(57)【要約】【課題】高パワー端部放射レーザーダイオードの構造を提供する。【解決手段】高パワー端部放射レーザーダイオードの構造は、チャープ型周期性分布の複数のモード延展サブレイヤーを有し、近視野像（Near Field Pattern、NFP）はL字型で、光照射野の強度が強い部分と多重量子井戸の重畳が良好であり、これにより、良好な光閉じ込め係数を得る。更に、光照射野の強度が低い部分は、できるだけ、ｎ型クラッド層に延伸するので、これにより、高パワー端部放射レーザーダイオードの鏡面上の光出力密度が低下し、垂直発散角が減少し、使用寿命を延長することができる。【選択図】図３
2009065107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高パワー端部放射レーザーダイオード構造であって、
ｎ型基板と、
前記ｎ型基板上に設置されるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層中に設置され、複数のモード延展サブレイヤーを有し、各モード延展サブレイヤーの屈折率が前記ｎ型クラッド層の屈折率より高く、且つ、前記モード延展サブレイヤーは、チャープ型周期性により分布し、周期は、二つの相隣する前記モード延展サブレイヤー間の距離を定義し、前記モード延展サブレイヤーは、複数の周期を有し、且つ、前記周期が、徐々に増加するか、減少するモード延展層と、
からなることを特徴とする高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項２】
更に、
前記ｎ型クラッド層上に設置される第一光閉じ込め層と、
前記第一光閉じ込め層上に設置される多重量子井戸と、
前記多重量子井戸上に設置される第二光閉じ込め層と、
前記第二光閉じ込め層上に設置されるｐ型内クラッド層と、
前記ｐ型内クラッド層上に設置されるエッチ停止層と、
前記エッチ停止層上に設置されるｐ型外クラッド層と、
前記ｐ型外クラッド層上に設置されるバリア減少層、及び、
前記バリア減少層上に設置されるｐ型コンタクト層と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項３】
前記モード延展サブレイヤーの厚さは、完全に同じか、完全に同じではないか、一部が同じであることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項４】
有機金属化学気相成長法、或いは、分子線エピタキシー方法により製作されることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項５】
材料は、アルミガリウムヒ素(AlGaAs)、インジウムガリウムアルミニウムリン(InGaAlP)、インジウムガリウムヒ素・リン(InGaAsP)、インジウムガリウムアルミニウムヒ素(InGaAlAs) 、或いは、窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)であることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項６】
前記モード延展サブレイヤーの材料は、完全に同じか、或いは、同じでない、或いは、一部が同じであることを特徴とする請求項５に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項７】
多重量子井戸層の量子数量は５以上であることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項８】
通信用の９８０ナノのポンプレーザーダイオード、或いは、緑光の８０８ナノのポンプレーザーダイオードに応用することができることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【請求項９】
フルカラーレーザープロジェクタ、及び、フルカラーレーザープロジェクタテレビの高パワーレーザーダイオードに応用することができることを特徴とする請求項１に記載の高パワー端部放射レーザーダイオード構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーダイオードに関するものであって、特に、高パワー端部放射レーザーダイオード（high power edge emission laser diode)の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、社会と経済の高度発展により、科学技術も発達し、民生用途では、レーザーダイオード（Laser  Diode、LD）が、光保存、光通信、及び、レーザー医療等の産業の重要な素子となっている。光保存読取り機上の低パワー用レーザーダイオードの市場は徐々に飽和状態にきており、レーザーダイオードの規格も高パワーの応用に移行し、例えば、書き換え可能な光学式記憶読取り機、通信用の９８０ナノのポンプ（pump）レーザーダイオード、緑光の８０８ナノのポンプレーザーダイオード、フルカラーレーザープロジェクタ、及び、フルカラーレーザープロジェクタテレビの高パワーレーザーダイオードに応用され、それらは、皆、体積が小さく、寿命が長いことが必要とされる。
【０００３】
通常、端部放射（edge emission）レーザーダイオードの垂直モードの大きさを増加して、光出力密度を低下させて、出力パワーを増加させると共に、垂直発散角を縮小し、小さい垂直発散角は端部放射レーザーダイオードと光学素子間のカップリング損耗を低下させて、受信端の光入力パワーを増加させ、これにより、装置の光学設計を簡潔にしている。
【０００４】
公知技術の一つは、端部放射レーザーダイオードの光閉じ込め層（confinement layer）の厚さを縮減して、レーザーダイオード鏡面の光出力密度を低下させ、遠視野像発散角を減少させるが、同時に、光閉じ込め係数(confinement factor, Γ)も低下させ、レーザーダイオード鏡面の操作効率が悪くなる。
【０００５】
もう一つの公知技術は、レーザーダイオードを非対称のクラッド層（cladding  layer）に設計し、近視野像偏向ｎ型クラッド層が光吸収を減少させる。
【０００６】
更に、遠視野像発散角を減少させるため、もう一つの公知技術では、モード延展層の設計を増加し、即ち、アクティブ層付近に高屈折率の材料を増加し、アクティブ層付近の光照射野分布がこの高屈折率層に延伸するもので、但し、この方法は、光閉じ込め係数を大幅に低下させ、同時に、遠視野像を劣化させやすく、多くのモードが同時に振幅すると、モード間の相互切り換えによりねじれ（kink）現象が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の問題を改善するため、本発明は、高パワー端部放射レーザーダイオード（high power edge emission laser diode)構造を提供し、チャープ（chirp）型周期性分布の複数の延展サブレイヤーを有し、近視野像（Near Field Pattern、NFP）はL字型で、光照射野の強度が強い部分と多重量子井戸の重畳は良好であり、これにより、良好な光閉じ込め係数を得る。更に、光照射野の強度が低い部分は、できるだけ、ｎ型クラッド層に延伸するので、これにより、高パワー端部放射レーザーダイオードの鏡面上の光出力密度が低下し、垂直発散角が減少し、使用寿命を延長することを目的とする。
【０００８】
本発明は、高パワー端部放射レーザーダイオード構造を提供し、多重量子井戸の数量を増加させることにより、更に、容易に、シングルモード操作、高光閉じ込め係数、及び、低鏡面光出力密度の端部放射型高パワーレーザーダイオードを得ることをもう一つの目的とする。
【０００９】
本発明は、高パワー端部放射レーザーダイオード構造を提供し、通信用の９８０ナノのポンプレーザーダイオード、或いは、緑光の８０８ナノのポンプレーザーダイオードに応用することを更なる目的とする。
【００１０】
本発明は、高パワー端部放射レーザーダイオード構造を提供し、フルカラーレーザープロジェクタ、及び、フルカラーレーザープロジェクタテレビの高パワーレーザーダイオードに応用することを最後の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の高パワー端部放射レーザーダイオード（high power edge emission laser diode)の構造は、ｎ型基板と、ｎ型基板上に設置されるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層中に設置され、複数のモード延展サブレイヤーを有し、各モード延展サブレイヤーの屈折率がｎ型クラッド層の屈折率より高く、且つ、モード延展サブレイヤーは、チャープ型周期性により分布し、周期は、二つの相隣するモード延展サブレイヤー間の距離を定義し、モード延展サブレイヤーは、複数の周期を有し、且つ、周期が、徐々に増加するか、減少するモード延展層と、ｎ型クラッド層上に設置される第一光閉じ込め層と、第一光閉じ込め層上に設置される多重量子井戸と、多重量子井戸上に設置される第二光閉じ込め層と、第二光閉じ込め層上に設置されるｐ型内クラッド層と、ｐ型内クラッド層上に設置されるエッチ停止層と、エッチ停止層上に設置されるｐ型外クラッド層と、ｐ型外クラッド層上に設置されるバリア減少層、及び、バリア減少層上に設置されるｐ型コンタクト層と、からなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の端部放射型レーザーダイオードの構造は、使用寿命を延長できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施例による端部放射型レーザーダイオードの構造断面図である。ｎ型基板（n-type substrate）２上に、順に、ｎ型クラッド層(n-type cladding layer)４、モード延展層(mode extension layer)６、ｎ型クラッド層８、第一光閉じ込め層(first light restriction layer)１０、多重量子井戸層(multi quantum well layer)１２、第二光閉じ込め層１４、ｐ型内クラッド層光閉じ込め層１６、エッチ停止層(etching stop layer)１８、ｐ型外クラッド層（p-type outer cladding layer)２０、バリア減少層（barrier reducing layer)２２、及び、ｐ型コンタクト層２４、からなる。モード延展層６は、複数のモード延展サブレイヤー（図示しない）を有し、各モード延展サブレイヤーの屈折率(refraction index)は、ｎ型クラッド層８の屈折率より高く、且つ、モード延展サブレイヤーの屈折率は、チャープ型周期性により分布し、周期は、二つの相隣するモード延展サブレイヤー間の距離を定義し、チャープ型周期性分布は、各モード延展サブレイヤーの周期が、徐々に増加するか、減少するかを示す。
【００１４】
図２は、本発明の実施例による端部放射型高パワーレーザーダイオードの近視野像を示す図である。図２で示されるように、本発明のチャープ型周期性分布を有する複数のモード延展サブレイヤーの端部放射型高パワーレーザーダイオードの近視野像３０はL字型を呈し、且つ、光照射野強度が高い部分と多重量子井戸３２の重畳が良好で、これにより、良好な光閉じ込め係数が得られる。また、光照射野強度の低い部分は、できるだけ、ｎ型クラッド層に向けて延伸するので、端部放射型高パワーレーザーダイオードの光出力密度を低下させると共に、垂直発散角を低下させ、この端部放射型高パワーレーザーダイオードの寿命を延長する。
【００１５】
図３ａは、本発明の実施例による端部放射型高パワーレーザーダイオードのチャープ型周期性分布のモード延展サブレイヤーの屈折率分布図である。この実施例の多重量子井戸層は、５個の量子井戸を有し、図３ｂ、及び、図３ｃは、対応するシミュレート遠視野像を示す図で、図３ｃから分かるように、遠視野像発散角の半値全幅(Full Width at Half Maximum, FWHM) が大幅に下降するが、光閉じ込め係数は高い数値を維持することができる。
【００１６】
図３ａの実施例で示されるように、各モード延展サブレイヤーの厚さは完全に同じではなく、もう一つの実施例において、一部のモード延展サブレイヤーの厚さは、完全に同じか、一部が同じである。
【００１７】
実施例中、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造は、有機金属化学気相成長法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 、或いは、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 方法により製作される。
【００１８】
実施例中、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造の材料は、アルミガリウムヒ素(AlGaAs)、インジウムガリウムアルミニウムリン(InGaAlP)、インジウムガリウムヒ素・リン(InGaAsP)、インジウムガリウムアルミニウムヒ素(InGaAlAs) 、或いは、窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)である。
【００１９】
実施例中、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造のモード延展サブレイヤーの材料は完全に同じ、或いは、同じでない、或いは、一部が同じである。
【００２０】
この他、本発明のチャープ型周期性分布を有する複数のモード延展サブレイヤーの端部発射高パワーレーザーダイオードは、多重量子井戸の数量が増加すると、光閉じ込め係数が大幅に増加し、且つ、低い鏡面光出力密度を維持する。
【００２１】
よって、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造の特徴は、チャープ型周期性分布を有する複数のモード延展サブレイヤーを採用し、Ｌ字型の近接場光照射野を生成することができるので、良好な光閉じ込め係数を得て、端部放射型高パワーレーザーダイオード鏡面の光出力密度を低下させ、端部放射型高パワーレーザーダイオードの寿命を延長する。更に、多重量子井戸の数量を増加する場合、もっと容易にシングルモード操作、高光閉じ込め係数、及び、低鏡面光出力密度の端部放射型高パワーレーザーダイオードが得られる。
【００２２】
実施例中、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造は、通信用の９８０ナノのポンプレーザーダイオード、或いは、緑光の８０８ナノのポンプレーザーダイオードに応用することができる。
【００２３】
実施例中、本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造は、フルカラーレーザープロジェクタ、及び、フルカラーレーザープロジェクタテレビの高パワーレーザーダイオードに応用することができる。
【００２４】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案の実施例による端部放射型高パワーレーザーダイオード構造の断面図である。
【図２】本発明の端部放射型高パワーレーザーダイオード構造の近視野像を示す図である。
【図３】本発明の実施例による端部放射型高パワーレーザーダイオード構造のチャープ型周期性分布の複数のモード延展サブレイヤーの屈折率分布とシミュレート遠視野像光照射野を示す図である。
【図３ｃ】本発明の実施例による端部放射型高パワーレーザーダイオード構造のチャープ型周期性分布の複数のモード延展サブレイヤーの屈折率分布とシミュレート遠視野像光照射野を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
２  ｎ型基板
４  ｎ型クラッド層
６  モード延展層
８  ｎ型クラッド層
１０  第一光閉じ込め層
１２  多重量子井戸層
１４  第二光閉じ込め層
１６  ｐ型内クラッド層
２０  ｐ型外クラッド層
２２  バリア減少層
２４  ｐ型コンタクト層
３０  近視野像
３２  多重量子井戸
【図１】
2009065107.tif 000003
【図２】
2009065107.tif 000004
【図３】
2009065107.tif 000005
【図３ｃ】
2009065107.tif 000006