特許 7515022 放射線放出レーザダイオード、放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法、及び放射線放出レーザダイオードを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-03

(45)【発行日】2024-07-11

(54)【発明の名称】放射線放出レーザダイオード、放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法、及び放射線放出レーザダイオードを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/20 20060101AFI20240704BHJP

   H01S 5/32 20060101ALI20240704BHJP

   H01S 5/042 20060101ALI20240704BHJP

【ＦＩ】

H01S5/20 610

H01S5/32

H01S5/042 612

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023530872

(86)(22)【出願日】2020-12-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 EP2020084441

(87)【国際公開番号】W WO2022117188

(87)【国際公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-07-13

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ラウアー クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】ミュラー マルティン

(72)【発明者】

【氏名】フリッチュ ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】ケーニッヒ ハラルト

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１０７１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１７２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１９１１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線放出レーザダイオード（１）であって、
－導波路層列（２）であって、
－好ましい偏光方向の電磁放射線を生成するように構成された活性領域（３）、
－第１ドーピングタイプの第１導波路層（４）、及び、
－第２ドーピングタイプの第２導波路層（５）を備える、前記導波路層列（２）を有し、
－前記活性領域（３）は、前記第１導波路層（４）と前記第２導波路層（５）との間に配置され、
－前記導波路層列（２）の屈折率は、第１横方向（８）に振動する電界を有する横向きの電界ＴＥモードの第１有効屈折率と、第２横方向（９）に振動する電界を有する横向きの磁界ＴＭモードの第２有効屈折率とを形成し、
－前記第１有効屈折率と前記第２有効屈折率との有効屈折率の差は、少なくとも４・１０^－４であり、最大５・１０ ^－３ である、放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項2】

－前記活性領域（３）、前記第１導波路層（４）、及び前記第２導波路層（５）の前記屈折率が互いに異なる、及び／または、
－前記活性領域（３）、前記第１導波路層（４）、及び前記第２導波路層（５）の厚さが互いに異なる、請求項１に記載の放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項3】

前記導波路層列（２）の長さは、少なくとも５００μｍであり、最大で６ｍｍである、請求項１または２に記載の放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項4】

－前記第１ドーピングタイプの第１クラッド層（６）は第１の主要な面の前記導波路層列（２）に配置され、
－前記第２ドーピングタイプの第２クラッド層（７）は第２の主要な面の前記導波路層列（２）に配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項5】

金属接触層（１０）が、電気的及び熱的に伝導するように前記第２クラッド層（７）上に配置される、請求項４に記載の放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項6】

－基板（１１）が、前記第１クラッド層（６）上に配置され、
－前記第１クラッド層（６）は、モードスポイラ（１２）を含む、請求項４または５に記載の放射線放出レーザダイオード（１）。

【請求項7】

放射線放出レーザダイオード（１）の導波路層列（２）の屈折率を選択する方法であって、
－電磁放射線を生成するように構成された活性領域（３）、
－第１ドーピングタイプの第１導波路層（４）、及び、
－第２ドーピングタイプの第２導波路層（５）を含む導波路層列（２）の初期屈折率
を設けるステップと、
－前記導波路層列（２）における第１横方向（８）の横向きの電界ＴＥモードと第２横方向（９）の横向きの磁界ＴＭモードの結合を初期屈折率の関数として考えるステップと、
－前記結合の閾値の値に応じて前記初期屈折率を調整することにより、前記導波路層列（２）の前記屈折率を選択するステップと、を有し、
－前記閾値の値は、前記ＴＥモードの第１有効屈折率と前記ＴＭモードの第２有効屈折率との有効屈折率の差に対応し、
－前記導波路層列（２）の前記屈折率は、前記有効屈折率の差が少なくとも４・１０ ^－４ であり、最大５・１０ ^－３ であるか判定され、そうでなければ前記結合が前記調整された屈折率の関数として再び判定される、方法。

【請求項8】

－前記結合は、前記有効屈折率の差に依存し、
－前記有効屈折率は、前記初期屈折率、及び／または前記導波路層列（２）の前記屈折率に依存している、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

偏光強度比は前記有効屈折率の差に依存する、請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

前記ＴＥモードと前記ＴＭモードとの前記結合は、前記第２横方向（９）における前記ＴＭモードの延長に依存する、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記ＴＥモードと前記ＴＭモードとの前記結合は、前記導波路層列（２）の長さに依存する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記ＴＥモードと前記ＴＭモードとの前記結合は、前記導波路層列（２）の前記層の各々の厚さに依存する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法によって選択された屈折率を有する導波路層列（２）を製造するステップを含む放射線放出レーザダイオード（１）を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

放射線放出レーザダイオードが提供される。さらに、放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法、及びそのような放射線放出レーザダイオードを製造する方法が提供される。

【発明の概要】

【0002】

改良された偏光純度を有する放射線放出レーザダイオードを提供することが目的である。さらに、そのような放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法、及びそのような放射線放出レーザダイオードを製造する方法が提供されるべきである。

【0003】

放射線放出レーザダイオードは、例えば、動作中に単色及びコヒーレントレーザ光などの電磁レーザ放射線を放出するように構成される。電磁レーザ放射線は、例えば、赤外線、ＩＲの放射線から紫外線、ＵＶの放射線までの周波数範囲にある。

【0004】

少なくとも１つの実施形態によれば、放射線放出レーザダイオードは導波路層列を含む。

【0005】

導波路層列は、例えば、ＩＩＩ～Ｖ族化合物の半導体から形成される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物の半導体は、例えばヒ素化合物半導体、窒化物化合物半導体、またはリン化物化合物半導体である。

【0006】

導波路層列は、例えば主要な延長面を有する。垂直方向は主要な延長面に垂直に延び、横方向は主要な延長面に平行に延びる。さらに、導波路層列は、例えば、横方向の１つに平行に整列された主要な延長方向を有する。

【0007】

例えば、導波路層列は、エピタキシャル成長プロセスによって製造される。これは、導波路層列の層が垂直方向に互いの上にエピタキシャル成長されることを意味する。

【0008】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、導波層列は、好ましい偏光方向の電磁放射を生成するように構成された活性領域を備える。例えば、活性領域で生成された電磁放射線は、非常に長いコヒーレンス長、非常に狭い放射スペクトル、及び／または高度の偏光を有する電磁レーザ放射線として放射される。

【0009】

偏光方向は、電磁放射線の電場の空間振動方向として定義される。例えば、電磁放射を生成するために、活性領域は、二重ヘテロ構造、単一量子ウェル構造、または多重量子ウェル構造を含むことができる。事前に設定された材料組成による活性領域の固有の歪みに応じて、生成された電磁放射は、圧縮歪み活性領域では主に垂直方向に分極され、引張歪み活性領域では主に横方向の１つに分極される。

【0010】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、導波路層列は、第１ドーピングタイプの第１導波路層と、第２ドーピングタイプの第２導波路層とを含む。

【0011】

例えば、第１ドーピングタイプは第２ドーピングタイプとは異なる。例えば、第１導波路層はｎドープされている。さらに、第２導波路層は、例えばｐドープされている。この場合、第１ドーピングタイプはｎ型であり、第２ドーピングタイプはｐ型である。

【0012】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域は、第１導波路層と第２導波路層との間に配置される。例えば、第１導波路層、活性領域、及び第２導波路層は、特に示された順序で垂直方向に互いの上に積み重ねられる。例えば、活性領域は、第１導波路層及び／または第２導波路層に直接隣接している。

【0013】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、導波路層列の屈折率は、第１横方向に振動する電界を有する横向きの電界ＴＥモードの第１有効屈折率と、第２横方向に振動する電界を有する横向きの磁界ＴＭモードの第２有効屈折率とを形成する。

【0014】

例えば、第１横方向及び第２横方向は、主要な延長方向に垂直な平面の内部で整列される。例示的に、主要な延長方向は、電磁レーザ光の伝播方向に平行である。さらに、第１横方向は、第２横方向に対して垂直に整列される。

【0015】

ＴＥモード及びＴＭモードは、電磁放射線の伝播方向に垂直な平面の導波路層列内の電磁放射線の電磁場から形成される。例示的に、ＴＥモード及びＴＭモードは、導波路層列内の電磁放射線の閉じ込めにより発生する。特に、ＴＥモード及びＴＭモードは、導波路層列の隣接する層の間の異なる境界条件により発生する。

【0016】

例示的に、導波路層列は層状構造であり、ＴＥモードの電場は第１横方向に沿って振動し、ＴＭモードの電場は第２横方向に沿って振動するので、両方のモードは異なる有効屈折率を有する。

【0017】

さらに、導波路層列は層状構造であり、ＴＥモードとＴＭモードは層間の界面で異なるフレネル反射係数を例として経験するため、それに応じた固有値の問題と結果として生じる有効屈折率は、ＴＥモードとＴＭモードで異なる。例えば、ＴＥモードは、導波路層列の第１有効屈折率を有し、ＴＭモードは、導波路層列の第２有効屈折率を有する。

【0018】

例えば、第１導波路層及び／または第２導波路層は、単一の層または複数の副層からなる。

【0019】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１有効屈折率と第２有効屈折率との有効屈折率の差は、少なくとも４・１０^－４である。例えば、ＴＥモードとＴＭモードの偏光強度比は有効屈折率の差に依存する。

【0020】

例えば、有効屈折率の差は、少なくとも５・１０^－４、特に少なくとも７・１０^－４、１・１０^－３または１・１０^－２である。

【0021】

偏光強度比は、式

【数1】

によってＴＥモードに対して定義され、式中

【数2】

はＴＥモード、特にＴＥ基底モードの強度であり、

【数3】

はＴＭモード、特にＴＭ基底モードの強度である。ＴＭモードの偏光強度比は、式

【数4】

で定義される。

【0022】

例えば、有効屈折率の差が４・１０^－４の場合、偏光強度は９０％以上になる。例えば、有効屈折率の差が５・１０^－４の場合、偏光強度は９３％以上になる。例えば、有効屈折率の差が７・１０^－４以上の場合、偏光強度比は９６％以上であり、有効屈折率の差が１・１０^－３以上の場合、偏光強度比は９７％以上になる。ここに挙げた有効屈折率の差と関連する偏光強度比との関係は、例えば、放射線放出レーザダイオードを適切に動作させるために取り付けられる放射線放出レーザダイオードに対して示される。

【0023】

さらに、有効屈折率の差は、例えば少なくとも２、特に最大１・１０^－２、または最大５・１０^－３である。

【0024】

少なくとも１つの実施形態によれば、放射線放出レーザダイオードは、電磁放射線を生成するように構成された活性領域と、第１ドーピングタイプの第１導波路層と、第２ドーピングタイプの第２導波路層とを含む導波路層列を備える。活性領域は、第１導波路層と第２導波路層との間に配置され、導波路層列の屈折率は、第１横方向に振動する電界を有する横向きの電界モードの第１有効屈折率と、第２横方向に振動する電界を有する横向きの磁モードの第２有効屈折率とを形成する。第１有効屈折率と第２有効屈折率との有効屈折率の差は、少なくとも４・１０^－４である。

【0025】

本明細書で説明する放射線放出レーザダイオードの１つのアイデアは、とりわけ、ＴＥモードに関連する第１有効屈折率とＴＭモードに関連する第２有効屈折率との不一致を４・１０^－４よりも大きくすることである。このような差により、放射線放出レーザダイオードによって放出される電磁放射線の比較的高い偏光純度を達成することができる。

【0026】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域、第１導波路層、及び第２導波路層の屈折率は、互いに異なる。例えば、活性領域の屈折率は、第１導波路層の屈折率及び第２導波路層の屈折率よりも大きい。さらに、第１導波路層の屈折率は、第２導波路層の屈折率よりも小さいか、またはその逆である。

【0027】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、活性領域、第１導波路層、及び第２導波路層の厚さは、互いに異なる。活性領域、第１導波路層、及び第２導波路層の厚さはそれぞれ、対応する層の垂直方向の範囲によって画定される。

【0028】

例えば、ＴＥモードとＴＭモードは、導波路層列の層の間の界面で異なるフレネル反射係数を受けるので、ＴＥモードとＴＭモードの有効屈折率は、導波路層列の厚さにも依存する。

【0029】

例えば、活性領域の厚さは、第１導波路層の厚さ及び第２導波路層の厚さよりも薄い。

【0030】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、導波路層列の長さは、少なくとも５００μｍであり、最大で６ｍｍである。特に、導波路層列の長さは、少なくとも６００μｍであり、最大で５ｍｍである。例えば、導波路層列の長さは、主要な延長方向における導波路層の広がりによって定義される。

【0031】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１ドーピングタイプの第１クラッド層は、第１の主要な面の導波路層列に配置される。例示的に、第１の主要な面は活性領域と反対方向を向く。特に、電磁放射線の導波特性もまた、第１クラッド層に依存する。

【0032】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第２ドーピングタイプの第２クラッド層は、第２の主要な面の導波路層列に配置される。例示的に、第２の主要な面は活性領域と反対方向を向く。特に、電磁放射線の導波特性もまた、第２クラッド層に依存する。

【0033】

例えば、導波路層列の屈折率、第１クラッド層及び第２クラッド層の屈折率、ならびに層の対応する層厚は、ＴＥモードとＴＭモードの第１有効屈折率及び第２有効屈折率を形成する。例として、ＴＥモード及びＴＭモードとオーバーラップするすべての層は、第１有効屈折率及び第２有効屈折率について考慮されなければならない。

【0034】

第１クラッド層及び／または第２クラッド層は、例えば、複数のさらなる副層を含む。各副層は、異なるドーピング濃度及び／またはドーピングタイプを有することができる。

【0035】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、金属接触層が、電気的及び熱的に伝導するように第２クラッド層上に配置される。例えば、金属接触層は、第２クラッド層に直接接触している。例えば、金属接触層は、放射線放出レーザダイオードのヒートシンクとして形成される。さらに、金属接触層は、放射線放出レーザダイオードをキャリア上に取り付けるように構成される。

【0036】

金属接触層は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮ、とＡｕなどの金属または金属の組み合わせを含む、またはそれらからなる。

【0037】

放射線放出レーザダイオードが４・１０^－４未満の有効屈折率の差を有し、放射線放出レーザダイオードがキャリア上に放射線放出レーザダイオードを取り付けるための金属接触層を含む場合、偏光強度比は、金属接触層を持たない放射線放出レーザダイオードと比較して減少する。例えば、金属接触層は導波路層列に歪みを誘発する。特に、金属接触層を有する放射線放出レーザダイオードを、例えばキャリアに取り付ける際に、例えば剪断力によって引き起こされる歪みが、導波路層列に誘導される。誘起された歪みは、歪みの下での光弾性プロセスによって引き起こされる複屈折による偏光強度比の減少につながる。この場合、偏光強度比は、９３％未満、特に８８％未満であり得る。

【0038】

しかし、放射線放出レーザダイオードは、有利にも、４・１０^－４よりも高い、特に５・１０^－４よりも高い有効屈折率の差を有するので、放射線放出レーザが、せん断力などによって引き起こされる歪みを受けても、特に高い偏光純度を達成できる。したがって、放射線放出レーザダイオードが金属接触層を有し、歪みを誘発するように特別に取り付けられている場合でも、サンプル集団の中央偏光強度比は、有利にも９０％より高く、特に９３％より高くなる。

【0039】

放射線放出レーザダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、基板は、第１クラッド層に配置される。例えば、基板は第１クラッド層に直接接触している。

【0040】

放射線放出レーザダイオードによれば、第１クラッド層はモードスポイラを含む。例示的に、モードスポイラは、基板内側の高次モードの強度を高め、したがって、基板内側の高次モードの光損失を増加させる。同時に、例えば、基板内側の基底モードの強度は、モードスポイラがない場合と比較して大幅に少なく増加するか、または減少さえする。第１クラッド層内のモードスポイラにより、高次モードの振動が有利にも抑制され得る。

【0041】

例えば、第２クラッド層はさらなるモードスポイラを含む。モードスポイラ及び／または別のモードスポイラは、例えば、ＳｉまたはＧｅを含む。

【0042】

さらに、放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法が提供される。特に、選択された屈折率は、本明細書にて前述の放射線放出レーザダイオードの導波路層列を製造するために使用される。したがって、放射線放出レーザダイオードに関連して開示されたすべての特徴は、方法にも関連して開示され、逆もまた同様である。

【0043】

この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、導波路層列の初期屈折率が提供される。導波路層列は、電磁放射線を生成するように構成された活性領域と、第１ドーピングタイプの第１導波路層と、第２ドーピングタイプの第２導波路層とを備える。例えば、活性領域の初期屈折率は、第１導波路層の初期屈折率及び第２導波路層の初期屈折率よりも大きい。

【0044】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、導波路層列における第１横方向の横向きの電気（ＴＥ）モードと、第２横方向の横向きの磁気（ＴＭ）モードとの結合は、初期屈折率の関数とみなされる。

【0045】

例えば、ＴＥモードとＴＭモードの結合は、２つの微分方程式

【数5】

と

【数6】

で表される。ＴＥモードのエネルギー成分は

【数7】

で示され、ＴＭモードのエネルギー成分は

【数8】

で示され、

【数9】

は虚数である。また、パラメータ

【数10】

は、関与するＴＥモードとＴＭモードの重複積分を含む結合パラメータであり、光弾性効果を介して歪みによって引き起こされる誘電率テンソルの軸外要素である。パラメータ

【数11】

は、有効屈折率の差を含む伝搬不整合パラメータである。

【0046】

通常、

【数12】

及び

【数13】

は、それぞれ、対応する強度、特に対応する偏光強度

【数14】

及び

【数15】

に接続される。

【0047】

通常、最も重要な相互作用は、例えば、ＴＥ基底モードの初期の量子ウェルポンピングと、ＴＥ基底モード及びＴＭ基底モードを除くすべてのＴＭモードの非常に小さなオーバーラップとに起因する、ＴＥ基底モードとＴＭ基底モードの間である。したがって、本明細書で前述のＴＥモード及びＴＭモードは、ＴＥ基底モード及びＴＭ基底モードから例示的に形成される。

【0048】

この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、結合の閾値の値に応じて初期屈折率を調整することにより、導波路層列の屈折率が選択される。例えば、導波路層列の材料は、ＴＥモードとＴＭモードの間、特にＴＥ基底モードとＴＭ基底モードの間の結合パラメータを閾値の値未満に減少させるように選択される。これは、例えば層中のＡｌ含有量を個別に調整及び／または変更することによって行うことができる。特に、層は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰを含む。これは、それぞれのＴＥモード及びＴＭモードの有効屈折率の差に比例する伝搬不整合パラメータΔを増加させるために、初期の導波路構造が調整されることを意味する。この方法の間は、構造の電気的特性も考慮して、導波路層列で十分に良好なキャリア輸送を確保する必要がある。

【0049】

ＴＥモードとＴＭモードの結合を表す結合パラメータが閾値の値未満の場合、それぞれの屈折率を持つこれらの材料が、放射線放出レーザダイオードの導波路層列として選択される。この場合、導波路層列は、ＴＥモードとＴＭモードとの間の低い結合強度に適合する。

【0050】

ＴＥモードとＴＭモードの結合パラメータが閾値の値を超える場合、初期の層列が調整される。この場合、低い結合強度を確保するために、導波路層列を調整する必要がある。

【0051】

例えば、初期屈折率は、ＴＥモードとＴＭモードの結合を最小化するために調整される。これは、第１有効屈折率と第２有効屈折率との有効屈折率の差が最大化される一方で、導波路層列の導波特性がわずかに変化するだけであることを意味する。

【0052】

方法の少なくとも１つの実施形態によれば、結合することは、ＴＥモードの第１有効屈折率とＴＭモードの第２有効屈折率の有効屈折率の差に依存している。例えば、パラメータ

【数16】

は有効屈折率の差に比例する。したがって、２つの微分方程式は有効屈折率に依存する。微分方程式によれば、例えば有効屈折率の差が減少すると結合が増加し、逆もまた同様である。

【0053】

方法の少なくとも１つの実施形態によれば、有効屈折率の差は初期屈折率、及び／または導波路層列の屈折率に依存している。例えば、導波路層列の層の初期屈折率を調整することによって、有効屈折率の差、したがって結合が調整される。

【0054】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、閾値の値は有効屈折率の差に対応し、有効屈折率の差が少なくとも４・１０^－４である場合、導波路層列の屈折率が選択され、そうでない場合、結合は、調整された屈折率の関数として再び考慮される。

【0055】

結合が調整された屈折率の関数として再び考慮される場合、導波路層列の屈折率は、少なくとも４・１０^－４の有効屈折率の差を超えるように選択される。屈折率を調整し、対応する結合を考慮するループは、屈折率の差が少なくとも４・１０^－４になるように、必要に応じて頻繁に実行される。

【0056】

この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、偏光強度比は有効屈折率の差に依存する。

【0057】

この方法の少なくとも１つの実施形態によれば、ＴＥモードとＴＭモードの結合は、第２横方向へのＴＭモードの延長に依存する。例えば、初期の導波路層列は、ＴＭモードが第２横方向、すなわち垂直方向に可能な限り延びるように調整される。有利には、ＴＥモードとＴＭモードとの間のオーバーラップが減少し、ＴＥモードとＴＭモードとの結合が減少する。例示的に、第２横方向におけるＴＭモードの範囲が大きいため、第１有効屈折率と第２有効屈折率とのミスマッチは有利にも拡大される。また、ＴＥモードとＴＭモードの重複が減少するため、モード結合式における結合定数ｋが、有利にも小さくなる。

【0058】

方法の少なくとも１つの実施形態によれば、ＴＥモードとＴＭモードとの結合は、導波路層列の長さに依存する。例えば、導波路層列の長さが５００μｍ未満である場合、第１有効屈折率と第２有効屈折率との不一致の影響は無視できる。より長い導波路では、有効屈折率の不一致が偏光純度にとって重要になる。

【0059】

方法の少なくとも１つの実施形態によれば、ＴＥモードとＴＭモードとの結合は、導波路層列の各層の厚さに依存する。例えば、導波路層列の屈折率を選択する際に、結合の閾値の値に応じて、導波路層列の層の厚さも調整される。

【0060】

例えば、導波路層列の厚さと材料は、ＴＥモードとＴＭモードの間、特にＴＥ接地モードとＴＭ接地モードの間の結合強度を減少させ、閾値の値を下回るように選択される。

【0061】

例示的に、初期屈折率の調整中に、副層を導波路層列に追加及び／または省略することができる。さらに、初期屈折率の調整中に、さらなる副層を第１クラッド層及び／または第２クラッド層に追加及び／または省略することができる。

【0062】

さらに、放射線放出レーザダイオードを製造する方法が提供される。

【0063】

放射線放出レーザダイオードを製造するための方法の少なくとも１つの実施形態によれば、本明細書で前述の放射線放出レーザダイオードのための導波路層列の屈折率を選択するための方法によって選択された屈折率を有する導波路層列が生成される。したがって、導波路層列の屈折率を選択する方法に関連して開示されたすべての特徴はまた、放射線放出レーザダイオードを製造する方法にも関連して開示され、逆もまた同様である。

【0064】

例えば、導波路層列は、エピタキシャルプロセスによって製造される。特に、活性領域、第１導波路層、及び第２導波路層は、本明細書で前述の導波路層列の屈折率を選択する方法によって選択される屈折率を有するように製造される。

【0065】

本明細書に記載の放射線放出レーザダイオード及び放射線放出レーザダイオードの導波路層列の屈折率を選択する方法を、例示的な実施形態及び関連する図面を参照して以下でより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】例示的な実施形態による放射線放出レーザダイオードの概略図を示す。

【図2】例示的な実施形態による放射線放出レーザダイオードの層の屈折率の実部の空間プロファイルを例示的に示している。

【図3】例示的な実施形態による放射線放出レーザダイオードの層の屈折率の実部の空間プロファイルを例示的に示している。

【図4】異なる放射線放出レーザダイオードの偏光強度比及び計算された有効屈折率の差の測定を例示的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0067】

図において、同一、類似、または同一に作用する要素には、同じ参照符号が付されている。図面、及び図面に表される要素の相互のサイズ比は、一定の縮尺で描かれていない。むしろ、個々の要素、特に層の厚さは、より良好な図解及び／またはより優れた理解のために、誇張して大きく表現することがある。

【0068】

図１の例示的な実施形態による放射線放出レーザダイオード１は、導波路層列２を備える。導波路層列２は、電磁放射を生成するように構成された活性領域３を備える。さらに、導波路層列２は第１ドーピングタイプの第１導波路層４と、第２ドーピングタイプの第２導波路層５を備える。活性領域３は、第１導波路層４と第２導波路層５との間に配置される。

【0069】

第１ドーピングタイプの第１クラッド層６は第１の主要な面の導波路層列２に配置される。第１の主要な面は、第１導波路層４の活性領域とは反対側を向く外面によって形成される。さらに、第２ドーピングタイプの第２クラッド層７は第２の主要な面の導波路層列２に配置される。第２の主要な面は、第２導波路層５の活性領域とは反対側を向く外面によって形成される。第１クラッド層６は、第１導波路層４に直接接触し、第２クラッド層７は、第２導波路層５に直接接触する。

【0070】

さらに、金属接触層１０が、電気的及び熱的に伝導するように第２クラッド層７上に配置される。金属接触層１０は第２被覆に直接接触している。

【0071】

第１クラッド層６、第１導波路層４、活性領域３、第２導波路層５、第２クラッド層７及び金属接触層１０は、示された順序で互いの上に配置される。

【0072】

第１ドーピングタイプは前記第２ドーピングタイプと異なる。例えば、第１ドーピングタイプはｎ型であり、したがって、第１クラッド層６及び第１導波路層４は、少なくとも部分的にｎドープされる。導波路層４の一部がドープされていない、及び／またはｐ型ドーパントを含むことが可能である。ドーピングのタイプが異なるため、第２ドーピングのタイプはｐ型であり、したがって、第２クラッド層７及び第２導波路層５はｐドープされる。

【0073】

導波路層列２、第１クラッド層６、及び第２クラッド層７の層は各々、主要な延長面に対して平行に延びているさらに、導波路層列２、第１クラッド層６、及び第２クラッド層７の層は各々、主要な延長方向に延びている。

【0074】

放射線放出レーザダイオード１の動作中、活性領域３で生成された電磁放射は、主に電磁放射として導波路層列２に放出される。

【0075】

導波路層列２の内部の境界条件が異なるため、電磁放射は２つの横向きのモード、すなわち横向きの電気（ＴＥ）モードと、横向きの磁気（ＴＭ）モードを含む。ＴＥモードの電場は第１横方向８に沿って振動し、ＴＭモードの電場は第２横方向９に沿って振動する。第１横方向８と第２横方向９は、主要な延長方向に垂直な平面において整列している。主要な延長方向は電磁放射線の伝播の方向と平行している。さらに、第１横方向８及び第２横方向９は、主要な延長方向に垂直な平面の内部で、互いに垂直に整列される。

【0076】

導波路層列２の隣接する層、第１クラッド層６及び第２クラッド層７の間の偏光依存境界条件により、ＴＥモード及びＴＭモードは、異なる有効屈折率を特徴とする。また、ＴＥモードは、ＴＭモードとは異なる、導波路層列２、第１クラッド層６、及び第２クラッド層７を備えるオーバーラップを有する。

【0077】

境界条件が異なるため、ＴＥモードは、第１横方向に沿った電場の振動のための第１有効屈折率を特徴とし、ＴＭモードは、第２横方向に沿った電場の振動のための第２有効屈折率を特徴とする。

【0078】

導波路層列２、第１クラッド層６、及び第２クラッド層７の屈折率は、第１有効屈折率と第２有効屈折率との有効屈折率の差が少なくとも４・１０^－４、特に少なくとも５・１０^－４になるように構成される。このような有効屈折率の差を有することで、放射線放出レーザダイオード１から放出される電磁放射線の偏光強度比は、少なくとも９０％、特に少なくとも９３％である。

【0079】

図２及び３による図表は、左側のｙ軸上に、放射線放出レーザダイオード１の層の屈折率Ｒｅ（ｎ）の実部を示す。右側のｙ軸には、ＴＥモードとＴＭモードの任意単位で正規化された強度Ｉが示されている。ｘ軸上には、垂直方向、すなわち放射線放出レーザダイオード１の層の積層方向における位置ｚ（μｍ単位）が示されている。

【0080】

図２によれば、図２のこの例示的な実施形態内の放射線放出レーザダイオード１は、図１の放射線放出レーザダイオード１に加えて、基板１１を含む。基板１１は、第１クラッド層６上に配置される。第１クラッド層６は、約２μｍの厚さを有する。第１導波層４は約１．３μｍの厚さを有し、第２導波層５は約５００ｎｍの厚さを有する。第１導波路層４と第２導波路層５との間に挟まれる活性領域３は、約１００ｎｍの厚さを有する。第２クラッド層７は、約１．２μｍの厚さを有する。

【0081】

このような放射線放出レーザダイオード１の内部では、ＴＥモードに対する第１有効屈折率、特に第１有効屈折率の実部は３．４０２５８であり、ＴＭモードに対する第２有効屈折率、特に第２有効屈折率の実部は３．４０２１５である。したがって、有効屈折率の差は３．３０・１０^－４である。

【0082】

図３によると、第１クラッド層６は、約２．１μｍの厚さを有する。第１導波層４は約７５０ｎｍの厚さを有し、第２導波層５は約２５０ｎｍの厚さを有する。第１導波路層４と第２導波路層５との間に挟まれる活性領域３は、約１００ｎｍの厚さを有する。第２クラッド層７は、約１．１μｍの厚さを有する。

【0083】

図３による放射線放出レーザダイオード１内では、ＴＥモードに対する第１有効屈折率、特に第１有効屈折率の実部は３．３５２４５であり、ＴＥモードに対する第２有効屈折率、特に第２有効屈折率の実部は３．３５１４９である。したがって、有効屈折率の差は９．６・１０^－４である。

【0084】

図４による図表では、偏光強度比ＰＲがｙ軸上にパーセントで示されている。ｘ軸には、異なる放射線放出レーザダイオード１のＴＥモードの第１有効屈折率とＴＭモードの第２有効屈折率との有効屈折率の差

【数17】

が示されている。放射線放出レーザダイオード１は、金属接触層１０を介してキャリアに取り付けられる。

【0085】

各放射線放出レーザダイオード１の偏光強度比は、光学的な実験によって測定される。

【0086】

ＴＥモードとＴＭモードの結合は有効屈折率の差に依存する。特に、ＴＥモードとＴＭモードの結合を低減することにより、偏光強度比を大きくすることができる。

【0087】

少なくとも９６％の偏光強度比が所望の場合は、少なくとも６．７・１０^－４の有効屈折率の差を達成する必要がある。これは、ＴＥモードとＴＭモードの結合の関数として、放射線放出レーザダイオード１の第１クラッド層６と第２クラッド層７を含む導波路層列２の屈折率を設計することによって達成することができる。

【0088】

最初、そのような屈折率を選ぶための方法の中で、初期屈折率が放射線放出レーザダイオード１の導波路層列２に与えられる。初期屈折率は、例えば、放射線放出レーザダイオード１の層の屈折率によって表される。

【0089】

次のステップでは、ＴＥモードとＴＭモードの結合が考慮される。例えば、屈折率の差は、導波路層列の固有値方程式を解くなどのシミュレーションによって判定される。結合が閾値の値未満である場合、すなわち有効屈折率の差が４・１０^－４未満である場合、放射線放出レーザダイオード１の層の屈折率が調整される。

【0090】

続いて、調整された屈折率を備える放射線放出レーザダイオード１の結合が、それに応じて選択される。

【0091】

図に関連して説明された特徴及び例示的な例は、すべての組み合わせが明示的に説明されていなくても、さらなる例示的な例に従って互いに組み合わせることができる。さらに、図に関連して説明された例示的な例は、説明の一般的な部分で説明されたように、代替的または追加的にさらなる特徴を有することができる。

【0092】

本発明は、例示的な例に基づく説明により、例示的な例に限定されるものではない。むしろ、本発明は、この特徴またはこの組み合わせが特許請求の範囲または例示的な実施形態に明示的に指定されていなくても、特に特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを含む、任意の新しい特徴及び特徴の任意の組み合わせを含む。

【符号の説明】

【0093】

１ 放射線放出レーザダイオード
２ 導波路層列
３ 活性領域
４ 第１導波路層
５ 第２導波路層
６ 第１クラッド層
７ 第２クラッド層
８ 第１横方向
９ 第２横方向
１０ 金属接触層
１１ 基板
１２ モードスポイラ
Ｒｅ（ｎ） 屈折率の実部
Ｉ 強度
ＰＲ 偏光強度比

【数18】

有効屈折率の差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】