JP6002213B2

JP6002213B2 - 端面発光型半導体レーザ

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Publication number: JP6002213B2
Application number: JP2014514093A
Authority: JP
Inventors: ハンスリンドベルグ
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: US20140133505A1; DE102011103952B4; US8995491B2; WO2012168437A1; JP2014516211A; DE102011103952A1

Description

本発明は、端面発光型半導体レーザに関する。

関連出願

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１１０３９５２．３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明細書に組み込まれている。

半導体レーザの発光波長は、一般的には温度に依存する。これは、特に、使用される半導体材料の電子バンドギャップの温度依存性に基づく。一般的には望ましくない発光波長の温度依存性を低減する目的で、従来の半導体レーザにおいては、例えば、パッシブ冷却型またはアクティブ冷却型のヒートシンクによる温度の安定化が行われる。

これに代えて、またはこれに加えて、例えばＤＦＢレーザまたはＤＢＲレーザにおいては、空間的に変化する屈折率を有する構造が使用される。このような構造によって、波長の温度依存性を減少させることができるが、一般的には要求される製造コストが増大する。

本発明の目的は、発光波長の温度依存性が低減した、もしくは意図的に設定できる、またはその両方であることを特徴とし、比較的低い製造コストによって製造できる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、特許請求項１の特徴を備えた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する。

一構造形態によると、端面発光型半導体レーザは、レーザ放射を生成する活性層が埋め込まれている第１の導波路層と、活性層が埋め込まれていない第２の導波路層とを備えている。言い換えれば、端面発光型半導体レーザは、活性層が埋め込まれた第１の導波路層によって形成されているアクティブ導波路と、第２の導波路層によって形成されているパッシブ導波路とを含んでいる。

一構造形態によると、第１の導波路層は、第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に配置されており、第２の導波路層は、第２のクラッド層と第３のクラッド層との間に配置されている。したがって、第１の導波路層および第２の導波路層は、垂直方向に重なり合うように配置されており、第２のクラッド層によって互いに隔てられている。

活性層において生成されるレーザ放射は、半導体レーザの側端面によって形成されるレーザ共振器内で定在波を形成し、これは有利である。定在波は、半導体レーザのビーム方向における周期的な間隔において、第１の導波路層における極大強度および第２の導波路層における対応する極小強度と、第１の導波路層における極小強度および第２の導波路層における対応する極大強度とを有する。

したがって、半導体レーザにおいては、導波路層に沿って伝搬するレーザ放射が第１の導波路層において高い強度となりおよび第２の導波路層において低い強度となる周期的に配置された領域と、これらの間に配置されており、レーザ放射が第２の導波路層において高い強度となりおよび第１の導波路層において低い強度となる領域とが存在する。このことは、隣接する導波路層内を伝搬するレーザ放射が、部分的もしくは完全に、一方の導波路から他方の導波路に結合しうる（couple over）ことに基づく。したがって、第１の導波路層と第２の導波路層は、互いに光学的に結合される。シミュレーション計算によると、第１の導波路層と第２の導波路層を備えている導波路構造では、導波路構造がわずかに異なる２つの有効屈折率を有するので２つのレーザモードの伝搬が可能であり、したがって２つのレーザモードが異なる速度で伝搬することが示された。伝搬することのできる２つのモードの電磁界を重ね合わせると、ビーム方向における周期的な強度プロファイルにつながり、その強度プロファイルは、一方の導波路層における極大と他方の導波路層における対応する極小とが交互に現れる。

定在波の周期長Γに関して、Γ＝λ／（ｎ_１−ｎ_２）が成り立ち、式中、λはレーザ放射の波長であり、ｎ_１およびｎ_２は２つの重ね合わされるレーザモードの有効屈折率である。定在波の周期長Γは、一般的にはレーザ放射の波長λよりも大幅に大きい。一例として、波長λ＝９５０ｎｍ、有効屈折率ｎ_１＝３．４１２０およびｎ_２＝３．３８２４の場合、周期長Γ＝３２μｍとなる。

一構造形態によると、端面発光型半導体レーザの表面に、少なくとも局部的に周期的なコンタクト構造が配置されている。このコンタクト構造の周期長は、定在波の周期長に等しい。周期的コンタクト構造は、特に、周期的な一連のコンタクト領域とそれらの間に位置している開口部とを有する。端面発光型半導体レーザの半導体積層体に周期的コンタクト構造によって電流が印加されると、コンタクト領域の下の領域において活性層が電気的にポンピングされ、したがってこの領域に光増幅が存在する。それに対して、活性層の領域のうち、コンタクト領域の間に配置されている開口部の下に位置する領域は、吸収性である。したがって、周期的コンタクト構造によって、活性層における周期的な増幅および吸収のプロファイルが形成される。定在波の周期長は半導体レーザの発光波長に依存するため、定在波の周期長は、コンタクト構造の所定の周期長の場合、特定の発光波長においてのみコンタクト構造の周期長に対応する。コンタクト構造によって形成される増幅プロファイルに周期長が対応する定在波が生じるのは、この発光波長に対してのみであり、したがって、コンタクト構造の周期長によって定義されるこの発光波長のみが増幅される。したがって、このようにして達成されることとして、半導体レーザは、コンタクト構造の周期長によって設定される発光波長を有する。

本明細書に記載されている半導体レーザの場合、従来の半導体レーザと比較して、活性層の材料の電子バンドギャップが温度に依存して変化することによる、特に発光波長の温度依存性が、低減する。これは、発光波長がコンタクト構造の周期長に依存し、したがって所定のコンタクト構造によって固定されていることに基づく。

伝搬することのできるレーザモードの有効屈折率は温度に依存するため、定在波の周期も温度に依存し、これにより発光波長が温度依存性を持つことになる。定在波の周期は、レーザモードの有効屈折率の間の差に依存し、異なる熱光学係数を有する材料を導波路層に使用することができるため、発光波長の温度依存性の絶対値および符号を意図的に設定することが可能である。

好ましい一構造形態においては、半導体レーザの発光波長は、実質的に温度に依存しない。特に、半導体レーザの発光波長λは、±０．０５ｎｍ／Ｋ未満の温度依存性Δλ／ΔＴを有することができる。

この目的に適する、第１の導波路層の材料および第２の導波路層の材料の組合せは、特に、シミュレーション計算によって決定することができる。一例として、第１の導波路層もしくは第２の導波路層またはその両方の異なる材料パラメータの場合の発光波長の関数として定在波の周期を計算するシミュレーション計算を行う。一例として、第１の導波路層もしくは第２の導波路層またはその両方は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを有する構成とし得、例えば第２の導波路層のアルミニウム含有量ｘをシミュレーション計算において変化させる。例えば、第２の導波路層のアルミニウム含有量ｘを変化させることによって、温度にともなって所定量だけ増大する発光波長を設定でき、実質的に温度とは独立した発光波長を設定でき、または温度が上昇するにともなって所定量だけ減少する発光波長を設定できることが判明した。

一構造形態においては、半導体レーザの発光波長は、温度が上昇するにつれて減少する。半導体レーザの代替の構造形態においては、発光波長は、温度が上昇するにつれて増大する。

周期的コンタクト構造は、コンタクト領域とその間に配置されている開口部とを有することが好ましい。半導体レーザのビーム方向における、コンタクト領域およびその間に配置されている開口部の幅は、それぞれ周期長の１／２であることが好ましい。したがって、１周期の中では、半導体レーザの表面の半分がコンタクト領域によって覆われており、残りの半分はコンタクト領域によって覆われていない。

有利な一構造形態においては、半導体レーザの少なくとも一方の側端面が縁部コンタクト領域に隣接しており、縁部コンタクト領域の幅は、周期的コンタクト構造のそれ以外のコンタクト領域の幅の大きさの１／２である。したがって、縁部コンタクト領域の幅は、定在波の波長の１／４であることが好ましい。

この構造形態においては、レーザ放射は、側端面において、活性層が埋め込まれている第１の導波路層における極大強度を有する。この側端面は、例えば半導体レーザの放射取り出し領域である。したがって、この構造形態では、側端面において放出される放射は第１の導波路層の領域において放出される。

さらなる構造形態においては、半導体レーザの少なくとも一方の側端面が縁部開口部に隣接しており、縁部開口部の幅は、周期的コンタクト構造の開口部の幅の大きさの１／２である。したがって、縁部開口部の幅は、定在波の波長の１／４であることが好ましい。この構造形態においては、レーザ放射は、側端面において、第２の導波路層における極大強度を有する。側端面は、例えば、半導体レーザの放射取り出し領域である。この構造形態においては、レーザ放射は、第２の導波路層の領域において半導体レーザから取り出される。

さらには、コンタクト構造が少なくとも１つの非周期的領域を有することも可能である。特に、少なくとも１つの非周期的領域は、半導体レーザの側端面に隣接していてもよい。非周期的領域に隣接している半導体レーザの側端面は、放射取り出し領域とは反対側に位置していることが好ましい。この場合、放射取り出し領域として設けられている半導体レーザの側端面は、コンタクト構造の周期的領域に隣接していることが好ましく、したがって上述したように、コンタクト構造の実施形態によって、レーザ放射が第１の導波路層の領域における側端面において半導体レーザから取り出されるのか、第２の導波路層の領域における側端面において半導体レーザから取り出されるのかを決めることが可能となる。

さらなる構造形態においては、コンタクト構造は第１の周期的領域および第２の周期的領域を有し、これらの周期的領域はビーム方向において互いにずれた状態に配置されており、第１の周期的領域および第２の周期的領域は互いに電気的に絶縁されており、第１の周期的領域および第２の周期的領域との接触を個別に形成することができる。第１の周期的領域および第２の周期的領域は、例えば同じ周期を有する。好ましくは、第１の周期的領域および第２の周期的領域は、第１の周期的コンタクト構造が、半導体レーザの側端面に隣接するコンタクト領域を有し、このコンタクト領域の幅が、残りの周期的に配置されたコンタクト領域の幅の大きさの１／２であるように、配置されている。第２の周期的コンタクト構造は、半導体レーザの側端面に隣接する開口部を有することが好ましく、この開口部の幅は残りの開口部の幅の大きさの１／２である。半導体レーザのこの構造形態においては、第１の周期的コンタクト構造領域のみとの電気的接触が形成される場合、レーザ放射は第１の導波路層の領域において側端面において取り出される。第２の周期的コンタクト構造領域のみとの電気的接触が形成される場合、レーザ放射は第２の導波路層の領域において側端面において取り出される。したがって、オプションとして第１または第２の周期的コンタクト構造領域との接触を形成することによって、半導体レーザからレーザ放射が取り出される側端面の位置を決めることが可能である。

さらなる有利な構造形態においては、コンタクト構造は、複数の異なる発光波長を生成するための、異なる周期を有する複数の周期的部分領域を有する。

複数の周期的部分領域は、例えばビーム方向とは垂直に延びる方向において互いに隔てられている。この場合、半導体レーザは、特に、複数の相互にずれた放出領域を有するレーザバー（laser bar）であり、異なる周期を有することのできる周期的コンタクト構造によって、放出領域それぞれとの接触が形成されている。

これに代えて、複数の周期的部分領域がビーム方向に垂直に延びる方向において互いに隣接していてもよい。この場合、複数の放出領域の放出ビームプロファイルは互いに重なり合っており、したがって、個々の周期的コンタクト構造の場合よりも大きいスペクトル帯域幅によってレーザビームが放出される。

さらなる有利な構造形態においては、複数の周期的部分領域は、ビーム方向において少なくとも部分的に重なり合っている。この構造形態においては、コンタクト構造は、例えば、第１の周期的コンタクト構造に割り当てられる領域と、第２の周期的コンタクト構造に割り当てられるさらなる領域とを有する。さらには、両方の周期的コンタクト構造に同時に割り当てられる領域が存在する。

以下では、本発明について、図１〜図１３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。

例示的な一実施形態による端面発光型半導体レーザの断面の概略を示す図端面発光型半導体レーザの例示的な一実施形態における定在波の強度分布の概略を示す図半導体レーザの例示的な一実施形態における、発光波長の関数としての定在波の周期を示すグラフ半導体レーザのさらなる例示的な実施形態における、２つの異なる動作温度の場合の、発光波長の関数としての定在波の周期を示すグラフ半導体レーザのさらなる例示的な実施形態における、２つの異なる動作温度の場合の、発光波長の関数としての定在波の周期を示すグラフ半導体レーザのさらなる例示的な実施形態における、２つの異なる動作温度の場合の、発光波長の関数としての定在波の周期を示すグラフ半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図半導体レーザのさまざまな例示的な実施形態におけるコンタクト構造を示す概略的な平面図

図面において、同じ要素部分または同じ機能の要素部分には、それぞれ同じ参照数字を付してある。図示した要素部分と、要素部分の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。

図１に示した端面発光型半導体レーザの例示的な実施形態は、第１の導波路層１および第２の導波路層２を有する。第１の導波路層１には活性層３が埋め込まれている。第１の導波路層１は、第１の部分層１ａおよび第２の部分層１ｂを有し、これらの部分層の間に活性層３が配置されている。第２の導波路層２には活性層が埋め込まれていない。したがって、第１の導波路層１がアクティブ導波路層であり、第２の導波路層２がパッシブ導波路層である。

第１の導波路層１は、第１のクラッド層４と第２のクラッド層５との間に配置されている。第２の導波路層２は、第２のクラッド層５と第３のクラッド層６との間に配置されている。したがって、第１の導波路層１と第２の導波路層２は、第２のクラッド層５によって互いに隔てられている。

この半導体レーザの半導体積層体は、例えば基板７の上に成長させることができる。半導体レーザとの電気的接触を形成するために、半導体レーザの表面に周期的コンタクト構造８が形成されている。電流は周期的コンタクト構造８によって半導体積層体に印加され、この電流は、例えば基板７の裏面に配置されている裏面コンタクト１０に流れる。周期的コンタクト構造８は、コンタクト領域８ａと、それらの間に配置されている開口部８ｂとによって形成されている。コンタクト領域８ａおよび開口部８ｂは、周期長Ｄにおいて周期的に配置されている。半導体レーザのビーム方向１１におけるコンタクト領域８ａおよび開口部８ｂの幅は、それぞれ周期長Ｄの１／２であることが好ましい。

半導体レーザの側端面９ａ，９ｂには、縁部コンタクト領域８ｃが隣接しており、ビーム方向１１における縁部コンタクト領域８ｃの幅は、周期長Ｄの１／４であることが好ましい。したがって、縁部コンタクト領域８ｃの幅は、それ以外のコンタクト領域８ａの１／２であることが好ましい。これにより、側端面９ａ，９ｂの一方において反射されるレーザ放射が、入射レーザ放射と同じ位相を有するようになる。

第１の導波路層１と第２の導波路層２とで、ダブル導波路構造（double waveguide structure）を形成している。ダブル導波路構造では、２つの異なるレーザモードを同時に伝搬し得る。空間的な強度分布が異なるため、これらのレーザモードでは異なる有効屈折率が生じる。したがって、２つのレーザモードは、導波路１，２をわずかに異なる速度で伝搬する。重ね合わされるレーザモードの電磁界によって、側端面９ａ，９ｂによって形成されるレーザ共振器において定在波が形成される。強め合う干渉および弱め合う干渉の結果として、極大強度が第１の導波路層と第２の導波路層との間で空間的に交互に発生する。

図２は、レーザ共振器における定在波１２の空間的な強度分布を概略的に示している。定在波１２は、周期的な間隔で、第１の導波路層１において極大強度となる。定在波が第１の導波路層１において極大強度となる位置では、定在波は第２の導波路層２において対応する極小強度となる。第１の導波路層１は、極大強度から周期長の１／２だけずれた位置で極小強度となり、第２の導波路層２におけるこれらの位置には対応する極大強度が存在する。定在波の周期長Γに関して、Γ＝λ／（ｎ_１−ｎ_２）が成り立つ。式中、λはレーザ放射の波長であり、ｎ_１およびｎ_２は導波路層１，２を伝搬することのできるレーザモードの有効屈折率である。

有効屈折率ｎ_１およびｎ_２は、導波路層１，２の材料と、周囲のクラッド層４，５，６の材料とによって決まる。半導体レーザにおいては、周期的コンタクト構造の周期Ｄは、定在波の周期Γに合わせられる。周期的コンタクト構造のコンタクト領域８ａによって、活性層の周期的に配置されている領域に電流が印加され、したがってこれらの位置において光増幅が生じる。コンタクト領域８ａの間に配置されている開口部８ｂの領域においては、活性層の材料は電気的にポンピングされず、吸収効果を有する。したがって、周期的コンタクト構造８によって、周期長Ｄを有する周期的な増幅および吸収のプロファイルが生成される。周期的な増幅および吸収のプロファイルの効果として、結果としての定在波が周期的コンタクト構造の周期長Ｄと同じ周期長Γを有するモードプロファイルが正確にサポートされる。定在波の周期長Γはレーザ放射の波長λに依存するため、レーザ放射の波長λを、周期的コンタクト構造の周期長Ｄによって設定することができる。

図３は、定在波の周期長Γがレーザ波長λに依存することを示している。周期的コンタクト構造の周期長Ｄに等しい定在波の所定の周期Γに関しては、半導体レーザの固定された発光波長λが得られる。したがって、半導体レーザの発光波長λは、周期的コンタクト構造の周期Ｄによって設定される。特に、このようにして有利に達成される点は、半導体材料の電子バンドギャップの、温度によって決まる変化が、発光波長λの変化に直接的にはつながらないことである。

しかしながら、半導体レーザの発光波長λは、一般に完全には温度に非依存ではなく、なぜなら、レーザモードの有効屈折率と、それによるレーザ共振器における定在波の周期長Γとが温度に依存するためである。図４は、温度Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３５０Ｋにおいて、定在波の周期長Γが発光波長λに依存する状況を示している。

シミュレーションは、図１のように構築された層システムに基づいており、この層システムは、Ａｌ_０．２３Ｇａ_０．７７Ａｓからなる第１のクラッド層４と、第１の導波路層１であって、Ａｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ａｓからなる厚さ４５ｎｍの第１の部分層１ａと、活性層としての厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ量子井戸と、Ａｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ａｓからなる厚さ４５ｎｍの部分層１ｂとを有する第１の導波路層１と、Ａｌ_０．２３Ｇａ_０．７７Ａｓからなる厚さ５００ｎｍの第２のクラッド層５と、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓからなる厚さ９０ｎｍの第２の導波路層２と、Ａｌ_０．２３Ｇａ_０．７７Ａｓからなる第３のクラッド層６とを備えている。シミュレーションによると、定在波の周期長Γに等しい所定の周期長Ｄに関しては、温度Ｔ＝３００Ｋよりも温度Ｔ＝３５０Ｋにおいて、より大きい発光波長λが得られることが示された。一例として、周期長Ｄ＝３３．５μｍ、Ｔ＝３００Ｋにおいて、発光波長λ_３００Ｋ＝９５４．２ｎｍが得られる。発光波長は、温度の増大につれて約０．０２ｎｍ／Ｋだけ増大し、したがって、Ｔ＝３５０Ｋにおける発光波長λ_３５０Ｋは、Ｔ＝３００Ｋよりも約１ｎｍ大きい。

層の厚さ、導波路層１，２の屈折率、クラッド層４，５，６の屈折率のうちの少なくとも１つを変化させることによって、発光波長の温度依存性に意図的に影響を与えることができ、これは有利である。図５は、波長λの関数としての周期長Ｄのシミュレーションを示しており、図４に示した例示的な実施形態とは異なり、第２の導波路層２がＡｌ_０．１４Ｇａ_０．８４Ａｓを含んでいる。したがって、第２の導波路層２は、図４に示した例示的な実施形態におけるＡｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ａｓからなる第２の導波路層２よりも高い割合のアルミニウムを有する。図５に示したシミュレーションの場合、Ｔ＝３００Ｋの場合の曲線と、Ｔ＝３５０Ｋの場合の曲線とが直接重なり合っており、したがって、発光波長λは実質的に温度に依存しない。一例として、所定の周期長Ｄ＝３１．６５μｍに関しては、温度Ｔ＝３００Ｋにおいて、Ｔ＝３５０Ｋと同じ発光波長が得られる。このようにして、特に熱的に安定的なレーザを達成することができ、これは有利である。特に、｜Δλ／ΔＴ｜＜０．０５ｎｍ／Ｋが成り立つ。

図６は、第２の導波路層２におけるアルミニウムの割合がさらに増大したさらなる例示的な実施形態の場合の、波長λの関数としての周期長Ｄを示している。この例示的な実施形態においては、第２の導波路層２はＡｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ａｓを含んでいる。この場合、所定の周期長Ｄにおける発光波長λは、温度の増大とともに減少している。温度に対する発光波長λの変化は、約−０．０４ｎｍ／Ｋである。したがって、本明細書に記載した半導体レーザにおいては、発光波長λに関して負の温度ドリフトを得ることさえも可能である。

半導体レーザの表面におけるコンタクト構造の形状は、半導体レーザの空間的放出特性もしくはスペクトル放出特性またはその両方を変化させるためのさまざまな可能性を提供し、以下ではこの点に関してさらなる例示的な実施形態に基づいて説明する。

図７Ａに平面図として示したコンタクト構造は、周期的に配置された多数のコンタクト領域８ａおよびそれらの間に配置された開口部８ｂを有し、半導体レーザの側端面９ａ，９ｂにはそれぞれ縁部コンタクト領域８ｃが隣接しており、縁部コンタクト領域８ｃの幅は、それ以外のコンタクト領域８ａの幅の大きさの１／２である。半導体レーザのこの構造形態においては、定在波は、側端面９ａ，９ｂそれぞれにおいて第１の導波路層における極大強度となる。したがって、レーザ放射は、第１の導波路層の領域における放射取り出し領域としての役割を果たす側端面９ｂにおいて半導体レーザから取り出される。

図７Ｂに示した例示的な実施形態においては、半導体レーザの側端面９ａ，９ｂそれぞれに縁部開口部８ｄが隣接しており、縁部開口部８ｄの幅は、周期的コンタクト構造のそれ以外の開口部８ｂの幅の大きさの１／２である。半導体レーザのこの構造形態においては、定在波は、側端面９ａ，９ｂにおいて、それぞれ第１の導波路層における極小強度と第２の導波路層における極大強度となる。したがって、レーザ放射は、第２の導波路層の領域における放射取り出し領域として設けられている側端面９ｂにおいて半導体レーザから取り出される。

半導体レーザの側端面９ａ，９ｂの作製時、縁部コンタクト領域８ｃの所望の幅または縁部開口部８ｄの所望の幅に正確に合わせることが難しいことがある。

したがって、製造コストを下げる目的で、コンタクト構造を一部分のみ周期的に具現化することが有利であり得る。図８Ａは、部分領域においてのみ周期的に配置されたコンタクト領域８ａを有するコンタクト構造の例示的な実施形態の平面図を示している。さらに、このコンタクト構造は、非周期的な領域８ｅを有する。周期的領域は、放射取り出し領域として設けられている半導体レーザの側端面９ｂに隣接している。放射取り出し領域９ｂには縁部コンタクト領域８ｃが隣接しており、縁部コンタクト領域８ｃの幅は、定在波の周期の１／４であることが好ましい。したがって、この場合、放射は第１の導波路層から半導体レーザから取り出される。コンタクト構造の非周期的領域８ｅには、放射取り出し領域とは反対側に位置する半導体レーザの側端面９ａが隣接している。

図８Ｂは、コンタクト構造のさらなる例示的な実施形態を平面図として示しており、コンタクト構造は中央領域のみ周期的に形成されている。この例示的な実施形態においては、半導体レーザの両方の側端面９ａ，９ｂに、コンタクト構造のそれぞれの非周期的領域８ｅが隣接している。

半導体レーザの発光波長が、特にコンタクト構造の周期長によって定義されることにより、異なる周期長を有する複数のコンタクト構造を互いに横に並べて配置することによって、複数の発光波長を有する半導体レーザを実現することが可能である。一例として、図９は、３つの異なる発光波長を有するレーザバーである半導体レーザの例示的な実施形態を示している。このレーザバーは、互いに平行に延びており異なる周期長を有する３つのコンタクト構造領域８１，８２，８３を有し、３つのコンタクト構造領域８１，８２，８３は、ビーム方向に垂直に延びる方向に、互いに対してずれた状態に配置されている。コンタクト構造領域８１，８２，８３の周期長が異なるため、このレーザバーは、互いに異なる波長λ１，λ２，λ３を有する複数のレーザビーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃを放出する。

図１０は、互いに平行に延びる複数の周期的領域を有するコンタクト構造のさらなる例示的な実施形態を示している。しかしながら、図９に示した例示的な実施形態とは異なり、３つのコンタクト構造領域８１，８２，８３は互いに隔てられておらず、ビーム方向１１に垂直に延びる方向において互いに隣接している。この結果として、複数のコンタクト構造領域によって生成されるビームプロファイルが互いに重なり合い、したがって１本のレーザビーム１１が広がったスペクトル帯域幅で放出される。

図１１は、コンタクト構造のさらなる例示的な実施形態を平面図および側面図として示している。コンタクト構造は、第１の周期的領域８４および第２の周期的領域８５を有し、これらはビーム方向において互いにずれた状態に配置されており、第１の周期的領域８４および第２の周期的領域８５は互いに電気的に絶縁されており、これらの周期的領域との接触を個別に形成することができる。第１の周期的コンタクト構造８４および第２の周期的コンタクト構造領域８５それぞれは、同じ周期長を有し、ビーム方向に周期長の１／２の間隔で互いにずれた状態に配置されている。第１の周期的コンタクト構造８４は、半導体レーザの側端面９ａ，９ｂに隣接している縁部コンタクト領域８ｃを有し、第２の周期的コンタクト構造領域８５は、側端面９ａ，９ｂに隣接している縁部開口部８ｄを有する。

接続領域１３ａを介して第１の周期的領域８４との接触を形成することができ、接続領域１３ｂを介して第２の周期的領域８５との接触を形成することができる。接続領域１３ａ，１３ｂは、例えば電気的絶縁層によって半導体レーザの表面から絶縁されており、したがって、半導体レーザ内への電流の流れは、コンタクト構造領域８４，８５を通じてのみ行われる。第１のコンタクト構造領域８４との接触が形成されるとき、レーザビーム１１ａが、第１の導波路層１の領域において半導体レーザの側端面９ｂにおいて取り出される。これに対して、第２のコンタクト構造領域８５との接触が形成されるとき、レーザビーム１１ｂが、第２の導波路層２の領域において半導体レーザの側端面９ｂにおいて取り出される。したがって、オプションとして接続領域１３ａまたは接続領域１３ｂによって接触を形成することによって、放出されるレーザビーム１１ａ，１１ｂの位置を垂直方向において設定することが可能である。接続領域１３ａ，１３ｂを介して２つのコンタクト構造領域８４，８５との接触が同時に形成される場合、半導体レーザは、全体として周期的コンタクト構造を有さず、従来のブロードストライプレーザとして機能する。

さらには、複数の異なる発光波長を生成するための、異なる周期を有する複数の周期的部分領域を有するコンタクト構造を実現することも可能であり、部分領域は少なくとも一部分がビーム方向に重なり合っている。図１２Ａは、互いに横に並んで配置された２つの周期的コンタクト構造領域８６，８７を有するコンタクト構造を示している。コンタクト構造領域８６は、第１の周期長を有するコンタクト領域８ｆによって形成されている。コンタクト構造領域８７は、第１の周期長とは異なる第２の周期長を有するコンタクト領域８ｇによって形成されている。

図１２Ｂは、コンタクト構造領域８６，８７を、これらがビーム方向に重なり合うようにビーム方向に配置する方法を示しており、この場合、オプションとして、第１のコンタクト構造領域または第２のコンタクト構造領域を電気的に接続することができる。図１２Ｂに示したコンタクト構造は、第１のコンタクト構造領域との接触を形成する目的で接続されているコンタクト領域８ｆを有する。さらに、このコンタクト構造は、第２のコンタクト構造との接触を形成する目的で接続されている部分領域８ｇを有する。さらに、このコンタクト構造は、第１のコンタクト構造領域によって半導体レーザとの接触を形成する目的、および、第２のコンタクト構造領域によって半導体レーザとの接触を形成する目的でそれぞれ接続されているコンタクト領域８ｆｇを有する。したがって、図１２Ａにおける周期的構造８６によって定義される波長で半導体レーザを動作させる目的で、図１２Ｂに示した半導体レーザの場合、コンタクト領域８ｆおよび８ｇが接続されている。図１２Ａにおける周期的コンタクト構造８７に対応するコンタクト構造を有する半導体レーザを実施する目的で、コンタクト領域８ｇとコンタクト領域８ｆｇが電気的に接続されている。

図１３は、ビーム方向に重なり合っており異なる周期長を有する２つのコンタクト構造領域８８，８９を有するコンタクト構造を実現する方法のさらなる例を示しており、この場合、２つのコンタクト構造領域８８，８９との接触を個別に形成することができる。第１の周期を有する第１の部分領域と第２の周期を有する第２の部分領域の接触領域は、それぞれ格子構造によって形成されており、格子の周期はコンタクト構造領域８８，８９の周期よりも大幅に小さい。２つの格子構造は重複領域９０において重なり合っており、２つの格子構造との接触を個別に形成することができる。第１の格子型コンタクト構造領域８８は接続領域１３ｃを有し、第２の格子型コンタクト構造領域８９は第２の接続領域１３ｄを有する。

コンタクト構造領域８８，８９は、好ましくは重複領域９０のみにおいて半導体レーザの表面に導電接続されている。コンタクト構造領域８８，８９のうち重複領域９０の外側に配置されている部分と接続領域１３ｃ，１３ｄは、例えば電気的絶縁層によって半導体レーザの表面から絶縁されており、したがって、半導体レーザへの電流の流れは重複領域９０においてのみ発生する。

接続領域１３ｃとの電気接触が形成されているとき、半導体レーザは、第１の周期長を有する格子型コンタクト構造領域８８によって動作する。第２の接続領域１３ｄとの電気接触が形成されているとき、半導体レーザは、第２の周期長を有する格子型コンタクト構造領域８９によって動作する。したがって、半導体レーザは、接続コンタクト１３ｃ，１３ｄの一方を選択することによって選択できる２つの異なる波長によって動作させることができ、これは有利である。

ここまで、本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明はこれらの例示的な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。

Claims

端面発光型半導体レーザであって、
− レーザ放射（１１）を生成する活性層（３）が埋め込まれている第１の導波路層（１）と、
− 活性層が埋め込まれていない第２の導波路層（２）と、
を備えており、
− 前記第１の導波路層（１）が第１のクラッド層（４）と第２のクラッド層（５）との間に配置されており、前記第２の導波路層（２）が前記第２のクラッド層（５）と第３のクラッド層（６）との間に配置されており、
− 前記活性層（３）において生成される前記レーザ放射（１１）が、前記半導体レーザの側端面（９ａ，９ｂ）によって形成されるレーザ共振器内で定在波（１２）を形成し、前記定在波が、前記半導体レーザのビーム方向における周期的な間隔において、前記第１の導波路層（１）における極大強度および前記第２の導波路層（２）における対応する極小強度と、前記第１の導波路層（１）における極小強度および前記第２の導波路層（２）における対応する極大強度とを有し、
− 前記端面発光型半導体レーザの表面に、少なくとも部分的に周期的なコンタクト構造（８）が配置されており、
− 前記半導体レーザが、前記コンタクト構造（８）の周期長によって設定される発光波長λを有するように、前記コンタクト構造（８）の周期長が前記定在波（１２）の周期長に等しくされており、
− 前記コンタクト構造（８）が、複数の異なる発光波長を生成するための、異なる周期を有する複数の周期的部分領域を有し、
− 前記コンタクト構造（８）における異なる周期を有する前記複数の周期的部分領域（８ｆ，８ｇ，８ｆｇ）が、前記ビーム方向において少なくとも部分的に重なり合っている、
端面発光型半導体レーザ。
前記半導体レーザの前記発光波長λが、
｜Δλ／ΔＴ｜＜０．０５ｎｍ／Ｋ、
が成り立つ温度依存性Δλ／ΔＴを有する、
請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
前記半導体レーザの前記発光波長λが、温度の上昇につれて減少する、
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。
前記半導体レーザの前記発光波長λが、温度の上昇につれて増大する、
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。
前記周期的なコンタクト構造（８）が、コンタクト領域（８ａ）と、それらの間に配置されている開口部（８ｂ）とを有する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の端面発光型半導体レーザ。
前記半導体レーザのビーム方向における、前記コンタクト領域（８ａ）の幅と、それらの間に配置されている前記開口部（８ｂ）の幅とが、それぞれ周期長の１／２である、
請求項５に記載の端面発光型半導体レーザ。
前記半導体レーザの少なくとも一方の側端面（９ａ，９ｂ）が縁部コンタクト領域（８ｃ）に隣接しており、前記縁部コンタクト領域（８ｃ）の幅が、前記周期的なコンタクト構造（８）の前記コンタクト領域（８ａ）の幅の大きさの１／２である、
請求項５または請求項６に記載の端面発光型半導体レーザ。
前記半導体レーザの少なくとも一方の側端面（９ａ，９ｂ）が縁部開口部（８ｄ）に隣接しており、前記縁部開口部（８ｄ）の幅が、前記周期的なコンタクト構造（８）の前記開口部（８ｂ）の幅の大きさの１／２である、
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の端面発光型半導体レーザ。