(57)【要約】  開示の一実施形態にしたがえば、利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードを作製するプロセスが提供される。ＱＷＩ導波路領域は量子井戸無秩序化を用いて形成され、レーザダイオードのＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部を定める。ＱＷＩ出力窓はレーザ発振波長λＬに対して透明である。ＱＷＩ出力窓のＱＷＩ導波路部は、ＱＷＩ導波路部及びＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩがレーザ発振波長λＬより短くなるような、利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする。ＱＷＩ出力窓はフォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする。作製プロセスは、レーザ発振波長λＬとＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長λＰＬの比較に基づいてレーザダイオードの信頼性を判定する、λＰＬ選別手続きを含む。さらに別の実施形態が開示され、特許請求される。
2013538006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードを作製するプロセスにおいて、
前記半導体レーザダイオードがレーザ発振波長λＬを特徴とする、
前記ＱＷＩ導波路領域が量子井戸無秩序化を用いて形成され、前記レーザダイオードの前記ＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部を定める、
前記ＱＷＩ出力窓が前記レーザ発振波長λＬに対して透明である、
前記ＱＷＩ出力窓の前記ＱＷＩ導波路部が、前記ＱＷＩ導波路部及び前記ＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩが前記レーザ発振波長λＬより短くなるような、前記利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする、
前記ＱＷＩ出力窓がフォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする、及び
前記作製プロセスが、前記レーザ発振波長λＬと前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬの比較に基づいてレーザダイオードの信頼性を判定する、λＰＬ選別手続きを含む、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記ＱＷＩ出力窓のエネルギーバンドギャップが、前記ＱＷＩ出力窓を含む前記ＱＷＩ領域の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬを測定することによって決定され、好ましくは、前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが、
(ｉ)前記ＱＷＩ導波路領域が量子井戸無秩序化を用いて形成された後に、及び／または
(ii)ルミネッセンススペクトルを測定することにより、
決定されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記半導体レーザが１つ以上の受動区画をさらに有する、
前記ＱＷＩ導波路領域がさらに前記レーザダイオードの前記受動区画にＱＷＩ導波路部を定める、
前記レーザダイオードの前記受動区画の前記ＱＷＩ導波路部が前記利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする、及び
前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが、前記利得区画が電気的にポンピングされてレーザ発振光を発生しているときの前記レーザの前記受動区画の内の１つ以上における光吸収の結果として生じる光電流Ｉ光の測定を参照することによって決定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記レーザの前記受動区画の内の１つ以上における光吸収の結果として生じる前記光電流Ｉ光が、Ｉ位相を前記受動区画における総電流、Ｖ利得を前記利得区画における電圧降下、Ｖ位相を前記受動区画における電圧降下とし、Ｒが前記受動区画と前記利得区画の間の絶縁抵抗を表すとして、関係式：
Ｉ光＝Ｉ位相−(Ｖ利得−Ｖ位相)/Ｒ，
にしたがって決定されることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
(Ａ)前記半導体レーザが１つ以上の受動区画を有する３区画ＤＢＲレーザを含み、前記ＤＢＲレーザの前記受動区画が波長選択ＤＢＲ区画及び位相区画を含み、前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが、前記利得区画が電気的にポンピングされてレーザ発振光を発生しているときの前記レーザの前記位相区画または前記ＤＢＲ区画における光吸収の結果として生じる光電流Ｉ光の測定を参照することによって決定される、または
(Ｂ)（ｉ）前記半導体レーザがＤＢＲレーザダイオードを含み、前記レーザダイオードの前記受動区画が波長選択区画または位相区画を、あるいは波長選択区画及び位相区画のいずれも含む、及び／または、（ｉｉ）前記半導体レーザダイオードの前記ＱＷＩ出力窓が空気中で劈開される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
(ｉ)前記半導体レーザが臨界吸収波長λＣを特徴とし、λＣ＝λＬに対応する温度が前記レーザの動作温度範囲内に入らないことを保証するに十分に前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが短いか否かを判定することによって、前記λＰＬ選別手続きがレーザダイオードの信頼性を判定する、または
(ii)前記レーザ発振波長λＬがほぼ１０６０ｎｍであり、前記λＰＬ選別手続きが、
(ａ)前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬがほぼ９９３ｎｍより短いか、または
(ｂ)前記ＱＷＩ出力窓のエネルギーバンドギャップが前記レーザ発振波長λＬに対応するエネルギーバンドギャップより少なくとも７９ｍｅＶは大きいか、
を判定することによってレーザダイオードの信頼性を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードを作製するプロセスにおいて、
前記半導体レーザダイオードが臨界吸収波長λＣ及びレーザ発振波長λＬを特徴とする、
前記ＱＷＩ導波路領域が量子井戸無秩序化を用いて形成され、前記レーザダイオードの前記ＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部を定める、
前記ＱＷＩ出力窓が前記レーザ発振波長λＬに対して透明である、
前記ＱＷＩ出力窓の前記ＱＷＩ導波路部が、前記ＱＷＩ導波路部及び前記ＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩが前記レーザ発振波長λＬより短くなるような、前記利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする、
前記ＱＷＩ出力窓がフォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする、及び
前記作製プロセスが、λＣ＝λＬに対応する温度が前記レーザの動作温度範囲内に入らないことを保証するに十分に前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが短いか否かを判定することによってレーザダイオードの信頼性を判定するλＰＬ選別手続きを含む、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項８】
利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードにおいて、
前記半導体レーザダイオードがレーザ発振波長λＬを特徴とする、
前記ＱＷＩ導波路領域が量子井戸無秩序化を用いて形成され、前記レーザダイオードの前記ＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部を定める、
前記ＱＷＩ出力窓が前記レーザ発振波長λＬに対して透明である、
前記ＱＷＩ出力窓の前記ＱＷＩ導波路部が、前記ＱＷＩ導波路部及び前記ＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩが前記レーザ発振波長λＬより短くなるような、前記利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする、
前記ＱＷＩ出力窓がフォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする、及び
前記レーザ発振波長λＬがほぼ１０６０ｎｍであり、前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬがほぼ９９３ｎｍより短い、
ことを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項９】
利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードにおいて、
前記半導体レーザダイオードがレーザ発振波長λＬを特徴とする、
前記ＱＷＩ導波路領域が量子井戸無秩序化を用いて形成され、前記レーザダイオードの前記ＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部を定める、
前記ＱＷＩ出力窓が前記レーザ発振波長λＬに対して透明である、
前記ＱＷＩ出力窓の前記ＱＷＩ導波路部が、前記ＱＷＩ導波路部及び前記ＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩが前記レーザ発振波長λＬより短くなるような、前記利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいエネルギーバンドギャップを特徴とする、
前記ＱＷＩ出力窓がフォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする、
前記ＱＷＩ出力窓の前記フォトルミネッセンス波長λＰＬが前記レーザ発振波長λＬより少なくとも６７ｎｍは短い、及び
前記ＱＷＩ出力窓のエネルギーバンドギャップが前記レーザ発振波長λＬに対応するエネルギーバンドギャップより少なくとも７９ｍｅＶは大きい、
ことを特徴とする半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年４月１４日に出願された、米国特許出願第１２/７６００９２号の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は透明出力窓を有する半導体レーザに関し、さらに詳しくは、そのようなレーザの作製のための方法及びそのようなレーザの信頼性に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の発明者等は、端面発光型半導体レーザの寿命が出力ファセット及びその近傍における破滅的光学ミラー損傷(ＣＯＭＤ)によって引きおこされる故障により短縮されることが多いことを認識した。ＣＯＭＤの機構には、光の吸収、半導体材料の酸化、ファセット面の電流及び欠陥中心における自由キャリアの非発光再結合を含む、レーザ出力ファセット及びその近傍でおこるいくつかの関連する物理的過程が含まれる。理論的に、そのような物理的過程は相互に作用し、急速な温度上昇を生じさせ、この温度上昇が続いて上述した物理的過程を加速し、レーザファセット溶融、欠陥成長及びレーザ故障がおこる確率を高める。
【０００４】
上述したＣＯＭＤ故障率を下げるため、ファセットパッシベーションが多く用いられる。しかし、いくつかのパッシベーション法は、スループットが比較的低く、精巧な装置を必要とすることが多く、大量生産には適していないことが多い。一例は、レーザバーが超高真空内で劈開され、ファセットにおける半導体材料の酸化を防止するため、直ちに保護層で処理される、Ｅ-２プロセスである。透明出力窓が空気中で劈開され、劈開されたファセット上への薄いシリコンのその場被覆はおこなわれないプロセスのような、別のパッシベーションプロセスは大量生産に一層適しているが、Ｅ-２プロセスのような、さらに煩瑣なパッシベーションプロセスほどの有効性は認められていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の方法は様々な半導体レーザ構成に適用可能であるが、発明者等は、原ＩＲレーザ源(例えば１０６０ｎｍ分布ブラッグ反射器(ＤＢＲ)レーザ)の出力が適する波長変換素子によって周波数二逓倍される合成５３０ｎｍ緑色レーザの文脈においては、原レーザダイオードが寿命及び信頼性に関する極めて厳格な要件を満たす必要があるから、有効な透明出力窓の必要が特に喫緊であることを認識した。発明者等はさらに、ＤＢＲ及びその他のタイプのレーザダイオードの故障場所の大半が出力ファセット及びその近傍にあって、ＣＯＭＤの範疇に入ることを認識した。
【０００６】
量子井戸無秩序化(ＱＷＩ)は、半導体量子井戸構造の特性の改変に有用であることが知られている、成長後バンドギャップ工作方法であり、例えば、導波路領域、出力領域、等のような、様々な半導体レーザ領域を形成するために普通に用いられている、高速熱アニール、イオン注入無秩序化、無不純物原子空孔誘起無秩序化、光吸収誘起無秩序化、不純物誘起層無秩序化、等を含むが、これらには限定されない、様々なＱＷＩ法が提唱されている。ＱＷＩ出力窓の文脈において、信頼性が高いレーザダイオード及び信頼性が低いレーザダイオードの窓の調査により、発明者等は、レーザの透明ＱＷＩ出力窓の最小バンドギャップ波長シフトを参照し、レーザの信頼性を定量化する方法に至るためにこの情報を用いることにより、比較的簡単な低コストのファセット形成プロセスを使用することが可能であり、それでも高い信頼性を得られることを見いだした。
【０００７】
本開示の一実施形態にしたがえば、利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードの作製プロセスが提供される。ＱＷＩ導波路領域は量子井戸無秩序化を用いて形成され、レーザダイオードのＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部分を定める。ＱＷＩ出力窓はレーザ発振波長λＬに対して透明である。ＱＷＩ出力窓のＱＷＩ導波路部分は、ＱＷＩ導波路部分及びＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩがレーザ発振波長λＬより短くなるような、利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいバンドギャップを特徴とする。ＱＷＩ出力窓は、フォトルミネッセンス波長λＰＬを特徴とする。作製プロセスは、レーザ発振波長λＬとＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長λＰＬの比較に基づいてレーザダイオードの信頼性を判定するλＰＬ選別手続きを含む。
【０００８】
本開示の別の実施形態にしたがえば、半導体レーザダイオードは、臨界吸収波長λＣを特徴とし、作製プロセスは、λＣ＝λＬに対応する温度がレーザの動作温度範囲内には入らないことを保証するに十分にＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長λＰＬが短いか否かを判定することによってレーザダイオードの信頼性を判定する、λＰＬ選別手続きを含む。
【０００９】
本開示のまた別の実施形態にしたがえば、利得区画、ＱＷＩ出力窓及びＱＷＩ導波路領域を有する半導体レーザダイオードが提供される。ＱＷＩ導波路領域は量子井戸無秩序化を用いて形成され、レーザダイオードのＱＷＩ出力窓にＱＷＩ導波路部分を定める。ＱＷＩ出力窓はレーザ発振波長λＬに対して透明である。ＱＷＩ出力窓のＱＷＩ導波路部分は、ＱＷＩ導波路部分及びＱＷＩ出力窓のバンドギャップ波長λＱＷＩがレーザ発振波長λＬより短くなるような、利得区画のエネルギーバンドギャップより大きいバンドギャップを特徴とする。レーザ発振波長λＬはほぼ１０６０ｎｍであり、ＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長λＰＬはほぼ９９３ｎｍより短い。別の実施形態において、ＱＷＩ出力窓のエネルギーバンドギャップはレーザ発振波長λＬに対応するエネルギーバンドギャップより少なくとも７９ｍｅＶは大きい。
【００１０】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示される、添付図面とともに読まれたときに最善に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本開示の方法に適するＤＢＲレーザを含む周波数変換レーザ源の略図である。
【図２】図２はレーザダイオード臨界吸収波長λＣの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例えば１０６０ｎｍで動作するＤＢＲレーザ１０及び二次高調波発生(ＳＨＧ)により１０６０ｎｍ信号の周波数を二逓倍するように構成された波長変換素子２０を有する周波数変換レーザ源の略図である。ＤＢＲレーザ１０の特定の構造は本開示の範囲には含まれず、ＤＢＲレーザに関する様々な教示から得ることができる。一般に、ＤＢＲレーザ１０は、波長選択区画１２，必要に応じて設けられる位相区画１４，利得区画１６及びＱＷＩ出力窓１８の４つの区画を有する。レーザ１０のＤＢＲ区画とも称することができる、波長選択区画１２は一般に、レーザキャビティの活性領域の外側に配置された一次または二次のブラッグ格子を有する。この区画は、反射率が波長に依存するミラーとして格子がはたらくから、波長選択を提供する。ＤＢＲレーザ１０の利得区画１６はレーザの光利得を提供し、位相区画１４は微細波長制御のために設けることができる。
【００１３】
ＱＷＩ出力窓１８は一般に、耐久性及び信頼性を高めるために設けられ、制御電極は備えられない。しかし、制御電極１１，１３，１５は波長選択区画１２，位相区画１４及び利得区画１６に簡略に示される。一般に反射性コーティングがＱＷＩ出力窓１８及びＤＢＲレーザ１０の対向端のファセットに施される。レーザ１０における光吸収を減じるため、波長選択区画１２，位相区画１４及びＱＷＩ出力窓１８は、それぞれの区画の対応するバンドギャップが、量子井戸無秩序化(ＱＷＩ)過程によって、利得区画１６のレーザ発振波長に対して短波長側(すなわち高エネルギー側)にシフトされる、ＱＷＩ導波路領域を有する。これらのＱＷＩ導波路領域は、ＤＢＲレーザ１０の軸線に沿ってＤＢＲレーザの波長選択区画１２，位相区画１４及び出力窓１８内を延びる量子井戸無秩序化(ＱＷＩ)導波路１７として、一括して簡略に示される。一般に、利得区画１０では量子井戸無秩序化は行われない。
【００１４】
発明者等は、ＱＷＩ出力窓１８内の領域を含む、ＱＷＩ導波路１７における低吸収が、一般にその場パッシベーションをもたない空気中劈開出力窓を含む、Ａ０ファセットをもつレーザの信頼性に密に関係していることを認識した。さらに、ＱＷＩ導波路１７におけるこの低吸収は本明細書において、レーザのＡ０ファセットに信頼性があるか否かの強力な指標として認められる。本開示にしたがえば、レーザダイオードのＱＷＩ領域における吸収レベルは、(ｉ)ウエハの量子井戸無秩序化後のＱＷＩ導波路のフォトルミネッセンス(ＰＬ)及び(ii)完成した個々のレーザの位相区画光電流を測定することで評価することができる。例えば、以下でさらに詳細に説明されるように、Ａ０ファセットをもつ１０６０ｎｍＤＢＲレーザの場合、９９３ｎｍより短いＱＷＩ導波路のＰＬ波長、すなわち、レーザ発振波長λＬに比較して６７ｎｍの波長短縮(すなわち、少なくとも７９ｍｅＶのエネルギーバンドギャップ拡大)が、適する信頼性ベンチマークとして役立ち得ると考えられる。このベンチマークは、光スペクトルの他の領域で発光する他のタイプの半導体レーザにも適用できると考えられる。
【００１５】
本開示の方法は、半導体レーザダイオード１０の受動区画１２，１４に、及びレーザダイオード１０のＱＷＩ出力窓１８に、ＱＷＩ導波路領域を有する高信頼性レーザダイオード１０の作製に利用することができる。本方法は信頼性が低い半導体レーザ１０の選別にも用いることができる。レーザダイオード１０のＱＷＩ導波路領域は量子井戸無秩序化を用いて形成され、利得区画１６のエネルギーバンドギャップより大きなエネルギーバンドギャップを特徴とするであろう。したがって、受動区画１２，１４及びＱＷＩ出力窓１８のＱＷＩ導波路領域におけるバンドギャップ波長λＱＷＩはレーザダイオード１０のレーザ発振波長λＬより短いであろう。発明者等は、ＱＷＩ出力窓１８のバンドギャップ波長λＱＷＩがＱＷＩ出力窓１８のフォトルミネッセンス波長λＰＬに直に関係すること、及びレーザダイオードの信頼性を判定するためにλＰＬ選別手続きを用い得ることを認識した。λＰＬ選別手続きにしたがえば、所期のレーザ発振波長λＬがフォトルミネッセンス波長λＰＬと比較され、空気中で劈開されたＱＷＩ出力窓１８を有しているであろう、レーザダイオード１０を首尾良く作製することができる、すなわち様々な目的用途に適するであろうか否かを判定するために比較結果が用いられる。
【００１６】
さらに詳しくは、ＱＷＩ出力窓１８のフォトルミネッセンス波長λＰＬはウエハ上で、おそらく最も適切には量子井戸無秩序化直後に、ＱＷＩ領域のフォトルミネッセンス波長λＰＬを測定することで決定することができる。ＱＷＩ出力窓１８のフォトルミネッセンス波長λＰＬの測定には、ルミネッセンススペクトルの直接測定を含む、様々な方法を利用することができる。あるいは、ＱＷＩ出力窓１８のフォトルミネッセンス波長λＰＬは、レーザダイオード１０の受動区画１２，１４の内の１つ以上からの電気信号を用い、利得区画１６が電気的にポンピングされてレーザ発振光を発生しているときに得られる光電流Ｉ光を参照して決定できると考えられる。この別の決定方法は、受動区画１２，１４が窓１８と同じＱＷＩプロセスにかけられ、したがって、同様のフォトルミネッセンス波長及び光吸収係数を有すると考えられるから、首尾良くはたらく。
【００１７】
ＱＷＩ出力窓１８のフォトルミネッセンス波長λＰＬを決定する、上述した別の方法をさらに説明するため、光電流Ｉ光が関係式：
Ｉ光＝Ｉ位相−(Ｖ利得−Ｖ位相)/Ｒ，
にしたがって決定され得ることに注意されたい。ここで、Ｉ光はレーザダイオード１０の受動区画における総電流、Ｖ利得は利得区画１６の電圧降下、Ｖ位相は位相区画の電圧降下であって、Ｒは受動区画と利得区画１６の間の絶縁抵抗を表す。上述したように、受動区画は３区画ＤＢＲレーザ１０の波長選択区画１２または位相区画１４とすることができる。多くの場合、発明者等は高信頼性レーザダイオードが、ヒートシンク温度及び利得区画電流に依存して、２ｍＡより小さい光電流Ｉ光を特徴とするらしいことに気付いた。
【００１８】
図２を参照して、発明者等は半導体レーザが、レーザダイオード内の吸収機構の変化により光電流が急に増加し始める、臨界吸収波長λＣを特徴とすることが多いことを認識した。臨界吸収波長λＣより長波長における光電流は一般に深準位吸収に関連付けられるが、アクセプタ及び量子井戸の吸収は主に臨界吸収波長λＣより短い波長に関わる。したがって、λＣ＝λＬに対応する温度がレーザの動作温度範囲内に入らないことを保証するに十分にＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長λＰＬが短いか否かを判定することにより、レーザダイオードの信頼性を判定するようにλＰＬ選別手続きを修正できると考えられる。
【００１９】
例えば、１０６０ｎｍＤＢＲレーザの場合、ＤＢＲレーザ光の吸収は温度とともに急速に増加する。室温における光吸収が小さくとも、ＤＢＲレーザについては、レーザ発振波長λＬに比較して、ＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬが温度とともに一層急速に長くになるから、温度が高くなるにしたがって光吸収が急速に増加する。臨界波長λＣがレーザ発振波長λＬに等しくなると、光吸収は急に増加する。臨界波長λＣがレーザ発振波長λＬに等しくなる点の指標としてレーザ構造のヒートシンク温度を用いることができる。例えば、λＬ＝１０６０ｎｍであり、２５℃におけるＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬが９７９ｎｍであるレーザについてλＣがλＬに等しくなるヒートシンク温度の推定値は１４６℃であった。しかし、ＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬが９９３ｎｍであるレーザについてλＣがλＬに等しくなるヒートシンク温度の推定値は８５℃であった。言い換えれば、室温におけるＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬが９９３ｎｍであれば、ＤＢＲレーザが確実に動作する最大ヒートシンク温度は８５℃である。一方、室温におけるＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬが９７９ｎｍであれば、ＤＢＲレーザが確実に動作する最大ヒートシンク温度は１４６℃である。通常、最大動作温度はＤＢＲレーザが用いられる用途に応じて設定される。一般にＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬは室温においてレーザ発振波長λＬが所望の温度範囲にわたって臨界波長λＣより必ず長波長であることを保証するに十分に短波長であるべきである。高信頼性ＤＢＲは、８５℃もの高い動作温度においてレーザの透明窓におけるＤＢＲレーザ光の強い吸収を回避するため、９９３ｎｍより短いＱＷＩフォトルミネッセンス波長λＰＬを有するであろう。
【００２０】
上述したように、９９３ｎｍより短いＱＷＩＰＬ波長は対応するレーザ発振波長λＬより少なくとも７９ｍｅＶは大きいエネルギーバンドギャップＥに関連付けることができる。この関係をさらに説明するため、ｅｖ単位のバンドギャップエネルギーは波長λと式：
Ｅ＝１２４０/λ，
によって関係付けることができることに注意されたい。レーザ１０のレーザ発振光とＱＷＩ出力窓１８の間のバンドギャップエネルギーの差は、
ΔＥ＝Ｅ窓−Ｅ利得，
にしたがって計算することができる。ここで、レーザ発振波長λＬはレーザのＤＢＲ区画につくり込まれている回折格子によって決定される。よって、室温におけるレーザ発振波長に対応するエネルギーギャップより少なくとも７９ｍｅＶは大きい、１０６０ｎｍに対する出力窓のエネルギーギャップを維持するためには、関係式：
Ｅ窓−Ｅ利得≧７９ｍｅＶ，
が満たされる必要がある。ここで、
Ｅ利得＝１２４０/１０６０ｎｍ  及び  Ｅ窓＝１２４０/λＰＬ，
であることに注意すれば、
(１２４０/λＰＬ)−(１２４０/１０６０)≧７９ｍｅＶ，
が得られ、よって、
λＰＬ≦９９３ｎｍ，
を得ることができる。ＱＷＩ出力窓のフォトルミネッセンス波長へのこの束縛条件は室温において成立して、透明窓における光吸収を実効的に低減し、利得区画から透明窓への電流漏洩を遮断する。温度が高くなるにつれて、ΔＥの値は減少する。例えば、温度が２５℃から８５℃まで上昇すると、ΔＥは７９ｍｅＶから６１ｍｅＶまで低下する。しかし、８５℃において、ΔＥ＝６１ｍｅＶは透明窓における光吸収を低減し、利得区画から透明窓への電流漏洩を遮断するにまだ十分である。
【００２１】
「好ましくは」、「普通に」及び「一般に」のような用語は、本明細書に用いられる場合、特許請求される本発明を制限するためには用いられず、あるいはある特徴が特許請求される本発明の構造または機能に、不可欠であるか、肝要であるかまたは重要であることさえも意味するためには用いられていない。むしろ、これらの用語は、本開示の実施形態の特定の態様の識別、または本発明の特定の実施形態に用いることができるかまたはできない別のまたは追加の特徴の強調が目的とされているに過ぎない。
【００２２】
本開示の主題を詳細に、またその特定の実施形態を参照して、説明したが、本明細書に開示された様々な詳細が、本明細書に開示された様々な実施形態の基本コンポーネントである要素に関する詳細を、特定の要素が本明細書に添付される図面のそれぞれに示されている場合であっても、含むととられるべきではないことに注意されたい。むしろ、本明細書に添付される特許請求項は、本開示の広さ及び本明細書に説明された様々な発明の対応する範囲の唯一の表象としてとられるべきである。さらに、添付される特許請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱することなく改変及び変形が可能であることは明らかであろう。さらに詳しくは、本明細書において本開示のいくつかの態様が好ましいかまたは特に有利であるとして識別されるが、本開示はそれらの態様に必ずしも限定されることはないと考えられる。
【００２３】
添付される特許請求項の１つ以上において「ここで(wherein)」が転換句として用いられていることに注意されたい。本発明を定める目的のため、この用語は構造の一連の特徴の叙述を導入するために用いられる制約の無い転換句として特許請求項に導入されており、より普通に用いられる制約の無い前置句「含む」と同様の態様で解されるべきであることに注意されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０    ＤＢＲレーザ
１２    波長選択区画
１４    位相区画
１６    利得区画
２０    波長変換素子
【図１】
2013538006.tif 000003
【図２】
2013538006.tif 000004
【図３】
2013538006.tif 000005
2013538006.tif 000006
【図５】
2013538006.tif 000007
【図６】
2013538006.tif 000008