(57)【要約】変化する屈折率を有するポンピングされるストライプ部（１２）を備えた高出力レーザ・ダイオード（１０）を提供する。屈折率を変化させることによって従来技術の高出力レーザ・ダイオードに見られる自己集束現象を低減させることができ、これによって高品質の出力ビームが得られる。屈折率はポンピングされるストライプ部（１２）の一方の側からポンピングされるストライプ部（１２）の他方の側へと変化する。レーザ・ダイオード（１０）内の層のドーピングあるいは厚さなどのポンピングされるストライプ部（１２）の構造上の特性を変えることにより、屈折率を変化させることができる。ポンピングされるストライプ部（１２）を横断して温度勾配を形成することによって、屈折率を変えることができる。ポンピングされるストライプ部（１２）の一方の側に沿って発熱体を組み込むことによって、あるいはポンピングされるストライプ部（１２）に不均一な電流の流れを生成させることによって、この温度勾配を作ることができる。
2005527108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変化する屈折率を有するポンピングされるストライプ部と、
前記ポンピングされるストライプ部に結合された光フィードバックとを備えたレーザ・ダイオード。
【請求項２】
前記ポンピングされるストライプ部が、光学軸に実質的に垂直な方向に変化する構造上の特性を有する請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項３】
前記ポンピングされるストライプ部に結合された発熱体をさらに備える請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項４】
前記発熱体がポンピングされないストライプ部に位置する請求項３に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項５】
誘電材料の層を介して前記ポンピングされるストライプ部に結合された電気的接点をさらに備え、前記誘電材料の層が少なくとも１つのオフセット開口を有する請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項６】
誘電材料の層を介して前記ポンピングされるストライプ部に結合された電気的接点をさらに備え、前記誘電材料の層があるパターンの開口を有し、前記開口が、前記ポンピングされるストライプ部の一方の側で、前記ポンピングされるストライプ部の反対側の開口より広い面積を有する請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項７】
光の誘導放出を発生させる増幅手段と、
発生された誘導放出光のコヒーレンスを誘導するフィードバック手段と
前記増幅手段の屈折率を変化させる屈折率手段とを備えるレーザ・ダイオード。
【請求項８】
前記屈折率手段が、前記増幅手段の構造上の特性を変化させることを含む請求項７に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項９】
前記屈折率手段が前記増幅手段を発熱させる発熱手段を含む請求項６に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項１０】
前記屈折率手段が前記増幅手段を流れる電流の密度を変化させる手段を含む請求項７に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項１１】
第１の側と第２の側を有するポンピングされるストライプ部と、
前記ポンピングされるストライプ部の前記第１の側に隣接する発熱体と、
前記ポンピングされるストライプ部に結合された光フィードバックとを備えたレーザ・ダイオード。
【請求項１２】
前記発熱体に結合された電源をさらに備えた請求項１１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項１３】
ポンピングされるストライプ部と、
前記ポンピングされるストライプ部に結合された接点と
前記ポンピングされるストライプ部と前記接点との間に位置する誘電材料の層とを備え、前記誘電体の層が少なくとも１つのオフセット開口を有するレーザ・ダイオード。
【請求項１４】
第１の側と第２の側を有するポンピングされるストライプ部と、
前記ポンピングされるストライプ部に結合された接点と、
前記ポンピングされるストライプ部と前記接点との間に位置する誘電材料の層であって、その層は複数の開口を有し、前記ポンピングされるストライプの前記第２の側にある前記開口が前記ポンピングされるストライプ部の前記第１の側にある開口より広い面積を有する層と、
前記ポンピングされるストライプ部に結合された光フィードバックとを備えるレーザ・ダイオード。
【請求項１５】
ポンピングされるストライプ部内で光を発生させ、
ポンピングされるストライプ部の屈折率を変化させることとを含んだレーザ・ダイオードを動作させる方法。
【請求項１６】
屈折率が発熱体によって変化する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
屈折率がポンピングされるストライプ部への電流の流れを変化させることによって変化する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて２００２年３月４日に出願された仮出願第６０／３６１，７５０号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
開示された主題は全体として半導体レーザの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザは様々なシステム応用分野において用いられる。例えば、一般にレーザ・ダイオードは光ファイバ通信システムにおいて光源として用いられている。非常に高出力のレーザ・ダイオードを用いることが望ましい。例えば、エルビウムドープの光ファイバ増幅部やラマン光ファイバ増幅部は高出力レーザによるポンピングを必要とする。このポンピング・レーザは、効率的にファイバ・コアに結合させるために、高品質の光ビームを放出しなければならない。効率的、小型化、その他の要因によって、レーザ・ダイオードを用いて増幅部をポンピングすることが望ましい。残念ながら、一般に高品質のビームを有するレーザ・ダイオードは約０．５ワットという出力の上限があり、光ファイバ増幅部としては２ワット以上を必要とすることがある。
【０００４】
図１を参照すると、レーザ・ダイオード１の出力はダイオード１のポンピングされるストライプ２を広げることによって増大され得る。ポンピングされるストライプ２を広げると、光出力密度は低減され、その結果、ダイオード１内の熱も低減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高い出力密度では広げられたレーザ・ダイオードにおいて生成された光はストライプ２の長さ全体にわたってフィラメント内に「自己集束」することがわかっている。この自己集束効果は、図１に示すような強度スパイクを有する出力ビームを生じさせる。このような出力の品質はほとんどの光通信用途にとって受け入れ難いものである。高品質のレーザ・ビームを放出する高出力レーザ・ダイオードを提供することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
変化する屈折率を有するポンピングされるストライプ部を備えたレーザ・ダイオードを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
放出の方向に対して垂直方向に単調に変化する屈折率を有するポンピングされるストライプ部を備えた高出力レーザ・ダイオードを開示する。屈折率が変化することにより従来技術の高出力レーザ・ダイオードに見られる自己集束現象を低減させることができ、これにより高品質の出力ビームを提供することができる。屈折率は増幅部の一方の側から増幅部の他方の側へと変化する。レーザ・ダイオード内の層の組成、ドーピング、あるいは厚さなどの増幅部の構造上の特性を変えることによって屈折率を変化させることができる。増幅部にわたって温度勾配を形成させることにより屈折率を変えることができる。増幅部の一方の側に沿って発熱体を組み込むことによって、あるいは増幅部に不均一な電流の流れを生成させることによって、この温度勾配を作ることができる。
【０００８】
具体的に参照番号を用いて図２を参照する。図２はレーザ・ダイオード１０を示している。レーザ・ダイオード１０はポンピングされるストライプ部１２を備えている。ポンピングされるストライプ部１２は幅Ｗによって分離された第１の側１４と第２の側１６を有している。ポンピングされるストライプ部１２はダイオード１０から光学軸Ｏpに沿って放出される光の誘導放出を生成するように構成されている。レーザ・ダイオード１０は最大で出力が５ワットの高品質の光ビームを放出することのできる相対的に幅の広いポンピングされるストライプ部１２を備えて構成されている。
【０００９】
レーザ・ダイオード１０は誘導光のためにフィードバックを作る反射面１８を有している。別法として、レーザ・ダイオード１０が、ポンピングされるストライプ部１２に結合された別の分散フィードバック部（図示せず）を含んでいてもよい。光の誘導放出はそのフィードバック部で生成され、さらにはポンピングされるストライプ部１２において増幅される。レーザ・ダイオード１０はポンピングされるストライプ部１２の外部にポンピングされない部分２０をさらに備えている。
【００１０】
図２に示したように、反射率ｎは第１の側１４から第２の側１６までストライプ１２を横切って変化している。ポンピングされるストライプ部１２の構造上の特性を変えることによって、この屈折率を変えることができる。例えば、ポンピングされるストライプ部１２はドープされて変化する屈折率を形成している。屈折率を変えるために、ポンピングされるストライプ部内の１つまたは複数の層の厚さを変えてもよい。
【００１１】
屈折率を変えることによって、高出力レーザにおいて発生する自己集束効果が低減される。この結果、高出力の高品質なレーザ・ビームを得ることができる。屈折率の線形勾配が示されているが、屈折率はポンピングされるストライプ部１２にわたって非線形的に変化してもよいことを理解されたい。
【００１２】
図３は半導体レーザ１０の一実施形態の異なる層３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６を示している。図示され、記載されたこの実施形態は単に例示的なものであり、かつ他の層、材料、組成が使用されてよいことを理解されたい。レーザ１０は基板３０上に形成された下部クラッド層３２を含んでいる。基板３０はｎ型ドープされたインジウム・リン（ＩｎＰ）またはガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）材料などである。クラッド層３２はｎ型ドープされたインジウム・リン（ＩｎＰ）またはガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）材料などである。
【００１３】
レーザ１０は閉じ込め層３４と３８との間に位置する多重量子井戸構造の活性層３６をさらに有している。閉じ込め層３４はｎ型ドープされたインジウム・ガリウム・ヒ素・リン（ＩｎＧａＡｓＰ）またはＡｌyＧａ1−yＡＳ材料である。閉じ込め層３８はｐ型ドープされたインジウム・ガリウム・ヒ素・リン（ＩｎＧａＡｓＰ）またはＡｌyＧａ1−yＡＳ材料である。層４０、４２、４４はｐ型ドープされた材料を含む上部クラッド層である。例えば、層４０はｐ型ドープされたＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌxＧａ1−xＡＳである。層４２はｐ型ドープされたＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌzＧａ1−zＡＳ材料である。層４４はｐ型ドープされたＩｎＰまたはＡｌxＧａ1−xＡＳ材料である。層４６はｐ＋型ドープされたＩｎＧａＡｓまたはＧａＡｓ材料を含有する電気的接触層である。
【００１４】
層３４、３６、３８は電流の流れに応じて光の誘導放出を発生するＰＮ接合を形成してる。クラッド層３２、４０、４２、４４は光を導く導波路となている。電流は接触層４６からポンピングされるストライプ部１２を流れる。この電流によってポンピングされるストライプ部１２内で光の誘導放出が引き起こされる。
【００１５】
基板３０上に層３２、３４、３６、３８を最初に形成させることによって、半導体レーザ１０を構成することができる。次に、残りの層４０、４２、４４、４６が層３８上に連続して形成される。すべての層は知られているエピタキシャル半導体製造工程を用いて形成することができる。層３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６を有するレーザ・ダイオード１０を図示し、記載してきたが、この実施形態は単に例示的なものであり、ダイオード１０が異なる構成を有してよいことを理解されたい。
【００１６】
図４はポンピングされるストライプ部１２の第１の側１４に隣接する発熱体５０を備えたレーザ・ダイオードの異なる実施形態を示している。発熱体５０は電源５２に接続された電気的抵抗のある帯である。発熱体５０はポンピングされるストライプ部１２に流れ込む熱を発生する。発熱体５０をダイオードの一方の側に隣接させてオフセットすることによって、ポンピングされるストライプ部１２を横断する熱勾配が形成される。この熱勾配は第１の側１４から第２の側１６へと屈折率を変化させる。
【００１７】
図５は代替の一実施形態を示しており、接触層（図示せず）は誘電体５４の層を介して残りの層から分離されている。この誘電体５４の層は複数のオフセット開口５６を有している。電流のみがこの誘電体の開口５６を流れる。開口５６はポンピングされるストライプ部１２の第１の側１４に隣接している。結果として、第１の側１４からの電流の流れは、ポンピングされるストライプ部１２を横断して結果的に熱勾配を生成させる。この熱勾配がポンピングされるストライプ部１２の第１の側１４から第２の側１６まで屈折率を変化させる。
【００１８】
図６は代替実施形態を示しており、第２の側１６に隣接する開口５６Ｒが、第１の側１４に隣接する開口５６Ｌとポンピングされるストライプ部１２の中心にある５６Ｃに比して、より広い有効面積を有している。中心の開口５４Ｃは開口５４Ｌの有効面積よりも広い有効面積を有している。この有効面積の差が存在することによって、ポンピングされるストライプ部１２を流れる電流が不均一になる。この不均一な電流の流れが熱勾配を生じさせ、またポンピングされるストライプ部１２の第２の側１６から第１の側１４まで屈折率の変化を生じさせる。
【００１９】
特定の実施形態を記載し、添付図面に示してきたが、当業者には他の種々の変形が考えられてよいため、そのような実施形態は単に例示的なものであり、広範な本発明に関して制限的なものではなく、かつ本発明は図示し記載した特定の構成および配置に限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術のダイオードを示す略図である。
【図２】レーザ・ダイオードを示す略図である。
【図３】レーザ・ダイオードの異なる層の実施形態を示す略図である。
【図４】レーザ・ダイオードの代替実施形態を示す略図である。
【図５】レーザ・ダイオードの代替実施形態を示す略図である。
【図６】レーザ・ダイオードの代替実施形態を示す略図である。
【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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【国際調査報告】
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