JPH09172228A - 特に光ポンピング用のレーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
特に光ポンピング用のレーザ装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザの増幅器部分を構成する半導体ウェー
ハ(P)の出力面(F1)の劣化を回避する。 【解決手段】 ウェーハは出力面(F1)の近くにエキ
スパンションセグメント(SE)を含む。他の面(F
2)は反射性であり、出力面(F1)の近くに置かれた
結合ファイバ(FC)中にブラッグ格子(BR)が形成
されている。
ハ(P)の出力面(F1)の劣化を回避する。 【解決手段】 ウェーハは出力面(F1)の近くにエキ
スパンションセグメント(SE)を含む。他の面(F
2)は反射性であり、出力面(F1)の近くに置かれた
結合ファイバ(FC)中にブラッグ格子(BR)が形成
されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光の増幅が半導体
ウェーハによって行われるレーザ装置の分野に関する。
さらに具体的には、本発明は、強い光出力を放出するこ
とを目的とする半導体レーザに関する。特にエルビウム
をドープしたファイバ式の増幅器の光ポンピングを実施
するために使用されるレーザの場合がそうである。
ウェーハによって行われるレーザ装置の分野に関する。
さらに具体的には、本発明は、強い光出力を放出するこ
とを目的とする半導体レーザに関する。特にエルビウム
をドープしたファイバ式の増幅器の光ポンピングを実施
するために使用されるレーザの場合がそうである。
【0002】
【従来の技術】この適用例では、0.98μmの波長を
有する大きな光出力を供給するレーザが必要である。通
常は、この波長を得ることを可能にするガリウムヒ素基
板の上に製作された半導体レーザを使用する。このレー
ザは本質的に基板の上に形成された光増幅器から構成さ
れており、その両端は共振空洞を形成するようにへき開
されている。レーザ波は増幅器部分の活性層中で発生す
る。この層は一般に幅2〜4μm、厚さ0.1〜0.2
μmの矩形断面を有する。その結果、レーザの出力面を
横切る光波は高いエネルギー密度を有する。また、ある
出力レベルより高くなると、この面の劣化、さらには破
損が認められる。
有する大きな光出力を供給するレーザが必要である。通
常は、この波長を得ることを可能にするガリウムヒ素基
板の上に製作された半導体レーザを使用する。このレー
ザは本質的に基板の上に形成された光増幅器から構成さ
れており、その両端は共振空洞を形成するようにへき開
されている。レーザ波は増幅器部分の活性層中で発生す
る。この層は一般に幅2〜4μm、厚さ0.1〜0.2
μmの矩形断面を有する。その結果、レーザの出力面を
横切る光波は高いエネルギー密度を有する。また、ある
出力レベルより高くなると、この面の劣化、さらには破
損が認められる。
【0003】この問題に対する一つの周知の解決法は、
超高真空下で面のへき開を行い、また超高真空下で出力
面を酸化物の付着物で処理することである。酸化物層は
面を不動態化させて、高いエネルギー密度に対する抵抗
性を増加させる。しかしこの技術は重い装置(超高真空
台)を必要とするので複雑となり、大量生産には適合し
ない。
超高真空下で面のへき開を行い、また超高真空下で出力
面を酸化物の付着物で処理することである。酸化物層は
面を不動態化させて、高いエネルギー密度に対する抵抗
性を増加させる。しかしこの技術は重い装置(超高真空
台)を必要とするので複雑となり、大量生産には適合し
ない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、面の抵抗性
の増加をねらうのではなく、面を横切るエネルギー密度
を低下させることを対象とする、別の解決策を提案す
る。
の増加をねらうのではなく、面を横切るエネルギー密度
を低下させることを対象とする、別の解決策を提案す
る。
【0005】活性層から出る光を出力面に出会う前に回
折させる一種のエキスパンションセグメントを一端に設
けて、従来型構造の半導体レーザを改良することが考え
られる。しかしこの解決法は、空洞内損失が生じて出力
面の有効反射係数を減少させ、レーザの効率を低下させ
るので、満足できるものではない。またレーザの働きを
保持するために、エキスパンションセグメントの長さを
制限しなければならず、そのためエネルギー密度を著し
く低下させることはできない。
折させる一種のエキスパンションセグメントを一端に設
けて、従来型構造の半導体レーザを改良することが考え
られる。しかしこの解決法は、空洞内損失が生じて出力
面の有効反射係数を減少させ、レーザの効率を低下させ
るので、満足できるものではない。またレーザの働きを
保持するために、エキスパンションセグメントの長さを
制限しなければならず、そのためエネルギー密度を著し
く低下させることはできない。
【0006】
【課題を解決するための手段】この問題を解決する目的
で、本発明は、 − 第一面と第二面とによって画定された半導体ウェー
ハ中に形成された活性層を含む増幅器セグメントと、 − 共振空洞を形成するように配置され、前記ウェーハ
の外にある第一リフレクタ及び第二リフレクタとを備
え、結合ファイバが第一面の近くに位置する端部を有す
ること、前記第一リフレクタが前記結合ファイバ中に形
成されていること、ならびに活性層によって放出された
光が前記第一面を横切る前に該光の横方向の拡大が可能
となるように、前記ウェーハが第一面の近くにエキスパ
ンションセグメントを含むことを特徴とするレーザ装置
を対象とする。
で、本発明は、 − 第一面と第二面とによって画定された半導体ウェー
ハ中に形成された活性層を含む増幅器セグメントと、 − 共振空洞を形成するように配置され、前記ウェーハ
の外にある第一リフレクタ及び第二リフレクタとを備
え、結合ファイバが第一面の近くに位置する端部を有す
ること、前記第一リフレクタが前記結合ファイバ中に形
成されていること、ならびに活性層によって放出された
光が前記第一面を横切る前に該光の横方向の拡大が可能
となるように、前記ウェーハが第一面の近くにエキスパ
ンションセグメントを含むことを特徴とするレーザ装置
を対象とする。
【0007】第一リフレクタを結合ファイバ中に形成す
ると、出力面の反射防止処理が可能になり、したがって
空洞内反射とこれによって生ずるモードのジャンプが抑
制される。
ると、出力面の反射防止処理が可能になり、したがって
空洞内反射とこれによって生ずるモードのジャンプが抑
制される。
【0008】この構造はどのような形式の基板にも使用
されることができるが、大きなエネルギー密度に格別の
感度を示すガリウムヒ素の場合に特に利益となる。この
場合、光波の顕著な(三倍程度)拡大が可能なように、
エキスパンションセグメントの長さを10〜50μmの
間にすると有利である。
されることができるが、大きなエネルギー密度に格別の
感度を示すガリウムヒ素の場合に特に利益となる。この
場合、光波の顕著な(三倍程度)拡大が可能なように、
エキスパンションセグメントの長さを10〜50μmの
間にすると有利である。
【0009】ファイバと出力面との間の結合に特に注意
を払うことにより、本発明によるレーザ装置の効率を著
しく改善することが可能である。このために、本発明の
特定の態様によれば、ファイバの端部は、面と最大の光
結合を行うように寸法設定されたジオプタの形で成端す
る。
を払うことにより、本発明によるレーザ装置の効率を著
しく改善することが可能である。このために、本発明の
特定の態様によれば、ファイバの端部は、面と最大の光
結合を行うように寸法設定されたジオプタの形で成端す
る。
【0010】他の一実施態様によれば、ファイバは一種
の感光性ファイバであり、リフレクタはファイバ中に光
学的に刻まれたブラッグ格子である。この解決法は、ど
んな場合でも一次格子を実現するという利点がある。実
際には、このような格子は、特にガリウムヒ素の場合に
は、必ずしも集積法で可能ではない。
の感光性ファイバであり、リフレクタはファイバ中に光
学的に刻まれたブラッグ格子である。この解決法は、ど
んな場合でも一次格子を実現するという利点がある。実
際には、このような格子は、特にガリウムヒ素の場合に
は、必ずしも集積法で可能ではない。
【0011】光学的に刻まれる格子の長さは1〜5mm
であると有利である。好ましい一実施態様によれば、半
導体ウェーハとファイバ端部は一つのケース内に収めら
れ、ケースの壁をファイバが通り、その壁がファイバを
確実に保持する。いわゆる「パッケージされた」この実
施形態によって、格子を含むファイバ部分を、格子の特
性を変化させる偶発的な外部の機械的応力から保護する
ことができる。
であると有利である。好ましい一実施態様によれば、半
導体ウェーハとファイバ端部は一つのケース内に収めら
れ、ケースの壁をファイバが通り、その壁がファイバを
確実に保持する。いわゆる「パッケージされた」この実
施形態によって、格子を含むファイバ部分を、格子の特
性を変化させる偶発的な外部の機械的応力から保護する
ことができる。
【0012】本装置の、特にエキスパンションセグメン
トの製造については、一つの解決法として、ウェーハの
構成層を形成した後にウェーハの端部をエッチングし、
次いでこのゾーンの上で基板の成長を実施することが可
能であろう。しかしながら、エピタクシャル結晶の繰返
しを必要とするこの解決法は、エッチングされた面の表
面状態が装置の光学的特性を害う可能性があるという問
題があり得る。この問題は特にガリウムヒ素基板の場合
には克服することが困難である。
トの製造については、一つの解決法として、ウェーハの
構成層を形成した後にウェーハの端部をエッチングし、
次いでこのゾーンの上で基板の成長を実施することが可
能であろう。しかしながら、エピタクシャル結晶の繰返
しを必要とするこの解決法は、エッチングされた面の表
面状態が装置の光学的特性を害う可能性があるという問
題があり得る。この問題は特にガリウムヒ素基板の場合
には克服することが困難である。
【0013】この困難を矯正するため、エキスパンショ
ンセグメントを実現するための半導体ウェーハの製造方
法も提案する。従って本発明はまた、 − 半導体基板の上にドーピングされた合金層を成長さ
せる第一段階と、 − 前記ドープされた層の上に活性層を成長させる第二
段階と、 − 前記活性層の上にp型不純物でドーピングされた合
金層を成長させる第三段階、 − 前記ウェーハを画定する第一面と第二面を形成する
ためのへき開操作とを含み、 活性層によって放出される光の横方向の拡大を可能にす
るエキスパンションセグメントをウェーハ中に形成する
ために、前記面の近くのゾーンを除いて、基板の全表面
の上で基板をエッチングする段階の後に前記第一成長段
階を実施することを特徴とする製造方法も対象とする。
ンセグメントを実現するための半導体ウェーハの製造方
法も提案する。従って本発明はまた、 − 半導体基板の上にドーピングされた合金層を成長さ
せる第一段階と、 − 前記ドープされた層の上に活性層を成長させる第二
段階と、 − 前記活性層の上にp型不純物でドーピングされた合
金層を成長させる第三段階、 − 前記ウェーハを画定する第一面と第二面を形成する
ためのへき開操作とを含み、 活性層によって放出される光の横方向の拡大を可能にす
るエキスパンションセグメントをウェーハ中に形成する
ために、前記面の近くのゾーンを除いて、基板の全表面
の上で基板をエッチングする段階の後に前記第一成長段
階を実施することを特徴とする製造方法も対象とする。
【0014】この方法を実施すれば、活性層はウェーハ
の全長にわたって広がり、エキスパンションセグメント
内にある部分を除いて同一平面に位置するようになる。
の全長にわたって広がり、エキスパンションセグメント
内にある部分を除いて同一平面に位置するようになる。
【0015】本発明の他の態様及び利点は、添付の図面
を参照して行う下記の説明から明らかになろう。
を参照して行う下記の説明から明らかになろう。
【0016】
【発明の実施の形態】図1はレーザ装置の概略図を示
す。本装置は、半導体ウェーハPと結合ファイバFCか
ら成り、結合ファイバはその端部Eだけが示されてい
る。ウェーハPは、活性層CAを含む増幅セグメントS
Aを有し、この活性層を横切って上部電極EHと下部電
極EBを介して電流を注入することができる。ウェーハ
は、縦方向に二つのへき開面F1、F2によって画定さ
れている。面F2は反射性であり、この反射性を増加さ
せ前面によるレーザ放射を強化するために、場合によっ
ては誘電処理を伴う。一方、面F1は反射防止被覆が施
されている。活性層CAの誘導端の一方は、ウェーハP
の一端部に形成されたエキスパンションセグメントSE
によって、透明面F1と分離されている。ファイバFC
の端部Eは、面F1の近くにウェーハとの最適の光結合
を可能にする距離の所に配置される。端部Eはブラッグ
格子BRを含む。ファイバが感光性である場合には、格
子BRを周知の方法で光学的に刻むことができる。格子
BRのピッチは、装置のために選択された波長と一次元
で合致するように選択される。すなわち、ガリウムヒ素
基板の場合には、波長は0.98μmとなり、したがっ
て有効指数が約1.5のファイバでは0.35μmのピ
ッチとなる。
す。本装置は、半導体ウェーハPと結合ファイバFCか
ら成り、結合ファイバはその端部Eだけが示されてい
る。ウェーハPは、活性層CAを含む増幅セグメントS
Aを有し、この活性層を横切って上部電極EHと下部電
極EBを介して電流を注入することができる。ウェーハ
は、縦方向に二つのへき開面F1、F2によって画定さ
れている。面F2は反射性であり、この反射性を増加さ
せ前面によるレーザ放射を強化するために、場合によっ
ては誘電処理を伴う。一方、面F1は反射防止被覆が施
されている。活性層CAの誘導端の一方は、ウェーハP
の一端部に形成されたエキスパンションセグメントSE
によって、透明面F1と分離されている。ファイバFC
の端部Eは、面F1の近くにウェーハとの最適の光結合
を可能にする距離の所に配置される。端部Eはブラッグ
格子BRを含む。ファイバが感光性である場合には、格
子BRを周知の方法で光学的に刻むことができる。格子
BRのピッチは、装置のために選択された波長と一次元
で合致するように選択される。すなわち、ガリウムヒ素
基板の場合には、波長は0.98μmとなり、したがっ
て有効指数が約1.5のファイバでは0.35μmのピ
ッチとなる。
【0017】ファイバの端部Eが、結合が最適化される
ように選択された形状を有するジオプタとして成端する
と有利である。そうすることによって、0.5程度の結
合係数が得られる。したがって、ブラッグ格子BRの反
射係数は0.10程度となり、面F1の反射係数は無視
しうるほど小さい。
ように選択された形状を有するジオプタとして成端する
と有利である。そうすることによって、0.5程度の結
合係数が得られる。したがって、ブラッグ格子BRの反
射係数は0.10程度となり、面F1の反射係数は無視
しうるほど小さい。
【0018】図2は、本発明による方法を使用する場合
の、エキスパンションセグメントSEの近くにおけるウ
ェーハの構造をさらに詳しく示す。
の、エキスパンションセグメントSEの近くにおけるウ
ェーハの構造をさらに詳しく示す。
【0019】この実施例によれば、ウェーハはガリウム
ヒ素の基板1から製造され、エキスパンションセグメン
トSEになるゾーンを除いて、この基板のほぼ全表面に
エッチングが施される。次いで、基板上にn型不純物で
ドーピングされたAlGaAs三成分合金を成長させ
る。その後、合金InGaAsまたはInGaAsPか
ら成る活性層CAを形成する。最後に、p型不純物でド
ーピングされたAlGaAs合金から成る層4を形成す
る。
ヒ素の基板1から製造され、エキスパンションセグメン
トSEになるゾーンを除いて、この基板のほぼ全表面に
エッチングが施される。次いで、基板上にn型不純物で
ドーピングされたAlGaAs三成分合金を成長させ
る。その後、合金InGaAsまたはInGaAsPか
ら成る活性層CAを形成する。最後に、p型不純物でド
ーピングされたAlGaAs合金から成る層4を形成す
る。
【0020】こうして、基板1の局所的エッチングの結
果、活性層CAは垂直面において大きな曲率2を有する
ようになり、そのためこの曲率から活性層の光誘導特性
を除去される。
果、活性層CAは垂直面において大きな曲率2を有する
ようになり、そのためこの曲率から活性層の光誘導特性
を除去される。
【0021】この場合、エキスパンションセグメントS
Eは、活性層から放出される波の拡大を可能にする回折
ゾーンと等価である。この解決法は、AlGaAs層の
エッチングによって引き起こされる表面状態のどんな問
題も回避するという利点を示す。
Eは、活性層から放出される波の拡大を可能にする回折
ゾーンと等価である。この解決法は、AlGaAs層の
エッチングによって引き起こされる表面状態のどんな問
題も回避するという利点を示す。
【0022】図3は、本発明による装置のパッケージさ
れた一実施形態を示す。ウェーハPはケースBの内部に
固定されている。ファイバFCはケースの壁5を横切
り、端部Eはケースの内部にあるか、または面F1の前
に活性層CAの高さの所に位置するようになる。図に概
略的に示したように、壁5は、ケースに対してファイバ
の端部を確実に良好に保持するために設けられている。
れた一実施形態を示す。ウェーハPはケースBの内部に
固定されている。ファイバFCはケースの壁5を横切
り、端部Eはケースの内部にあるか、または面F1の前
に活性層CAの高さの所に位置するようになる。図に概
略的に示したように、壁5は、ケースに対してファイバ
の端部を確実に良好に保持するために設けられている。
【0023】もちろん、ここに提示した図はわかりやす
いように概略的に示したものにすぎず、実際の装置各部
の比率に従っていない。したがって、0.98μmの波
長に適合するGaAsレーザ装置では、寸法の範囲は下
記の通りである。
いように概略的に示したものにすぎず、実際の装置各部
の比率に従っていない。したがって、0.98μmの波
長に適合するGaAsレーザ装置では、寸法の範囲は下
記の通りである。
【0024】− 活性層の長さ:600μm〜1mm − 活性層の幅:2〜4μm − 活性層の厚さ:0.1μm〜0.2μm − エキスパンションセグメントの長さ:10μm〜5
0μm − 面F1とファイバ端部との間の距離:5〜30μm − ブラッグ格子BRの長さ:1〜5μm − ファイバの有効指数:約1.5 − ブラッグ格子のピッチ:約0.35μm
0μm − 面F1とファイバ端部との間の距離:5〜30μm − ブラッグ格子BRの長さ:1〜5μm − ファイバの有効指数:約1.5 − ブラッグ格子のピッチ:約0.35μm
【図1】本発明によるレーザ装置の概略図である。
【図2】本発明による方法によって得られる半導体ウェ
ーハの詳細図である。
ーハの詳細図である。
【図3】本発明によるレーザ装置の「パッケージされ
た」実施態様の概略図である。
た」実施態様の概略図である。
1 ガリウムヒ素基板 2 曲率 3 n型不純物でドーピングされた合金層 4 p型不純物でドーピングされた合金層 5 壁 B ケース BR ブラッグ格子 CA 活性層 E ファイバの端部 EB 下部電極 EH 上部電極 F1 半導体ウェーハの縦方向の面 F2 半導体ウェーハの縦方向の面 FC 結合ファイバ P 半導体ウェーハ SA 増幅セグメント SE エキスパンションセグメント
Claims (10)
- 【請求項1】 第一面(F1)と第二面(F2)とによ
って画定される半導体ウェーハ(P)中に形成された活
性層(CA)を含む増幅器セグメント(SA)と、 共振空洞を形成するように配置された、前記ウェーハの
外にある第一リフレクタ(BR)及び第二リフレクタ
(F2)とを備え、 結合ファイバ(FC)が第一面(F1)の近くに位置す
る端部(E)を有すること、前記第一リフレクタ(B
R)が前記結合ファイバ(FC)中に形成されているこ
と、ならびに活性層(CA)によって放出された光が前
記第一面(F1)を横切る前に該光の横方向の拡大を可
能にするように、前記ウェーハ(P)が第一面(F1)
の近くにエキスパンションセグメント(SE)を含むこ
とを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項2】 前記活性層(CA)がウェーハ(P)の
全長にわたって広がり、エキスパンションセグメント
(S2)中にある部分を除いて同一平面に位置すること
を特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 - 【請求項3】 前記ウェーハ(P)がガリウムヒ素によ
る基板(1)から形成されていることを特徴とする請求
項1または2に記載のレーザ装置。 - 【請求項4】 前記エキスパンションセグメント(S
E)が10〜50μmの間の長さ(d)を有することを
特徴とする請求項3に記載のレーザ装置。 - 【請求項5】 ファイバ(FC)の前記端部(E)が、
ウェーハ(P)との最適の光結合が可能なように寸法設
定されたジオプタの形で成端していることを特徴とする
請求項1から4のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 【請求項6】 ファイバ(FC)が感光性ファイバであ
り、前記第一リフレクタ(BR)がファイバ(FC)の
端部(E)中に光学的に刻まれたブラッグ格子であるこ
とを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の
レーザ装置。 - 【請求項7】 前記ブラッグ格子(BR)が1〜5mm
の間にある長さを有することを特徴とする請求項6に記
載のレーザ装置。 - 【請求項8】 前記ウェーハ(P)と前記ファイバ端部
(E)が一つのケース(B)中に収められ、ケースの壁
(5)をファイバ(FC)が通り、その壁がファイバを
確実に保持することを特徴とする請求項1から7のいず
れか一項に記載のレーザ装置。 - 【請求項9】 エルビウムをドープしたファイバの光ポ
ンピングを実施するための、請求項1から8のいずれか
一項に記載のレーザ装置の使用。 - 【請求項10】 半導体基板(1)の上にn型不純物で
ドーピングされた合金層(3)を成長させる第一段階
と、 前記n型不純物でドーピングされた層(3)の上におけ
る活性層(CA)を成長させる第二段階と、 前記活性層(CA)の上にp型不純物でドーピングされ
た合金層(4)を成長させる第三段階と、 ウェーハ(P)を画定する第一面(F1)と第二面(F
2)を形成するためのへき開操作とを含み、 活性層(CA)によって放出される光の横方向の拡大を
可能にするエキスパンションセグメント(SE)をウェ
ーハ(P)中に形成するために、前記面(F1)の近く
のゾーンを除いて、基板(1)の全表面の上で基板
(1)をエッチングする段階の後に前記成長段階を実施
することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に
記載のレーザ装置を実現するための、半導体ウェーハ
(P)の製造方法。
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JP (1) | JPH09172228A (ja) |
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DE19915569C1 (de) * | 1999-03-30 | 2001-02-01 | Matthias Kuntz | Longitudinal einmodiger, modensprungfrei durchstimmbarer Halbleiterlaser mit Glasfaserkavität und Glasfasergitter |
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US5392308A (en) * | 1993-01-07 | 1995-02-21 | Sdl, Inc. | Semiconductor laser with integral spatial mode filter |
US5323404A (en) * | 1993-11-02 | 1994-06-21 | At&T Bell Laboratories | Optical fiber laser or amplifier including high reflectivity gratings |
US5422897A (en) * | 1994-01-28 | 1995-06-06 | British Telecommunications Public Limited Company | Two-stage mono-mode optical fibre laser |
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-
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- 1996-11-18 DE DE69626175T patent/DE69626175T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1996-11-20 US US08/753,093 patent/US5717711A/en not_active Expired - Lifetime
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