(57)【要約】  湾曲したファセットの半導体レーザを提供するための技術が開示される。１つの特定の実施形態において、当該技術は、半導体レーザとして実現され得、当該半導体レーザは、導波路を含み、導波路は、半導体レーザの縁部に形成されるファセットを含み、ファセットは曲率を有する。
2021503176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザであって、導波路を含み、
前記導波路は、前記半導体レーザの縁部に形成されるファセットを含み、前記ファセットは曲率を有する、半導体レーザ。
【請求項２】
前記ファセットの曲率は、前記ファセットの幅または前記ファセットの深さに基づく、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記ファセットの前記深さは、前記半導体レーザの前記縁部から前記ファセットの最小深さまで測定される、請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記ファセットの前記最小深さは、前記ファセットの中心領域に位置する、請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記ファセットの曲率は半径に基づく、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記ファセットは、光を発するように構成され、前記ファセットの曲率は、発せられる前記光が、前記ファセットの曲率なしで発せられる光に対して低減された量の遠距離場非対称性を有するようにする、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記ファセットの曲率は、化学アシストイオンビームエッチングによって形成される、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凹状である、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凸状である、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記ファセットの曲率は、（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たし、
式中、ｗは前記ファセットの幅であり、ｒは半径であり、ｌは前記ファセットの深さである、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
半導体レーザの作製方法であって、導波路を含む半導体レーザの縁部において前記導波路にファセットをエッチングすることを含み、前記ファセットは曲率を有する、半導体レーザの作製方法。
【請求項１２】
前記ファセットの曲率は、前記ファセットの幅または前記ファセットの深さに基づく、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ファセットの曲率は半径に基づく、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ファセットの曲率は、化学アシストイオンビームエッチングによって形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凹状である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凸状である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
半導体レーザであって、
導波路と、
前記導波路に取り付けられる基板とを含み、
前記導波路および前記基板は、前記半導体レーザの縁部に形成されるファセットを含み、前記ファセットは曲率を有する、半導体レーザ。
【請求項１８】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凹状である、請求項１７に記載の半導体レーザ。
【請求項１９】
前記ファセットの曲率は、前記半導体レーザの前記縁部に対して凸状である、請求項１７に記載の半導体レーザ。
【請求項２０】
前記ファセットの曲率は、（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たし、
式中、ｗは前記ファセットの幅であり、ｒは半径であり、ｌは前記ファセットの深さである、請求項１７に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本特許出願は、２０１７年１１月１５日に出願された米国仮特許出願番号第６２／５８６，５０５号への優先権を主張しており、米国仮特許出願番号第６２／５８６，５０５号の内容は、本願明細書において、全文、参照により援用される。
【０００２】
開示の分野
本開示は、一般に半導体に関し、より特定的には、湾曲したファセットの半導体レーザを提供するための技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
開示の背景
半導体レーザは典型的には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metalorganic Chemical Vapor Deposition）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ： Molecular Beam Epitaxy）によって基板上で適切な積層半導体材料を成長させて、当該基板の表面に平行な活性層を有するエピタキシャル構造を形成することにより、ウェハ上に作製される。次いで、ウェハは、活性層を組み込むとともに、半導体材料に取り付けられる金属コンタクトを組み込むレーザ光学キャビティを作り出すよう、さまざまな半導体処理ツールにより処理される。
【０００４】
レーザミラーファセットは典型的に、レーザ光学キャビティの縁部または端部を規定するよう半導体材料の結晶組織に沿って半導体材料を劈開することによってレーザ光学キャビティの端部に形成され、バイアス電圧がコンタクトの両端に適用されると、その結果発生する活性層を通る電流の流れによって、活性層のファセットが設けられた縁部から当該電流に垂直な方向に光子が発せられる。半導体材料はレーザファセットを形成するよう劈開されるので、ファセットの位置および向きは制限される。さらに、ウェハがひとたび劈開されると、レーザは典型的には小さなピースであるので、レーザをさらに処理するために従来のリソグラフィ技術は容易に使用され得ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ファセットが設けられた縁部から発せられる光子は、異なる垂直遠距離場パターンおよび水平遠距離場パターンで発せられ得、これにより、垂直遠距離場と水平遠距離場との間に非対称性が引き起こされ得る。この非対称性は、レーザ動作に好ましくないものであり得る。たとえば、半導体レーザが光ファイバなどの伝送媒体に結合されると、伝送媒体は、非対称の遠距離場パターンにより限られたパーセンテージの光子のみを捕捉し得る。従って、結合損失が増加され得る。非対称性を修正するとともに結合損失の低減を確実にするために、レンズなどの複雑な外部の非球面光学要素が必要となり得る。しかしながら、これらの光学要素は、しばしばコストがかかり、半導体レーザの作製および使用の全体的なコストを増加させ得る。
【０００６】
上記に鑑みて、現在の半導体レーザ作製技術に関連付けられる有意な問題および欠点が存在し得ることが理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の概要
湾曲したファセットの半導体レーザを提供するための技術が開示される。１つの特定の実施形態において、当該技術は、半導体レーザとして実現され得、当該半導体レーザは、導波路を含み、導波路は、半導体レーザの縁部に形成されるファセットを含み、ファセットは曲率を有する。
【０００８】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率はファセットの幅に基づき得る。
【０００９】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率はファセットの深さに基づき得る。
【００１０】
この特定の実施形態のさらに別の局面に従うと、ファセットの深さは、半導体レーザの縁部からファセットの最小深さまで測定され得る。
【００１１】
この特定の実施形態のさらに別の局面に従うと、ファセットの最小深さは、ファセットの中心領域に位置し得る。
【００１２】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は半径に基づき得る。
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットは、光を発するように構成され、ファセットの曲率は、発せられる光が、ファセットの曲率なしで発せられる光に対して低減された量の遠距離場非対称性を有するようにする。
【００１３】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率はエッチングによって形成され得る。
【００１４】
この特定の実施形態のさらに別の局面に従うと、エッチングは化学アシストイオンビームエッチングであり得る。
【００１５】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凹状であり得る。
【００１６】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凸状であり得る。
【００１７】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たし得、式中、ｗはファセットの幅であり、ｒは半径であり、ｌはファセットの深さである。
【００１８】
別の特定の実施形態において、当該技術は半導体レーザ作製方法として実現され得、当該半導体レーザ作製方法は、導波路によって形成される縁部においてファセットをエッチングすることを含み、ファセットは曲率を有する。
【００１９】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率はファセットの幅に基づき得る。
【００２０】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率はファセットの深さに基づき得る。
【００２１】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は半径に基づき得る。
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、化学アシストイオンビームエッチングによって形成され得る。
【００２２】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凹状であり得る。
【００２３】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凸状であり得る。
【００２４】
別の特定の実施形態において、半導体レーザは、導波路と、導波路に取り付けられる基板とを含み得、導波路および基板は、半導体レーザの縁部に形成されるファセットを含み、ファセットは曲率を有する。
【００２５】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凹状であり得る。
【００２６】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、半導体レーザの縁部に対して凸状であり得る。
【００２７】
この特定の実施形態の他の局面に従うと、ファセットの曲率は、（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たし得、式中、ｗはファセットの幅であり、ｒは半径であり、ｌはファセットの深さである。
【００２８】
ここで、添付の図面に示されるように本開示の特定の実施形態を参照して、本開示がより詳細に記載される。本開示は、特定の実施形態を参照して以下に記載されるが、本開示は、これらに限定されないことが理解されるべきである。本願明細書における教示にアクセスを有する当業者は、付加的な実現例、修正例および実施形態と、本願明細書に記載される本開示の範囲内であるとともに本開示が有意に有益であり得る他の使用の分野とを認識するであろう。
【００２９】
ここで、本開示のより完全な理解を促進するために、添付の図面に参照がなされる。添付の図面において、同様の要素が同様の番号で参照される。これらの図面は、本開示を限定するものとして解釈されるべきではなく、例示的であることのみを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本開示の実施形態に従った半導体レーザの断面図を示す図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態に従った半導体レーザの上面図を示す図である。
【図１Ｃ】本開示の実施形態に従った半導体レーザの三次元断面図を示す図である。
【図２Ａ】本開示の実施形態に従った半導体レーザから発せられる光のシミュレートされたヒートマップを示す図である。
【図２Ｂ】本開示の実施形態に従った、半導体レーザから発せられる光のヒートマップのデータをグラフィカルなフォーマットで表示するグラフを示す図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態に従った凹状の湾曲したファセットを有する半導体レーザの上面図を示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に従った、湾曲したファセットを有する半導体レーザの三次元断面図を示す図である。
【図３Ｃ】湾曲したファセットを有する半導体レーザの湾曲したファセットの拡大図を示す図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態に従った、湾曲したファセットを有する半導体レーザから発せられる光のシミュレートされたヒートマップを示す図である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態に従った、湾曲したファセットを有する半導体レーザから発せられる光のヒートマップのデータをグラフィカルなフォーマットで表示するグラフを示す図である。
【図４Ｃ】本開示の実施形態に従った、レーザファセットに依存して反射防止特性がどのように改善され得るかについての例を示す図である。
【図４Ｄ】本開示の実施形態に従った、レーザファセットに依存して反射防止特性がどのように改善され得るかについての例を示す図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態に従った、湾曲したファセットを有する半導体レーザから発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度の異なる範囲を表示するグラフを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されるグラフの拡大部分を示す図である。
【図６Ａ】本開示の実施形態に従った、基準半導体レーザと、さまざまな縁部ファセットの曲率を有する半導体レーザとをテストする実験結果を示す図である。
【図６Ｂ】本開示の実施形態に従った、基準半導体レーザと、さまざまな縁部ファセットの曲率を有する半導体レーザとをテストする実験結果を示す図である。
【図６Ｃ】本開示の実施形態に従った、基準半導体レーザと、さまざまな縁部ファセットの曲率を有する半導体レーザとをテストする実験結果を示す図である。
【図７】本開示の実施形態に従った、半導体レーザの出力光パワー（単位はミリワット（ｍＷ））対電流（単位はミリアンペア（ｍＡ））を反映するグラフを示す図である。
【図８】本開示の実施形態に従った、凸状の湾曲したファセットを有する半導体レーザの上面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施形態の詳細な説明
本開示および関連する利点は、以下の記載および添付の図面において記載および示される。添付の図面は、必ずしも縮尺決めされて描かれているわけではない。いくつかの構造および処理技術の詳細な説明は、本開示を不必要に不明瞭にしないように省略される。
【００３２】
図１Ａは、本開示の実施形態に従った半導体レーザ１００の断面図を示す。半導体レーザ１００は、リッジ１０２を含むリッジダイオードレーザであり得る。半導体レーザ１００はさらに、導波路１０４および基板１０６を含み得る。たとえば、基板１０６はリン化インジウム（ＩｎＰ）に基づいた材料であり得、導波路１０４はＡｌＧａＩｎＡｓに基づいた材料であり得る。たとえば、リッジ１０２はＩｎＰに基づいた材料であり得る。スペーサ層１１４は、リッジ１０２と導波路１０４との間に位置決めされ得る。スペーサ層１１４はリッジ１０２と同じ材料から作製され得る。代替的には、スペーサ層１１４は、リッジ１０２の部分であってもよく、リッジ１０２と一緒の単一構造である残留層であってもよい。
【００３３】
図１Ｂは、本開示の実施形態に従った半導体レーザ１００の上面図を示す。図１Ｂに示されるように、リッジ１０２は、半導体レーザ１００の１つの縁部から半導体レーザ１００の対向する縁部まで延在する。
【００３４】
図１Ｃは、本開示の実施形態に従った半導体レーザ１００の三次元断面図を示す。図１Ｃに示されるように、光１０８は半導体レーザ１００のファセットにおいて導波路１０４から発せられる。光１０８は、水平遠距離場成分１１０および垂直遠距離場成分１１２を有する。光が導波路１０４を出るファセットの非対称の形状により、光１０８は異なる方向および／または異なる角度で発散し得、成分１１０および１１２は異なる大きさを有し得る。事実、垂直遠距離場は、水平遠距離場よりも速く発散し得、水平遠距離場の半値全幅は、垂直遠距離場と比較して、非常に狭くあり得る。したがって、図１Ｃに示されるように、垂直遠距離場成分１１２のサイズは、水平遠距離場成分１１０のサイズより大きくあり得る。成分１１０および１１２の大きさのこの差によって、光１０８は非対称の遠距離場パターンを有し得る。光ファイバのような伝送媒体に光１０８を結合する際、非対称の遠距離場パターンは非点収差を引き起こし得る。水平遠距離場成分１１０および垂直遠距離場成分１１２の実質的な焦点が、異なる位置にあり得るからである。この非点収差は、伝送媒体への結合効率を低減し得、結合損失が増加され得る。レンズのような複雑な非球面光学要素が、非対称性を修正し、かつ、結合損失の低減を保証するために必要とされ得る。しかしながら、これらの光学要素は、コストがかかり得、半導体レーザの作製および使用のコストを増加させ得る。
【００３５】
図２Ａは、本開示の実施形態に従った光１０８のシミュレートされたヒートマップ２００を示す。ヒートマップ２００は、その左側のＹ軸上にて垂直遠距離場成分１１２の垂直角度を示す。水平遠距離場成分１１０の水平角度はヒートマップ２００のＸ軸上に含まれている。任意の単位（ａ．ｕ．）の光１０８の正規化された強度は、ヒートマップ２００の右側のＹ軸上に含まれている。ヒートマップ２００によって示されるように、水平遠距離場成分１１０の水平角度と比較されると、垂直遠距離場成分１１２の垂直角度は、正規化された強度が０より大きい角度のより大きな範囲に及んでいる。水平角度と比較して垂直角度のより大きな範囲は、垂直遠距離場成分１１２と水平遠距離場成分１１０との間の非対称性を反映している。
【００３６】
図２Ｂは、本開示の実施形態に従った、グラフィカルなフォーマットでヒートマップ２００のデータを表示するグラフ２０２を示す。グラフ２０２によって示されるように、水平遠距離場成分１１０の水平角度は約−４０°から約４０°までの範囲にある。しかしながら、発せられる光のほとんどは約−１５°から約１５°までの間に集中される。垂直遠距離場成分１１２の垂直角度は約−８０°から約８０°までの範囲にあり、発せられる光のほとんどは、約−２５°から約２５°の間に集中される。したがって、グラフ２０２はさらに垂直遠距離場成分１１２と水平遠距離場成分１１０との間の非対称性を示す。
【００３７】
図３Ａは、本開示の実施形態に従った半導体レーザ３００の上面図を示す。半導体レーザ３００は、リッジ３０２を含むリッジダイオードレーザであり得る。半導体レーザ３００はさらに導波路および基板（図３Ａに図示せず）を含み得る。半導体レーザ３００は凹状の湾曲したファセット３０４を含み得る。たとえば、凹状の湾曲したファセット３０４は、化学アシストイオンビームエッチング（chemically assisted ion beam etching）を使用して、半導体レーザ３００からエッチング除去され得る。反応性イオンエッチング−誘導結合プラズマ（ＲＩＥ−ＩＣＰ： reactive-ion etching - inductively coupled plasma）エッチングまたはウェットエッチングのような他の種類のエッチング方法も使用されてもよく、または、代替的に使用されてもよい。図３Ａにおける上面図から示されるように、凹状の湾曲したファセット３０４は、ファセットを含む半導体レーザ３００の縁部に対して凹状形状を有し得る。代替的には、違った形状のファセットが提供されてもよい。たとえば湾曲したファセットは、（図８に関連して議論されるように）凸状の湾曲したファセットであってもよく、または、違った形状の湾曲であってもよい。たとえば、階段のような形状の構造が使用されてもよい。
【００３８】
凹状の湾曲したファセット３０４は、凹状の湾曲したファセット３０４が始まる半導体レーザ３００の第１の位置から、凹状の湾曲したファセット３０４が終わる半導体レーザ３００の第２の位置まで延在し得る。第１の位置と第２の位置との間の距離は、湾曲したファセットの幅であり、図３Ａにおいて「ｗ」によって表される。図３Ａの値「ｌ」は、半導体レーザ３００の縁部から凹状の湾曲したファセット３０４の最小深さまでの距離を表す。凹状の湾曲したファセット３０４の湾曲は、半径「ｒ」を含む円３０６内に延在され得る。円３０６は、半導体レーザ３００の構成要素ではないが、代わりに、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率が円の部分を形成する場合に作り出されるであろう形状を象徴する。値「ｗ」、「ｒ」および「ｌ」は、式（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たす。
【００３９】
円３０６の半径「ｒ」を調整することによって、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率が修正され得る。たとえば、半径「ｒ」を増加するとともに「ｌ」を一定に保つことによって、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率が低減され得る。対照的に、たとえば、半径「ｒ」を減少するとともに「ｌ」を一定に保つことによって、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率が増加され得る。半径「ｒ」を調整することはさらに、半導体レーザ３００から発せられる光の水平遠距離場角度を修正し得る。半径「ｒ」を減少するとともに「ｌ」を一定に保つことによって、水平遠距離場角度は増加し得る。
【００４０】
図３Ｂは、本開示の実施形態に従った半導体レーザ３００の三次元断面図を示す。図３Ｂに示すように、半導体レーザ３００は、リッジ３０２と、導波路３０８と、基板３１０とを含む。図３Ｂはさらに、凹状の湾曲したファセット３０４の別の視点を示す。スペーサ層３１８は、リッジ３０２と導波路３０８との間に位置決めされ得る。スペーサ層３１８は、リッジ３０２と同じ材料から作製されてもよい。代替的には、スペーサ層３１８は、リッジ３０２の部分であってもよく、リッジ３０２と一緒の単一構造である残留層であってもよい。
【００４１】
図３Ｂに示すように、半導体レーザ３００のファセットにおいて導波路３０８から光３１２が発せられる。光３１２は、水平遠距離場成分３１４および垂直遠距離場成分３１６を有する。上記で論じた光１０８の成分１１０および１１２のように、水平遠距離場成分３１４および垂直遠距離場成分３１６は、異なる角度で異なる方向に発散し得る。しかしながら、凹状の湾曲したファセット３０４は、付加的な光学要素なしで発散を修正することによって、この非対称性を低減し得る。したがって、垂直遠距離場成分３１６のサイズは、水平遠距離場成分３１４のサイズにより近くなり得、半導体レーザ３００によって発せられる光３１２は、半導体１００によって発せられる光１０８と比較してより対称的であり得る。実際、光３１２は、光１０８と比較して、より対称的な遠距離場パターンを有し得る。
【００４２】
光ファイバのような伝送媒体に光３１２を結合する際、改善された遠距離場パターンによって、光１０８の結合と比較して、存在する非点収差の量が低減され得る。この低減は、水平遠距離場成分３１４および垂直遠距離場成分３１６の実質的な焦点がより近い位置にあり得るからである。光１０８の結合と比較して、非点収差の低減によって、伝送媒体への結合効率が増加され得、結合損失が減少され得る。レンズなどの複雑な非球面光学要素は、光３０８を伝送媒体に結合するために必要とされなくなり得る。さらに、半導体レーザ３００を作製および使用するコストは、半導体レーザ１００を作製および使用するコストよりも低くなり得る。さらに、ファセットの曲率は、モード反射率を低減し得る。これは半導体光学増幅器の用途において望ましくあり得る。
【００４３】
図３Ｃは、本開示の実施形態に従った凹状の湾曲したファセット３０４の拡大図を示し、リッジ３０２、導波路３０８、および基板３１０を示す。半導体レーザ３００の各層は、凹状の湾曲したファセット３０４を形成するようにエッチングされ得る。しかしながら、代替的には、導波路３０８のみが湾曲するようにエッチングされてもよく、または、導波路３０８が、基板３１０およびリッジ３０２のうちの１つ以上と共に、湾曲するようにエッチングされてもよい。
【００４４】
図４Ａは、本開示の実施形態に従った光３１２のシミュレートされたヒートマップ４００を示す。ヒートマップ４００は、その左側のＹ軸上にて垂直遠距離場成分３１６の垂直角度を示す。水平遠距離場成分３１４の水平角度は、ヒートマップ４００のＸ軸上に含まれている。任意の単位（ａ．ｕ．）の光３１２の正規化された強度は、ヒートマップ４００の右側のＹ軸上に含まれている。
【００４５】
ヒートマップ４００によって示されるように、垂直遠距離場成分３１６の垂直角度は、水平遠距離場成分３１４の水平角度と比較して、正規化された強度がゼロより大きい角度のより大きい範囲に及ぶ。しかしながら、図２Ａのヒートマップ２００と比較すると、たとえば、水平角度についての範囲は、ほぼ同じかまたはより大きくてもよく、垂直角度についての範囲は、それほど大きくなくてもよくまたは同じでもよい。したがって、ヒートマップ４００は、半導体レーザ３００の凹状の湾曲したファセット３０４が、発せられる光の水平遠距離場成分を増加し得、および／または、発せられる光の垂直遠距離場成分を低減し得ることを示す。ヒートマップ４００はさらに、水平角度がわずかにより大きくあり得るので、発せられる光の水平遠距離場成分が増加されることを示す。水平遠距離場成分の増加および／または垂直遠距離場成分の減少によって、角度の範囲がより近くマッチするので、垂直遠距離場成分および水平遠距離場成分の非対称性が低減され得る。さらに、凹状の湾曲したファセット３０４は、半導体レーザ３００の反射防止特性を改善し得る。
【００４６】
図４Ｂは、本開示の実施形態に従った、ヒートマップ４００のデータをグラフィカルなフォーマットで表示するグラフ４０２を示す。グラフ４０２によって示されるように、水平遠距離場成分３１４の水平角度は、約−４０°〜約４０°の範囲にある。しかしながら、発せられる光のほとんどは、約−２０°から約２０°の間に集中され、図２Ｂにおけるグラフ２０２と比較して増加を示す。たとえば、垂直遠距離場成分３１６の垂直角度は、約−６０°から約６０°の範囲にあると考えられ得、または、約−８０°から約８０°の範囲にあると考えられ得る。したがって、半導体３００についての垂直角度範囲は、図２Ｂに示される半導体レーザ１００についての垂直角度の範囲から低減されていると考えられ得るか、または、本質的に変化していないと考えられ得る。したがって、グラフ４０２およびヒートマップ４００の結果は、半導体レーザ１００によって発せられる光と比較して、半導体レーザ３００によって発せられる光の垂直遠距離場成分および／または水平遠距離場成分における非対称性の低減を示し得る。当該結果はさらに、凹状の湾曲したファセット３０４が、導波路３０８から発せられる光の水平遠距離場成分の半値全幅を増加することを示し得る。
【００４７】
図４Ｃおよび図４Ｄは、レーザファセットに依存して反射防止特性がどのように改善され得るかについての例を示す。図４Ｃに示されるように、半導体レーザ４０４が示される。半導体レーザ４０４は、図１Ａ〜図１Ｃに示される半導体レーザ１００であってもよい。光４０６は、半導体レーザ４０４を通って進み、湾曲していないファセットであるファセット４０８に当たる。その結果、反射光４１０が得られ、光４０６に平行な方向に進み得る。反射光４１０は光４０６に平行であり得るので、レーザ４０４には高いモードの反射率が存在し得、レーザ４０４を出る光の効率が低減され得る。
【００４８】
図４Ｄは、半導体レーザ４１２を示す。半導体レーザ４１２は、図３Ａ〜図３Ｃに示される半導体レーザ３００であってもよい。光４０６は、半導体レーザ４０４を通って進み、凹状の湾曲したファセット４１６に当たる。その結果、反射光４１８が得られ、光４０６に平行でない方向に進み得る。反射光４１８は光４０６に平行ではあり得ないので、レーザ４１２におけるモード反射率の低減が存在し得、レーザ４１２を出る光の効率が増加され得る。
【００４９】
図５Ａは、本開示の実施形態に従った、半径「ｒ」が変更され、「ｌ」が一定に保たれる場合における、凹状の湾曲したファセット３０４を介して導波路３０８から発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度の異なる範囲を表示するグラフ５００を示す。１４μｍの半径の場合のプロットによって示されるように、角度範囲は約−５０°から約５０°であった。１８μｍの半径の場合については、角度範囲は約−４０°から約４０°であった。したがって、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率は、導波路３０８から発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度を調整するように修正され得る。
【００５０】
図５Ｂは、図５Ａに示すグラフ５００の拡大部分５０２を示す。図５Ｂに示されるように、半径１８μｍの凹状の湾曲したファセットによって、半径１４μｍの凹状の湾曲したファセットに対してより小さい水平角度範囲が得られる。
【００５１】
図６Ａ〜図６Ｃは、本開示の実施形態に従った、基準半導体レーザ（たとえば、半導体レーザ１００）と、さまざまな縁部ファセットの曲率を有する半導体レーザ（たとえば、半導体レーザ３００）とをテストする実験結果を示す。結果として得られるプロットは、異なるレーザについての水平遠距離場プロットを示し、かつ、異なるレーザが出る際にどのくらい広い出力レーザビームが発散するかを示す。プロットはさらに、使用可能な光強度の角度が各プロットの半値強度（half intensity）内でどれだけ広いかを示す。Ｘ軸は水平方向の角度である。Ｙ軸は、任意の単位（ａ．ｕ．）におけるパワー強度である。
【００５２】
図６Ａは、ファセット曲率のない基準半導体レーザによって発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度を示す。このレーザは、１６．８°の水平遠距離場の半値全幅を示した。
【００５３】
図６Ｂは、１４μｍの凹状のファセット曲率半導体レーザによって発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度を示す。このレーザは、２９．２°の水平遠距離場の半値全幅を示した。
【００５４】
図６Ｃは、１８μｍの凹状のファセット曲率半導体レーザによって発せられる光の水平遠距離場成分の水平角度を示す。このレーザは、２５．６°の水平遠距離場の半値全幅を示した。
【００５５】
したがって、図６Ａ〜図６Ｃに示される結果は、湾曲したファセットの半導体レーザが、ファセット曲率のない基準半導体レーザと比較して、より広い水平遠距離場レーザ出力を提供することを示している。したがって、湾曲したファセットの半導体レーザは、ファセット曲率のない基準半導体レーザと比較してより良好な性能を示す。実験結果はさらに、凹状の湾曲したファセット３０４の曲率が変化するにつれて水平遠距離場が変化することを示すとともに、遠距離場のサイズが、変化する曲率半径「ｒ」に基づいて調整され得ることを示す。
【００５６】
図７は、本開示の実施形態に従った、半導体レーザの出力光学パワー（単位はミリワット（ｍＷ））対電流（単位はミリアンペア（ｍＡ））を反映するグラフ７００を示す。破線で示される湾曲したファセットの半導体レーザの性能が、実線で示される湾曲していないファセットの半導体の性能と比較される。グラフ７００によって示されるように、湾曲したファセットを有する半導体レーザ（たとえば、半導体レーザ３００）の出力光パワーは、湾曲したファセットのない半導体レーザ（たとえば、半導体レーザ１００）と有意に異ならず、許容範囲内にある。したがって、たとえば半導体レーザの出力光学パワー性能のような半導体レーザの性能に対してファセットの曲率の有意な影響はない。
【００５７】
図８は、本開示の実施形態に従った半導体レーザ８００の上面図を示す。半導体レーザ８００は、リッジ８０２を含むリッジダイオードレーザであり得る。半導体レーザ８００は、導波路および基板（図８に図示せず）も含み得る。リッジ８０２は、上述のリッジ３０２と同じであってもよい。半導体レーザ８００の導波路および基板は、たとえば、上述の導波路３０８および基板３１０と同じであってもよい。
【００５８】
半導体レーザ８００は、凸状の湾曲したファセット８０４を含み得る。凸状の湾曲したファセット８０４は、たとえば、化学アシストイオンビームエッチングを用いて半導体レーザ８００をエッチングすることによって形成され得る。凸状の湾曲したファセット８０４は、図８における上面図に示されるように、ファセットを含む半導体レーザ８００の縁部に対して凸状の形状を有し得る。代替的には、湾曲したファセットは、異なる形状の湾曲であってもよい。
【００５９】
凸状の湾曲したファセット８０４は、凸状の湾曲したファセット８０４が始まる半導体レーザ３００の第１の位置から、凸状の湾曲したファセット８０４が終わる半導体レーザ３００の第２の位置まで延在し得る。第１の位置と第２の位置との間の距離は、湾曲したファセットの幅であり、図８において「ｗ」によって表される。図８の値「ｌ」は、湾曲したファセット８０４の最小の凸状深さからエッチングされた半導体レーザ８００の縁部までの距離を表す。凸状の湾曲したファセット８０４の湾曲は、半径「ｒ」を含む円８０６内に延在され得る。円８０６は、半導体レーザ８００の構成要素ではないが、代わりに、凸状の湾曲したファセット８０４の曲率が円の部分を形成する場合に作り出されるであろう形状を象徴する。値「ｗ」、「ｒ」および「ｌ」は、式（ｗ／２）２＋（ｒ−ｌ）２＝ｒ２を満たす。
【００６０】
円８０６の半径「ｒ」を調整することによって、凸状の湾曲したファセット８０４の曲率が修正され得る。たとえば、半径「ｒ」を増加するとともに「ｌ」を一定に保つことによって、凸状の湾曲したファセット８０４の曲率が低減され得る。対照的に、たとえば、半径「ｒ」を減少するとともに「ｌ」を一定に保つことによって、凸状の湾曲したファセット８０４の曲率が増加され得る。半径「ｒ」を調整することはさらに、半導体レーザ８００から発せられる光の水平遠距離場角度を修正し得る。
【００６１】
図４Ｃを再び参照して、別の実施形態では、光がどのようにレーザ４０４を出るかを修正するとともにレーザ４０４の機能を向上するために、図４Ｃにおけるレーザ４０４のファセット４０８の前に光学的に透明な材料が堆積され得るか、または、別の態様で配置され得る。たとえば、当該光学的に透明な材料は、高屈折率の光学的に透明な材料であってもよい。当該材料は、たとえば、図４Ｃに示されるようなファセット４０８と同じ形態で、（たとえば、ファセット４０８と同様の湾曲していないファセットを形成するように）形状決めまたはエッチングされ得る。別の実施形態では、当該材料は、たとえば、図４Ｄに示されるようなファセット４１６と同じ形態で、（たとえば、ファセット４１６と同様の凹状の湾曲したファセットを形成するように）形状決めまたはエッチングされ得る。別の実施形態では、当該材料は、たとえば、図８に示されるようなファセット８０４と同じ形態で、（たとえば、ファセット８０４と同様の凸状の湾曲したファセットを形成するように）形状決めまたはエッチングされ得る。
【００６２】
本開示は、本願明細書に記載される特定の実施形態によって範囲が限定されない。実際、本願明細書に記載されるものに加えて、本開示の他のさまざまな実施形態および修正例が、前述の記載および添付の図面から当業者には明白であろう。したがって、そのような他の実施形態および修正例は、本開示の範囲内であることが意図される。さらに、本開示は、本願明細書において、少なくとも１つの特定の目的のための少なくとも１つの特定の環境における少なくとも１つの特定の実現例のコンテキストで記載されているが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実現され得ることを認識するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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