JP5529151B2 - 端面発光型半導体レーザ - Google Patents
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Description
本発明は、端面発光型半導体レーザに関し、より詳細には、ブロードストライプレーザに関する。
本特許出願は、独国特許出願第１０２００８０５８４３５．５号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
高い出力を有するレーザダイオードは、原理的にはいわゆるブロードストライプレーザとして製造される。この場合、光電場の増幅は、例えば量子井戸構造を含んでいる活性層において行われる。半導体レーザの活性層は、一般には、レーザモードが伝搬することのできる導波路層に埋め込まれている。半導体レーザの性能は、端面領域におけるレーザモードのパワー密度によって制限される。側端面におけるピーク電場強度が過度に高いと、半導体材料が溶融して半導体レーザが壊れる。レーザのこの損傷は、ＣＯＭＤ（Catastrophic Optical Mirror Damage）と称される。
活性層の横方向範囲が大きいことによって、臨界パワー密度を超えることなく、端面発光型レーザから高い光出力を取り出すことができる。しかしながら、活性層が広くなるにつれ、導波路内で、広くなった方向に増幅され得る横モードの数も増大し、結果として、取り出されるレーザ放射のビーム品質が低下する。
半導体レーザのほとんどの用途では、基本横モード（シングルモードレーザ）における動作が望ましく、なぜなら、基本横モードの強度プロファイルでは、ビーム成形と、特に、光導波路へのレーザ放射の送り込みとが容易になるためである。さらに、この場合には半導体レーザの最大出力を高めることができ、なぜなら、基本モードでは、はっきりした強度ピークが一般に存在しないためである。
望ましい基本横モードが半導体レーザの導波路中で増幅されるとき、半導体材料の増幅は、局所的に、特に、導波路の中央領域において選択的に減少する。これに対して、導波路の縁部領域においては、増幅は依然として高いままである。この増幅は、高次モードが発振を開始するのに十分であり得る。ブロードストライプレーザに関する実験的研究によると、放出される放射の強度分布は、活性ゾーンの外側領域において出力が増大する傾向がある。この観察結果は、導波路の外側領域において大きく増幅される高次モードが重なり合うためとして説明できる。
半導体ブロードストライプレーザにおいてレーザモードを成形するための一方法は、特許文献１に記載されているように、いわゆる位相構造（phase structures）を導入することである。
本発明の目的は、特に基本横モードでの動作時における高いビーム品質を特徴とする、改良された端面発光型半導体レーザを開示することである。
この目的は、請求項１による端面発光型半導体レーザによって達成される。従属請求項は、本発明の有利な構造形態および発展形態に関連する。
一実施形態によると、端面発光型半導体レーザ（好ましくはブロードストライプレーザである）は、導波路領域を有する半導体ボディを含んでいる。導波路領域は、下部クラッド層と、下部導波路層と、レーザ放射を発生させる活性層と、上部導波路層と、上部クラッド層と、からなる積層体、を含んでいることが好ましい。下部クラッド層および上部クラッド層は、活性層が埋め込まれている導波路層よりも低い屈折率を有することが有利である。このようにすることで達成されることとして、レーザが、活性層が埋め込まれている導波路層から形成される導波路コアの中を実質的に導かれる。
導波路領域は、モードを選択するための少なくとも１つの構造化された領域を有することが有利である。この構造化領域は、レーザ放射の基本横モードに生じる損失が高次レーザモードの放射よりも小さいように、構造化されている。構造化領域に起因して、導波路領域中を伝搬するレーザ放射に局所的な損失が生じ、この場合、構造化領域は、高次レーザモードが基本横モードよりも大きく減衰するように形成されている。このようにすることで達成できることとして、特に、半導体レーザの動作時、基本横モードのみが発振を開始する。
レーザ放射の高次モードが抑制され、好ましくは基本横モードのみが発振を開始することによって、端面発光型半導体レーザの高いビーム品質が得られる。特に、基本横モードのビームプロファイルは、光学素子によるビーム成形、特に、光ファイバに高い効率で送り込むうえで非常に適している。さらには、このようにすることで、放射が取り出される半導体レーザの側端面における強度ピークが減少し、したがって、この半導体レーザでは高い出力を得ることができる。
少なくとも１つの構造化領域は、上部導波路層および上部クラッド層のみに形成されていることが好ましい。特に、構造化領域は、端面発光型半導体レーザの活性層の中までは達しておらず、活性層は、例えば単一量子井戸構造または多重量子井戸構造として形成されている。
少なくとも１つの構造化領域は、上部クラッド層のみに形成されていることが特に好ましい。この構造は、次の事実を利用している。すなわち、レーザ放射は、導波路層から形成されており活性層が埋め込まれている導波路コアの中を実質的に伝搬するが、導波路層とクラッド層との間の有限の屈折率変化（finite refractive index jump）に起因して、モードプロファイル（mode profile）の少なくとも一部がクラッド層の中に伝搬する。結果として、上部クラッド層における構造によって、高次レーザモードが発振を開始することを阻止する損失を所望の様式でレーザモードに生じさせることができる。しかしながら、全体としては、上部クラッド層における構造化領域によるレーザ放射の減衰は小さく、これは有利であり、したがって、この端面発光型半導体レーザにおいては比較的高い出力を得ることができる。
好ましい一実施形態においては、構造化領域は、半導体ボディの上面から導波路領域の中に延在している少なくとも１本の溝を備えている。この少なくとも１本の溝は、導波路領域の上部クラッド層のみに形成されていることが好ましく、すなわち、溝の深さは上部クラッド層の厚さを超えない。少なくとも１本の溝の深さは、溝の最深部より下に残る上部クラッド）層が３００ｎｍ未満であるように選択されることが好ましい。
少なくとも１本の溝は、５００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の深さを有することが好ましい。少なくとも１本の溝の幅は、１μｍ〜４μｍの範囲内（両端値を含む）であることが好ましい。少なくとも１本の溝は、例えば、導波路領域、特に上部クラッド層の半導体材料におけるエッチング工程によって形成することができる。
少なくとも１本の溝は、半導体レーザの側端面に平行に延在していることが好ましい。したがって、レーザ放射は、導波路領域中を伝搬するときに少なくとも１本の溝に垂直に入射することが好ましい。レーザ放射には、溝を横断するとき散乱損失が生じ、この損失は、溝の第１の側壁において溝の中に入るときと、溝の第２の側壁において溝から出るときに発生する。溝を通過するときにレーザ放射が減衰する割合は、１０％未満、好ましくは５％未満であることが有利である。一例として、溝を横断するとき約２％の損失が生じうる。溝を横断するときにレーザ放射に生じる損失の大きさは、特に、溝の形状および深さと、溝の数（複数の溝の場合）とに依存する。
有利な一構造形態においては、少なくとも１本の溝は、導波路領域の縁部領域から導波路領域の中央の方向に延在している。導波路領域の中央には溝が゛存在しないことが好ましい。このようにすることで達成できることとして、導波路領域の縁部領域中を伝搬する高次横レーザモードには、導波路領域の中央に最大強度を有する基本横モードよりも大きな損失が生じる。
さらなる有利な構造形態においては、多数の溝が、導波路領域の縁部領域から導波路領域の中央に、異なる長さで延在している。これらの溝は、導波路領域中を伝搬するレーザ放射が通過する溝の数が、導波路の縁部領域から中央領域に向かって減少していくように配置されていることが好ましい。このようにすることで達成できることとして、縁部領域における溝の数が多いことによって、導波路領域の縁部領域に高い強度を有する高次レーザモードには、導波路領域の中央に最大強度が位置する基本横モードよりも大きな損失が生じる。特に、導波路領域の中央領域には溝が存在しないようにすることができる。
さらなる有利な構造形態においては、少なくとも１本の溝は、変化する深さを有する。この場合、溝の深さは、導波路領域の縁部領域から中央領域に向かって小さくなっている。一例として、両側に、１本または複数の溝を導波路領域の中央から導波路領域の縁部領域の方に延在させることができ、この場合、溝の深さは、内側から外側に向かって大きくなっている。伝搬するレーザ放射が少なくとも１本の溝を横断するときに生じる損失は、溝の深さが大きいほど増大するため、少なくとも１本の溝の深さを設定することによって、損失の大きさを局所的に変化させることができる。少なくとも１本の溝の深さを、導波路領域の外側領域において導波路領域の中央と比較して大きくすることによって、高次レーザモードに基本横モードよりも大きな損失が生じる。
さらなる構造形態においては、少なくとも１本の溝は、変化する形状を有する側壁を有する。側壁の形状は、溝の長手方向に変化していることが好ましい。特に、側壁は、変化する勾配（steepness）を有することができる。側壁の勾配は、導波路領域の縁部領域から中央領域に向かって減少していくことが好ましい。このようにすることで達成できることとして、縁部領域の勾配の大きい側壁における高次レーザモードに、導波路領域の中央領域における基本横モードよりも大きな損失が生じる。
導波路領域に導入される溝によって、特に、溝の数、形状、および深さによって、損失を局所的に変化させる上述したいくつかの方法は、互いに組み合わせることもできる。一例として、溝の数および深さの両方を、導波路領域の縁部領域から導波路領域の中央領域に向かって小さくすることができる。あるいは、一例として、溝の側壁の勾配および深さを、導波路領域の中央領域から縁部領域に向かって大きくすることができる。したがって、レーザモードの減衰を、導波路領域の幅全体にわたり所望の様式に設定することが可能であり、このようにすることで、端面発光型半導体レーザが基本横モードにおいてのみ発振を開始するように、高次レーザモードの損失を大きくすることが可能である。
以下では、本発明について、図１〜図５を参照しながら例示的な実施形態に基づいてさらに詳しく説明する。
図面において、同じ要素または機能が同じ要素には、同じ参照数字を付してある。要素は概略的に示してあり、要素の互いの大きさの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。
図１Ａおよび図１Ｂは、端面発光型半導体レーザの第１の例示的な実施形態を示している。図１Ａは、図１Ｂに示した平面図の線Ａ−Ｂに沿った断面図を示している。
端面発光型半導体レーザは、導波路領域２を含んでいる半導体ボディ１を有する。導波路領域２は、下部導波路層４ａおよび上部導波路層４ｂを備えており、これらの層の間には、レーザ放射を発生させるために設けられている活性層５が配置されている。
端面発光型半導体レーザの活性層５は、特に、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造とすることができる。
活性層５が間に埋め込まれている導波路層４ａ，４ｂは、導波路コア８を形成している。導波路コア８は、下部クラッド層３ａと、半導体ボディ１の成長方向に導波路コア８の後ろに位置する上部クラッド層３ｂとの間に配置されている。下部クラッド層は、基板１０に面する、半導体ボディ１の側に配置されており、上部クラッド層３ｂは、基板１０から見て活性層５とは反対側の、半導体ボディ１の側に配置されている。
半導体ボディ１の基板１０と下部クラッド層３ａとの間に、１層または複数層の中間層１３を配置することができる。端面発光型半導体レーザとの電気接続は、例えば、活性層５とは反対側の、基板１０の裏面における第１の電気コンタクト層１１と、基板１０とは反対側の、半導体ボディ１の上面における第２の電気コンタクト層１２とによって、形成されている。上部クラッド層３ｂと電気コンタクト層１２との間には、１層または複数層のさらなる中間層（図示していない）を配置することができる。
クラッド層３ａ，３ｂは、導波路層４ａ，４ｂよりも低い屈折率を有することが有利であり、その結果として、横方向に伝搬するレーザ放射が実質的に導波路コア８の中を導かれる。しかしながら、導波路層４ａ，４ｂとクラッド層３ａ，３ｂとの間の屈折の有限の差（finite difference）に起因して、レーザモードの少なくとも一部分はクラッド層３ａ，３ｂの中にも伝搬する。したがって、導波路領域２の中を伝搬するレーザモードを、クラッド層３ａ，３ｂの特性の変化によってコントロールすることが可能である。
図示した例示的な実施形態においては、導波路領域２は、半導体ボディ１の側端面９の近傍に配置されている構造化領域６を有する。構造化領域６それぞれは、上部クラッド層３ｂのみに形成されている。
構造化領域６それぞれは、半導体ボディ１の上面から上部クラッド層３ｂの中に延在している複数の溝７を備えている。溝７は、上部クラッド層３ｂのうち第２のコンタクト層１２が形成されない領域に位置している。しかしながら、これに代えて、１本または複数の溝を第２のコンタクト層１２の下に配置することも可能である。
溝は、５００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の深さを有することが好ましい。これらの溝は、溝の最深部より下に残る上部クラッド層が３００ｎｍ未満であるような深さとして、上部クラッド層の中に延在していることが好ましい。一例として、上部クラッド層の厚さが１０００ｎｍであるならば、溝の深さは少なくとも７００ｎｍとするべきである。
溝の幅は、１μｍ〜４μｍの範囲内（両端値を含む）（例えば２μｍ）であることが好ましい。
溝７は、上部クラッド層３ｂの層面に平行に、かつ好ましくは半導体ボディ１の側端面９に平行に延在している。特に、溝７は、互いに平行に、かつ半導体チップ１の長手方向の面に垂直に延在している。溝７は、周期的に、特に、互いに同じ距離を隔てて配置することができる。
溝は、上部クラッド層３ｂの縁部領域から、特に、半導体チップ１の長手方向の面から、上部クラッド層３ｂの中央の方向に延在している。この場合、溝は、上部クラッド層３ｂに、異なる長さで延在している。
図１Ｂの平面図から明らかであるように、溝は、上部クラッド層３ｂの中央まで延在していることができ、例えば、半導体ボディ１の側端面９からの距離が小さい溝ほど、中央部近くまで延在している。この場合、溝７の横方向範囲は、例えば段階的に変化させることができる。溝７を有する２つの構造化領域６は、半導体ボディ１の両側に対称に配置されていることが好ましい。この場合、導波路領域２の中央には溝７が存在してない。
このような溝７の配置によって達成されることとして、導波路領域２の中を伝搬するとき、基本横モードに生じる損失は高次レーザモードより小さい。その理由として、少なくとも一部がクラッド層３ｂを伝搬するレーザ放射は、導波路領域２の中央よりも縁部領域においてより多くの数の溝７を横断しなければならず、結果として、高次レーザモードに比較的大きな損失が生じるためである。溝７の側壁では、異なる層の導波路を接合した（butt coupling）場合と同様に、散乱損失が生じる。この場合、電界のエネルギの一部が導波路領域から非導波路領域の中に入る。
対照的に、導波路領域２の中央に最大強度を有する基本横モードに対しては、溝７の影響は小さい。
循環レーザモード（circulating laser mode）が、構造化領域６を横断するときに生じる損失は、特に、溝７の空間的配置および数によって影響され得る。さらには、特に、溝７の深さおよび側壁の形状も、溝を横断するときのレーザモードのエネルギ損失に影響する。溝を横断するときのエネルギ損失は、実質的にレーザ放射の散乱によって生じる。溝７は、レーザ放射に対して吸収性である材料によって満たされていないことが好ましい。特に、溝７は固体材料を含んでおらず、例えば空気を含んでいることができる。導波路中を伝搬するモードは、吸収性の構造によっても影響され得るが、吸収性の小さい構造は、半導体ボディ１に入る熱が小さいという利点を有する。
溝７は、特にエッチング法によって、半導体ボディ１に形成することができる。この場合、フォトリソグラフィの公知の方法を使用して、所望の形状に構造化を行うことができる。
図２Ａ〜図２Ｄは、端面発光型半導体レーザの例示的な実施形態を製造する方法を、概略図としての中間ステップに基づいて示している。
図２Ａに示したように、最初に、端面発光型半導体レーザの半導体積層体を基板１０の上に成長させる。半導体積層体は、例えばＭＯＶＰＥによってエピタキシャル成長させることが好ましい。基板１０の上に、１層または複数層の中間層１３（例えばバッファ層）と、下部クラッド層３ａと、下部導波路層４ａと、活性層５と、上部導波路層４ｂと、上部クラッド層３ｂとを、連続的に堆積させる。導波路層４ａ，４ｂの間に囲まれている活性層５およびクラッド層３ａ，３ｂは、導波路領域２を形成している。
端面発光型半導体レーザの半導体積層体は、特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースとすることができる。端面発光型半導体レーザの波長に応じて、例えば、ヒ化物化合物半導体材料、リン化物化合物半導体材料、または窒化物化合物半導体材料を使用することができる。一例として、半導体積層体は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ、またはＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（いずれの場合も０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含んでいることができる。この場合、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、上の化学式の１つに従った数学的に正確な組成を有する必要はない。そうではなく、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、１種類または複数種類のドーパントと、材料の物理特性を実質的に変化させることのない追加の構成成分とを含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分をわずかな量のさらなる物質によって置き換えることができる。
この場合、材料の選択は、半導体レーザの望ましい放出波長に基づいて行う。基板１０は、半導体積層体（エピタキシャル成長させることが好ましい）に基づいて選択され、特に、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、またはシリコン基板とすることができる。
活性層５は、複数の個々の層、特に、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造から構成することができる。この場合、量子井戸構造という表現は、閉じ込めの結果として電荷キャリアにおいてエネルギ状態の量子化が起こる任意の構造を包含する。特に、量子井戸構造という表現は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せとが含まれる。
図２Ｂに示した中間ステップにおいては、上部クラッド層３ｂにエッチングされた溝７によって、導波路領域２に構造化領域６が形成されている。溝７は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示した例示的な実施形態の場合のように形成することができ、特に、半導体チップ１の側壁９に平行に、上部クラッド層３ｂの層面に延在させることができる。
図２Ｃに示したように、さらなる方法ステップにおいて、構造化領域６（例えば、溝７によって占有されている領域）に被覆１４を設けることができる。特に、導波路領域２に形成されている構造にパッシベーション層１４を形成することができる。パッシベーション層１４は、例えば、窒化ケイ素層とすることができる。図２Ｃに示したように、構造化領域６に形成される被覆１４は、例えば、溝７の底部および側壁がパッシベーション層１４によって覆われるように、溝７の少なくとも一部を満たしていることができる。
図２Ｄに示した方法ステップにおいては、半導体層とは反対側の、基板１０の裏面と、基板１０とは反対側の、半導体ボディ１の表面とに、コンタクトメタライゼーション１１，１２が形成されている。コンタクトメタライゼーション１１，１２は、例えば、金属または金属合金から形成されている。コンタクトメタライゼーションは、必ずしも独立した層でなくてもよく、複数の部分層（例えば、チタン、白金、金の積層体）から構成することもできる。
さらには、図２Ｄに示した方法ステップにおいては、半導体ボディ１の側端面９に被覆１５が形成されている。被覆１５は、特に、反射性を高める被覆（例えば誘電体ミラー）とすることができる。誘電体ミラーは、例えば、誘電体の多数の交互層を含んでいることができ、レーザ共振器が形成されるように半導体ボディの側端面における反射性を高める。
上部クラッド層３ｂにおける構造化領域６のさらなる例示的な実施形態は、図３Ａに平面図として、図３Ｂに、図３Ａの線Ｃ−Ｄに沿った断面図として、図３Ｃに、図３Ａの線Ｅ−Ｆに沿った断面図として、示してある。
図１に示した例示的な実施形態の場合と同様に、溝７は、半導体レーザの側端面９に平行に延在しており、この側端面には、反射性を高める被覆１５が設けられている。溝７は、上部クラッド層３ｂの縁部領域から上部クラッド層３ｂの中央に延在している。上部クラッド層３ｂの２つの対向する縁部領域それぞれに、例えば８本の溝７が、半導体ボディの縦軸線に対して対称に配置されており、これらの溝は、半導体ボディの縁部から半導体ボディの中央に、異なる長さで延在している。この場合、半導体レーザの側端面９に平行な方向における溝７の横方向範囲は、側端面９までの距離が小さいほど大きい。
図３Ｂは、半導体ボディの外側領域における線Ｃ−Ｄに沿った、上部クラッド層の断面を示している。この断面図は上部クラッド層３ｂのみを示しており、その下の半導体層は示していない。この断面図が示しているように、レーザ放射は、上部クラッド層の外側領域中を放出方向に伝搬するとき、複数の溝７を通らなければならない。
図３Ｃに示した、線Ｅ−Ｆに沿った断面図が示しているように、上部クラッド層の内側領域中を伝搬するときは、対照的に、レーザ放射は１本の溝７を通るのみでよい。図３Ａの平面図から明らかであるように、上部クラッド層３ｂの中央には溝７がまったく存在していない。上部クラッド層３ｂの中を伝搬するときレーザ放射が通らなければならない溝７の数が、導波路領域の縁部領域から中央に向かって減っていることによって、高次レーザモードには、放出方向に伝搬するとき、レーザ放射の基本横モードよりも大きな損失が生じる。レーザ放射の望ましいモードプロファイルが得られるように、溝７の数、横方向範囲、および深さを、例えばシミュレーション計算によって最適化することができる。
図４Ａ〜図４Ｄは、上部クラッド層３ｂにおける構造化領域６のさらなる例示的な実施形態を示している。ここまでに示した例示的な実施形態とは異なり、この例示的な実施形態においては、上部クラッド層３ｂに１本のみの溝７が形成されている。溝７は、上部クラッド層３ｂにおいて、半導体ボディの側端面９に平行に延在している。放出方向に垂直な方向における、レーザモードの損失を局所的に変化させる目的で、溝７の深さが、溝の長手方向に、すなわち、半導体レーザの側端面９に平行な方向に、変化している。
図４Ｂに示した、線Ｇ−Ｈに沿った断面図は、溝７が上部クラッド層の縁部領域においては比較的大きな深さを有することを示している。
対照的に、線Ｉ−Ｊに沿った図４Ｃの断面図は、溝７が、上部クラッド層３ｂの内側領域においては比較的小さな深さを有することを示している。
図４Ｄは、線Ｋ−Ｌに沿った、溝７の長手方向沿いの深さプロファイルを示している。溝の深さが上部クラッド層３ｂの中央から縁部領域に向かって大きくなっていることによって、レーザモードには、放出方向への伝搬時、上部クラッド層３ｂの中央におけるよりも縁部領域において大きな損失が生じる。ここまでの例示的な実施形態と同様に、このようにすることで、導波路領域の中央領域に最大強度を有する基本横モードの伝搬が促進される。特に、このようにすることで、半導体レーザのシングルモード動作を達成することができる。
溝７を形成するときのエッチング深さの局所的な変化は、例えば、適切に選択されたスパッタリングステップまたはエッチングステップにおけるフォトレジスト層への比例的な転写（proportional transfer）によってもたらすことができる。
図５Ａ〜図５Ｃは、上部クラッド層３ｂにおける構造化領域６のさらなる例示的な実施形態を示している。図５Ａの平面図から明らかであるように、前の例示的な実施形態と同様に、１本の溝７が、上部クラッド層３ｂにおいて、半導体レーザの側端面９に平行な方向に延在している。放出方向に伝搬するときのレーザモードに生じる損失を局所的に変化させる目的で、この例示的な実施形態においては、溝の深さが変化しているのではなく、側壁１６の形状が溝７の長手方向に沿って変化している。溝７の側壁１６の形状の局所的な変化は、電子ビームまたはレーザリソグラフィによる多段階露光によって、またはグレースケールマスクを使用して、変化する照射量を使用してフォトレジストを構造化することによって達成することができる。
図５Ｂに示した、線Ｍ−Ｎに沿った断面図は、溝７が上部クラッド層３ｂの外側領域においては長方形の断面プロファイルを有することを示している。
対照的に、上部クラッド層の内側領域においては、線Ｏ−Ｐに沿った図５Ｃの断面図が示しているように、溝７は角が丸みを帯びた断面プロファイルを有する。レーザモードには、上部クラッド層３ｂの外側領域における溝７の長方形の断面プロファイルを横断するときよりも、溝７の内側領域における丸みを帯びた断面プロファイルを横断するときの方が、生じる損失が小さい。ここまでの例示的な実施形態と同様に、このようにすることで達成できることとして、高次レーザモードには、放出方向に伝搬するとき、上部クラッド層３ｂの内側領域に最大強度を有する基本横モードよりも大きな損失が生じる。
溝の数、溝の深さ、または溝の側壁の形状を局所的に変化させることによってレーザモードの損失を局所的に変化させる上述したいくつかの方法は、当然ながら、互いに組み合わせることができる。
溝を形成する代わりに、上部クラッド層にドーパントを選択的に導入することによっても、損失を局所的に変えることができる。この場合、一例として、導入するドーパントの濃度を、上部クラッド層の中央領域から縁部領域に向かって高くすることができる。したがって、追加的に導入されたドーパントにおける吸収もしくは散乱またはその両方の結果として、レーザモードは、導波路領域の中央領域よりも縁部領域において大きく減衰する。
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
１ 半導体ボディ
２ 導波路領域
３ａ 下部クラッド層
３ｂ 上部クラッド層
４ａ 下部導波路層
４ｂ 上部導波路層
５ 活性層
６ 構造化領域
７ 溝
８ 導波路コア
９ 側端面
１０ 基板
１１ コンタクト層
１２ コンタクト層
１３ 中間層
１４ 被覆
１５ 被覆
１６ 側壁
２ 導波路領域
３ａ 下部クラッド層
３ｂ 上部クラッド層
４ａ 下部導波路層
４ｂ 上部導波路層
５ 活性層
６ 構造化領域
７ 溝
８ 導波路コア
９ 側端面
１０ 基板
１１ コンタクト層
１２ コンタクト層
１３ 中間層
１４ 被覆
１５ 被覆
１６ 側壁
Claims (13)
- 導波路領域（２）を有する半導体ボディ（１）を備えている端面発光型半導体レーザであって、
− 前記導波路領域（２）が、下部クラッド層（３ａ）と、下部導波路層（４ａ）と、レーザ放射を発生させる活性層（５）と、上部導波路層（４ｂ）と、上部クラッド層（３ｂ）と、を有し、
− 前記導波路領域（２）が、モードを選択するための少なくとも１つの構造化領域（６）を有し、前記構造化領域（６）においては、前記レーザ放射の基本横モードに、高次レーザモードの放射よりも小さい損失が生じ、
− 前記少なくとも１つの構造化領域（６）が、前記半導体ボディ（１）の上面から前記上部クラッド層（３ｂ）の中に延在している少なくとも１本の溝（７）、を備えており、
− 前記少なくとも１本の溝（７）が、前記溝（７）の最深部より下に残る前記上部クラッド層（３ｂ）が３００ｎｍを超えないような深さ、を有し、
前記少なくとも１本の溝（７）が、変化する深さを有し、前記深さが前記導波路領域（２）の縁部領域から前記導波路領域（２）の中央領域に向かって小さくなっている、
端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）の前記深さが、前記上部クラッド層（３ｂ）の厚さより大きくない、
請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１つの構造化領域（６）が前記上部クラッド層（３ｂ）のみに形成されている、
請求項１または請求項２に記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）が、５００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内の深さを有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）が、１μｍ〜４μｍの範囲内の幅を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）が、前記半導体レーザの側端面（９）に平行に延在している、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）が、前記導波路領域（２）の縁部領域から前記導波路領域（２）の中央の方向に延在している、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 多数の溝（７）が、前記導波路領域（２）の縁部領域から前記導波路領域（２）の中央に、異なる長さで延在している、
請求項７に記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記導波路領域（２）の中を伝搬する前記レーザ放射が通過する前記溝（７）の数が、前記導波路領域（２）の縁部領域から中央領域に向かって減少している、
請求項８に記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記導波路領域（２）の中央領域に溝（７）が存在していない、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記少なくとも１本の溝（７）が、変化する形状を有する側壁を有する、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記側壁が、変化する勾配を有する、
請求項１１に記載の端面発光型半導体レーザ。 - 前記勾配が、前記導波路領域（２）の縁部領域から前記導波路領域（２）の中央領域に向かって減少していく、
請求項１２に記載の端面発光型半導体レーザ。
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