(57)【要約】通信用途の半導体レーザーを提供する。レーザーが提供する光学モードは高いパワー出力ビーム及び狭いファーフィールドを有し、小さな開口数の光ファイバーに効率的に結合することができる。レーザーは半導体ヘテロ構造と一又は二以上の光とラップ層とから成る。
2006515109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を備えた半導体レーザーであって；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｎ型半導体基板と；
iii）Ｎ型半導体光トラップ層と；
iv）Ｎ型半導体閉じ込め層と；
v）半導体材料を備えた活性領域と；
vi）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
vii）Ｐ型コンタクト層と；
viii）少なくとも一の誘電体層と；
ix）Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記Ｎ型半導体閉じ込め層とを併せて、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する、半導体レーザー。
【請求項２】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項３】
半導体レーザーは、内部で横方向に閉じ込められ、実質的に活性領域においてピーク光強度を有する非対称光学モードを生成するものであり、該非対称光学モードは、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて、Ｎ型半導体閉じ込め層、Ｎ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内に大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項４】
活性領域は２つのバリア層に挟まれた量子井戸を複数備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項５】
Ｐ型半導体閉じ込め層内に埋め込まれたエッチング停止層を備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項６】
リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が実質的にこのリッジ構造内に配置する請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項７】
リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が部分的にこのリッジ構造内に配置し、リッジ構造が横方向に閉じ込められた非対称光学モードを閉じ込める請求項３に記載の半導体レーザー。
【請求項８】
Ｐ型半導体閉じ込め層の一部を含むリッジ構造を備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項９】
Ｎ型半導体基板がＮ型ＩｎＰである請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１０】
Ｎ型半導体光トラップ層がＮ型ＩｎＧａＡｓＰ合金である請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１１】
Ｎ型半導体閉じ込め層がＮ型ＩｎＰである請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１２】
活性領域がＩｎＧａＡｓＰ合金から成る請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１３】
Ｐ型半導体閉じ込め層がＰ型ＩｎＰである請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１４】
Ｎ型半導体光トラップ層の下に、少なくとも一の追加のＮ型半導体閉じ込め層及び少なくとも一の追加のＮ型半導体光トラップ層を備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１５】
Ｎ型半導体光トラップ層が複数のサブ層から成る請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項１６】
２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆された請求項２に記載の半導体レーザー。
【請求項１７】
第１の誘電体材料は高反射性である請求項１６に記載の半導体レーザー。
【請求項１８】
第２の誘電体材料は第１の誘電体材料より反射率が低い請求項１７に記載の半導体レーザー。
【請求項１９】
Ｐ型半導体閉じ込め層内に埋め込まれたエッチング停止層を備えた請求項１４に記載の半導体レーザー。
【請求項２０】
リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が実質的にこのリッジ構造内に配置する請求項１９に記載の半導体レーザー。
【請求項２１】
非対称光学モードを内部で生成するレーザーであって、該非対称光学モードは単一の最大光強度ピークを有すると共に、この単一の最大光強度ピークの第２の側における光学モードエネルギーの量と比べてその単一の最大光強度ピークの第１の側に分布する光学モードエネルギーが大きい光強度分布をを有するレーザー。
【請求項２２】
複数の層を備えた半導体ヘテロ構造であって；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｎ型半導体基板と；
iii）第１のＮ型半導体光トラップ層と；
iv）第１のＮ型半導体閉じ込め層と；
v）第２のＮ型半導体光トラップ層と；
vi）第２のＮ型半導体閉じ込め層と；
vii）半導体材料を備えた活性領域と；
viii）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
ix）Ｐ型コンタクト層と；
x）少なくとも一の誘電体層と；
xi）Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記第２のＮ型半導体閉じ込め層とを併せて、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する、半導体ヘテロ構造。
【請求項２３】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項２２に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２４】
半導体ヘテロ構造は、内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを支持するように適合され、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて、第１及び第２のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内に大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項２２に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２５】
２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆された請求項２３に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２６】
第１及び第２の誘電体材料はいずれも低い反射率15を有する請求項２５に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２７】
第１の誘電体材料は高い反射性である請求項２３に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２８】
第２の誘電体材料は第１の誘電体材料の20より低い反射率を有する請求項２７に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項２９】
複数の層を備えた半導体光デバイスであって、複数の層は；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｐ型半導体基板と；
iii）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
iv）半導体材料を備えた活性領域と；
v）第１のＮ型半導体閉じ込め層と；
vi）第１のＮ型半導体光トラップ層と；
vii）第２のＮ型半導体閉じ込め層と；
viii）第２のＮ型半導体光トラップ層と；
ix）第３のＮ型半導体閉じ込め層と；
x）Ｎ型コンタクト層と；
xi）少なくとも一の誘電体層と；
xii）Ｎ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する、半導体光デバイス。
【請求項３０】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層の面に直交すると共に光伝搬の方向に沿った少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項２９に記載の半導体光デバイス。
【請求項３１】
前記半導体光デバイスは内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを生成するものであり、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、第１、第２及び第３のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層内において、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項２２に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項３２】
２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆された請求項３０に記載の半導体光デバイス。
【請求項３３】
第１及び第２の誘電体材料はいずれも低い反射率を有する請求項３２に記載の半導体光デバイス。
【請求項３４】
第１の誘電体材料は高い反射性を有する請求項３２に記載の半導体光デバイス。
【請求項３５】
第２の誘電体材料は第１の誘電体材料より低い反射率を有する請求項３４に記載の半導体光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザー、特に光通信製品に適したハイパワー半導体レーザーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザーは通常、ラディエーション（光エネルギー）の放出につながる電子−正孔対の効率的な再結合の促進を強めるｐｎ接合から成る。半導体レーザーの周知の改良は、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層との間に新しい材料層を追加することであり、新しい材料層はＰ型層及びＮ型層よりも低いバンドギャップエネルギーを有する。低いバンドギャップエネルギーを有する材料から成る層は通常、半導体レーザーにおける活性領域（又は活性層）と称される。
【０００３】
通常、ヘテロ接合は２つの異なる材料間の界面を意味する。従って、Ｐ型層とＮ型層との間の追加の層（活性領域）の挿入によって、Ｐ型材料とＮ型材料の両方の界面でヘテロ接合を有するのでダブルヘテロ構造として知られるものになる。活性領域におけるドーピングは、意図した効果に依存して種々のレベルに設定される。
【０００４】
半導体ヘテロ構造レーザーでは３層又は４層の半導体層から成るのが通常行われているものである。最も単純なレーザーは、Ｐ型閉じ込め領域（Ｐ型層）と、Ｎ型閉じ込め領域（Ｎ型層）と、活性領域とを含む。活性領域は通常多くの層から成り、Ｐ型閉じ込め領域とＮ型閉じ込め領域との間にｐｎ接合の空乏領域に配置する。光学モードは、活性領域とＰ型及びＮ型閉じ込め領域との間の屈折率の差のために、主に活性領域に閉じ込められる。活性領域は、ヘテロ構造が順方向バイアスのときに光学モードにゲインを付与するものである。
【０００５】
一旦、半導体レーザーに順方向バイアスがかけられ、電流がヘテロ構造に注入すると、光が発生するのは活性領域内である。活性領域は、レーザーの意図された用途の所望の要求（例えば、、変調バンド幅、パワー、温度に対する感度等）に合致するレーザーの性能を調整するために多くの層から成ることが多い。
【０００６】
半導体レーザーの最大の光出力パワーは通常、過熱により制限される。活性領域の温度はレーザーの性能を低下させる駆動電流と共に高くなる。高い光パワーを達成するために、通常はキャビティ長及びリッジ幅を増大して、、散逸するパワー密度を低下させ、レーザーが過熱されるないように維持しなければならない。、電流が注入される領域の増大のために電気抵抗及び熱抵抗が減少がするので、パワー密度は減少する。
【０００７】
キャビティ長が増大するとき（典型的なキャビティ長はハイパワーレーザー用としては2mmである）、効率（光パワーmW/駆動電流mA）はキャビティにおける内部光学的損失のために減少する（これはリッジ構造に特有ではなく、全構造で共通）。光学的損失は主にＰ型材料（領域）における光エネルギーの吸収に起因する。Ｐ型領域における光学モードの重なりの減少は、レーザー内の光エネルギーを減少させるための有効な手法であり、より高い出力パワーを有するレーザーを作製するのに用いられるためのより長いキャビティの使用を可能にするものである。
【０００８】
光学的損失（すなわち、光エネルギーの損失）を減少するのに用いることができる異なる構造がある。しかしながら、これらの構造は通常、レーザーキャビティにおける光学モードを減少させる。欠点は、光学モードの遠視野（すなわち、光学遠視野（オプティカル・ファーフィールド））がより広くなり、光パワーが光ファイバー内に結合するのがより困難になる。光学遠視野及びレーザーキャビティ内の光学モード（ニアフィールド）はフーリエ変換によって数学的に関連する。これは光回折の結果である。通常、光学遠視野は対称であるが、ニアフィールドはそうではない。ファイバーへのカップリング（結合）効率の損失は、ファイバーと光学遠視野におけるモードが同じ形状を有しないだけの理由で生じる。光ファイバーは最大の発散を有する円形スポットだけを許容できる。レーザーファーフィールドは通常楕円形であり、大きな発散を有することができる。
【０００９】
通信用途用では、それはファイバーに結合された光パワーの量であり、重要ではないレーザーの生の光パワー出力ではない。そのため、同時に：１）長いキャビティを用いて高出力パワーを達成できるように低光学的損失を有し；２）光ファイバーに結合された楕円形ファーフィールドがより大きなパワーであるように低い発散を維持する、構造が必要である。
【００１０】
活性領域は一般に多くの層から成り、それらのいくつかは量子井戸（又はバルク井戸）であるように設計されている。量子井戸は非常に薄い層として設計され、伝導バンドの電子及び価電子バンドの正孔の局在化により適しており、電子−正孔対再結合を強める。電子−正孔対が再結合するとき、電子が有する過剰のエネルギーを光として放出し（ラディエーション）レーザーの作動に加わる。さらに、２つの閉じ込め層のバンドギャップエネルギーに対する活性領域のバンドギャップエネルギーを低下させることによって、電子及び正孔の活性領域への閉じ込めを改善する；従って、光学モードプロファイルは狭いスポット内に残るように導かれる。しかしながら、光通信に適したレーザー用としては、狭すぎて閉じ込められた光学モードプロファイル、それが広いファーフィールドを有するのでファイバーに結合するのは困難である。
【００１１】
ハイパワーレーザーにおけるベストの性能を達成するためには、レーザーの内部効率及び外部効率のいずれも最大にしなければならない。レーザーの内部効率は電子エネルギーが光エネルギー（すなわち、光学モード）に変換される効率である。外部効率は光学モードがレーザーから出ていく効率である。しかしながら、２つの効率の値にはトレード・オフがあり、従って、非常にハイパワーのレーザーはこのトレード・オフによって制限されてきた。特に、半導体レーザーを考えると、外部効率は主に、活性又はＰ型層より非常に大きな光エネルギーを吸収しやすいＰ型閉じ込め層における光学モードエネルギー損失の結果である。他方、（半導体レーザーの）内部効率は通常、温度とともに増大する電流漏れに支配される。温度は駆動電流とともに増大する。言い換えると、レーザーに供給される電子エネルギーは、ある程度の電流が半導体レーザーを通って散逸するので、レーザー内で光エネルギーには最大限変換されるわけではない。
【００１２】
光通信用のレーザーを考えるとき、考慮しなければならない光エネルギーの損失の他の重要の原因がある。光通信用途に使用される半導体レーザーはファイバーに結合される出力を有さなければならない。レーザーが、レーザーの出力にすでに調整されているピグテールとして知られている短いピースのファイバーと共にパッキングされて市販されていることは一般的なことである。通信用として、 レーザーの外部効率は、工業的なパッケージングの効果を含むように測定されるべきである。この場合、結合損失が考慮できるように、レーザーの外部効率はピグテールの端部で測定されるべきであることを意味する。言い換えると、結合損失が外部効率の低下に大きく寄与し得るので光通信用に用いるレーザーの設計においては、レーザーからピグテールへの結合損失の可能性を考慮しなければならない。ピグテールへのレーザー出力（アウトプット）の正確な位置決め（アラインメント）はこの問題を解決するのに十分ではない。電流ハイパワーレーザーは光学モードを活性領域に閉じ込めるという試みのために、広いファーフィールドを有する出力を有する。光透過のゆがみの低下のために必要である小さな開口数のファイバーを使用しているという事実が、レーザー出力がファイバーに結合されるときに考慮されるべき大きな光学モードのエネルギー損失があるという状況を作り出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ビームが最小の光結合（カップリング）損失を有するファイバーに結合できるように、内的に効率化されるように最適化され、レーザー内での光エネルギー損失が低く、狭い（ナロー）ファーフィールドを有するハイパワー半導体レーザーが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様は複数の層を有する半導体レーザーである。連続する複数の層には、第１の金属コンタクト層と；Ｎ型半導体基板と；Ｎ型半導体光トラップ層と；Ｎ型半導体閉じ込め層と；半導体材料を備えた活性領域と；Ｐ型半導体閉じ込め層と；Ｐ型コンタクト層と；少なくとも一の誘電体層と；Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；が含まれ、前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記Ｎ型半導体閉じ込め層とを併せたものは、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する。
【００１５】
実施形態によっては、前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する。
実施形態によっては、半導体レーザーは、内部で横方向に閉じ込められ、実質的に活性領域においてピーク光強度を有する非対称光学モードを生成するものであり、該非対称光学モードは、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて、Ｎ型半導体閉じ込め層、Ｎ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内に大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する。
【００１６】
実施形態によっては、半導体レーザーの活性領域は２つのバリア層に挟まれた量子井戸を複数備える。
【００１７】
実施形態によっては、半導体レーザーは、Ｐ型半導体閉じ込め層内に埋め込まれたエッチング停止層も備える。実施形態によっては、半導体レーザーは、リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が部分的にこのリッジ構造内に配置し、リッジ構造が横方向に閉じ込められた非対称光学モードを閉じ込める。
【００１８】
実施形態によっては、半導体レーザーは、リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が実質的にこのリッジ構造内に配置する。
【００１９】
実施形態によっては、半導体レーザーは、Ｐ型半導体閉じ込め層の一部を含むリッジ構造を備える。
【００２０】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、Ｎ型半導体基板はＮ型ＩｎＰ（リン化インジウム）である。
【００２１】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、Ｎ型半導体光トラップ層はＮ型ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・ヒ素・リン化物）合金である。
【００２２】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、Ｎ型半導体閉じ込め層はＮ型ＩｎＰである。
【００２３】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、活性領域はＩｎＧａＡｓＰ合金から成る。
【００２４】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、Ｐ型半導体閉じ込め層はＰ型ＩｎＰである。
【００２５】
実施形態によっては、半導体レーザーはＮ型半導体光トラップ層の下に、少なくとも一の追加のＮ型半導体閉じ込め層及び少なくとも一の追加のＮ型半導体光トラップ層を備える。
【００２６】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、Ｎ型半導体光トラップ層が複数のサブ層から成る。
【００２７】
本発明の半導体レーザーの実施形態によっては、２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆されている。実施形態によっては、第１の誘電体材料は高い反射率を有し、第２の誘電体材料は第１の誘電体材料より反射率が低くてもよい。
【００２８】
本発明の第２の態様では、非対称光学モードを内部で生成するレーザーであって、該非対称光学モードは単一の最大光強度ピークを有すると共に、この単一の最大光強度ピークの第２の側における光学モードエネルギーの量と比べてその単一の最大光強度ピークの第１の側に分布する光学モードエネルギーが大きい光強度分布を有する。
【００２９】
本発明の第３の態様では、複数の層を備えた半導体ヘテロ構造を提供する。ここで、複数の層は順に、第１の金属コンタクト層と；Ｎ型半導体基板と；第１のＮ型半導体光トラップ層と；第１のＮ型半導体閉じ込め層と；第２のＮ型半導体光トラップ層と；第２のＮ型半導体閉じ込め層と；半導体材料を備えた活性領域と；Ｐ型半導体閉じ込め層と；Ｐ型コンタクト層と；少なくとも一の誘電体層と；Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を含み、前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記第２のＮ型半導体閉じ込め層とを併せたものは、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する。
【００３０】
実施形態によっては、前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する。
【００３１】
実施形態によっては、半導体ヘテロ構造は、内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを支持するように適合され、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、第１及び第２のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内において、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量より大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する。  
【００３２】
本発明の第４の態様では、複数の層を備えた半導体光デバイスであって、複数の層は順に；第１の金属コンタクト層と；Ｐ型半導体基板と；Ｐ型半導体閉じ込め層と；半導体材料を備えた活性領域と；第１のＮ型半導体閉じ込め層と；第１のＮ型半導体光トラップ層と；第２のＮ型半導体閉じ込め層と；第２のＮ型半導体光トラップ層と；第３のＮ型半導体閉じ込め層と；Ｎ型コンタクト層と；少なくとも一の誘電体層と；Ｎ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を含み、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する。
【００３３】
実施形態によっては、前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層の面に直交すると共に光伝搬の方向に沿った少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する。
【００３４】
実施形態によっては、前記半導体光デバイスは内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを生成するものであり、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、第１、第２及び第３のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層内において、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量より大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する。
【００３５】
半導体ヘテロ構造の実施形態によっては、２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆されている。実施形態によっては、第１の誘電体材料は高い反射率を有し、第２の誘電体材料は第１の誘電体材料より反射率が低い。又は、第１の誘電体材料及び第２の誘電体材料のいずれも低い反射率を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の他の側面及び特徴は、添付図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明をレビューすることにより当業者に明らかになるだろう。  
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態のハイパワーリッジ半導体レーザーを示す。簡潔さのために、ハイパワーリッジ半導体レーザーを単にレーザーという。レーザーは図１に示した層から成る、すなわち順に；第１金属コンタクト層３と；Ｎ型基板層１１（例えば、ＩｎＰ：リン化インジウム））と；Ｎ型光トラップ層（あるいはバルク導波路層という）１（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ：インジウム・ガリウム・砒素及びリン化物の合金）と；Ｎ型閉じ込め層９（例えば、Ｎ型ドープＩｎＰ）と；活性領域（典型的には真性（必要というわけではないが）半導体合金から成る）１２と；第１のＰ型閉じ込め層８（Ｐ型ドープＩｎＰ）と；エッチング停止層１０（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ）と；第２のＰ型（ＩｎＰ）閉じ込め層８’と；Ｐ型コンタクト層６（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ）と；である。Ｐ型閉じ込め層８’とＰ型コンタクト層６とをエッチングしてリッジ構造１５’を画定するトレンチ１４及び１４’を形成する；少なくとも一の誘電体層４（一層より多くてもよい）が、少なくとも一の誘電体層を形成する誘電体材料がトレンチ１４及び１４’の垂直エッジを含む露出面を実質的に均一に被覆するように、レーザーの露出面全体に堆積される。誘電体材料は典型的には、酸化物又は窒化物化合物であり；リッジ構造１５の上は、少なくとも一の誘電体層４を通ってビア（開口）がエッチングされ、Ｐ型コンタクト層６が露出され、第２の金属コンタクト２が、リッジ構造１５の上のＰ型コンタクト層６に接触するように堆積される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、活性領域を備えた層は通常、量子井戸層（非常に薄い、約10原子層の層）と（量子層の間に）バリア層とを含む。両方（量子井戸層及びバリア層）は、半導体レーザーのＰ型閉じ込め層８及びＮ型閉じ込め層９によって両側上で挟まれている。閉じ込め層は電子及び正孔が再結合の生じる量子井戸へトンネリングするのに役立ち、再結合の重要な効果は光が生成する（又は、同等だがラディエーションが放出される）ことである。これによって、量子井戸層における高屈折率とバリア層における低屈折率を有する活性領域１２の屈折率プロファイルとなる。
【００３９】
図１に示した第１及び第２のＰ型閉じ込め層８，８’とエッチング停止層１０とを参照すると、エッチング停止層１０はレーザーの製造工程で用いられて、トレンチ１４，１４’の形成に役に立つ。エッチング停止層１０はレーザーの作動のおいては重要な効果を有さないが、第１及び第２のＰ型閉じ込め層８，８’は一つのＰ型閉じ込め層内に埋没したエッチング停止層１０と共に一つのＰ型閉じ込め層として効果的に機能する。
【００４０】
レーザーを作る前述の層の各々の実際の厚さは、特定の用途のための経験的な研究を通して見つけられたものである。しかしながら、最も重要な層に対しては典型的な厚さ又は範囲を提供できる。図に示した断面はスケール通りではないことに留意されたい。Ｎ型基板層１１は光学モードの生成及びガイド（導くの）には重要ではないが、レーザー構造の残りの部分に対して低い電気抵抗の機械的支持を提供することが必要とされ、そのため、それは典型的には130ミクロン厚である。光トラップ層は典型的には0.05〜0.25ミクロン厚である。Ｎ型閉じ込め層９はわずかに厚めであり、典型的には0.1〜0.7ミクロンの厚さである。エッチング停止層１０もレーザーには重要ではない。エッチング停止層１０はその下の層をトレンチ１４，１４’を形成するのに用いられるエッチング工程から保護するために設ける。
【００４１】
この実施形態では、活性領域１２の厚さは典型的には0.1ミクロンを越える必要はないが、特殊な用途に対しては約1.0ミクロンに増大できる。Ｐ型閉じ込め層８’が配置するリッジ構造１５は典型的には1.5〜2.5ミクロン厚である。第１金属コンタクト層３と第２金属コンタクト層２とは、レーザーに結合する金属（金又はアルミニウム）の間の低電気抵抗の界面を提供するように設計されている。各コンタクトの厚さは、レーザーの光学的性能にあまり大きく影響しない。
【００４２】
リッジ構造の主な利点は、それが、通信型光ファイバーに結合できる単一の狭い光学モードの光を横方向に閉じ込められることである。横方向閉じ込めを達成するために用いることができる他の構造例えば、埋め込みヘテロ構造があるが、リッジは作製される最も簡単なものである。リッジ幅は約2〜7ミクロンであるのが好ましいが、レーザーの幅自体は主に取扱いの目的のため250〜500ミクロンでありえる。（Ｏｚ方向の）典型的なキャビティ長は１〜4ｍｍの範囲である。最大リッジ幅は約7ミクロンであるのが好ましい。これを越えると、単一の安定な光学モードを維持することがほとんど不可能となる。さらに、リッジの頂上では、レーザーへの良好な電気的コンタクトを保障するために、高濃度Ｐ型ドープ層を用いる。  
【００４３】
好適な実施形態についての以下の説明は、上記に紹介した例を用いることを保障するものである。しかしながら、通信用途で用いるレーザーに適した他の半導体材料は例えば、、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）であってもよい。
【００４４】
頁を貫くｚ軸を有する図１で示した、符号１７で示したＯｘｙｚの直交系を参照すると、層の界面は互いに平行であり、Ｏｙ方向で定義したＡ−Ａ’に直交するｘＯｚ面にも平行である。Ｐ型閉じ込め層８と活性領域１２とＮ型閉じ込め層９が実質的にヘテロ構造を画定する。
【００４５】
図１Ｂは、図１Ｂの半導体レーザーの側面図である。レーザー作用は、ミラーファセット１９及び２１を有する共鳴キャビティを形成するための結晶面に沿った２つの箇所で半導体ヘテロ構造を突き進むことによって行われる。与えられた例では、結晶面は面ｙＯｘ面に平行である。ファセットは光の伝搬及び半導体ヘテロ構造を作る層の方向に（すなわち、ｙＯｘ面に沿って）垂直に劈開される。実施形態によっては、ファセットは、反射率を変えるために誘電体材料１８，２０で被覆することができる。レーザー用には、非常に反射が大きい第１の誘電体材料を用いて一方のファセットを被覆するが、他方のファセットは第１の誘電体材料よりも反射が小さい第２の誘電体材料で被覆する。
【００４６】
図２は、図１のレーザーについての屈折率プロファイル２０であって、Ｏｙ方向における変化を示すものである。図２には、図１のレーザーについての規格化された光強度プロファイルのＯｙ方向での変化も示す。図１及び図２を参照すると、図１に示した層８’、８，９，１及び１１はそれぞれ屈折率ｎ８’，ｎ８，ｎ９，ｎ１及びｎ１１を有する。屈折率プロファイル２０は３つのピークを有する。第１の屈折率ピーク３０は、コンポジットの屈折率プロファイルが概して活性領域のそれぞれの側面上のＰ型閉じ込め層８及びＮ型閉じ込め層９に対応する屈折率より高い活性領域１２において生じる。第２の屈折率ピーク３１は、屈折率がｎ１である光トラップ層１で生ずる。屈折率ｎ８，ｎ９及びｎ１１のいずれに対しても活性領域及び光トラップ層が高い屈折率を有するために、活性領域及び光トラップ層はいずれも、Ｐ型閉じ込め層８、Ｎ型閉じ込め層９及びＮ型基板層１１のいずれに対しても低いバンドギャップエネルギーを有する。また、活性領域１２は概して、光トラップ層１と比較して低いバンドギャップエネルギーを有する結果として、光トラップ層１と比較して高い屈折率を有する。第３の屈折率ピーク３３はエッチング停止層１０に対応する；しかしながら、第３の屈折率ピーク３３は非常に狭く、レーザーの全性能（パファーマンス）には大きな影響はない。
【００４７】
図１Ａに示したレーザーにおいては、活性領域１２は量子井戸とバリア層とから成ることが仮定されている。そのため、屈折率は量子井戸の大きな値とバリア層の小さな値が交互になっている。活性層１２において最も外側のバリア層上にサブレイヤーを含むことも周知である。サブレイヤーは、バリア層の屈折率の値まで屈折率プロファイルにおいて漸進的（段階的）な増大を提供するものである。活性領域１２は、3.35〜3.45の範囲である屈折率を有し、他方光トラップ層１は3.31の屈折率ｎ１を有する。Ｐ型閉じ込め層８、Ｎ型閉じ込め層９及びＮ型基板層１１はそれぞれｎ８、ｎ９、ｎ１１であり、すべて3.16である。
【００４８】
屈折率3.16はＩｎＰの屈折率（ｎ８，ｎ９及びｎ１１）であり、所定の波長に対して固定されている。他の屈折率は用いられるＩｎＧａＡｓＰの組成に従って変化する。典型的には、光トラップ層１の屈折率は3.25〜3.35で変化する。活性領域１２の屈折率は、活性領域を成しかつ概して3.35〜3.45の範囲で変化する全層の屈折率のほぼ平均である。図２でわかるように、活性領域１２は屈折率のピーク及び谷の交互を成すように段階的な屈折率を有する。ピークは量子井戸に対応し、谷は量子井戸の間のバリア層に対応する。
【００４９】
図１に戻ると、レーザーレディエーション（光エネルギー）は、活性領域の近傍においてヘテロ接合内の、特にリッジ構造１５の下のＯｘ方向で、ｐｎ接合（空乏領域）内に注入されるキャリアが有する電子エネルギーから変換するものである。ヘテロ接合に順方向にバイアスがかけられたときに、光学モードのレーザーレディエーション（光エネルギー）はＯｚ方向に伝搬し、正の電流がＡ−Ａ’線に実質的に平行に第２の金属コンタクト２から第１の金属コンタクト３に流れる。
【００５０】
光学モードは主に活性領域１２に生成されるので（活性領域１２は概してレーザー内で最大の屈折率プロファイルを有するから）、光学モードは実質的に活性領域１２に閉じ込められる。光学モードのエネルギーはリッジ構造１５によって水平方向においては実質的に単一のスポットに閉じ込められる。Ｎ型閉じ込め層９を横切る光学モードのかなりの量のエネルギーは光トラップ層１に集中しトラップされる。通常光トラップ層なしで、光学モードは活性領域のいずれかの側に全体に均一に分布する。そして、光トラップ層はヘテロ構造全体で光学モードのエネルギー分布の対称性を壊す。光学モードの光エネルギープロファイルは規格化された光強度プロファイルとして図２に示されている。規格化された光強度プロファイル２１のピークは、実質的に光トラップ層１内の第２のピークを伴って実質的に活性領域１２内にある。光強度プロファイル２１は、Ｐ型閉じ込め層８において急峻に下がるので非対称であり、ヘテロ構造のＰ型側を横切る光学モードエネルギーの最小量を有する。同じヘテロ接合の他の側（Ｎ型側）では、規格化された光強度プロファイル２１は概して、Ｎ型閉じ込め層９、光トラップ層１及び半導体基板層１１を通して浅い傾斜で徐々に減少している。実質的に光トラップ層１の領域において規格化された光強度プロファイル２１には第２のピークがあり、この第２のピークはヘテロ構造のＮ型側において規格化された光強度プロファイル２１のほぼ漸進的な減少を引き起こしている。理想的には、第２のピークは見ることができないものであり、あるいは、ヘテロ接合のＮ型側において規格化された光強度プロファイル２１が浅い傾斜で滑らかな曲線であることである。
【００５１】
図３に、本発明の第２の実施形態によるハイパワーリッジ半導体レーザーを示す。簡単さのために、以下ではハイパワーリッジ半導体レーザーをレーザーという。レーザーは図３に示したように次の層から成る（図１の符号を同等な要素に対して用いる）；第１の金属コンタクト層３と；Ｎ型基板層１１と；２層のＮ型光トラップ層１及び１’（あるいはバルク導波路層という）と；Ｎ型光トラップ層１及び１’の間にあるＮ型閉じ込め層９’と、光トラップ層１の上にあるもう一つのＮ型閉じ込め層９と；活性領域（典型的には真性（必要というわけではないが）半導体合金から成る）１２と；第１のＰ型閉じ込め層８と；エッチング停止層１０と；第２のＰ型閉じ込め層８’と；Ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６と；である。Ｐ型閉じ込め層８’とＰ型コンタクト層６とをエッチングしてリッジ構造１５’を画定するトレンチ１４及び１４’を形成する；少なくとも一の誘電体層４（一層より多くてもよい）を、少なくとも一の誘電体層を形成する誘電体材料がトレンチ１４及び１４’の垂直エッジを含む露出面を実質的に均一に被覆するように、レーザーの露出面全体に堆積する。誘電体材料は典型的には酸化物又は硝酸化合物であり；リッジ構造１５の上において、少なくとも一の誘電体層４を貫通するビア（開口）をエッチングし、Ｐ型コンタクト層６を露出させ、第２の金属コンタクト２をリッジ構造１５の上のＰ型コンタクト層６と典型的には酸化物又は硝酸化合物である少なくとも一の誘電体層４とに接触するように堆積する。
【００５２】
レーザーを形成する前述の層のそれぞれの実際の厚さは、前に詳述した第１の実施形態と同様に、特定の用途のための経験的な研究を通して見つけられたものである。光トラップ層１及び１’は典型的には0.05〜0.25ミクロン厚である。Ｎ型閉じ込め層９及び９’のそれぞれは典型的には0.1〜0.7ミクロンの範囲の好適な厚さである。エッチング停止層１０もレーザーの作動には重要ではない。エッチング停止層１０はその下の層を、トレンチ１４，１４’を形成するのに用いられるエッチング工程から保護するために設けられている。
【００５３】
レーザーのための上述の半導体ヘテロ構造を用いると、レーザー作用は、第１の実施形態について前述したように、ミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成するための結晶面に沿った２つの場所で半導体ヘテロ構造を突き進むことによって行われる。
【００５４】
図４は、Ｏｙ方向における屈折率プロファイル４０の変化を示すものである。図４には、規格化された光強度プロファイル４１の変化も示す。図３及び図４を併せると、図３に示した層８’，８，９，９’，１，１’及び１１は図４に示したように、それぞれ屈折率ｎ８’，ｎ８，ｎ９，ｎ９’，ｎ１，ｎ１’及びｎ１１を有する。屈折率プロファイル４０は４つのピークを有する。第１の最大の屈折率ピーク５０は活性領域１２に生じる。活性領域１２の屈折率はそれぞれ、２つのＮ型閉じ込め層９及び９’とＰ型閉じ込め層８に対応する屈折率ｎ９，ｎ９’，及びｎ８より大きい。第２の屈折率ピーク５１は、屈折率がｎ１である第１の光トラップ層１で生じ、第３の屈折率ピーク５２は第２の光トラップ層１’に生じる。この第２の実施形態において、第２及び第３の屈折率ピーク５１及び５２は実質的に等しいが、これは本発明の限定ではない。活性領域の高い屈折率プロファイルと屈折率ｎ８，ｎ９，ｎ９’及びｎ１１のいずれに対しても高い屈折率ｎ１，ｎ１’は、活性領域１２と光トラップ層１及び１のそれぞれが、Ｐ型閉じ込め層８とＮ型閉じ込め層９とＮ型基板層１１のいずれに対しても低いバンドギャップエネルギーを有する結果である。また、活性領域１２は、光トラップ層１及び１’のいずれかに比べて小さいバンドギャップエネルギーを有する結果として、光トラップ層１及び１’のいずれかと比べて大きな屈折率を有する。第４の屈折率ピーク６３はエッチング停止層１０に対応する。しかしながら、第４の屈折率ピーク６３はレーザーの全性能（パファーマンス）には大きな影響はない。
【００５５】
図３に戻ると、レーザーレディエーション（光エネルギー）は、第１の実施形態について前述したように、活性領域１２の近傍において特にリッジ構造１５の下のＯｘ方向におけるヘテロ接合内にあるｐｎ接合（空乏領域）内に注入されるキャリアが有する電子エネルギーから変換するものである。レーザー８及び１２によって画定されたヘテロ接合に順方向にバイアスがかけられたときに、レーザーレディエーション（光エネルギー）はＯｚ方向に伝搬し、正の電流がＡ−Ａ’線に実質的に平行に第２の金属コンタクト２から第１の金属コンタクト１に流れる。
【００５６】
光学モードは初期には活性領域１２に生成されるので（活性領域１２は概してレーザー内で最大の屈折率ｎ１２を有するから）、光学モードは実質的に活性領域１２に閉じ込められる。光学モードのエネルギーもリッジ構造１５によってＰ型閉じ込め層８から遠ざかるようにガイドされ、これによって光学モードのエネルギーよりも実質的に大きなエネルギーが、活性領域１２の反対側に隣接するＮ型閉じ込め層９の中へガイドされる。しかしながら、Ｎ型閉じ込め層９を横切る光学モードのエネルギーのかなりの量のエネルギーは光トラップ層１及び１’によって活性領域１２からさらに引き出される。光トラップ層１及び１’のそれぞれは、Ｎ型閉じ込め層９、９’及びＮ型基板層１１のそれぞれに対する屈折率ｎ９，ｎ９’及びｎ１１のいずれに比べても大きな屈折率ｎ１，ｎ１’を有する結果として、それの中に集中し光エネルギーをトラップする。光学モードの光エネルギープロファイルを規格化した光強度プロファイル４１として図４に示す。規格化した光強度プロファイル４１のピークは実質的に活性領域１２内にあり、また第２及び第３のピークは光トラップ層１及び１’内にある。第２及び第３のピークは、層８，１２及び９によって画定されるヘテロ接合のＮ型側における規格化された光強度プロファイル４１を平坦にするように作用する。光強度プロファイル４１は非対称であり、Ｐ型閉じ込め層８において急峻に下がり、層８，１２及び９によって画定されるヘテロ接合のＰ型側を横切る光学モードエネルギーの最小量を有すると共に、Ｎ型閉じ込め層９、光トラップ層１及び半導体基板層１１を通して浅い傾斜で徐々に減少する。
【００５７】
図１及び図３に示したレーザーに共通なのは、両レーザーで生成された光学モードが、各レーザー内のヘテロ接合のＰ型層を横切るエネルギー量が損失の多いＰ型材料における光損失を最小にするために最小にされている非対称な規格化された光強度プロファイルを有するという事実である。各規格化された光強度プロファイルのピークは、各ヘテロ接合のそれぞれの一部を備えた各活性領域内に残っており、各光学モードがエネルギーを得ることができるようになっている。同時に、Ｎ型閉じ込め層内に埋め込まれている光トラップ層によって、規格化された光強度プロファイルが各ヘテロ接合のＮ型側で平坦化されている。この非対称の規格化された光強度プロファイルはワイドファーフィールドという問題を被るほど狭くなく、最小の損失を有するファイバー内に結合できる。言い換えると、規格化された光強度プロファイルは非対称であって、ヘテロ接合のＰ型側で急峻な下がりがあり、他方ヘテロ接合のＮ型側では緩やかな下がりを有するので、光学モードのファーフィールドは狭く、そのため、非対称でかつ狭い規格化光強度プロファイルを有する結果であるワイドファーフィールドを有するレーザーと比べて小さな結合損失となっている。ピグテールの端部で測定した外部効率は、すでに述べたよううな工業上のパッケージング目的でファイバーに結合されたビームを有するワイドファーフィールドと比べて実質的に増大する。
【００５８】
さらに、２つ以上の光トラップ層を有する実施形態は本発明の範囲内である。レーザーは、ヘテロ接合のＰ型側においてリッジ構造を用いて埋没しているのが好ましい。実施形態によってはレーザーはリッジ構造内に備える。代替として、リッジ構造はヘテロ接合のＮ型側にあってもよい。
【００５９】
図５に、符号１００で示した光ビームカップリング構成を示す。レーザーマウント１０１は機械的にレーザー１０２を支持する。レーザーマウント１０１は、ヒートシンクとして、及び、レーザー１０２が電流を取り出すことができるプラットフォームとしても作用する。レーザー１０２の出力は、図１及び図３のレーザーに関連してすでに述べたように実質的に光学モードから成る光ビーム２００である。光ビーム２００は第１のレンズ２で合焦され、第２のレンズ２０６で再度合焦される。レンズ２０６は光ビーム２００を光ファイバー１０８に合焦させる。光ファイバー１０８は光ファイバーの短片、ピグテール又は光ファイバーの長い片のいずれかである。光ビームカップリング構成１００は典型的には、独立したコンポーネントとしてパッケージングされるが；光受信機内に一体に形成されてもよい。
【００６０】
前述のように、エネルギー損失はレーザーが発散楕円ビームを発する結果である。この発散楕円ビームは特定のコーンから光だけを受ける円形光ファイバーへの結合が十分でないからである。開示した本発明の態様の結果として、Ｏｙ方向で２５度の半値幅（ＦＷＨＭ）及びＯｘ方向で１０度の半値幅で全幅（フル幅）を有するファーフィールドを形作ることが可能である。光ファイバーは、光が１５度円形コーン内にあることを必要とする。
【００６１】
記載してきたことは単に、本発明の原理の適用を例示するものである。当業者であれば、他の構成及び方法を、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施できる。
【００６２】
特に、増幅器や分布帰還型レーザーのような他の半導体光デバイス、又は、グレーティンングを含む他の装置を、提供した半導体レーザーの実施形態と同じ半導体ヘテロ構造を用いることによって構築できる。同じ構造を低反射率コーティングをファセットに付けることによって増幅器を製造するのに用いることもできる。本発明の他の実施形態では半導体ヘテロ構造自体を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】本発明の一実施形態の半導体レーザーの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに図示した半導体レーザーの側面図である。
【図２】図１のレーザーから放出された光学モードの屈折率プロファイルと規格化された光強度プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の半導体レーザーの断面図である。
【図４】図３のレーザーから放出された光学モードの屈折率プロファイルと規格化された光強度プロファイルを示す図である。
【図５】（図１か図３のいずれかの）レーザーの出力、光ビームが光ファイバーにどのように結合されるかを概略図示する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  Ｎ型光トラップ層
２  第２の金属コンタクト
３  第１の金属コンタクト層
４  誘電体層
６  Ｐ型コンタクト層
８  第１のＰ型閉じ込め層
８’  第２のＰ型閉じ込め層
９  Ｎ型閉じ込め層
１０  エッチング停止層  
１１  Ｎ型基板層
１２  活性領域
１４、１４’  トレンチ
１５  リッジ構造
2006515109.tif 000003
2006515109.tif 000004
【図２】
2006515109.tif 000005
【図３】
2006515109.tif 000006
【図４】
2006515109.tif 000007
【図５】
2006515109.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月24日(2005.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を備えた半導体レーザーであって；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｎ型半導体基板と；
iii）Ｎ型半導体光トラップ層と；
iv）Ｎ型半導体閉じ込め層と；
v）半導体材料を備えた活性領域と；
vi）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
vii）Ｐ型コンタクト層と；
viii）少なくとも一の誘電体層と；
ix）Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記Ｎ型半導体閉じ込め層とを併せて、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有すると共に、前記Ｎ型半導体光トラップ層は前記Ｎ型半導体基板及びＮ型半導体閉じ込め層よりも高い屈折率を有する半導体レーザー。
【請求項２】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項３】
半導体レーザーは、内部で横方向に閉じ込められ、実質的に活性領域においてピーク光強度を有する非対称光学モードを生成するものであり、該非対称光学モードは、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて、Ｎ型半導体閉じ込め層、Ｎ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内に大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項４】
活性領域は２つのバリア層に挟まれた量子井戸を複数備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項５】
Ｐ型半導体閉じ込め層内に埋め込まれたエッチング停止層を備えた請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項６】
リッジ構造を備え、Ｐ型半導体閉じ込め層が実質的にこのリッジ構造内に配置するか、又は、Ｐ型半導体閉じ込め層が部分的にこのリッジ構造内に配置し、リッジ構造が横方向に閉じ込められた非対称光学モードを閉じ込めるかいずれかである請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項７】
Ｎ型半導体基板がＮ型ＩｎＰであり、及び／又は、Ｎ型半導体光トラップ層がＮ型ＩｎＧａＡｓＰ合金であり、及び／又は、Ｎ型半導体閉じ込め層がＮ型ＩｎＰであり、及び／又は、活性領域がＩｎＧａＡｓＰ合金から成り、及び／又は、Ｐ型半導体閉じ込め層がＰ型ＩｎＰである請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項８】
Ｎ型半導体光トラップ層の下に、少なくとも一の追加のＮ型半導体閉じ込め層及び少なくとも一の追加のＮ型半導体光トラップ層を備えるか、及び／又は、Ｎ型半導体光トラップ層が複数のサブ層から成るか請求項１に記載の半導体レーザー。
【請求項９】
複数の層を備えた半導体ヘテロ構造であって；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｎ型半導体基板と；
iii）第１のＮ型半導体光トラップ層と；
iv）第１のＮ型半導体閉じ込め層と；
v）第２のＮ型半導体光トラップ層と；
vi）第２のＮ型半導体閉じ込め層と；
vii）半導体材料を備えた活性領域と；
viii）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
ix）Ｐ型コンタクト層と；
x）少なくとも一の誘電体層と；
xi）Ｐ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記Ｐ型半導体閉じ込め層と前記活性領域と前記第２のＮ型半導体閉じ込め層とを併せて、実質的に近接しかつ活性領域に配置するｐｎ接合（空乏領域）を有するヘテロ構造を備え、前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有する共に、第１のＮ型半導体光トラップ層はＮ型半導体基板及び第１のＮ型半導体閉じ込め層より高い屈折率を有し、第２のＮ型半導体光トラップ層は第１のＮ型半導体閉じ込め層及び第２のＮ型半導体閉じ込め層よりも高い屈折率を有する、半導体ヘテロ構造。
【請求項１０】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層面に直交する少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項９に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項１１】
半導体ヘテロ構造は、内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを支持するように適合され、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて、第１及び第２のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層及びＮ型半導体基板内に大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項９に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項１２】
複数の層を備えた半導体光デバイスであって、複数の層は；
i）第１の金属コンタクト層と；
ii）Ｐ型半導体基板と；
iii）Ｐ型半導体閉じ込め層と；
iv）半導体材料を備えた活性領域と；
v）第１のＮ型半導体閉じ込め層と；
vi）第１のＮ型半導体光トラップ層と；
vii）第２のＮ型半導体閉じ込め層と；
viii）第２のＮ型半導体光トラップ層と；
ix）第３のＮ型半導体閉じ込め層と；
x）Ｎ型コンタクト層と；
xi）少なくとも一の誘電体層と；
xii）Ｎ型コンタクト層を含む第２の金属コンタクト層と；を備え、
前記少なくとも一の誘電体層のそれぞれはそれ自体を貫通するようにエッチングされかつその誘電体層の下にあるＰ型コンタクト層に電気的コンタクト用の接続経路を提供するビアを有すると共に、第１のＮ型半導体光トラップ層は第１のＮ型半導体閉じ込め層及び第２のＮ型半導体閉じ込め層より高い屈折率を有し、第２のＮ型半導体光トラップ層は第２のＮ型半導体閉じ込め層及び第３のＮ型半導体閉じ込め層よりも高い屈折率を有する、半導体光デバイス。
【請求項１３】
前記の複数の層は結晶面に沿った、すなわち層の面に直交すると共に光伝搬の方向に沿った少なくとも二つの面で劈開され、両端にミラーファセットを有する共鳴キャビティを形成する請求項１２に記載の半導体光デバイス。
【請求項１４】
前記半導体光デバイスは内部で横方向に閉じ込められた非対称光学モードを生成するものであり、非対称光学モードは実質的に真性半導体層においてピーク光強度を有するものであり、また、非対称光学モードは、第１、第２及び第３のＮ型半導体閉じ込め層、第１及び第２のＮ型半導体光トラップ層内において、Ｐ型半導体閉じ込め層に存在する光学モードエネルギー量に比べて大きな光学モードエネルギーを有する複数の層を通しての光強度分布を有する請求項１２に記載の半導体ヘテロ構造。
【請求項１５】
２つのミラーファセットのうちの一方は第１の誘電体材料で被覆され、他方は第２の誘電体材料で被覆された請求項２に記載の半導体レーザー、又は、請求項１０に記載の半導体ヘテロ構造、又は、請求項１３に記載の半導体光デバイス。
【請求項１６】
第１及び第２の誘電体材料はいずれも低い反射率を有する請求項１５に記載の半導体ヘテロ構造又は光デバイス。
【請求項１７】
第１の誘電体材料は高い反射率を有する請求項２に記載の半導体レーザー、又は、請求項１０に記載の半導体ヘテロ構造、又は、請求項１５に記載の半導体光デバイス。
【請求項１８】
第２の誘電体材料は第１の誘電体材料より低い反射率を有する請求項１７に記載の半導体レーザー又はヘテロ構造又は光デバイス。
【国際調査報告】
2006515109.tif 000009
2006515109.tif 000010
2006515109.tif 000011
2006515109.tif 000012
2006515109.tif 000013