした構成では、背面に到達する
放射は、大部分デバイスの外部に伝達され、即ちゲイン
媒体の長手に沿って後方に反射されるより寧ろ囲繞遮断
媒体内に反射される。ＳＬＤのこのような構造は、1987
年 2月 9〜12日、ニューメキシコ州アルバクアークーで
アメリカ光学協会とＩＥＥＥのレーザー及び電子光学協
会の主催により行なわれたサウスウエスト・オプティク
ス‘87会議におけるＪ. Ｎiesen ，Ｐ. Ｈ. Ｐayton ，
Ｃ. Ｂ. Ｍorrison ，Ｌ. Ｍ．Ｚinkiewicz の論文ＴＵ
Ｃ−２「高パワー 0.83mアングルストライプ超発光ダイ
オード」に記述されている。
に反射防止コーティングＡＲ及び／または窓Ｗを設ける
代りに、他の手段を用いて反射を最小限に抑え、それに
よりレージング活性が顕著となるスレスホールドを高め
るようにしてもよい。例えば、低屈折率層間に設けられ
る吸収媒体の導波管状構造物をデバイスの背面に整合さ
せないようにする。こうした構成では、背面に到達する
放射は、大部分デバイスの外部に伝達され、即ちゲイン
媒体の長手に沿って後方に反射されるより寧ろ囲繞遮断
媒体内に反射される。ＳＬＤのこのような構造は、1987
年 2月 9〜12日、ニューメキシコ州アルバクアークーで
アメリカ光学協会とＩＥＥＥのレーザー及び電子光学協
会の主催により行なわれたサウスウエスト・オプティク
ス‘87会議におけるＪ. Ｎiesen ，Ｐ. Ｈ. Ｐayton ，
Ｃ. Ｂ. Ｍorrison ，Ｌ. Ｍ．Ｚinkiewicz の論文ＴＵ
Ｃ−２「高パワー 0.83mアングルストライプ超発光ダイ
オード」に記述されている。
【００３９】出力光を光ファイバーに接続する多種多様
の特殊構造の配置構成及び装備も使用できる。従って、
本発明は、特許請求の範囲内において詳述した以外の方
法でも実施できる。
の特殊構造の配置構成及び装備も使用できる。従って、
本発明は、特許請求の範囲内において詳述した以外の方
法でも実施できる。
【図１】内部構造を示すために一部を破断した超発光ダ
イオードの構造の概略斜視図。
イオードの構造の概略斜視図。
【図２】かかる超発光ダイオードの光軸に沿った特徴部
の概略図。
の概略図。
【図３】別実施例における超発光ダイオードの図２相当
の概略図。
の概略図。
【図４】別実施例における超発光ダイオードの光軸に沿
った概略図。
った概略図。
【図５】特に単一モードのレーザーの用途に適する構造
物の光軸に沿った概略図。
物の光軸に沿った概略図。
【図６】超発光ダイオードの一実施例における供給電流
を関数とした出力パワーのグラフ。
を関数とした出力パワーのグラフ。
【図７】超発光ダイオードの一実施例における波長を関
数とした大凡のパワー分布を示すグラフ。
数とした大凡のパワー分布を示すグラフ。
【図８】本発明のデバイスが、単一モードレーザーとし
て作動されるときの波長を関数としたパワーのグラフ。
て作動されるときの波長を関数としたパワーのグラフ。
１２ 出力端 １４ クラッディング層 １７ クラッディング層 １８ 金属ストリップ １９ 電流遮断層 ２１ 電流遮断層 ２３ 金属ストリップ Ａ 吸収体の層 ＡＲ 反射防止コーティング Ｇ 活性ゲイン層 Ｗ 窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カム イン ラウ アメリカ合衆国，91214 カリフォルニ ア州，グレンデイル，ファーンツリー ドライブ 3909 (72)発明者 ナダヴ バー−ハイム アメリカ合衆国，91030 カリフォルニ ア州，サウス パサデナ，フレッチャー アベニュー 1975 (72)発明者 イスラエル ユリィ アメリカ合衆国，90036 カリフォルニ ア州，ロサンゼルス，ノース デトロイ ト ストリート 410 (56)参考文献 特開 昭52−80791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−192093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−182881（ＪＰ，Ａ) 米国特許4563765（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- 【請求項１】 出力端及び非出力端を有する細長いゲイ
ン媒体層と、 出力端に近い前記ゲイン媒体の一部分のみをポンピング
して、ポンピング部分における放射の誘導放出を行ない
且つ光吸収媒体として前記ゲイン媒体の出力バランスを
保つための手段と、 光を内部に案内するために、前記ゲイン媒体の各側縁に
沿って設けられた該ゲイン媒体より低い屈折率を有する
媒体と、 前記出力端における窓と、 前記出力端における反射防止コーティングとから成り、 前記ゲイン媒体の非ポンピング部分と前記窓との間に、
前記ゲイン媒体の非ポンピング部分とは別の非ポンピン
グ部分を具備させ、この別の非ポンピング部分を前記非
ポンピング部分より短くしてある埋込異種構造の超発光
ダイオード。
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|---|---|---|---|
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| US078,367 | 1987-07-27 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18793588A Division JP2786636B2 (ja) | 1987-07-27 | 1988-07-27 | 埋込異種構造の超発光ダイオード |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11019986A Division JPH11266061A (ja) | 1987-07-27 | 1999-01-28 | 埋込異種構造の超発光ダイオ―ドのパワ―制御の方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163579A JPH10163579A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3136337B2 true JP3136337B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=22143603
Family Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP18793588A Expired - Lifetime JP2786636B2 (ja) | 1987-07-27 | 1988-07-27 | 埋込異種構造の超発光ダイオード |
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| JP11019986A Pending JPH11266061A (ja) | 1987-07-27 | 1999-01-28 | 埋込異種構造の超発光ダイオ―ドのパワ―制御の方法 |
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| JP18793588A Expired - Lifetime JP2786636B2 (ja) | 1987-07-27 | 1988-07-27 | 埋込異種構造の超発光ダイオード |
Family Applications After (1)
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|---|---|---|---|
| JP11019986A Pending JPH11266061A (ja) | 1987-07-27 | 1999-01-28 | 埋込異種構造の超発光ダイオ―ドのパワ―制御の方法 |
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-
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- 1987-07-27 US US07/078,367 patent/US4764934A/en not_active Expired - Lifetime
-
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-
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-
1999
- 1999-01-28 JP JP11019986A patent/JPH11266061A/ja active Pending
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