(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体化合物に基づいた発光出力のためのヘテロ構造であって、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率、すなわち、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１．０１〜０．９９の大きさの範囲内で決定され、前記ヘテロ構造が、少なくとも１つの活性層と、前記活性層の両側に少なくとも１つある少なくとも２つの反射層とを含み、前記反射層が、少なくとも１つの下層で形成され、かつ前記ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆ未満の屈折率を有し、前記ヘテロ構造が、前記活性層及び対応する反射層間に位置する発光に対して透過性のリークイン領域を含み、前記リークイン領域が、前記活性層の少なくとも片側に位置し、前記リークイン領域が、少なくとも１つであり、前記リークイン領域が、屈折率ｎＩＮを有しかつ少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有し、同様に、前記リークイン領域が、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの閉じ込め層を有することを特徴とするヘテロ構造であって、
少なくとも１つの下層からなり、その下層の少なくとも１つのために前記リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有し、その一面で前記活性層に隣接する主調整層が、前記リークイン領域に追加的に導入され、一方で、前記主調整層の反対面には前記主調整層の屈折率未満の屈折率を有する前記閉じ込め層があるヘテロ構造。
【請求項２】
動作電流の範囲において、前記ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が増加する電流とともに低下する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項３】
前記ヘテロ構造が少なくとも２つの前記活性層を含み、少なくとも１つの下層からなり、かつ前記リークイン層の屈折率ｎＩＮ以下の屈折率を有する追加的に導入された主中央調整層が、前記活性層の間に位置する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項４】
前記リークイン領域に、前記閉じ込め層と前記リークイン層との間に補助調整層が導入され、前記補助調整層が、少なくとも１つの下層から形成され、かつ前記リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項５】
前記反射層の下層の少なくとも１つが、前記リークイン層の屈折率と同一の屈折率を有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項６】
前記リークイン領域におけるリークイン層の少なくとも１つが、前記閉じ込め層の屈折率と同一の屈折率を有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項７】
前記リークイン領域における前記リークイン層の下層の少なくとも１つが、前記ヘテロ構造が成長される基板の組成と同一の組成を有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項８】
前記ヘテロ構造が少なくとも２つの前記活性層を含み、前記活性層の平面が互いに平行であり、それら活性層の間に、ｐ型及びｎ型の２つのドープされた下層からなる主中央調整層が位置し、ここで、ｎ型の下層は、ｐ型の反射層の側に配置され、ｐ型の下層は、ｎ型の反射層及びｎ型の基板の側に配置され、注入型発光源の動作中に、一方の前記活性層から別の前記活性層への電流のトンネル通路を提供する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項９】
ヘテロ構造、光ファセット、反射器、オーミックコンタクト、および光共振器を含む注入レーザであって、前記光共振器の媒体の少なくとも一部が、リークイン領域の少なくとも一部、活性層の少なくとも一部、及び反射層の少なくとも一部で作製され、前記ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に光共振反射器の反射係数が、動作中の前記注入レーザに対して前記活性層における発光の結果としての増幅が動作電流の全範囲にわたって励起閾値を保持するのに十分であるように、選択され、前記ヘテロ構造が、請求項１〜８のいずれかに記載のように作製され、一方で、励起閾値電流場におけるｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、０．９９超１．０１未満の大きさで決定される注入レーザ。
【請求項１０】
励起閾値電流場において、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１．００５〜０．９９５の範囲で決定される、請求項９に記載の注入レーザ。
【請求項１１】
ヘテロ構造、光ファセット、オーミックコンタクト、及び少なくとも１つの光ファセット上のクラリファイング膜を含む半導体増幅素子であって、前記半導体増幅素子の増幅発光の伝播媒体が、リークイン領域の少なくとも一部、活性層の少なくとも一部、及び反射層の少なくとも一部であり、一方で、前記ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に前記光ファセット上の前記クラリファイング膜の反射係数は、動作電流の全範囲にわたって前記活性層における発光の結果としての増幅値が、前記動作中の半導体増幅素子を自励に導く結果としての増幅値未満であるように選択され、前記ヘテロ構造が、請求項１〜８のいずれかに記載のように作製された半導体増幅素子。
【請求項１２】
前記リークイン領域におけるリークイン層が、電流フローの導入ストライプ領域の幅とほぼ等しい厚さを有する、請求項１１に記載の半導体増幅素子。
【請求項１３】
前記電流フローのストライプ領域が、適切な角度で前記光ファセットの平面に対して傾斜している、請求項１２に記載の半導体増幅素子。
【請求項１４】
前記クラリファイング膜が双方の前記光ファセット上に施され、これらの前記光ファセットが、光ファイバと光学的に結合された、請求項１１に記載の半導体増幅素子。
【請求項１５】
光学的に結合されたマスター入力発光源及び半導体増幅素子を含む半導体光増幅器であって、前記半導体増幅素子が、請求項１１〜１４のいずれかに記載のように作製された半導体光増幅器。
【請求項１６】
前記マスター入力発光源が、注入レーザとして作製された、請求項１５に記載の半導体光増幅器。
【請求項１７】
前記注入レーザが、請求項９に記載のように作製された、請求項１５に記載の半導体光増幅器。
【請求項１８】
同じヘテロ構造及び光カップリングで作製された前記注入レーザ及び前記半導体増幅素子が、両者間で直接触される、請求項１６又は請求項１７に記載の半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子電子工学の主要構成要素、すなわち半導体化合物に基づいたヘテロ構造、注入レーザ、半導体増幅素子及び半導体光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘテロ構造は、狭い遠視野像を備えた効率的、高出力及びコンパクトな半導体注入型発光源（以下、「ＩＥＳ」と呼ぶ）の製造のための基本要素である。
【０００３】
狭い遠視野像の漏れ発光を伴う半導体ＩＥＳのためのヘテロ構造は、［米国特許第４０６３１８９号，１９７７年，Ｈ０１Ｓ３／１９ ３３１／９４．５］、［ロシア共和国特許第２１４２６６５号，１９９８年８月１０日，Ｈ０１Ｓ３／１９］により周知である。
【０００４】
解決されつつある技術的課題の観点から、例示的なヘテロ構造が、［ロシア共和国特許第２１９７０４９号、Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Ｓｈｖｅｉｋｉｎ）、ロシア共和国、２００２年２月１８日、Ｈ０１Ｓ５／３２］において提案されている。ヘテロ構造の上記プロトタイプは、半導体化合物に基づいており、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの活性層と、自身に漏入する発光に対して透過性にされたリークイン領域とが含まれる。リークイン領域は、少なくとも活性層の一面に位置している。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率を特徴とする。その点で、ヘテロ構造では、少なくとも２つの反射層が、活性層の両側に少なくとも１つあるように、追加的に配置される。上記反射層は、ｎｅｆｆ未満の屈折率を有し、少なくとも１つの下層で形成される。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。上記リークイン領域では、２つの追加層、すなわち活性層の表面に隣接するリークイン領域の閉じ込め層であって、少なくとも１つの下層で形成され、かつ活性層のバンドギャップを超えるバンドギャップを備えた半導体で作製された上記閉じ込め層と、閉じ込め層の表面に隣接する、リークイン領域の調整層であって、少なくとも１つの下層で形成された上記調整層とが形成される。さらに、リークイン層は、リークイン領域に位置する。ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率は、１−Δ〜１＋Δの範囲内で決定され、ここでΔは、１よりずっと小さい大きさである。
【０００５】
このプロトタイプヘテロ構造には、多くの重要な利点がある。製造技術は、単純化されている。漏れ発光を備えたこのヘテロ構造に基づいたＩＥＳの動作では、劈開光ファセットの平面にほぼ直角な発光出力が得られ、出力発光電力が増加され、垂直面における発光エリアのサイズが増加され、それに対応して、発光の角度発散が低減される。同時に、上記ヘテロ構造は、それを基礎として製造されたＩＥＳのより高いエネルギー及び空間特性の実現可能な達成を制限する。
【０００６】
漏れ発光及び狭い遠視野像を備えた注入レーザは、［米国特許第４０６３１８９号，１９７７年，Ｈ０１Ｓ３／１９ ３３１／９４．５Ｈ］、［ロシア共和国特許第２１４２６６５号，１９９８年８月１０日，Ｈ０１Ｓ３／１９］により周知である。
【０００７】
技術的性質及び解決されつつある技術的課題の観点から、例示的なプロトタイプ注入レーザが、［ロシア共和国特許第２１９７０４８号，Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Ｓｈｖｅｉｋｉｎ），ロシア共和国，２００２年２月１８日，７Ｈ０１Ｓ５／３２］で提案されている。上記プロトタイプ注入レーザには、半導体化合物に基づいたヘテロ構造が含まれる。上記ヘテロ構造には、１つの下層からなる少なくとも１つの活性層と、自身に漏入する発光に対して透過性にされたリークイン領域とが含まれる。リークイン領域は、活性層の少なくとも一面に位置している。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率を特徴とする。ヘテロ構造の他に、プロトタイプ注入レーザにはまた、光ファセット、反射器、オーミックコンタクトと同様に、光共振器が含まれるが、光共振器では、その媒体の一部が、リークイン領域の少なくとも一部及び活性層の少なくとも一部で作製される。上記ヘテロ構造では、少なくとも２つの反射層が、活性層の両側に少なくとも１つあるように、追加的に配置される。上記反射層は、ｎｅｆｆ未満の屈折率を有し、少なくとも１つの下層で形成される。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。上記リークイン領域には、２つの追加層、すなわち活性層の表面に隣接するリークイン領域の閉じ込め層であって、少なくとも１つの下層で形成され、かつ活性層のバンドギャップを超えるバンドギャップを備えた半導体で作製された閉じ込め層と、閉じ込め層の表面に隣接する、リークイン領域の調整層であって、少なくとも１つの下層で形成された上記調整層とが形成される。さらに、上記リークイン層は、上記リークイン領域に位置するが、上記リークイン領域では、上記反射層の少なくとも１つの一部が、光共振器のための追加的な媒体の役割をする。ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率は、１−Δ〜１＋Δの範囲内で決定され、ここでΔは、１よりずっと小さい大きさで決定される。超閾値電流の所定の値に対するプロトタイプ注入レーザの動作では、活性層に閉じ込められるレーザ発光の強度は、ヘテロ構造層の組成及び厚さによって規定されるが、励起閾値を維持するために必要なその値以上である。
【０００８】
プロトタイプ注入レーザの主な利点は、レーザ出力電力の増大、垂直面における発光エリアサイズの拡大、及びそれに対応した発光の角度発散の低減、注入レーザの製造技術の単純化と同様に、劈開光ファセットの平面にほぼ直角な発光の実現である。同時に、プロトタイプ注入レーザは、その高い空間特性を備えたレーザ発光の高効率及び出力と同様に、低励起閾値電流の達成をある程度まで制限する。
【０００９】
半導体増幅素子（ＳＡＥ）は、［Laser Focus World，２００１年９月，７３〜７９頁］により周知である。
【００１０】
解決されつつある技術的課題の観点から、例示的なプロトタイプ半導体増幅素子が、［ロシア共和国特許第２１９７０４７号，Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Ｓｈｖｅｉｋｉｎ），ロシア共和国，２００２年２月１８日，７Ｈ０１Ｓ５／３２］で提案されている。上記ＳＡＥには、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの活性層と、自身に漏入する発光に対して透過性にされたリークイン領域とを含む、半導体化合物に基づいたヘテロ構造が含まれる。リークイン領域は、活性層の少なくとも片側に位置する。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記ヘテロ構造は、上記リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率を特徴とする。ヘテロ構造の他に、プロトタイプＳＡＥにはまた、光ファセット、反射器、オーミックコンタクト、及び少なくとも１つの光ファセット上のクラリファイング膜（clarifying film）が含まれる。半導体増幅素子の動作において、増幅発光の伝播媒体は、上記リークイン領域の少なくとも一部及び活性層の少なくとも一部である。上記ヘテロ構造において、少なくとも２つの反射層が、少なくとも活性層の両側に１つあるように、追加的に配置される。上記反射層は、ｎｅｆｆ未満の屈折率を有し、少なくとも１つの下層で形成される。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。リークイン領域では、２つの追加層、すなわち活性層の表面に隣接するリークイン領域の閉じ込め層であって、少なくとも１つの下層で形成され、かつ活性層のバンドギャップを超えるバンドギャップを備えた半導体で作製された閉じ込め層と、閉じ込め層の表面に隣接する、リークイン領域の調整層であって、少なくとも１つの下層で形成された上記調整層とが形成される。さらに、上記リークイン領域には、上記リークイン層が位置する。ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率は、１−Δ〜１＋Δの範囲内で決定され、ここでΔは、１よりずっと小さい大きさで決定される。半導体増幅素子の動作において、増幅発光の追加的な媒体は、上記反射層の少なくとも１つの一部であり、一方で、上記活性層に閉じ込められる増幅発光の強度は、ヘテロ構造層の組成及び厚さならびにクラリファイング膜の反射係数によって規定されるが、自励式電流の閾値密度におけるその大きさより小さくなるように選択される。
【００１１】
プロトタイプＳＡＥの主な利点は、その製造技術の単純化、劈開光ファセットにほぼ直角な発光出力、より大きな入口及び出口開口部、雑音指数の低減、入力マスター発光の偏光依存の低減と同様に、発光発散の小さな角度である。同時に、プロトタイプＳＡＥは、入力信号への感度が不十分であり、小信号増幅係数の大きさに対してある限界がある。
【００１２】
半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、［IEEE Photonics Technology Letters，Vol.11，No.9，１９９９年９月，１０９９〜１１０１頁］により周知である。
【００１３】
解決されつつある技術的課題の観点から、例示的なプロトタイプ半導体光増幅器が、［ロシア共和国特許第２１９７０４７号，Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Ｓｈｖｅｉｋｉｎ），ロシア共和国，２００２年２月１８日，７Ｈ０１Ｓ５／３２］で提案されている。
【００１４】
プロトタイプＳＯＡには、光学的に結合されたマスター入力発光源及び［ロシア共和国特許第２１９７０４７号，Ｖ．Ｉ．シェフェイキン（Ｓｈｖｅｉｋｉｎ），ロシア共和国，２００２年２月１８日，７Ｈ０１Ｓ５／３２）で提案され、上記で提示されたプロトタイプＳＡＥが含まれる。
【００１５】
プロトタイプＳＯＡの主な利点は、製造技術の単純化、劈開光ファセットにほぼ直角な発光出力、近視野及び遠視野における発光分布の改善、出力パラメータの温度依存性の改善である。同時に、プロトタイプＳＯＡは、入力発光の増幅係数値、及び発光の高空間特性を備えた出力増幅電力の値を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の技術的課題は、ヘテロ構造、特に、ヘテロ構造を基礎にして製造されたＩＥＳのエネルギー及び空間特性を改善するための発光リークイン領域及び活性層の設計を現代化すること、すなわち、改善された空間及び角度特性、出力発光の小さな発散角度、改善された温度依存性を備えているのと同様に、低減されたオーミック及び熱抵抗並びに低減されたレベルの機械的応力を備えた高出力、高効率及び高信頼性の半導体注入型発光源を作製することであった。
【００１７】
本発明の技術的課題は、さらに、励起閾値電流をさらに低減することと、単一モード単一周波数注入レーザを始めとして、レーザ発光の高空間特性を備えた注入レーザの効率、出力電力及び信頼性を増加させることと、同様に、オーミック及び熱抵抗を低減することと、圧縮の機械的応力レベルを低減することと、発光の近視野及び遠視野分布を改善することと、出力パラメータの温度依存性を改善することと、発光の非直線歪みを低減して、高出力電力を得ることに寄与するだけでなく、発光スペクトル線幅の低減、その振動数シフトの低減、高周波及び高速変調特性の改善に寄与することとであった。
【００１８】
本発明の技術的課題は、入力信号に対する感度を向上させることと、半導体増幅素子の小信号増幅値を増加させることと同様に、さらに、出力発光の小さな発散角度、発光の近視野及び遠視野の改善された分布、低減された入力発光の偏光依存、改善された温度依存性、低減されたオーミック及び熱抵抗、及び低減された機械的応力レベルを備えた高出力、高効率、高信頼性、低ノイズ、高周波数、高開口の半導体光増幅器の作製のために、発光の非直線歪みを低減することとであった。
【００１９】
本発明の技術的課題は、増幅発光の高空間特性、効率及び信頼性と共に、入口及び出口開口部の大きなエリア、低減されたオーミック及び熱抵抗、低減された機械的応力レベルを備えた、単一モード単一周波数（マスター入力発光源に依存して）半導体光増幅器を始めとする半導体光増幅器の入力発光及び出力電力の増幅係数を増加させることだった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一態様は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率、すなわち、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１＋Δ〜１−Δの範囲内で決定され、ここでΔが、１よりずっと小さい大きさで決定されることを特徴とした、半導体化合物に基づいたヘテロ構造である。上記ヘテロ構造には、少なくとも１つの活性層と、活性層の両側に少なくとも１つある少なくとも２つの反射層とが含まれる。上記反射層は、少なくとも１つの下層で形成され、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆ未満の屈折率を有する。上記ヘテロ構造には、発光に対して透過性の発光リークイン領域が含まれる。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。リークイン領域、活性層の少なくとも片側に位置する。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、屈折率ｎＩＮを有しかつ少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの閉じ込め層を有する。この場合に、主調整層は、リークイン領域へ追加的に導入される。上記主調整層は、少なくとも１つの下層からなり、その下層の少なくとも１つのためにリークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有し、その一面で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対面には、主調整層の屈折率未満の屈折率を有する閉じ込め層がある。
【００２１】
提案されたヘテロ構造（ＨＳ）の特徴は、プロトタイプＨＳのリークイン領域及び活性層の現代化にあるが、この場合に、活性層の設計、リークイン領域における調整層の位置及びの閉じ込め層の位置が変更された。提案されたＨＳにおける活性層は下層を含まず、少なくとも１つとすることができる。１つの活性層が形成された場合には、リークイン領域の追加的に導入された主調整層は、その片側で活性層に隣接し、一方で、主調整層の他側には、リークイン領域の閉じ込め層が隣接している。２以上の活性層がＨＳに形成された場合には、主調整層と同じ又は近い特性を有する主中央調整層が、活性層間に導入される。
【００２２】
提案されたヘテロ構造に基づいた半導体ＩＥＳの機能性は、活性層及びそのリーキングインから、リークイン領域及びリークイン領域に隣接する反射層の一部への発光漏れの過渡プロセスの近くで生じる。提案されたＨＳにおけるこの漏れプロセスは、その層の組成及び厚さによって規定され、またリークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率によって制御される。漏れプロセスの転移点は、比率ｎｅｆｆ及びｎＩＮが１．０の大きさと等しくなるようにする。電流の動作範囲において、この比率は、１＋Δ〜１−Δの大きさの範囲内で決定され、ここで、Δの大きさは約０．０１である。動作中のデバイスにおいて、比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮが、ＨＳを通って流れる電流の増加とともに低下することに留意されたい。
【００２３】
選択された比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮ及びＩＥＳを通って流れる電流の所定の密度におけるＩＥＳの効率は、活性層の発光における結果としての増幅値に、決定的に依存する。結果としての増幅が、活性層における発光の共振損失及びＨＳ層における光損失から解放された発光の最終増幅であることが分かる。
【００２４】
計算によって示され、実験データによって確認されたように、活性層における上記結果としての増幅の最大値は、主調整層（又はそれらの下層）の厚さ及び屈折率の選択と同様に位置によって、まさに達成される。したがって、主調整層は、提案されたＨＳへ追加的に導入されるが、比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮを制御するために必要なだけでなく、それらによってまた、ＩＥＳのエネルギー及び空間特性の両方の本質的な改善が可能になる。
【００２５】
活性層の発光における結果としての増幅の向上及びＩＥＳのエネルギ特性の改善のための好ましい実施形態において、少なくとも２つの活性層が、ＨＳへ導入されるように提案されている。これらの２つの活性層の中間に、導入された主中央調整層又はその下層のうちの１つが、配置される。
【００２６】
あるＨＳにとって、主調整層の厚さの増加に限界がある場合には、リークイン領域の主調整層に加えて、少なくとも片側で閉じ込め層の表面に隣接しかつ少なくとも１つの下層で作製された補助調整層を形成することが望ましい。
【００２７】
ＨＳの効果的な現代化を保証するために、主調整層、主中央調整層及び補助調整層は、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率で作製され、一方で、上記調整層の厚さは、約０．００５μｍ〜約１．０μｍの範囲内で選択される。
【００２８】
活性層における電子及び正孔の効果的な閉じ込めのために、したがって、ＩＥＳの温度依存性の改善及び効率増加のために、閉じ込め層は、約０．０１μｍ〜０．３０μｍの範囲内で選択された厚さで作製される。
【００２９】
ＩＥＳの発光の角度発散を低減させるために、リークイン領域のリークイン層の厚さは、約１．０μｍ〜１０μｍ以上の範囲内で選択され、また反射層の下層の少なくとも１つは、大部分リークイン層に隣接しているが、リークイン層の屈折率に近い屈折率で作製される。
【００３０】
製造の技術的プロセスを単純化するために、ＨＳのいくつかの実施形態において、少なくとも１つのリークイン層は、閉じ込め層の屈折率に等しい屈折率で成長される。
【００３１】
提案されたＨＳで作製されたＩＥＳの効率を規定する内部光損失の低減のための好ましい実施形態において、主調整層及び主中央調整層は、成長時にドープされない。補助調整層（もしあれば）、リークイン層、及びリークイン層に隣接する少なくとも１つの反射層の一部は、約１０１５ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３の低レベルの適切なドーピング不純物でドープされ、閉じ込め層は、約１０１７ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３の適切なドーピング不純物レベルでドープされる。
【００３２】
リークイン領域又はリークイン層の数及び位置に依存して、２つの主なタイプのＨＳ、すなわち対称ＨＳ及び非対称ＨＳを製造することができる。対称ＨＳにおいて、リークイン領域は、活性層の両側に位置し、また大部分は、関連する層には等しい屈折率及び等しい厚さを有する。非対称ＨＳでは、１つのリークイン領域が、活性層の片側すなわち大部分はｎ型ドーピングの側に位置することができる。
【００３３】
ある波長における発光のための提案されたＨＳの好ましい実施形態において、発光に対して透過性で、ヘテロ構造が成長される基礎となる半導体基板の組成（又は屈折率）に等しい又は近いリークイン層の組成（又は屈折率）を選択する可能性がある。概して、基板が、二元半導体化合物（例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ）であり、リークイン層の厚さが、通常、すべてのＨＳ層の厚さの大部分を構成するので、ＨＳにおける圧縮の機械的応力がかなり低減され、オーミック及び熱抵抗が低減され、それによって、提案されたＨＳに基づくＩＥＳの効率及び出力電力の増加と同様に、動作寿命及び信頼性の向上が、結果としてもたらされる。
【００３４】
ＩＥＳを通って流れる同じ電流で、出力電力を約２倍か又は３倍以上に増加させるために、提案されたＨＳでは、それぞれ２つか又は３つ以上の活性層が作製され、それらの平面は、互いに平行である。活性層の中間に、ｐ型及びｎ型の２つの薄い、多量にドープされた下層からなる主中央調整層が配置され、また主中央調整層は、ＩＥＳの動作中に、一方の活性層から別の活性層への電流のトンネル通路を提供する。
【００３５】
本発明で提案された非自明なヘテロ構造の本質は、そのリークイン領域及び活性層の現代化にある。かかる現代化は、リークイン領域へ導入される主調整層からなり、また、リークイン領域の層の位置は変更され、下層を含まない活性層が導入される。ＨＳの主特性の２つ、すなわち、ＩＥＳの発光の最良の電力及び空間特性が達成された場合の、活性層における結果としての増幅の値及び比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮの値の最適な組み合わせを得るために、ＨＳの層の厚さ及び組成の適切な選択によって、すべてが可能にされた。
【００３６】
上記の新規に現代化された、自身のすべての特質を備えたＨＳは、本発明において提案された量子電子工学の重要な能動素子、例えば注入レーザ、半導体増幅素子及び半導体光増幅器の集団に含まれる。
【００３７】
本発明の別の態様は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率、すなわち、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１＋Δ〜１−Δの範囲内で決定され、ここでΔが、１よりずっと小さい大きさで決定されることを特徴とした、半導体化合物に基づいたヘテロ構造を含む注入レーザである。上記ヘテロ構造には、少なくとも１つの活性層と、活性層の両側に少なくとも１つある少なくとも２つの反射層とが含まれる。上記反射層は、少なくとも１つの下層で形成され、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆ未満の屈折率を有する。上記ヘテロ構造には、発光に対して透過性の発光リークイン領域が含まれる。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。リークイン領域、活性層の少なくとも片側に位置する。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、屈折率ｎＩＮを有しかつ少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの閉じ込め層を有する。注入レーザにはまた、光ファセット、反射器、オーミックコンタクト、光共振器が含まれるが、この場合に、その媒体の少なくとも一部は、リークイン領域の少なくとも一部、活性層の少なくとも一部、及び反射層の少なくとも一部で作製される。ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に、光共振反射器の反射係数の選択は、動作中の上記注入レーザのために、活性層における発光の結果としての増幅が、動作電流の全範囲にわたって励起閾値を保持するのに十分であるようにされる。この場合に、主調整層が、リークイン領域へ追加的に導入される。上記主調整層は、少なくとも１つの下層からなり、その下層の少なくとも１つのために、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有し、その一面で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対面には、主調整層の屈折率未満の屈折率を有する閉じ込め層がある。励起閾値電流場における比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮは、１＋γ〜１−γの範囲内で決定され、ここでγの大きさは、Δ未満の大きさで決定される。
【００３８】
提案された注入レーザ（以下、Ｌａｓｅｒと呼ぶ）の主な特徴は、ＨＳのリークイン領域及び活性層の現代化にあり、このＨＳに基づいてＬａｓｅｒが製造される。この場合に、主調整層がリークイン領域へ導入され、リークイン領域の層の位置が変更される。提案されたＨＳにおける活性層は、下層を含まず、少なくとも１つとすることができる。１つの活性層が形成される場合には、リークイン領域の追加的に導入された主調整層は、その片側で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対側には、リークイン領域の閉じ込め層が隣接している。２以上の活性層がＨＳに形成される場合には、主調整層と同じ又は近い特性を有する主中央調整層が、活性層間に配置される。提案されたヘテロ構造に基づいたＬａｓｅｒの機能性は、活性層及びそのリークインから、リークイン領域への発光漏れの過渡プロセスの近くで生じる。
【００３９】
ある電流値における過度の発光漏れは、発振の消失に帰着する場合がある。これを回避するために、ＨＳ層の厚さ及び組成と同様に、光共振器の反射器における反射係数は、動作しているＬａｓｅｒに対して、活性層における発光の結果としての増幅が、動作電流の範囲の全体にわたって励起閾値を維持するのに十分であるように、選択される。
【００４０】
レーザＨＳにおける漏れプロセスは、ＨＳ層の組成及び厚さによって決定され、またリークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率によって制御される。漏れプロセスの転移点は、比率ｎｅｆｆ及びｎＩＮが１と等しくなる状態である。電流の動作範囲において、この比率は、１＋Δ〜１−Δの大きさの範囲から選択され、ここでΔの大きさは約０．０１である。動作しているデバイスにおいて、比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮは、ＨＳを通って流れる電流の増加につれて低下することに留意されたい。
【００４１】
Ｌａｓｅｒの低い励起閾値電流を得るために、比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮは、１．０１〜０．９９の上記範囲より狭い大きさ範囲から選択すべきである。初期（閾値）電流の領域におけるこの比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮは、その両側において１の大きさにごく近く、すなわち１＋γ〜１−γの大きさ範囲（ここでΔ未満の値で決定されるγの大きさは、約０．００５である）で選択される。比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮの選択された値におけるＬａｓｅｒの励起閾値電流は、活性層における発光の結果としての増幅値に決定的に依存する。提案されたＬａｓｅｒのために計算によって示され、かつ実験データによって確認されたように、１．００５〜０．９９５の範囲から選択された比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮにおける、主調整層の厚さ及び屈折率の選択と同様に、まさに位置によって、励起閾値電流の最小値が達成される。したがって、提案されたＨＳへ追加的に導入された、特別に位置する主調整層は、比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮを制御するために必要なだけでなく、それらによってまた、最初の技術的課題を解決すること、すなわち第１に、Ｌａｓｅｒの電力パラメータ（閾値電流、効率、出力電力）及び空間特性（近視野における発光分配、遠視野における発光の角度発散）を実質的に改善することが可能になる。
【００４２】
励起閾値電流の低減のための好ましい実施形態において、少なくとも２つの活性層がＨＳへ導入されるように提案されている。これらの２つの活性層の中間に、導入された主中央調整層又はその下層の１つが、配置される。
【００４３】
いくつかのＬａｓｅｒにとって、主調整層の厚さを増加させることに限界がある場合には、リークイン領域の主調整層に加えて、少なくとも片側で閉じ込め層の表面に隣接し、かつ少なくとも１つの下層で作製された補助調整層を形成することが望ましい。
【００４４】
Ｌａｓｅｒの高電力パラメータ及び空間特性を提供するために、主調整層、主中央調整層及び補助調整層は、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率で作製され、上記調整層の厚さは、約０．００５μｍ〜約１．０μｍの範囲から選択される。
【００４５】
活性層における電子及び正孔の効果的な閉じ込めのために、したがって、Ｌａｓｅｒの温度依存性の改善及び効率増加のために、閉じ込め層は、約０．０１μｍ〜約０．３０μｍの範囲内で選択された厚さで作製される。
【００４６】
垂直面における発光の角度発散を低減させるため、及びＬａｓｅｒの効率を向上させるために、リークイン領域におけるリークイン層の厚さは、約１．０μｍ〜約１０μｍ以上の範囲内で選択される。また、反射層の下層の少なくとも１つは、大部分リークイン層に隣接しているが、リークイン層の屈折率に近い屈折率で作製される。
【００４７】
製造の技術的プロセスを単純化するために、Ｌａｓｅｒのいくつかの実施形態において、少なくとも１つのリークイン層は、閉じ込め層の屈折率に等しい屈折率で作製される。
【００４８】
Ｌａｓｅｒの効率を規定する内部光損失の低減のための好ましい実施形態において、主調整層及び主中央調整層は、成長時にドープされない。補助調整層（もしあれば）、リークイン層、及びリークイン層に隣接する少なくとも１つの反射層の一部は、約１０１５ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３の低レベルの適切なドーピング不純物でドープされ、閉じ込め層は、約１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３の適切なドーピング不純物レベルでドープされる。
【００４９】
リークイン領域（又はリークイン層）の数及び位置に依存して、２つの主なタイプのＬａｓｅｒ、すなわち対称Ｌａｓｅｒ及び非対称Ｌａｓｅｒを製造することができる。対称Ｌａｓｅｒにおいて、リークイン領域は、活性層の両側に位置し、また大部分は、関連する層には等しい屈折率及び等しい厚さを有する。非対称Ｌａｓｅｒでは、リークイン領域は、活性層の片側、すなわち大部分はｎ型ドーピングの側に位置する１つとすることができる。
【００５０】
ある波長における提案されたＬａｓｅｒの好ましい実施形態において、発光に対して透過性で、ヘテロ構造が成長される基礎となる半導体基板の組成（又は屈折率）に等しい又は近いリークイン層の組成（又は屈折率）を選択する可能性がある。概して、基板は、二元半導体化合物（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ）であり、またリークイン層の厚さが、通常、すべてのＨＳ層の厚さの大部分を構成する。この場合には、圧縮の機械的応力がかなり低減され、オーミック及び熱抵抗が低減され、それによって、提案されたＬａｓｅｒの効率及び出力電力の増加と同様に、動作寿命及び信頼性の向上が、結果としてもたらされる。
【００５１】
同じ動作電流で、出力電力を約２倍か３倍以上に増加させるために、提案されたレーザでは、それぞれ２つか３つ以上の活性層が作製され、それらの平面が互いに平行にされ、活性層の中間に、ｐ型及びｎ型の２つの薄い、多量にドープされ下層からなる主中央調整層が配置され、これらの下層によって、動作中のＬａｓｅｒでは、一の活性層から他の活性層への電流のトンネル通路が提供される。
【００５２】
レーザビームの空間的不安定性の一因となり、かつ高出力注入レーザにおける出力電力の制限に帰着する非線形歪みが、提案されたＬａｓｅｒではかなり低減されることに留意されたい［P.G.Eliseev，Yu.M.Popov，Kvantovaya eledtronika，24，No.12（1997），1067-1079］。これは、提案されたＬａｓｅｒにおいて、レーザ発光のほとんどのフラックス（約９９．９９％）が、透過性のリークイン層（線形媒体）を通って伝播し、またフラックスの非常に小さな部分（約０．０１％以下）が非線形活性媒体を通って伝播するという事実によってもたらされる。これによって、提案されたＬａｓｅｒの、単一周波数レージングを含む高出力電力の取得と同様に、スペクトル線幅の低減、その周波数シフトの低減、高周波及び高速変調特性の改善が決定されるが、これは、現代のファイバリンク及び他の用途でＬａｓｅｒを用いる際に、実際的に非常に重要である。
【００５３】
本発明で提案された非自明なＬａｓｅｒの本質は、Ｌａｓｅｒが作製される基礎となっているＨＳのリークイン領域及びの活性層の現代化にある。この場合に、下層を含まない活性層の表面に隣接する追加的で独特な位置の主調整層が、リークイン領域へ導入され、また主調整層、補助調整層、閉じ込め層、リークイン層及びそれらの下層、反射層及びそれらの下層の他の独特な特徴（位置、組成、厚さ、ドーピングレベル）が提案され、これによって、ＨＳにおける層の厚さ及び組成の適切な選択により、ＨＳの２つの主な特徴（Ｌａｓｅｒの最良のエネルギー及び空間特性が達成される、活性層における結果としての増幅及び初期（閾値）電流場における比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮ）の最適な組み合わせを実現することが可能になった。
【００５４】
本発明の別の態様は、半導体化合物に基づいたヘテロ構造を含む半導体増幅素子（以下、ＳＡＥと呼ぶ）であり、このＳＡＥは、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率、すなわち、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１＋Δ〜１−Δの範囲内で決定され、ここでΔが、１よりずっと小さい大きさで決定されることを特徴とする。上記ヘテロ構造には、少なくとも１つの活性層と、活性層の両側に少なくとも１つある少なくとも２つの反射層とが含まれる。上記反射層は、少なくとも１つの下層で形成され、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆ未満の屈折率を有する。上記ヘテロ構造には、発光に対して透過性であり、発光が漏入するリークイン領域が含まれる。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置する。リークイン領域は、活性層の少なくとも片側に位置する。リークイン領域は、少なくとも１つである。リークイン領域は、屈折率ｎＩＮを有し、かつ少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの閉じ込め層を有する。ＳＡＥにはまた、光ファセット、オーミックコンタクト、及び少なくとも１つの光ファセット上のクラリファイング膜が含まれる。ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に、光ファセット上のクラリファイング膜の反射係数は、動作電流の全範囲にわたる、活性層における発光の結果としての増幅値が、動作している半導体増幅素子の自励に至る上記増幅の値を超えないように選択されるが、この場合に、増幅発光の伝播媒体は、リークイン領域の少なくとも一部、活性層の少なくとも一部、及びリークイン層に隣接する反射層の少なくとも一部である。この場合に、主調整層が、リークイン領域へ追加的に導入される。上記主調整層は、少なくとも１つの下層からなり、その下層の少なくとも１つのために、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有し、その一面で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対面には、主調整層の屈折率未満の屈折率を有する閉じ込め層がある。
【００５５】
提案されたＳＡＥの主な特徴は、ＳＡＥが製造される基礎となっているＨＳのリークイン領域及び活性層の現代化にある。この場合に、主調整層が、リークイン領域へ導入され、リークイン領域における層の位置がまた変更される。提案されたＨＳにおける活性層は下層を含まず、少なくとも単一の層とすることができる。１つの活性層が形成される場合には、リークイン領域の追加的に導入された主調整層は、その片側で活性層に隣接し、一方で、主調整層の他側には、リークイン領域の閉じ込め層が隣接している。２以上の活性層が形成される場合には、主調整層と同じ又は近い特徴を有する導入された主中央調整層が、活性層間に配置される。提案されたヘテロ構造に基づいたＳＡＥの機能性は、活性層及びそのリークインから、リークイン領域への発光漏れの過渡プロセスの近くで生じる。
【００５６】
ＳＡＥにおける漏れプロセスは、ＨＳ層の組成及び厚さによって規定され、またリークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率によって制御される。動作電流場において、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率は、約１．０１〜約０．９９の範囲から決定される。
【００５７】
雑音レベルと同様に入力信号へのＳＡＥの感度、増幅係数、並びに所定の動作電流及び比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮの選択された値における出力電力は、活性層における発光の結果としての増幅値に決定的に依存する。提案されたＳＡＥのための計算によって示されるように、選択された比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮにおいて、まさに、主調整層（又はその下層）の厚さ及び屈折率の選択によるのと同様に位置によって、ある動作電流における上記結果としての増幅の最大値が達成される。したがって、提案されたＨＳへ追加的に導入された独特な位置の主調整層によって、技術的課題を解決すること、すなわちＳＡＥの主パラメータ（入力信号に対する感度、雑音レベル、増幅係数、出力電力）を実質的に改善することと同様に、入口及び出口開口部のサイズを増加させることと、偏光依存及び遠視野における発光の角度発散を低減することとが可能になる。
【００５８】
ＳＡＥの増幅モードを安定させるために、ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に、光ファセット上のクラリファイング膜の反射係数は、動作電流で、活性層における結果としての発光増幅が、動作している半導体増幅素子の自励に至る上記増幅の値を超えないように、選択される。
【００５９】
入力信号に対する感度の向上及び増幅係数の増加のための好ましい実施形態において、少なくとも２つの活性層が、ＨＳへ導入されるように提案されている。これらの２つの活性層の中間に、導入された主中央調整層又はその下層の１つが配置される。
【００６０】
主調整層の厚さを増加させることに限界があるいくつかのＳＡＥについては、リークイン領域の主調整層に加えて、少なくとも片側で閉じ込め層の表面に隣接し、かつ少なくとも１つの下層で作製された補助調整層を形成することが望ましい。
【００６１】
ＳＡＥの主パラメータを最適化するために、主調整層、主中央調整層及び補助調整層は、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率で作製され、また上記調整層の厚さは、約０．００５μｍ〜約１．０μｍの範囲内で選択される。
【００６２】
ＳＡＥパラメータの温度依存性を改善するために、閉じ込め層は、約０．０１μｍ〜約０．３０μｍの範囲内で選択された厚さで作製される。
【００６３】
雑音指数を低減し、かつＳＡＥの増幅発光の角度発散を低減するために、リークイン領域におけるリークイン層の厚さは、約１．０μｍ〜約１０μｍ以上の範囲から選択され、また好ましくはリークイン層に隣接している、反射層の下層の少なくとも１つが、リークイン層の屈折率に近い屈折率で作製される。
【００６４】
製造の技術的プロセスを単純化するために、ＳＡＥのいくつかの実施形態において、リークイン領域の少なくとも１つのリークイン層が、閉じ込め層の屈折率に等しい屈折率で作製される。
【００６５】
ＳＡＥの効率を規定する内部光損失の低減のための好ましい実施形態において、主調整層及び主中央調整層は、成長プロセスにおいてドープされず、補助調整層（もしあれば）、リークイン層、及びリークイン層に隣接する少なくとも１つの反射層の一部は、約１０１５ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３の低レベルの適切なドーピング不純物でドープされ、閉じ込め層は、約１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３の適切なドーピング不純物レベルでドープされる。
【００６６】
リークイン領域（又はリークイン層）の数及び位置に依存して、２つの主なタイプのＳＡＥ、すなわち対称ＳＡＥ及び非対称ＳＡＥを製造することができる。対称ＳＡＥにおいて、リークイン領域は、活性層の両側に位置し、また大部分は、関連する層に等しい屈折率及び等しい厚さを有する。非対称ＳＡＥでは、１つのリークイン領域が、活性層の片側、すなわち大部分はｎ型ドーピングの側に位置することができる。
【００６７】
ある波長における提案されたＳＡＥの好ましい実施形態において、発光に対して透過性で、ヘテロ構造が成長される基礎となる半導体基板の組成（又は屈折率）と同一又は近いリークイン層の組成（又は屈折率）を選択する可能性がある。概して、基板が、二元半導体化合物（例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ）であり、リークイン層の厚さが、通常、すべてのＨＳ層の厚さの大部分を構成するので、圧縮の機械的応力がかなり低減され、オーミック及び熱抵抗が低減され、それによって、提案されたＳＡＥの効率及び出力電力の増加と同様に、動作寿命及び信頼性の向上が、結果としてもたらされる。
【００６８】
同じ動作電流で、増幅発光の出力電力を、約２倍か３倍以上に増加させるために、提案されたＳＡＥにおいて、それぞれ、２つか３つ以上の活性層が作製され、それらの平面が互いに平行にされ、また各隣接する活性層間に、ｐ型及びｎ型の２つの薄い、多量にドープされた下層からなる主中央調整層が配置されて、動作しているＳＡＥにおいて、一の活性層から他の活性層への電流のトンネル通路を提供する。
【００６９】
ＳＡＥの偏光無依存を実現するために、リークイン領域のリークイン層は、電流フローの導入ストライプ（又はメサストライプ）領域の幅とほぼ等しい厚さで作製される。
【００７０】
提案されたＳＡＥにおいて、電流フローのストライプ領域が、光ファセットの平面に対して適切な角度で傾斜される場合には、クラリファイング膜に対する要件の追加的な低減を実現することができる。
【００７１】
提案されたＳＡＥの個別実施形態については、入口及び出口開口部は、光ファイバの開口部に一致して形成される。この場合に、入力信号の入力及び増幅発光の出力に対して、ＳＡＥの反対側の光ファセット（クラリファイング膜が施されている）は、光結合素子を用いて光ファイバと光学的に結合されるだけでなく、光ファイバと直接触して直接結合される。入力における入力発光損失の低減は、ＳＡＥの雑音指数の低減を結果としてもたらす。
【００７２】
本発明で提案された、漏れ発光を伴う新規で非自明なＳＡＥの本質は、ＨＳのリークイン領域及び活性層の現代化にあるが、この場合に、活性層に隣接する追加的で独特な位置の主調整層が、リークイン領域に導入され、同様に、主調整層、補助調整層、閉じ込め層、リークイン層及びそれらの下層、反射層及びそれらの下層の他の独特な特徴（位置、組成、厚さ、ドーピングレベル）が提案され、それによって、ＳＡＥの主な特徴をかなり改善すること、特に、入力信号に対する感度、効率、出力電力を向上させることと、増幅発光の角度発散を低減することと、入力及び出力において発光の光損失を低減することと、雑音レベルを低減することと、配置技術の単純化と共に動作寿命及び信頼性を向上させることと、が可能になった。
【００７３】
本発明の別の態様は、光学的に結合されたマスター入力発光源と、半導体化合物に基づいたヘテロ構造を含む半導体増幅素子とを含むものとして提案された半導体光増幅器（以下、ＳＯＡと呼ぶ）であり、このＳＯＡは、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率、すなわち、ｎｅｆｆ対ｎＩＮの比率が、１＋Δ〜１−Δの範囲内で決定され、ここでΔが、１よりずっと小さい大きさで決定されることを特徴とする。上記ヘテロ構造には、少なくとも１つの活性層と、活性層の両側に少なくとも１つある少なくとも２つの反射層とが含まれる。上記反射層は、少なくとも１つの下層で形成され、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆ未満の屈折率を有する。上記ヘテロ構造には、発光に対して透過性の発光リークイン領域が含まれる。リークイン領域は、活性層及び対応する反射層間に位置し、活性層の少なくとも片側に位置する。リークイン領域は、少なくとも１つであり、屈折率ｎＩＮを有し、かつ少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つのリークイン層を有する。上記リークイン領域は、少なくとも１つの下層からなる少なくとも１つの閉じ込め層を有する。ＳＯＡに組み込まれたＳＡＥにはまた、光ファセット、オーミックコンタクト、及び少なくとも１つの光ファセット上のクラリファイング膜が含まれる。ヘテロ構造層の組成及び厚さと同様に、光ファセット上のクラリファイング膜の反射係数は、動作電流の全範囲にわたる、上記活性層における発光の結果としての増幅値が、動作している半導体増幅素子の自励に至る上記増幅の値を超えないように選択されるが、この場合に、増幅発光の伝播媒体は、リークイン領域の少なくとも一部、活性層の少なくとも一部、及びリークイン層に隣接する反射層の少なくとも一部である。この場合に、主調整層は、リークイン領域へ追加的に導入される。上記主調整層は、少なくとも１つの下層からなり、その下層の少なくとも１つのために、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有し、その一面で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対面には、主調整層の屈折率未満の屈折率を有する閉じ込め層がある。
【００７４】
提案されたＳＯＡは、現代化されたＳＡＥに基づいているが、その主な特徴は、ＨＳのリークイン領域及び活性層の現代化にあり、このＨＳに基づいてＳＡＥが製造される。この場合に、主調整層がリークイン領域へ導入され、リークイン領域における層の位置が変更される。提案されたＨＳにおける活性層は、下層を含まず、少なくとも１つとすることができる。１つの活性層が形成される場合には、リークイン領域の追加的に導入された主調整層は、その片側で活性層に隣接し、一方で、主調整層の反対側には、リークイン領域の閉じ込め層が隣接している。２以上の活性層が形成される場合には、主調整層と同じ又は近い特徴を有する導入された主中央調整層が、活性層間に配置される。ＳＡＥを備えたＳＯＡの機能性は、活性層及びそのリークインから、リークイン領域への発光漏れの過渡プロセスの近くで生じる。
【００７５】
漏れプロセスは、ＨＳ層の組成及び厚さによって規定され、またリークイン層の屈折率ｎＩＮに対する、ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比率によって制御される。電流の動作範囲において、ｎｅｆｆ対ｎＩＮのこの比率は、１＋Δ〜１−Δの範囲内、すなわち約１．０１〜約０．９９の範囲内で決定される。
【００７６】
比率ｎｅｆｆ／ｎＩＮの選択された値において、雑音レベル、入力信号に対する提案されたＳＯＡの感度と同様に、増幅係数、及び出力電力が、所定の動作電流に対する、ＳＡＥ ＨＳの活性層における発光の結果としての増幅値に決定的に依存する。提案されたＳＯＡのための計算によって示されるように、まさに、主調整層（又はその下層）の厚さ及び屈折率の選択によるのと同様に、位置によって、上記結果としての増幅の最大値が達成される。したがって、提案されたＨＳへ追加的に導入された独特な位置の主調整層によって、技術的課題を解決すること、すなわち第１に、ＳＯＡの上記パラメータを実質的に改善することと同様に、入口及び出口開口部のサイズを増加させることと、偏光依存を低減することと、遠視野における発光の角度発散を低減することとが可能になる。
【００７７】
ＳＯＡの増幅モードを安定させるために、ヘテロ構造層の厚さ及び組成と同様に、ＳＡＥの光ファセット上のクラリファイング膜の反射係数は、動作電流で、活性層における発光の結果としての増幅が、動作しているＳＯＡの自励に至る上記増幅の値を超えないように、選択される。
【００７８】
ＳＯＡの、入力信号に対する感度の向上及び増幅係数の増加のための好ましい実施形態において、少なくとも２つの活性層が、ＳＡＥ ＨＳへ導入されるように提案されている。導入された主中央調整層又はその下層の１つが、これらの２つの活性層の中間に配置される。
【００７９】
ＳＡＥ ＨＳの主調整層の厚さを増加させることに限界があるいくつかのＳＯＡにとっては、リークイン領域の主調整層に加えて、少なくとも片側で閉じ込め層の表面に隣接し、かつ少なくとも１つの下層で作製された補助調整層を形成することが望ましい。
【００８０】
ＳＯＡの主パラメータを最適化するために、ＳＡＥ ＨＳの主調整層、主中央調整層及び補助調整層は、リークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率で作製され、また上記調整層の厚さは、約０．００５μｍ〜約１．０μｍまでの範囲内で選択される。
【００８１】
ＳＯＡパラメータの温度依存性を改善するために、ＳＡＥ ＨＳの閉じ込め層は、約０．０１μｍ〜約０．３０μｍの範囲内から選択された厚さで作製される。
【００８２】
雑音指数を低減し、かつＳＯＡの増幅発光の角度発散を低減するために、ＳＡＥ ＨＳのリークイン領域におけるリークイン層の厚さは、約１．０μｍ〜約１０μｍ以上の範囲から選択され、また大部分はリークイン層に隣接している、反射層の下層の少なくとも１つが、リークイン層の屈折率に近い屈折率で作製される。
【００８３】
製造の技術的プロセスを単純化するために、ＳＯＡのいくつかの実施形態において、ＳＡＥ ＨＳのリークイン領域の少なくとも１つのリークイン層が、閉じ込め層の屈折率に等しい屈折率で作製される。
【００８４】
ＳＯＡの効率を規定する内部光損失の低減のための好ましい実施形態において、ＳＡＥ ＨＳの主調整層及び主中央調整層は、成長時にドープされない。補助調整層（もしあれば）、リークイン層、及びリークイン層に隣接する、ＳＡＥ ＨＳの少なくとも１つの反射層の一部は、約１０１５ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３の低レベルの適切なドーピング不純物でドープされ、ＳＡＥ ＨＳの閉じ込め層は、約１０１７ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３の適切なドーピング不純物レベルでドープされる。
【００８５】
リークイン領域（又はリークイン層）の数及び位置に依存して、２つの主なタイプのＳＯＡ、すなわち対称ＳＯＡ及び非対称ＳＯＡを製造することができる。対称ＳＯＡに含まれるＳＡＥにおいて、リークイン領域は、活性層の両側に位置し、また大部分は、関連する層に等しい屈折率及び等しい厚さを有する。非対称ＳＯＡに含まれるＳＡＥでは、リークイン領域を１つとすることができ、活性層の片側、すなわち大部分はｎ型ドーピングの側に位置する。
【００８６】
あるレージング波長において、提案されたＳＯＡの好ましい実施形態においては、発光に対して透過性で、ヘテロ構造が成長される基礎となる半導体基板の組成（又は屈折率）と同一又は近い、ＳＡＥ ＨＳのリークイン層の組成（又は屈折率）を選択する可能性がある。概して、基板が、二元半導体化合物（例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ）であり、リークイン層の厚さが、通常、すべてのＨＳ層の厚さの大部分を構成するので、この場合に、圧縮の機械的応力レベルがかなり低減され、オーミック及び熱抵抗が低減され、それによって、提案されたＳＯＡの効率、出力電力の増加と同様に、動作寿命及び信頼性の向上が、結果としてもたらされる。
【００８７】
同じ動作電流で、増幅発光の出力電力を、約２倍か３倍以上に増加させるために、提案されたＳＯＡにおいて、それぞれ、ＳＡＥ ＨＳの２つか３つ以上の活性層が作製され、それらの平面が互いに平行にされ、また各隣接する活性層間に、ｐ型及びｎ型の２つの薄い、多量にドープされた下層からなるＳＡＥ ＨＳの主中央調整層が配置されて、動作するＳＯＡにおいて、一方の活性層から別の活性層への電流のトンネル通路を提供する。
【００８８】
ＳＯＡの偏光無依存を実現するために、ＳＡＥ ＨＳのリークイン領域におけるリークイン層は、電流フローの導入ストライプ領域の幅とほぼ等しい厚さで作製される。
【００８９】
クラリファイング膜に対する要件の追加的な低減を実現するために提案されたＳＯＡにおいて、ＳＡＥの電流フローのストライプ（又はメサストライプ）領域は、光ファセットの平面に対して適切な角度で傾斜される。
【００９０】
提案されたＳＯＡの個別実施形態については、ＳＡＥの入口及び出口開口部は、光ファイバの開口部に一致して形成される。この場合に、入力信号の入力及び増幅発光の出力のために、クラリファイング膜が施された、ＳＡＥの反対側の光ファセットは、周知の光結合素子を用いて光ファイバに光学的に結合されるだけでなく、ＳＡＥと直接触して直接結合される。ファイバへの入力における入力発光損失の低減は、ＳＯＡの効率の向上を結果としてもたらす。
【００９１】
ＳＯＡ出力で高品質な増幅発光を得るための好ましい実施形態において、マスター入力発光源が、注入レーザとして作製される。ＳＯＡの効率及び出力電力を増加させるために、マスター注入レーザが、本発明で提案したＬａｓｅｒとして選択されるのが好ましい。ＳＯＡのこの実施形態のために、マスターＬａｓｅｒ及びＳＡＥの効率的な光結合は、光結合素子を用いずに、両者の直の接触で実現することができる。この場合には、マスターＬａｓｅｒ及びＳＡＥが同じヘテロ構造で作製されるＳＯＡの実施形態が望ましい。また、ＳＡＥの電流フローの導入ストライプ領域の幅が、マスターＬａｓｅｒの導入ストライプ領域の幅より大きいように選択されるか、又はＳＡＥの電流フローのストライプ領域の幅が拡大可能な高出力ＳＯＡの実施形態が可能である。
【００９２】
ＳＯＡに含まれるマスターＬａｓｅｒ及びＳＡＥにおける漏れ発光の存在が、内部光損失の著しい低減（ＳＡＥの効率の向上につながる）、及び増幅発光の空間的不安定性一因となり、かつ高出力のＳＯＡにおける出力電力の制限帰着する非線形歪みの低減を結果としてもたらすことに、留意されたい。これは、提案されたＳＯＡにおいて、増幅発光の大部分（約９９．９％以上）が、透過性のリークイン層（線形媒体）を通って伝播し、フラックスの非常に小さな部分（約０．１％以下）が非線形活性媒体を通って伝播するという事実によってもたらされる。これによって、発光の高い出力電力を得ることだけでなく、ＳＯＡにおける発光のスペクトル線幅の低減、その周波数シフトの低減、高周波及び高速変調特性の改善が決定される。
【００９３】
本発明で提案された新規で非自明なＳＯＡならびにそこに含まれるマスター入力発光源（マスターＬａｓｅｒ）及びＳＡＥの本質は、マスターＬａｓｅｒ及びＳＡＥにおけるヘテロ構造のリークイン領域及びの活性層の現代化にあるが、この場合に、活性層に隣接する追加的で独特な位置の主調整層が、リークイン領域へ導入され、また主及び補助調整層、閉じ込め層、リークイン層及びそれらの下層、反射層及びそれらの下層の他の独特な特徴（位置、組成、厚さ、ドーピングレベル）が提案され、これによって、ＳＯＡの主な特徴、すなわち、効率、出力電力、増幅発光の角度発散、入力及び出力時の光損失、配置技術の単純化と共に動作寿命及び信頼性を実質的に改善することが可能になった。
【００９４】
本発明で提案されたＨＳ、Ｌａｓｅｒ、ＳＡＥ、ＳＯＡの技術的実現は、今までに十分に開発され、広く用いられている周知の基本的技術プロセス基づいている。この提案は、「産業上の利用可能性」の基準を満たす。それらの製造における主な特徴は、レーザヘテロ構造において成長された層の別の組成、厚さ及び位置にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９５】
本発明を、図１〜１０に関連して下記で詳細に説明する。
下記において、本発明は、添付の図面に関連し、具体的な実施形態の記載によって説明する。ＨＳ、Ｌａｓｅｒ、ＳＡＥ及びＳＯＡの実施形態の所定の例は、唯一の例でなく、周知の波長範囲を始めとする他の現実化の可能性を仮定するものであり、それらの特徴は、特許請求の範囲による特徴全体に反映されている。
【００９６】
提案されたヘテロ構造１（図１を参照）には、１つの活性層２が含まれ、その両側に２つのリークイン領域３及び４が隣接した。リークイン領域３及び４に対して外側（活性層２を基準として）に、２つの反射層５及び６が隣接した。反射層６は、ｎ型ＧａＡｓの基板７側に位置している。リークイン領域３及び４には、活性層２のそれぞれの側に隣接する１つの主調整層８及び９と、主調整層８及び９にそれぞれ隣接する閉じ込め層１０及び１１のそれぞれと、調整層１０及び１１にそれぞれ隣接するリークイン層１２及び１３のそれぞれとが含まれる。活性層２は、ＩｎＧａＡｓで作製され、０．００８μｍの厚さを有する。かかるヘテロ構造のレーザ波長は、９８０ｎｍに等しい。主調整層８及び９は、０．０４μｍの同じ厚さを有し、ＧａＡｓで成長された。閉じ込め層１０及び１１は、Ａｌ０．３８Ｇａ０．６２Ａｓの同じ組成、及び０．０４μｍの同じ厚さを有した。リークイン層１２及び１３は、４．０μｍの同じ厚さであり、Ａ１０．１９Ｇａ０．８１Ａｓで成長された。両方の反射層５及び６は、同じ組成及び厚さの２つの下層からなっていた。対応するリークイン層に隣接した、０．５μｍの厚さの第１の下層１４，１６は、リークイン層の組成に近いＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓで成長された。０．６μｍの厚さの第２の下層１６，１７は、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓで成長された。下記では、固定発光波長のための半導体層の各組成に対して、ある対応する屈折率があることに留意されたい。ＨＳ１を成長させる場合に、活性層２並びに主調整層８及び９はドープされず、（ｐ型の）閉じ込め層１０及び（ｎ型の）閉じ込め層１１は、周知の不純物で、６×１０１７ｃｍ−３及び３×１０１７ｃｍ−３にそれぞれドープされ、リークイン層１２，１３、並びにそれぞれｐ型及びｎ型の、反射層５及び６の第１の下層１４，１６は、１×１０１７ｃｍ−３にドープされ、またそれぞれｐ型及びｎ型の、反射層５及び６の第２の下層１５，１７は、２×１０１８ｃｍ−３にドープされた。
【００９７】
ＨＳ１層の選択された組成及び厚さは、０．３ｋＡ／ｃｍ２及び１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、それぞれ１．０００００６及び０．９９９６４の比率ｎｅｆｆ対ｎＩＮの計算値をもたらした。０．３５ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、活性層における結果としての増幅は、７．８ｃｍ−１だった。１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、垂直面における計算された発散角度θ⊥は、６．０°だった（以下ではＦＷＨＭ）。
【００９８】
ＨＳ１の次の実施形態は、この実施形態においてリークイン層１２及び１３の厚さが同一であり、２．５μｍに等しかったという点で、上記の実施形態と異なった。この場合に、０．３ｋＡ／ｃｍ２及び１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における比率ｎｅｆｆ対ｎＩＮの計算値は、それぞれ０．９９９９２及び０．９９９３３だった。０．３ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における結果としての増幅は、１０．０ｃｍ−１だった。１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、垂直面における計算された発散角度θ⊥は、９．０°だった。
【００９９】
ＨＳ１の次の実施形態（図２を参照）は、次の点で、図１に概略的に示す実施形態と異なった。すなわち、この実施形態において、リークイン層１２及び１３がＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓで成長された点、ならびにＧａＡｓで作製され、かつ閉じ込め層１０及び１１とリークイン層１２及び１３との間で、活性層の両側に位置する２つの補助調整層１８及び１９が、主調整層８及び９に加えて、リークイン領域に追加的に導入された点である。層１２、１３及び５、６におけるＡｌの低含有量により得られたＨＳは、低減されたオーミック及び熱抵抗ならびに圧縮の機械的応力を有した。
【０１００】
ＨＳ１の次の実施形態（図３を参照）は、この実施形態において、リークイン層１２及び１３の厚さがそれぞれ０．５μｍ及び７．０μｍだった点、並びに主調整層８の厚さが０．０６μｍだった点において、図１に概略的に示す実施形態と異なった。ＨＳ１のこの実施形態については、０．３ｋＡ／ｃｍ２及び１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における比率ｎｅｆｆ対ｎＩＮの計算された大きさは、それぞれ１．００００４及び０．９９９８４だった。０．３ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における結果としての増幅は、１０．２ｃｍ−１だった。１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、垂直面における計算された発散角度θ⊥は、８．１°だった。
【０１０１】
ＨＳ１の次の実施形態（図４を参照）は、次の点で、上記の実施形態と異なった。すなわち、この実施形態において、２つの同一の活性層２が形成された点と、活性層間に位置する０．０１２μｍの厚さを有するＧａＡｓの主中央調整層２０が導入された点と、主調整層８の厚さが０．０３μｍだった点とである。ＨＳ１のこの実施形態においては、０．３ｋＡ／ｃｍ２及び１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における比率ｎｅｆｆ対ｎＩＮの計算値は、それぞれ１．００００２及び０．９９９８４だった。０．３ｋＡ／ｃｍ２の電流密度における結果としての増幅は、８．９ｃｍ−１だった。１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、垂直面における計算された発散角度θ⊥は、８．１°だった。
【０１０２】
ＨＳ１の次の実施形態は、この実施形態において、主中央調整層２０が、テルル及び炭素で５×１０１９ｃｍ−３の濃度にそれぞれドープされた、ｎ型及びｐ型の２つの薄い（それぞれ０．００５μｍの厚さ）下層からなる点で、図４に概略的に示す実施形態と異なった。ｎ型の下層は、ｐ型の反射層の側に配置され、ｐ型の下層は、ｎ型の反射層及びｎ型の基板の側に配置された。
【０１０３】
ＨＳ１の次の実施形態は、次の点で、図１に概略的に示す実施形態と異なった。すなわち、この実施形態において、リークイン層１２及び１３が、閉じ込め層９及び１０と同じ組成（したがって同じ屈折率）、すなわちＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ａｓで作製された点、並びに反射層５及び６（下層なし）が組成Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓを有した点である。前の実施形態と比較すると、ＨＳのこの実施形態には、より少数の層が含まれるが、しかしながら、それは、増加したオーミック抵抗、熱抵抗及び圧縮の機械的応力の値を特徴とした。
【０１０４】
提案されたＬａｓｅｒ３０（図５を参照）は、図１に示す対称ＨＳ１の実施形態を用いて作製された。ｎ型基板７及び反対側に形成されたｐ型の接触層（図示せず）に対して、金属化層（図示せず）が施された。光共振器Ｌｒｅｓの長さは、２０００μｍに等しく選択された。劈開ファセット３１に、Ｒ１＝９９％及びＲ２＝５％の反射係数をそれぞれ備えた反射コーティング３２及び３３が施された。電流フローのストライプ領域は、１０μｍのメサストライプ幅を有した。計算された閾値電流密度ｊｔｈｒは３５０Ａ／ｃｍ２であり、微分効率ηｄは約８８％だった。最大２０ｋＡ／ｃｍ２の超閾値電流のすべての値において、活性層における結果としての増幅は、ｊｔｈｒにおけるよりも大きかった。この場合の漏れ角度φは、０°〜１．６５°まで変化し、それによって、０．３５ｋＡ／ｃｍ２〜２０ｋＡ／ｃｍ２の範囲で、Ｌａｓｅｒ３０の単一モード（垂直面における）動作がもたらされた。１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、活性層２を伝播するレーザ発光の割合を規定する周知の計算された閉じ込め係数Γは、３×１０−４だった。垂直面における計算された発散角度θ⊥は、７．８°（０．３５ｋＡ／ｃｍ２の電流密度において）から６．０°（１０ｋＡ／ｃｍ２において）へ低下した。垂直面において、共振器の出力光ファセットの０．１３レベルにおける発光エリアサイズは、５．７μｍ（０．３５ｋＡ／ｃｍ２において）から８．０μｍ（１０ｋＡ／ｃｍ２において）へ変化した。
【０１０５】
提案されたＬａｓｅｒ３０（図６を参照）は、図２に示す対称ＨＳ１の実施形態を用いて作製されたが、この場合に、反射層５、６の第１の下層１４及び１６と同様に、リークイン層１２及び１３は、Ａｌ０．０５Ｇａ０．８５Ａｓ及びＡｌ０．０６Ｇａ０．８６ＡｓにおけるＡｌの低含有量でそれぞれ作製された。この場合に、補助調整層１８及び１９は、０．２４μｍの等しい厚さで、ＧａＡｓで作製された。Ｌａｓｅｒ３０のこの実施形態によって、動作の効率、電力及び信頼性が増加された。
【０１０６】
提案されたＬａｓｅｒ３０（図７を参照）は、図３に示す非対称ＨＳ１の実施形態を用いて作製されたが、この場合に、組成が同一のリークイン層１２及び１３は、厚さが、それぞれ０．５及び７．０μｍだった。主調整層８及び９の厚さを選択することによって、０．３ｋＡ／ｃｍ２の閾値電流密度が達成された。垂直面における計算された発散角度θ⊥は、最初に７．５°（０．３ｋＡ／ｃｍ２の電流密度において）から７．２°（３ｋＡ／ｃｍ２において）へ低下し、次に、８．１°（１０ｋＡ／ｃｍ２において）へ増加した。この場合に、垂直面において、共振器の出力光ファセットの（０．１３レベルにおける）発光エリアサイズは、最初に４．６μｍから７．２μｍに増加し、次に６．０μｍに低下した。
【０１０７】
Ｌａｓｅｒ３０の次の実施形態は、この実施形態において、リークイン層１２及び１３が、閉じ込め層９及び１０と同じ組成、すなわちＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ａｓで形成された点で、上記の実施形態と異なった。反射層５及び６（下層なし）は、Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓで作製された。Ｌａｓｅｒ３０のこの実施形態は、前述のものと比較して、ＨＳに含まれる層の数がより少なかった。
【０１０８】
提案されたＬａｓｅｒ３０（図８を参照）は、図４に示す非対称ＨＳ１の実施形態を用いて作製されたが、この場合に、２つの同一の活性層２が作製され、それらの間に、厚さが０．０１２μｍの主中央調整層２０が配置された。Ｌａｓｅｒ３０のこの実施形態において、閾値電流密度は、０．２５ｋＡ／ｃｍ２に低減された。
【０１０９】
Ｌａｓｅｒ３０の次の実施形態は、次の点で、上記の実施形態と異なった。すなわち、主中央調整層２０が、ｐ型及びｎ型の２つの下層からなっており、各下層が、０．００５μｍの厚さを備え、５×１０１９ｃｍ−３の等しい電流キャリア濃度の炭素及びシリコンでそれぞれドープされた点である。Ｌａｓｅｒ３０の動作において、かかる下層は、一の活性層から他の活性層へのトンネル通路を提供し、また約２倍の印加電圧だが同じ電流で、２のべき乗だけ増加された出力電力を供給した。
【０１１０】
ＳＯＡでも用いられる提案されたＳＡＥ４０は、図１に示すＨＳ１の実施形態に基づいて作製された。この実施形態のＳＡＥ４０及びその製造方法は、ＨＳ１の劈開ファセットに対して、０．０１％の等しい反射係数Ｒ１及びＲ２を備えたクラリファイング膜が施された以外は、図５に示すＬａｓｅｒ３０の実施形態と完全に一致した。電流のすべての値において、反射係数Ｒ１及びＲ２によってと同様に、ヘテロ構造層の組成及び厚さによって規定される、活性層における結果としての増幅は、最大１０ｋＡ／ｃｍ２以上の電流密度で、自励の閾値未満だった。（入力部における信号を用いた）活性層からリークイン層への発光漏れ状態は、０．３ｋＡ／ｃｍ２超の電流密度を超えた場合に、満たされ始めた。この場合の漏れ角度φは、０．３ｋＡ／ｃｍ２における０°から１０ｋＡ／ｃｍ２における１．５３°へ増加する。１０ｋＡ／ｃｍ２におけるＳＡＥ４０の入口開口部は８×１０μｍ２であり、開口角はほぼ６．０°×５．７°だった。
【０１１１】
ＳＯＡで用いられるＳＡＥ４０（図９を参照）の次の実施形態は、次のことで上記の実施形態と異なった。すなわち、８μｍに等しい電流フローのストライプ領域の幅と、１３０５ｎｍの発光波長のために設計されたＨＳ１層の組成及び厚さと、同様に、クラリファイング膜４１及び４２（Ｒ１及びＲ２は同一で、０．０１％に等しかった）を備えた光ファセット３１に対して、光ファイバが結合されたことであって、入力光ファセット３１を通した発光入力のための入力光ファイバ４３が、クラリファイング膜４１を備え、反対側の光ファセット３１からの発光出力のための出力光ファイバ４４が、クラリファイング膜４２を備えたことである。１０×１０μｍ２に等しい、ＳＡＥ４０の入口及び出口開口部のサイズは、周知の光ファイバの開口部と一致しており、それにより、入力光ファイバ４３及び出力光ファイバ４４を、ＳＡＥ４０と直接触して、対応するコーティング４１及び４２を備えた光ファセット３１に直接結合することが可能になった。ＳＡＥ４０のこの実施形態は、現代のファイバ通信リンクにおいて、電力増幅器、光スイッチ、光波長変換器として高効率で用いることができる。その主な利点は、ＳＡＥ４０への入力において、低損失の入力発光によって決定される雑音の低下である。この場合の雑音指数は、ファイバラマン増幅器のそれに匹敵し得る。増幅発光の１００μｍ２の伝播領域のほぼ正方形の形状によって、ＳＡＥ４０は、入力信号の偏光に実際的に無依存になる。ＳＡＥ４０における３５ｄＢを超える、かかる信号の小信号増幅を得ることができ、飽和なしに増幅された発光電力は、１Ｗ以上に達することができる。ＳＡＥ４０の利点はまた、その増幅された出力発光が実際的に対称であり、発光の角度発散が低いということである。
【０１１２】
ＳＯＡで用いられるＳＡＥ４０の次の実施形態は、電流フローの導入されたメサストライプ領域が、７°の角度で、光ファセットの平面に対して傾斜されているという点で、上記の実施形態と異なった。これによって、反射係数Ｒ１及びＲ２の値に対する要件を、おおむね大きく低減すること（１０倍）が可能になった。
【０１１３】
ＳＯＡでまた用いられる提案されたＳＡＥ４０は、図２に示すＨＳ１の実施形態に基づいて作製された。この実施形態のＳＡＥ４０及びその製造方法は、０．０１％の等しい反射係数Ｒ１及びＲ２を備えたクラリファイング膜が、ＨＳ１の劈開ファセットに施された以外は、図６に示すＬａｓｅｒ３０の実施形態と完全に一致した。
【０１１４】
ＳＯＡでまた用いられる提案されたＳＡＥ４０は、図３に示すＨＳ１の実施形態に基づいて作製され、また０．０１％の等しい反射係数Ｒ１及びＲ２を備えたクラリファイング膜がＨＳ１の劈開ファセットに施された以外は、図７に示すＬａｓｅｒ３０の実施形態と完全に一致した。
【０１１５】
ＳＯＡでまた用いられる提案されたＳＡＥ４０は、図４に示すＨＳ１の実施形態に基づいて作製され、また０．０１％の等しい反射係数を備えたクラリファイング膜４１，４２がＨＳ１の劈開ファセットに施された以外は、図８に示すＬａｓｅｒ３０の実施形態と完全に一致した。
【０１１６】
ＳＯＡでまた用いられるＳＡＥ４０の次の実施形態は、電流のトンネル通路を自身の間に備えた２つの活性層を有するＬａｓｅｒ３０の実施形態とは、クラリファイング膜４１，４２の０．０１％の反射係数だけ異なった。
【０１１７】
提案されたＳＯＡ（図１０を参照）には、ＳＡＥ４０に光学的に結合されたＬａｓｅｒ３０として作製されたマスター入力発光源が含まれる。Ｌａｓｅｒ３０及びＳＡＥ４０は、上記で説明しかつ図１に概略的に示したＨＳ１の同じ実施形態を用いて作製される。Ｌａｓｅｒ３０は、図５に概略的に示す上記の実施形態と一致する。Ｌａｓｅｒ３０とＳＡＥ４０の差異は、劈開ファセット３１に施された、０．０１％の等しい反射係数を備えたクラリファイング膜４１，４２にある。Ｌａｓｅｒ３０及びＳＡＥ４０の電流フローのストライプ領域は、８μｍの同じ幅で作製される。Ｌａｓｅｒ３０の出口開口部及びＳＡＥ４０の入口開口部は、同一で、８．０×８．０μｍ２に等しく、また１０ｋＡ／ｃｍ２の電流密度で、垂直面における計算された発散角度θ⊥は、６．０°である。２つの横方向の屈折率に対する、単一空間モード動作におけるＬａｓｅｒ３０の出力電力は、０．５Ｗである。大きくて等しい、マスターＬａｓｅｒ３０の出口開口部及びＳＡＥ４０の入口開口部によって、マスターＬａｓｅｒ３０及びＳＡＥ４０を、それらの間の最短距離で、１つの長手方向軸上に、十分な精度及び低発光損失で整列させることが可能になった。かかるＳＯＡは、高品質単一モード及び単一周波数レーザ発光の超高出力源である。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
ヘテロ構造は、光ファイバ通信及びデータ伝送システムにおいて、光超高速コンピューティング及びスイッチングシステムにおいて、及び医療機器、レーザ工業機器、周波数逓倍レーザの開発において用いられる注入レーザ、半導体増幅素子、半導体光増幅器などの半導体注入型発光源の作製のためと、固体及びファイバ増幅器ならびにレーザのポンピングために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する２つの同一のリークイン層とを備えて提案された対称ＨＳの断面の概略図である。
【図２】１つの活性層と、２つの主調整層及び２つの補助調整層とを備えて提案された対称ＨＳの断面の概略図である。
【図３】１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する異なる厚さの２つのリークイン層とを備えて提案された非対称ＨＳの断面の概略図である。
【図４】２つの活性層と、２つの主調整層と、１つの主中央調整層と、異なる厚さの２つのリークイン層とを備えて提案された非対称ＨＳの断面の概略図である。
【図５】１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する２つの同一のリークイン層と、光ファセット上の反射コーティングとを備えて提案された対称Ｌａｓｅｒの長手方向断面の概略図である。
【図６】１つの活性層と、２つの主調整層及び２つの補助調整層と、光ファセット上の反射コーティングとを備えて提案された対称Ｌａｓｅｒの長手方向断面の概略図である。
【図７】１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する異なる厚さの２つのリークイン層と、光ファセット上の反射コーティングとを備えて提案された非対称Ｌａｓｅｒの長手方向断面の概略図である。
【図８】２つの活性層と、２つの主調整層と、１つの主中央調整層と、光ファセット上の反射コーティングを備えて提案された非対称Ｌａｓｅｒの長手方向断面の概略図である。
【図９】１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する２つの同一のリークイン層と、２つの光ファイバによって結合された、光ファセット上のクラリファイング膜とを備えたＳＡＥの長手方向断面の概略図である。
【図１０】１つの光軸に独立して位置するＳＯＡの長手方向断面の概略図であり、光ファセット上に反射コーティングを備えたマスターＬａｓｅｒ、及び光ファセット上のクラリファイング膜を備えたＳＡＥは、１つの活性層と、２つの主調整層と、活性層の両側に位置する２つの同一のリークイン層とを備えた同じ対称ＨＳで作製されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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