(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッジ発光型半導体レーザチップ（１）であって、
・半導体基体（１００）と、
・少なくとも１つのコンタクトストリップ（２）と、
・少なくとも２つの制限構造体（４）とを備えており、
前記半導体基体（１００）は、少なくとも１つの活性領域（１４）を有しており、当該活性領域（１４）内で、前記半導体レーザチップ（１）の作動中に電磁ビーム（１０）が形成され、
前記コンタクトストリップ（２）は、前記半導体基体（１００）の表面で被覆面（１ａ）上に配置されており、
前記制限構造体は、前記コンタクトストリップ（２）と前記活性領域（１４）との間の電流拡張を制限し、
前記制限構造体（４）は、前記コンタクトストリップ（２）の両側に配置されている形式のものにおいて、
前記制限構造体（４）は、少なくとも１０％、最大で９０％の充填率で、前記コンタクトストリップ（２）の両側に配置されており、
少なくとも１つの制限構造体（４）は、半導体基体（１００）内の陥入部によって形成されており、
前記陥入部は、前記コンタクトストリップ（２）に対して平行の方向において充填線（７）によって分けられており、前記陥入部は、前記充填線（７）まで、固体充填材料を有しておらず、前記充填線（７）から、前記コンタクトストリップ（２）から離れる方向において、充填材料（４１）によって満たされている、
ことを特徴とするエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項２】
少なくとも１つの制限構造体（４）は、前記半導体基体（１００）に接している側面（４０）を有しており、
当該側面（４０）は、前記半導体基体（１００）の被覆面（１ａ）と、２０°から８０°までの間の角度（α）を成す、請求項１記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項３】
少なくとも１つの制限構造体（４）は、前記半導体基体（１００）に接している側面（４０）を有しており、
当該側面（４０）は、前記コンタクトストリップ（２）の主要延在方向（Ｒ）と、１５°から７５°までの間の角度（β）を成す、請求項１または２記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項４】
複数の制限構造体（４）を有しており、
当該制限構造体（４）は、前記コンタクトストリップ（２）の主要延在方向（Ｒ）において相互に間隔をあけて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項５】
前記半導体基体（１００）は、
・前記コンタクトストリップ（２）に接しているコンタクト層（１６）と、
・当該コンタクト層（１６）の、前記コンタクトストリップ（２）とは反対側の面に接している外被層（１５）と、
・当該外被層（１５）の、前記コンタクト層（１６）とは反対側の面に接している導波路層（１３）とを備えており、
・前記制限構造体（４）の少なくとも１つは前記外被層（１５）内まで延在し、前記導波路層（１３）は前記制限構造体（４）を有していない、請求項１から４までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項６】
少なくとも１つの制限構造体（４）は前記導波路層（１３）内まで延在し、前記活性領域（１４）は前記制限構造体（４）を有していない、請求項１から５までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項７】
少なくとも１つの制限構造体（４）が、最大で３０μｍの間隔（ｄ）で、コンタクトストリップ（２）の側方に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項８】
前記制限構造体（４）は、２つの制限ストリップ（６）において、前記コンタクトストリップ（２）の両側に配置されており、
当該制限ストリップ（６）はそれぞれ、最大で１ｍｍの幅（Ｖ）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項９】
少なくとも１つの制限構造体（４）は、半導体基体（１００）内の注入領域によって形成される、請求項１から８までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１０】
前記陥入部は、前記半導体基体（１００）とは異なる少なくとも１つの充填材料（４１）によって充填される、請求項９記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１１】
前記コンタクトストリップ（２）の両側に、当該コンタクトストリップ（２）に沿って、それぞれ１つの電流バリア（５）が延在しており、
前記コンタクトストリップ（２）および前記制限構造体（４）は水平方向に、前記複数の電流バリア（５）の間に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１２】
前記制限構造体（４）の全ての側面（４０）は、前記コンタクトストリップの主要延在方向（Ｒ）と、０°とは異なり、かつ９０°とは異なる水平方向のエッジ角度（β）を成し、
制限構造体の幾何学的な形状は、前記半導体レーザチップ（１）の被覆面（１ａ）の平面図において楔型であり、
前記水平方向のエッジ角度の数学的な回転方向が符号を変えるように、前記制限構造体（４）の配向は前記コンタクトストリップ（２）の中央で変化する、請求項１記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１３】
前記制限構造体（４）は階段状に配置されている、請求項１記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１４】
前記半導体レーザチップ（１）の前記被覆面（１ａ）の平面図において、前記制限構造体（４）の幾何学的形状は４つの角を有しており、前記制限構造体（４）の、前記コンタクトストリップ（２）の方を向いている終端部で、前記制限構造体（４）の前記側面（４０）の間の角度は、前記制限構造体（４）の、前記コンタクトストリップ（２）と反対側の終端部よりもそれぞれ大きい、請求項１記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１５】
隣接する制限構造体（４）同士の大きさは異なっており、ここで次の次の、隣接する制限構造体（４）同士は同じ大きさを有しており、
隣接する制限構造体（４）同士は、前記コンタクトストリップ（２）に対して異なる間隔を有しており、ここで次の次の、隣接する制限構造体（４）同士は、前記コンタクトストリップ（２）に対して同じ間隔を有しており、
前記制限構造体（４）は直線に沿って配置されており、前記直線は、製造誤差の範囲内で、前記コンタクトストリップ（２）に対して平行に延在しており、
前記制限構造体（４）は、前記コンタクトストリップ（２）と対称に、前記コンタクトストリップ（２）の両側に配置されている、請求項１４および４記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【請求項１６】
前記コンタクトストリップ（２）は、前記制限構造体（４）の方を向いている側面で、波状の構造を有している、請求項１５記載のエッジ発光型半導体レーザチップ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エッジ発光型半導体レーザチップを提供する。
【０００２】
解決されるべき課題は、特に良好な放射クオリティを備えたエッジ発光型半導体チップを提供することである。
【０００３】
エッジ発光型半導体レーザチップを提供する。エッジ発光型半導体レーザチップとは例えば、１つまたは複数のエミッターを含むことができる幅広ストライプレーザのことである。幅広ストライプレーザが複数のエミッターを含んでいる場合、エッジ発光型半導体レーザから、作動中に、相互に間隔の空いた複数のレーザビームが放射される。
【０００４】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、エッジ発光型半導体レーザチップは１つの半導体基体を含む。この半導体基体は例えば、エピタキシャル成長した層列を有している。
【０００５】
半導体基体はここで少なくとも１つの活性領域を含んでおり、この活性領域は、エピタキシャル成長した層列の一部である。活性領域内では、半導体レーザチップの作動中に電磁ビームが形成され、増幅される。例えば活性領域は１つまたは複数の量子井戸、量子細線、量子点を含む。
【０００６】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザチップはコンタクトストリップを含む。このコンタクトストリップは有利には、半導体基体上面の被覆面に配置されている。コンタクトストリップとは、それを介して電流が半導体基体内に印加される電極のことであり得る。コンタクトストリップは例えば、条片状金属化部として、半導体基体の被覆面上に被着される。さらに、コンタクトストリップをパッシベーション層内への半導体基体の被覆面上の条片状貫通部によって定義することもできる。このようなパッシベーション部の上には金属層が大きい面積で被着される。この場合には金属層は、貫通部の領域においてのみ、半導体基体と接触する。
【０００７】
印加された電流によって、半導体基体の活性領域内で電磁ビームが形成される。電磁ビームは活性領域内で、コンタクトストリップの下方で生成される。すなわちここには、半導体レーザチップのエミッターが存在する。半導体レーザチップが複数のコンタクトストリップを、半導体基体の被覆面に有している場合には、各コンタクトストリップの下方でレーザビームが形成される。この場合、半導体レーザチップが有している複数のエミッターの数は最大で、被覆面上のコンタクトストリップの数に相当する。すなわちエッジ発光型半導体レーザチップは、電気的にポンピングされる半導体レーザチップである。
【０００８】
コンタクトストリップは例えば、金属化部として半導体基体の被覆面上に配置される。コンタクトストリップはここで、活性領域内で形成される電磁ビームの主要出射方向に沿って延在している。コンタクトストリップの主要延在方向はこの場合には、コンタクトストリップに割り当てられているエミッターの主要出射方向に対して平行である。例えばコンタクトストリップは均一な幅の条片として、半導体基体内で形成される電磁ビームの主要出射方向に沿って延在する。
【０００９】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、エッジ発光型半導体レーザチップは少なくとも１つ、有利には少なくとも２つの制限構造体を有している。この制限構造体は、コンタクトストリップと活性領域との間の、半導体基体内での電流拡張を制限する。この制限構造体は、コンタクトストリップと活性領域との間の過度に大きい電流拡張を阻止する。すなわち、コンタクトストリップを通って半導体基体内に印加される電流は例えば横方向（すなわちコンタクトストリップの主要延在方向に対して垂直な被覆面の面に延在している方向）において、拡張が阻止される。これによって、コンタクトストリップのすぐ下に、活性領域内に高い電流密度および電荷担体密度が存在する。これに対して、電流密度はコンタクトストリップに対する間隔が増すとともに低下する。すなわち、制限構造体によって活性領域内に、コンタクトストリップのすぐ下に位置する活性領域において、局部的な極大値を有する電流密度が形成される。
【００１０】
半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体はコンタクトストリップの両側に配置される。すなわち、エッジ発光型半導体レーザチップは少なくとも２つの制限構造体を有している。ここでそれぞれ少なくとも１つの制限構造体は、コンタクトストリップの主要延在方向で見て、コンタクトストリップの左側ないし右側に配置されている。例えば、制限構造体は、コンタクトストリップに対して対称に配置されている。ここでコンタクトストリップの長手中央軸は対称軸を形成する。
【００１１】
しかし少なくとも１つの制限構造体が、コンタクトストリップの片側のみに配置されていてもよい。
【００１２】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザチップは１つの半導体基体を含んでいる。半導体基体は少なくとも１つの活性領域を含んでいる。この活性領域内では、半導体レーザチップの作動中に電磁ビームが形成される。さらに半導体レーザチップは少なくとも１つのコンタクトストリップを有している。このコンタクトストリップは半導体基体の上面で被覆面上に配置されている。半導体レーザチップはさらに２つの制限構造体を有している。これらはコンタクトストリップと活性領域との間で電流拡張を制限する。ここでこの制限構造体は、コンタクトストリップの両側に配置されている。
【００１３】
殊に、電流拡張を制限する制限構造体とは、電流バリアのことではない。すなわち制限構造体によって、横方向の電流拡張、すなわちコンタクトストリップの主要延在方向を横切る方向における電流拡張は妨げられるが、完全に阻止されるのではない。換言すれば、制限構造体が設けられているのにもかかわらず、活性領域の縁部領域においても、通電、ひいては電磁ビームの形成が行われる。ここでこの活性領域の縁部領域は、コンタクトストリップのすぐ下に位置する、活性領域の中央領域よりも、コンタクトストリップから遠く離れている。しかし活性領域の縁部領域において、制限構造体によって、低減された通電が行われる。従って、電流密度は活性領域において、コンタクトストリップの領域において局部的な極大値を有している。このようにして形成された電荷担体密度プロフィールによって、低次の横モードとの半導体レーザチップの横方向の利得プロファイルの重畳が拡大され、高次のモードとの重畳が低減される。
【００１４】
さらに、活性領域の縁部領域内のプラズマ効果を介して応答した電荷担体プロファイルによって、活性領域内の屈折率が相応に空間的に変化する。これによって、活性領域内で形成される電磁ビームの波が散乱され、損失が生じる。このメカニズムは、低次の横モードよりも、高次の横モードにより強く作用する。すなわち全体として制限構造体によって、低次横モードがその励起において優遇され、これに対して高次の横モードの励起は抑圧される。例えば、半導体レーザチップの提示された構造によって、半導体レーザチップの提示された構造が無い場合に比べて、横基本モードのレーザビームをより高次モードと比較してより大きい幅に増強することができる。高次モードのレーザビームは制限構造体によって、それほど強くポンピングされず、場合によっては散乱損失が加えられる。高次モードはこの場合には振動を増大させることができない。
【００１５】
制限構造体は、横方向の電流拡張を阻止するために、吸収材料によって満たされている溝が活性領域までエッチングされている電流バリアではない。制限構造体が電流バリアではないという事実に基づいて、電流バリアとは異なり制限構造体を、コンタクトストリップの特に近くまで案内することができる。これは例えばエッチングによって活性領域を損傷させることなく行われる。このような損傷によって、エッジ発光型半導体レーザチップの効果は低くなり、寿命が短くなってしまうであろう。電流バリアとは異なり、制限構造体によって、印加される電流は小さい領域に縛られず、横方向において次のように和らげられる。すなわち、高次の横モードが低減された範囲内でのみポンピングされるように和らげられる。
【００１６】
制限構造体は、有利には活性領域内にまで延在しない。活性領域は有利には常に、制限構造体を有していない。
【００１７】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザチップは多数の制限構造体を有している。これらの制限構造体は、コンタクトストリップの主要延在方向において相互に間隔を空けて配置されている。すなわち、半導体レーザチップは３つまたはそれより多くの制限構造体を有している。制限構造体は、エッジストリップの両側に配置される。隣接する制限構造体は、コンタクトストリップの同じ側で、コンタクトストリップの主要延在方向に沿って、相互に間隔を空けて配置されている。すなわち、この実施形態において制限構造体は、コンタクトストリップの片側でつながっておらず、制限構造体が設けられていない領域によって相互に分断されている。例えば、この間隔は少なくとも５μｍ、例えば１０μｍである。
【００１８】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザチップの半導体基体はコンタクト層を有しており、このコンタクト層はコンタクトストリップに接している。コンタクト層とは、被覆面を含んでいる半導体基体のことである。コンタクト層は高ドープされた半導体材料によって構成されており、コンタクトストリップによって印加された電流を横方向、すなわちコンタクトストリップの主要延在方向を横切る方向において拡張するために用いられる。
【００１９】
半導体基体はさらに外被層を有している。この層は、コンタクト層の、コンタクトストリップと反対側の面に接している。
【００２０】
半導体基体はさらに、導体路層を有している。この導体路層は、外被層の、コンタクト層と反対側の面に接している。外被層とが反対側の自身の面によって、導波路層は半導体レーザチップの活性領域に接している。ここで活性領域は、２つの導波路層によって取り囲まれている。これらの導波路層が等しく構成されていても、異なって構成されていてもよい。
【００２１】
導波路層は、活性領域より高いバンドギャップと低い光学的な屈折率を有している。
【００２２】
外被層は同じように、導波路層よりも高いバンドギャップと低い光学的な屈折率を有している。半導体レーザチップの作動中に半導体基体内で形成される電磁ビームは、コンタクトストリップに沿って、導波路層および外被層内に拡がる。
【００２３】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体の少なくとも１つが外被層内まで延在している。ここで導波路層は、制限構造体を有していない。すなわち、制限構造体はコンタクト層を通って外被層内に延在する。コンタクト層自体は、制限構造体によって部分的に突破されている。例えば、制限構造体の少なくとも１つがまさに外被層まで達することが可能である。
【００２４】
ここでコンタクトストリップによって供給される電流のレベルによっては、コンタクト層のこの突破は十分である。しかし電流が高い場合には、電流拡張を十分に制限するために、制限構造体が外被層内にまで達することが必要である。例えば、少なくとも１つの制限構造体は導波路層の、少なくとも３００ｎｍ前まで延在する。この場合には、全ての制限構造体が外被層内にまで達することも可能である。この場合には例えば、全ての制限構造体が半導体基体内で同じ侵入深度を有することも可能である。すなわち、例えば全ての制限構造体が、導波路層の上方３００ｎｍまで延在することができる。
【００２５】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの制限構造体が導波路層内に延在する。ここで活性領域は制限構造体を有していないままである。すなわち、制限構造体はコンタクト層および外被層を貫通し、少なくとも導波路層まで達し、この内部に延在する。このような制限構造体は、コンタクト層と活性領域との間の電流拡張を特に効果的に制限する。しかし活性領域は制限構造体を有していない。従って、制限構造体は、それを越えた活性領域内への印加を完全に阻止する電流バリアではない。例えば、制限構造体は活性領域の上方、少なくとも１５０ｎｍの侵入深度まで、導波路層内に延在する。ここで同じように、半導体レーザチップの全境界構造が導波路層内まで延在し、半導体基体内で同じ侵入深度を有することが可能である。
【００２６】
さらに、複数の制限構造体が自身の侵入深度に関して、相互に異なっていてもよい。例えば半導体基体内の制限構造体の侵入深度を介して、コンタクトストリップに沿った電流案内を整合させることが可能である。ここで、制限構造体が外被層内にまで延在するが、導波路層内には延在しないことが可能である。これに対して別の制限構造体は導波路層内まで延在するが、活性領域内には延在しない。
【００２７】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では制限構造体は、少なくとも１０％の充填率で、コンタクトストリップの両側に配置されている。充填率とはここで、コンタクトストリップの全長に対する、コンタクトストリップの主要延在方向における複数の制限構造体の最大幅の総計の比であると理解されたい。例えば制限構造体が１つだけ１つの面でコンタクトストリップ全体に沿って延在している場合には、充填率は１００％である。複数の制限構造体の最大幅の総計がちょうど、コンタクトストリップの長さの１０％である場合、充填率は１０％である。ここで充填率を両側に対して、すなわち、コンタクトストリップに対して左右に別個に特定し、両側で異なっていてもよい。しかし有利には充填率はコンタクトストリップの両側で同じに選択され、両側に対して少なくとも１０％である。
【００２８】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体は最大で９０％の充填率で、コンタクトストリップの両側に配置されている。すなわちこの実施形態では、制限構造体が中断されずにコンタクトストリップの全長に沿って延在しているのが有利である。
【００２９】
ここで充填率が局部的に横方向で、すなわちコンタクトストリップの主要延在方向を横切る方向で、例えばコンタクトストリップの主要延在方向に対して垂直に変化することが可能である。例えば制限構造体はコンタクトストリップへ向かう方向で、および／またはコンタクトストリップから離れる方向で先細りする。制限構造体の形状の選択並びにその最大幅の選択によって、電流拡張に対する制限構造体の作用、並びに活性領域内で形成された電磁ビームの散乱に対する制限構造体の作用が調整される。
【００３０】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの制限構造体が、コンタクトストリップに対して側方で、最大で３０μｍの間隔を空けて配置されている。コンタクトストリップと制限構造体との間のこの間隔はここで、制限構造体の方を向いているコンタクトストリップ側面から、制限構造体の、コンタクトストリップに最も近い点まで、半導体基体の被覆面のレベルに対して平行に延在し、かつコンタクトストリップの主要延在方向に対して垂直に延在している方向に沿って測定されたものである。制限構造体はこの方向において、数マイクロメータにわたって延在する。このように、コンタクトストリップの近くに制限構造体を配置することによって、コンタクトストリップのすぐ下の領域における活性領域内に特に良好に電荷担体密度が集中する。ここで制限構造体がコンタクトストリップ内に突出してもよい。コンタクトストリップと制限構造体との間の間隔は例えば、少なくとも−３０μｍと最大３０μｍとの間であり、有利には少なくとも−２０μｍと最大１０μｍとの間である。
【００３１】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では制限構造体は、２つの制限ストリップ内で、コンタクトストリップの両側に配置されている。ここでこの制限ストリップは、それぞれ最大１ｍｍの幅を有している。有利にはこの幅は２５０μｍよりも狭く、特に有利には１００μｍよりも狭く、例えば６０μｍである。すなわち、この実施例ではコンタクトストリップの両側で、コンタクトストリップ、すなわち制限構造体に最も近いコンタクトストリップの側面と、コンタクトストリップから最も離れている各制限構造体の終端部との間の最大間隔は最大で１ｍｍである。すなわち、制限構造体はこの実施形態ではストリップ状に、最大で１ｍｍの幅を有しているコンタクトストリップの左および右に配置されている。ここで次のことが明らかである。すなわち、制限ストリップのこのような狭い幅は、コンタクトストリップと活性領域との間の電流拡張を効果的に制限するのに充分であることが明らかである。
【００３２】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体の少なくとも１つは、半導体基体内の注入領域によって形成されている。例えば、全ての制限構造体が半導体基体内の注入領域によって形成されてもよい。
【００３３】
すなわち、制限構造体は、空間的に拡張された領域によって半導体基体内に形成される。これは、半導体基体の結晶格子内へイオンを注入することによって形成される。半導体基体内への制限構造体の侵入深度に応じて、イオンは外被層内までまたは導波路層内まで、半導体基体の結晶格子内に注入される。イオン注入によって、半導体基体内の導電性が格段に低減され、制限構造体の領域内の電流拡張がほぼ阻止される。このようにして、注入されたプロファイルが半導体レーザの利得プロファイルとしてあらわされる。
【００３４】
例えばプロトンを半導体基体内に注入することができる。
【００３５】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体の少なくとも１つが、半導体基体内の陥入部によって構成される。例えばこの場合には、全ての制限構造体が、半導体基体内の陥入部によって構成される。
【００３６】
すなわち、制限構造体は陥入部によって構成されており、その領域内では半導体基体の材料が除去されている。例えば、制限構造体を構成する陥入部の構成はエッチングによって行われる。
【００３７】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、陥入部は充填材料によって充填される。これは半導体基体とは異なっている。例えば、制限構造体を構成する陥入部内に窒化ケイ素、ゲルマニウム等の材料および／または金、白金等の金属が入れられる。ここで陥入部は必ずしも完全に材料によって充填されなくてもよく、陥入部が、半導体基体の被覆面の方を向いている自身の開口部で、材料の薄い層によって覆われていることが十分であることが判明している。すなわちこの場合には、陥入部が充填材料によって満たされることなく、陥入部の側面および底面にのみ充填材料が設けられる。
【００３８】
さらに陥入部は、コンタクトストリップに対して平行の方向において充填線によって別個にされる。コンタクトストリップから充填線まで、陥入部は固体充填材料を有しておらず、例えば空気が満たされている。コンタクトストリップから離れた方向において充填線から、陥入部は充填材料によって満たされる。
【００３９】
陥入部が基本的に充填材料を有していなくてもよい。この場合には空気が陥入部内に存在する。
【００４０】
充填材料は、衝突した電磁ビームを吸収する光学的な吸収体であってよい。これによって、制限構造体の作用が、電流拡張を制限する自身の特徴の他に、制限構造体内に入った電磁ビームの散乱および／または吸収によって高められる。吸収剤とは例えば、アモルファスゲルマニウムである。これは、ゲルマニウム内に侵入する電磁ビームの高い屈折率および高い光学的損失を特徴とする。
【００４１】
コンタクトストリップからの側方のその位置に基づいてここで、主に、半導体レーザの高次の横モードが阻止される。
【００４２】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、半導体基体は陥入部内で、少なくとも陥入部の底面領域において付加的にドーピングされる。例えば、半導体基体はそこでゲルマニウムによってドーピングされる。このドーピングによって半導体基体内にｐｎ−ｐｎ構造が形成される。これは同じように、入射した電磁波の吸収を強めることができる。ここで、半導体基体を陥入部の全体領域、すなわち陥入部の底面および側面でドーピングすることも可能である。
【００４３】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの制限構造体は半導体基体の粗面部（Aufrauung）を有している。
【００４４】
この粗面部によって、半導体レーザチップ内で伝播する波が、エミッターの外側領域において静的に散乱される。これによって高次の横モードが半導体レーザチップ内でさらに抑圧される。さらに、環状共振が半導体基体の粗面部によるこの静的な散乱に基づいて回避される。ここで、半導体基体の制限構造体全体がこのような粗面部を有することができる。陥入部の底面、すなわち被覆面の方を向いていない陥入部の深い箇所が静的に粗面化される。さらにこの粗面部を例えば充填材料による陥入部の充填と組み合わせることもできる。すなわち例えば、陥入部の底面が粗面化され、かつ陥入部が同時に充填材料によって充填される。これは半導体基体の材料とは異なる。
【００４５】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体の少なくとも１つが、半導体基体に接している側面を含んでいる。制限構造体は例えば半導体基体内の注入領域であり、制限構造体の側面は注入領域の外面によって構成される。この外面によって、注入領域は半導体基体に接する。制限構造体は側面の他に底面を有している。この底面は半導体基体の被覆面に対して平行、または実質的に平行に延在している。
【００４６】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、制限構造体は少なくとも１つの側面を有している。これは半導体基体の被覆面と、少なくとも２０°、最大で８０°の角度を成す。この角度は例えば少なくとも３０°、最大で７０°の間である。有利には、これは制限構造体の全側面に当てはまる。ここで、上述した角度領域が、殊に、外被層または導波路層内に達している制限構造体に対して有利であることが判明している。より平坦な角度またはより急峻な角度の場合には、半導体レーザチップ内に伝播する電磁波は前方および後方に散乱される、または全く散乱されない。しかし、被覆面に対して上述の角度領域において延在している側面を備えた制限構造体の場合には、散乱はビーム吸収性コンタクト層ないしはビーム吸収性基板において高くなる。さらに上述した領域の、エッジ角度を有する制限構造体は、より低いエッジ角度を有する制限構造体よりも、波が制限構造体内に入るときの突発的な移行の為に、より強い散乱作用を有する。なぜなら、制限構造体と半導体基体との間の境界面での結合損失が強くなるからである。
【００４７】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つの制限構造体は、半導体基体に接している側面を有している。ここでこの側面は、コンタクトストリップの主要延在方向と１５°〜７５°の角度を成す。すなわちこの実施例で、半導体レーザチップの被覆面上の平面図において、制限構造体は、コンタクトストリップに対して垂直に延在せず、コンタクトストリップの主要延在方向と少なくとも１５°、最大で７５°の角度を成す側面を有している。すなわち、制限構造体の側面は、半導体レーザのファセットに対して平行および／または垂直に延在しているのではなく、有利には、コンタクトストリップの主要延在方向に対して垂直に配向されている。すなわち制限構造体の側面は、半導体レーザの放射方向と、９０°および／または０°とは異なる角度を成す。従ってこの側面に入射する電磁ビームは、エミッターから離れるように散乱される。さらに、これらの側面が、必ずしも相互に平行に延在する必要はない。すなわち、制限構造体の側面が、相互に０°よりも大きい角度を成すことができる。
【００４８】
エッジ発光型半導体レーザチップの少なくとも１つの実施形態では、コンタクトストリップの両側に、コンタクトストリップの主要延在方向に沿って電流バリアが配置されている。ここでコンタクトストリップおよび制限構造体はラテラルにこれらの電流バリアの間に配置されている。すなわち、電流バリアはコンタクトストリップの左側および右側で、このコンタクトストリップを取り囲み、制限構造体をコンタクトストリップで取り囲む。電流バリアは例えば、Ｖ字状の溝によって形成される。この溝は、活性領域まで延在する。このＶ字状の溝は、ビームを吸収する材料、例えばアモルファスゲルマニウムによって満たされる。
【００４９】
例えば、制限構造体によって、活性領域およびコンタクトストリップから離れるように散乱された電磁ビームは、電流バリアによって吸収される。従って、このビームが、半導体レーザチップの隣接するエミッター内に侵入することはない。さらに電流バリアは、コンタクトストリップによって、半導体レーザチップ内に供給された電流が、半導体レーザチップの１つのエミッターから、隣接するエミッターへと達することも阻止する。すなわち、電流バリアを個々のエミッターの間、ひいては個々のエミッターのコンタクトストリップの間に配置することが可能である。従ってこれは殊に、半導体レーザチップが複数のエミッターを有する場合にも特に有利であることが判明している。
【００５０】
以下で、本願発明のエッジ発光型半導体レーザチップを、実施例および属する図面に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】光ファイバー内へのレーザビームの入力の概略的な平面図
【図２】エッジ発光型半導体レーザチップの出力に対する、角度単位での、放射拡散の測定値
【図３】従来技術のエッジ発光型半導体レーザチップ
【図４】２つのエッジ発光型半導体レーザチップの出力に対する、角度単位での、放射拡散の測定値
【図５】本願発明のエッジ発光型半導体レーザチップの実施例の概略的な断面図
【図６】図５のエッジ発光型半導体レーザチップの出力に対する、角度単位での測定値
【図７】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図８】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図９】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１０】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１１】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１２】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１３】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１４】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１５】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１６】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１７】本願発明の半導体レーザチップの実施例に対する概略的な平面図
【図１８】本願発明のエッジ発光型半導体レーザチップの制限構造体の実施例（図１８ａ〜１８ｆ）
【実施例】
【００５２】
実施例および図面では、同じまたは作用が同じ構成部分にはそれぞれ同じ参照番号が付与されている。図示された素子は縮尺通りに示されているのではなく、むしろ個々の素子は、よりよく理解するために過度に大きく示されている。
【００５３】
図１は、概略的な平面図に基づいて、光ファイバー１０３へのレーザビーム１０の入力を示している。このレーザビームはエッジ発光型半導体レーザチップ１によって形成された。図１はエッジ発光型半導体レーザチップ１を示しており、これは例えば、５個のエミッター１０５を備えたレーザバーとして構成されている。エッジ発光型半導体レーザチップはこのために、自身の被覆面１ａに５個のコンタクトストリップ２を有している。取り出し面３で、５つのレーザビーム１０が取り出され、これらはまずはマイクロレンズ１０１を通ってあらわれる。例えば集光レンズである、さらなる光学素子１０２によって、レーザビームは収束され、光ファイバー１０３内に入力される。
【００５４】
傑出したビームクオリティおよび高い出力を可能にするファイバーレーザおよびファイバー結合レーザを実現する際の技術的な進歩によって、例えば、これらを新たな産業用途、例えば「遠隔」溶接において使用することが可能になった。ポンピング光源としては通常、エッジ発光型半導体レーザチップが使用される。これは、使用電気出力を、使用可能なビーム出力に変換する際に、非常に高い効果を有する。ここでは同時に高い光学的出力が得られる。しかし他方で、エッジ発光型半導体レーザチップは、遠方領域の強い楕円率を示す。光ファイバー１０３の円形のファイバー断面にレーザビームを効率的に入力させるのには、高価かつアライメントするのにコストのかかるマイクロ光学系１０１を用いることが必要である。
【００５５】
レーザダイオードのファイバー結合を容易にする、かつ改善することによって、低コストかつ確実なレーザシステムが得られる。放射拡散が少なくとも、いずれにせよ細い水平方向ｒ（いわゆるスロー軸方向）においてより小さく、効果的なファイバー結合のための放射が垂直方向においてのみより強く変換されればよい場合には、マイクロ光学系のアライメントコストは格段に低下する。ここで垂直方向とは例えば半導体レーザチップの被覆面１ａが位置する面に対して垂直の方向である。
【００５６】
水平方向ｒはここで、次のような方向である。すなわち、コンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒに対して、被覆面１ａに対して平行な面において、垂直に延在する方向である。コンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒは、エッジ発光型半導体レーザチップ１の作動中に形成される電磁ビーム１０伝播方向に対して平行に延在する。
【００５７】
図１は、エミッター１０５あたりの、エッジ発光型半導体レーザチップの出力に対する、角度単位での、放射拡散の測定値を示している。ここでこの放射拡散は、９５％の出力包含において定められたものである。放射は、「スロー軸（ＳＡ）」方向において、すなわち被覆面１ａに対して平行に延在し、かつコンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒ（図１も参照）に対して垂直に延在している面における水平方向ｒにおいて定められたものである。「９５％の出力包含」とは次のことを意味している。すなわち、放射拡散を定めるために、出力の９５％を含んでいる、レーザビーム１０の領域だけが顧慮されたことを意味している。
【００５８】
図から分かるように、レーザの出力が上昇するとともに、水平な放射拡散が増大する。これによって、高い光出力に対するエッジ発光型半導体レーザチップの上述した使用が困難になる。なぜなら、有利に使用される小さいマイクロ光学系１０１はこの場合に側方で超越放射され、光が失われてしまうからである。
【００５９】
図３は従来技術のエッジ発光型半導体レーザチップの概略的な平面図を示している。
【００６０】
エッジ発光型半導体レーザチップ１は、半導体基体１０１を含んでいる。この半導体基体は、被覆面１ａを自身の上面に有している。被覆面１ａ上には、構造化されたコンタクトストリップが被着されている。コンタクトストリップ２はここで、複数の菱形部分に分けられている。コンタクトストリップは、約１５０μｍの幅Ｂを有している。エッジ発光型半導体レーザチップは０．８ｋＡ／ｃｍ２の、低い出力密度ないしは電流密度の場合には、放射される電磁ビームの水平方向の拡散が、基準構造体に比べて格段に低減される、という特徴を有している。この基準構造体は、一定の幅Ｂを有する、構造化されていないコンタクトストリップ２を有している。このような半導体チップは例えば、刊行物Baoxue等著「Rhombus-like stripe BA InGaAs-AlGaAs lasers（PTL 16, no.5, 1248-1249 (2004)）」に記載されており、その開示内容は本願発明に参照として組み込まれる。
【００６１】
図４には、図３に示された構造化されたコンタクトを備えたエッジ発光型半導体レーザチップ、並びに基準構造体として用いられる、構造化されたコンタクトを有していないエッジ発光型半導体レーザチップの、光学出力に対する放射拡散が概略的に示されている。３ワットの光学的な出力は、ここでエッジ発光型半導体レーザチップにおける約０．８ｋＡ／ｃｍ２の電流密度に相応する。７ワットの光学的な出力は、半導体レーザチップにおける約１．８ｋＡ／ｃｍ２の電流密度に相応する。図４から分かるように、約４ワットより高い光学出力の場合に、放射拡散が少ないという利点は消える。すなわち菱形状に構造化されたコンタクトストリップ２を備えた半導体レーザチップは、高い光出力、ひいては高い電流密度の場合には、放射拡散が低減されるという利点を提供しない。
【００６２】
以降の図面に関連してここで、光出力がより高いワット数で高い場合に、およびエミッター幅が約１００μｍである場合にも、従来のエッジ発光型半導体レーザチップに比べて水平方向の放射拡散を効果的に低減させる方法をより詳細に説明する。
【００６３】
図５は、本願で説明される半導体レーザチップ１の実施例の概略的な断面図を示している。本願で説明される半導体レーザチップ１とは、有利にはいわゆる幅広ストライプレーザである。幅広ストライプレーザはラテラルにマルチモードで作動し、特に光出力が高い場合には、フィラメント化する傾向がある。すなわち、形成された電磁ビーム１０の空間的なコヒーレントが同時に低減する場合には、局部的な出力過度上昇が生じる。さらに、幅広ストライプレーザは、形成される電磁ビーム１０の位相フロントを湾曲させる傾向がある。これによって、水平方向における放射拡散の幅が広くなる。
【００６４】
本願で説明されるエッジ発光型半導体レーザチップ１は、種々異なる材料系で製造され、例えば、以下の半導体材料に基づく半導体レーザチップのことである：ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂである。さらに、ＩＩＩ−Ｖ族半導体系またはＩＩ−ＶＩ族半導体系から成る別の半導体材料も可能である。例えば、半導体レーザチップは、ＡｌＧａＩｎＡｓ材料系に基づく。「基づく」とはここで、半導体基体の少なくとも１つの層が、上述した材料のうちの１つから構成されることを意味する。この層は付加的にドーピング物質を含むことができる。
【００６５】
エッジ発光型半導体レーザチップ１は、例えば、多数のエミッター（例えば４〜６個のエミッター）を有するダイオードレーザである。これは１ｍｍよりも長い、例えば１．５〜６ｍｍの間の共振器長を有している。個々のエミッター１０５によって形成されるビーム１０の幅は有利には、水平方向ｒにおいて５０μｍ〜１５０μｍの間である。ここでエッジ発光型半導体レーザチップがエミッターを１つだけ含んでいることも可能である。
【００６６】
エッジ発光型半導体レーザチップ１の半導体基体１００の被覆面１ａ上にはコンタクトストリップ２が設けられている。ここで各コンタクトストリップ２は１つのエミッター１０５に割り当てられている。エッジ発光型半導体レーザチップは、作動中に、赤外ビームから紫外ビームまでのスペクトル領域における電磁ビーム１０を形成する。
【００６７】
エッジ発光型半導体レーザチップ１は、赤外ビームのスペクトル領域における高い出力の場合には、低い出力のレーザとは異なり、非常に厚い導波路層１３を有する。その厚さは、数マイクロメータの領域にある。
【００６８】
殊に、このような赤外線放射エッジ発光型レーザチップ１の場合には、以下の問題が生じる：
半導体レーザチップ１は非常に厚い導波路層を有している。活性領域１４とコンタクトストリップ２の間の厚い導波路層１３における高い電流拡張に基づいて、図３に関連して説明されたように、コンタクトストリップ２の構造は、もはや活性領域１４内までの利得プロファイルとして形成されない。むしろ、活性領域は、コンタクトストリップ２が構造化されていないかのように、ほぼ均一に通電されるであろう。
【００６９】
エッジ発光型半導体レーザチップ１は、半導体基体１００を有している。半導体基体１００は基板１１を含んでいる。基板は例えば、上部に、半導体基体１００の後続の層がエピタキシャルに析出される成長基板であり得る。基板１１上には、エッジ発光型半導体レーザチップ１が例えば、ｎ側で接触接続されている。
【００７０】
さらにエッジ発光型半導体レーザチップ１は自身の半導体基体１００内に活性領域１４を有している。この活性領域は電磁ビームを形成するために設けられている。活性領域１４はここで例えばｐｎ接合部、ダブルへテロ構造、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造をビーム形成のために含んでいる。量子井戸構造との名称はここで、量子化の次元に関する意味を含んでいない。従ってこれは、殊に量子箱、量子細線および量子点およびこれらの構造体の各組み合わせを含んでいる。
【００７１】
活性領域１４は、導波路層１３内に埋設されており、活性領域１４よりも高いバンドギャップおよび僅かな屈折率を有している。
【００７２】
導波路層１３にはそれぞれカバー層または外被層１２が接している。これらは導波路層１３よりも高いバンドギャップおよび低い屈折率によって、導波路層１３とは異なっている。
【００７３】
基板１１の方を向いていない外被層１２は、コンタクト層１６と接している。コンタクト層は、その下に位置する外被層１２よりもより高くｐ型ドーピングされている。半導体基体１００の被覆面１ａ上には、コンタクト層１６に直接的に接して、コンタクトストリップ２が被着されている。コンタクトストリップ２は例えば、金属化部によって構成されている。コンタクトストリップ２を介して、電流が、半導体レーザチップ１の活性領域１４内に入力される。コンタクトストリップ２の幅Ｂは、有利には少なくとも１０μｍ〜数１００μｍの間であり、例えば約１００μｍである。
【００７４】
側方、すなわちコンタクトストリップ２に対して水平方向ｒで間隔を空けて、複数の制限構造体４が配置されている。これらは、コンタクトストリップ２と活性領域１４との間の電流拡張を制限するために用いられる。制限構造体４はここで、コンタクトストリップ２の両側に配置されている。
【００７５】
図５の実施例では、制限構造体は、侵入深度ｈにわたって、半導体基体１００内に延在している。図５の実施例では、制限構造体４は、外被層１２内にまで達し、コンタクト層１６を完全に貫通している。例えば、制限構造体は、導波路層１３上方３００ｎｍの深さまで、外被層１２内に達する。導波路層１３はここで、制限構造体４を有していない。
【００７６】
しかし択一的に、制限構造体が導波路層１３内まで達することも可能である。しかし制限構造体４は活性領域１４まで達してないので、活性領域１４はあらゆる場合において制限構造体を有していない。例えば、制限構造体４はこの場合には、活性領域の上方３００ｎｍの深さまで、被覆面１ａの方を向いている導波路層１３内に達する。
【００７７】
制限構造体４に基づいて、コンタクトストリップと活性領域１４との間のコントロールされない電流拡張が阻止される。すなわち、コンタクトストリップ２と活性領域１４との間の過度に大きい電流拡張が、制限構造体４によって阻止される。この過度に大きい電流拡張は、厚い導波路層１３の場合には、コンタクトストリップ２が構造化されていても生じる。このようにして、適切な横方向および縦方向の利得プロファイルないし電荷担体プロファイルが、活性領域１４内で調整される。これによって、活性領域１４内での横方向の利得プロファイルと低次の横モード（例えば横方向の基本モード）との重畳が拡大され、高次モードに対しては重畳が低減される。さらに、エミッター１０５の縁部領域におけるプラズマを介した、活性領域１４内の利得プロファイルないしは電荷担体プロファイルによって、活性領域１４内の屈折率は相応に空間的に変化する。これによって、形成された電磁ビーム１０は散乱され、損失が印加される。これは殊に高次の横モードに作用する。低次の横モード、例えば横方向基本モードはこれによってはほぼ影響されない。すなわち全体として、提案された構造によって、低次の横モード、例えば横方向基本モードの増幅が優遇される。
【００７８】
制限構造体４は、ここで、コンタクトストリップ２と間隔ｄを空けて位置している。有利には間隔ｄは、最大で３０μｍである。
【００７９】
制限構造体４は例えば、エッチングによって形成された陥入部である。すなわち、電流拡張を阻止するために、高ドープされたコンタクト層１６並びに場合によっては外被層および導波路層１２および１３の一部が構造化されて、除去される。
【００８０】
エッチングの代わりに、またはエッチングに対して付加的に、制限構造体４を、半導体基体１００の結晶格子内へのイオン注入によって形成することもできる。これによって、イオンが注入された領域の導電性を強く低減することができ、電流拡張をほぼ阻止することができる。従って、制限構造体４の注入されたプロファイルは、活性領域１４内の利得プロファイルとして形成される。
【００８１】
制限構造体４が、導波路層１３内まで達する特に深い陥入部である場合には、電荷担体プロファイルによって活性領域１４内に誘起された屈折率格子に対して付加的に、制限構造体４に基づくモードの効果的な屈折率の空間的な変化によって光学的な格子が形成される。なぜなら、形成された電磁ビーム１０の波の一過性の垂直な流れが部分的に、導波路層１３または外被層１２内の代わりに制限構造体１４内で伝播するからである。ここで例えば、制限構造体４を形成する陥入部内には、充填材料４１が埋設される。
【００８２】
制限構造体４が、エッチングされた陥入部である場合には、制限構造体は複数のステップで形成される。すなわち、制限構造体４は複数の連続したエッチングステップにおいて、半導体基体１００内に形成されるからである。このようにして、複数段階の高さプロファイルが陥入部内に形成される。ここでこの陥入部を横方向および縦方向において、すなわち、コンタクトストリップ２の主要延在方向の方向において、異なって形成することができる。択一的に、陥入部を例えば相応するマスキングプロセスによって、一回のエッチングステップにおいて形成することができる。さらに、制限構造体を形成する陥入部が個々の層、例えばコンタクト層１６、外被層１２または導波路層１３において、自身の高さプロファイルにおいて異なっていてよい。すなわち、陥入部は種々異なる層、例えば種々異なる、継続したエッジ角度を有することができる。
【００８３】
図６は、図５および８に関連して記載された、エッジ発光型半導体レーザ５に対する光学出力に対して、形成された電磁ビーム１０の拡散角度を図示している。
【００８４】
ここで制限構造体４の間隔１は、コンタクトストリップ２の片側で１０μｍである。制限構造体４の最大幅Ｂはそれぞれ１０μｍである。コンタクトストリップ２と制限構造体４との間の間隔ｄは６μｍである。
【００８５】
コンタクトストリップの幅Ｂは７０μｍである。コンタクトストリップ２は、半導体基体１００の被覆面１ａの金属化部として、窒化ケイ素から成るパッシベーション層（図示されていない）の貫通部分内に、構成されている。
【００８６】
制限構造体４は、制限ストリップ６において、コンタクトストリップ２の両側に配置されている。これは、６０μｍの幅Ｖを有している。制限構造体４は、コンタクト層１６を通って、外被層１２内に矩形としてエッチングされている。ここで侵入深さｈは次のように選択されている。すなわち、制限構造体が、被覆面１ａの方を向いている導波路層１３の前、３００ｎｍまで達するように選択されている。制限構造体４がコンタクトストリップ２に沿って配置される充填率は、５０％である。制限構造体４の充填率は、コンタクトストリップ１２の全長Ｌに対する、主要延在方向Ｒに沿った制限構造体４の最大幅ｂの総計の比であると理解されたい。コンタクトストリップ２の全長Ｌはここで例えば４ｍｍである。コンタクトストリップ２と電流バリア５との間の間隔Ｄは、１００μｍである。
【００８７】
半導体レーザ１は５つのエミッターを含んでいる。これらのエミッターは相互に１ｍｍの間隔（いわゆるピッチ）を空けて配置されている。
【００８８】
この実施例では、横方向における利得プロファイルの勾配が、縦方向Ｒにおける利得プロファイルと比べて、平らである。図６から分かるように、高い光学出力に対して横方向（スロー軸方向；ＳＡ）における放射拡散の減少が示される。エッジ発光型半導体レーザの効果と、制限構造体４を有していない比較構造体の効果は同じである。
【００８９】
図７に関連して、概略的な平面図に基づいて、本願に記載されたエッジ発光型半導体レーザチップの別の実施形態をより詳細に説明する。図５および８の実施例とは異なり、この実施例では、制限構造体４は複数のグループで配置されている。これらはそれぞれ相互に間隔を有しており、この間隔は、１つのグループ内の制限構造体の間隔ｌよりも大きい。このような構造は、図５および８に関連して説明された、半導体レーザチップ１の実施形態と比べて次のような特徴を有している。すなわち、ここでは、導波路層１３内に達する制限構造体４も使用可能である、という特徴を有している。図５および８に関連して説明された実施例では、このように深い構造体は、制限構造体の数がより多いので、循環している電磁ビーム１０の強い散乱および／または減衰を生じさせるであろう。
【００９０】
利得ガイドは、コンタクトストリップ２の両側に制限構造体４が設けられていない領域における比較的高い電流拡張に基づいて、図５および８に関連して説明された実施例の場合よりも、それほど強く顕著にならない。
【００９１】
図９に関連して、本願に記載されているエッジ発光型半導体レーザチップ１の１つの実施例を詳細に説明する。ここでは、制限構造体４はコンタクトストリップ２の両側で、それぞれ、つながっている１つのストリップで配置されている。制限構造体４はここで、コンタクトストリップ２の方を向いている面で、それぞれ側面４０を有している。この側面は、コンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒと０ではない角度を成している。例えば図８に関連して説明された実施例と比較して、図９に関連して説明された実施例は、横方向ｒおよび縦方向Ｒにおける利得プロファイルの急峻な勾配を特徴とする。横方向ｒでは、活性領域縁部へ向かって（すなわち、コンタクトストリップ２に対する間隔が増すとともに）電荷担体密度の急峻な下降が生じる。縦方向Ｒでは、利得プロファイルが調節される。
【００９２】
制限構造体４は、横方向ｒにおいて、コンタクトストリップ２から離れて、充填線７から、充填材料４１が充填されている陥入部として構成される。すなわち、充填線の、コンタクトストリップ２の方を向いている側に位置している陥入部部分には、充填材料は設けられていない。ここで半導体基体１００内で制限構造体４が深くなるほど、充填線７はコンタクトストリップ２から離れる。
【００９３】
本願に記載されたエッジ発光型半導体レーザチップ２の全ての実施例において、コンタクトストリップ２の両側には、電流バリア５が配置されている。これは電流が自身を通って伝播することを阻止する。例えば、電流バリア５はＶ字状の溝エッチングであり、活性領域１４まで達する、または活性領域を貫通する。電流バリア５を介して、個々のエミッター１０５は完全に電気的および光学的に相互にデカップリングされる。
【００９４】
制限構造体４の充填率は、横方向ｒにおいて変化する。すなわち、制限構造体４の充填率は、想定された線に沿って、主要延在方向Ｒに対して平行に、コンタクトストリップからの想定される線の種々異なる間隔に対して、異なる値をとる。領域的に、充填率は１００％になる。コンタクトストリップ２の方を向いている、制限構造体４の側面では、充填率は有利には少なくとも１０％であり、最大で９０％である。
【００９５】
図１０の、本願で記載されたエッジ発光型半導体レーザチップの１つの実施例の概略的な平面図は、図９に関連して説明された実施例の変形形態をあらわしている。ここでは制限構造体４は、横方向における充填率の変化に関して、相互に異なっている。制限構造体４の充填率は、横方向ｒで変化する。領域的に充填率は１００％である。コンタクトストリップ２の方を向いている、制限構造体４の側面では、充填率は有利には少なくとも１０％であり、最大で９０％である。
【００９６】
図１１に関連して、概略的な平面図に基づいて、本願に記載されたエッジ発光型半導体レーザチップ１の別の実施例を詳細に説明する。例えば、図８の実施例とは異なって、制限構造体４はこの実施例では、半導体基体１００の被覆面１ａの平面図で見て、三角形、例えば二等辺三角形として構成されている。従って制限構造体４は、コンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒに対して平行に延在する側面４０と、主要延在方向Ｒとそれぞれ、９０°とは異なる水平方向のエッジ角度βを成す２つの側面４０とを有している。
【００９７】
制限構造体はここで、横方向においても、縦方向においても、活性領域における電荷担体密度の急峻な勾配を生じさせる。なぜなら、コンタクトストリップ２によって印加された電流は、制限構造体４を横方向ｒで通過し、比較的大きい面に拡がるからである。図１１の実施例では、制限構造体はそれぞれ少なくとも２つの側面４０を有している。ここでこれらの側面４０は、コンタクトストリップ２の主要延在方向Ｒと、有利には少なくとも１５°から最大で７５°の角度βを成す。ここで、９０°とは異なるエッジ角度βが有利であることが判明している。
【００９８】
これらの側面４０が、主要延在方向Ｒと９０°とは異なる角度を成す場合には、形成される電磁ビーム１０は、活性領域１４の面に対しても、離れるように拡散される。さらに、利得プロファイルの勾配を、角度の選択によって調整することができる。ビームは例えば電流バリア５の方へ導かれ、ここで吸収される。例えば、電流バリア５はＶ字状の溝によって形成される。この溝は、ゲルマニウム等の吸収性材料によって満たされている。
【００９９】
１５°〜７５°のエッジ角度βが有利であることが判明している。角度が小さくなりすぎる場合には、制限構造体が過度に長くなり、形成される利得プロファイルが均一になる。
【０１００】
これに対して、エッジ角度が大きくなりすぎる場合、すなわちエッジ角度βが７５°よりも大きくなる場合には、散乱作用が面に向かって、すなわちコンタクトストリップ２から離れる方向で減少する。
【０１０１】
制限構造体間、または制限構造体４と例えば半導体レーザチップ１の取り出しファセット３との間の環状共振を回避するために、エッジ角度βは有利には４５°とは異なる。
【０１０２】
エッジ角度のこのような選択に対して択一的に、制限構造体４を階段状に配置することもできる。これは例えば図１７に示されている。
【０１０３】
図１２ａおよび１２ｂに関連して、本願で説明されたエッジ発光型半導体レーザチップの別の実施例を詳細に説明する。この実施例では、制限構造体は様式化されたクリスマスツリーの形状を有している。すなわち、制限構造体は４つの角を有している。制限構造体の側面４０はここで、制限構造体４の、コンタクトストリップ２の方を向いている終端部で、制限構造体４の、コンタクトストリップ２の方を向いていない終端部に比べて、より平坦な角度を有している。
【０１０４】
制限構造体４の間の間隔ｄは、例えば１０μｍである。間隔ａは１０μｍである。制限ストリップの幅Ｖは、８０μｍである。制限構造体４の最大幅ｂは、４０μｍである。制限構造体４は、充填ライン７から、ゲルマニウムによって満たされている。コンタクトストリップ２の幅Ｂは、７０μｍである。
【０１０５】
図１３ａおよび１３ｂに関連して説明される、本願で説明されるエッジ発光型半導体レーザチップの実施例では、制限構造体は交互に、大きさが異なっている複数のクリスマスツリー型の構造体によって形成されている。ここで制限構造体は、コンタクトストリップ２と対称に、コンタクトストリップの両側に配置されている。コンタクトストリップ２自体は、制限構造体４の方を向いている側面で、波状の構造を有している。これによって、活性領域内への所望の電流印加がさらに改善される。
【０１０６】
図１４の平面図では、概略的に、本願発明のエッジ発光型半導体レーザチップの別の実施例が示されている。ここでは制限構造体４は、複数の楔型の構造体によって形成されており、これらは次のように配向されている。すなわち、制限構造体４の側面４０全体が、０°とは異なる横方向のエッジ角度βと９０°とは異なる横方向のエッジ角度βを、コンタクトストリップの主要延在方向Ｒと成すように配向されている。ここで、制限構造体４のこの配向は、コンタクトストリップ２の中央部分で変化する。これによって、制限構造体４は、共振器内を循環する波に対して、電磁ビーム１０を対称にする。
【０１０７】
図１５と関連して、実施例を説明する。この実施例では制限構造体４は、制限構造体４の底面で、粗面部４２を有している。粗面部とは、静的な粗面部であり、これは例えば、図１８ｄにおいて、概略的な断面図に基づいて説明される。この粗面部はここで例えば少なくとも部分的に、外被層１２を通って、導波路層１３内にまで達する。粗面部は、例えば、ドライケミカルエッチングまたはウエットケミカルエッチングによって形成される。粗面部の典型的な構造サイズは、５０ｎｍ〜５μｍであり、例えば３００ｎｍ〜６００ｎｍである。
【０１０８】
図１６に関連して、概略的な平面図に基づいて、本願で説明されたエッジ発光型半導体レーザチップ１の別の実施例を詳細に説明する。例えば図８に示された実施例とは異なって、制限構造体は粗面部を有している。ここで制限構造体４は例えば陥入部によって構成され、この陥入部の底面は粗面化されている。これは、図１８ｄに関連して説明される。
【０１０９】
図１８ａ〜１８ｆの概略的な断面図において、制限構造体４の構造が詳細に説明されている。図示されたこれらの制限構造体４は、エッジ発光型半導体レーザチップの図示された各実施例で使用可能である。
【０１１０】
図１８ａに関連して示された、制限構造体４の実施例では、制限構造体４は半導体基体１００内の陥入部として構造化されている。例えば、陥入部は半導体基体１００内にエッチングされる。制限構造体４の側面４０はここで、被覆面１ａとの垂直なエッジ角度αを有している。図１８ａの実施例では、この垂直なエッジ角度αは９０°である。このようなエッジ角度は例えば、陥入部が導波路まで達するときではなく、例えばコンタクト層１６のすぐ下側で、外被層１２内まで達したときに選択される。
【０１１１】
これに対して、図１８ｂに関連して実施例が示されており、ここでは制限構造体は、導波路層１３内にまで達する陥入部によって形成されている。半導体基体１００内の陥入部の侵入深さｈがこのように大きい場合には、電磁ビームの、半導体レーザチップ１内で伝播する波が、制限構造体４で散乱する。９０°の領域における側方エッジ、すなわち垂直なエッジ角度αはここでは回避されるべきである。なぜなら、この波はそうでない場合には、迅速に垂直に後方散乱されるからである。
【０１１２】
２０°〜８０°の間の垂直なエッジ角度αが有利である。なぜなら、このような場合には、例えばコンタクト層１６または基板１１内で波の反射がほぼ起こらない、または起こらないからである。コンタクト層１６または基板１１内では電磁ビーム１０が吸収されるであろう。
【０１１３】
図１８ｃに関連して、制限構造体４の実施例が示されている。この実施例では陥入部は充填材料４１によって満たされている。充填材料４１は例えば、ビーム吸収材料であり、これによって、活性領域内の利得プロファイルの他に、光学的な損失プロファイルも、コンタクトストリップ２の両側で形成される。さらに充填材料は、半導体基体１００の周辺材料よりも高い屈折率を有する材料である。これによって、半導体レーザ内で振動するモードが、アンチガイディングによって変形され、さらにコンタクトストリップ２から離れた外側領域内に延びる。この外側領域において、このモードは、利得プロファイルによってより強く影響される。アンチガイディングのメカニズムはここで、例えば横基本モードよりもより強く、高次の横モードに作用する。充填材料４１は有利には、陥入部の側面４０並びに底面を完全に覆う。
【０１１４】
吸収およびアンチガイディングの効果は、適切な材料を選択することによっても組み合わされる。ここで例えば、充填材料としてアモルファスゲルマニウムが特に良好に適している。これは高い屈折率および高い光学吸収を有している。さらに、金属も充填材料４１として使用される。さらに、半導体基体１００よりも小さいバンドギャップと高い屈折率を有する半導体材料を充填材料として使用することが可能である。この半導体材料はこの場合には、例えばエピタキシャルに陥入部内に入れられる。
【０１１５】
図１８ｄでは概略的に、制限構造体４が粗面部も有することができることが示されている。この粗面部によって、制限構造体によって形成される利得プロファイルないし損失プロファイルに対して付加的に、粗面部４２内の局部的な散乱が得られる。これによって高次の横モードがさらに抑圧され、静的な散乱による、粗面部４２での環状共振が阻止される。
【０１１６】
図１８ｅに関連して、概略的な断面図に基づいて、制限構造体４を説明する。これは部分的にしか、充填ライン７からしか、充填材料４１によって充填されていない。ここでは例えば少なくとも、コンタクトストリップ２の方を向いている側面４０は、充填材料４１を有していない。
【０１１７】
図１８ｆに関連して、概略的な断面図に基づいて、制限構造体４を説明する。ここでは例えばゲルマニウムがドーピング物質として、陥入部の底面の拡散領域４３内に入れられている。ドーピングによって、半導体基体１００内に高くｎドープされた領域が形成される。これは入射した電磁波の吸収を強めることができる。ここで、半導体基体１００が陥入部の全体領域において、すなわち陥入部の底面および側面でドーピングされることも可能である。
【０１１８】
本発明は、実施例に基づいた記載に制限されない。むしろ本発明は、新たな特徴並びに特徴の組み合わせを含み、殊に特許請求の範囲に記載された特徴の各組み合わせを含む。これらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が明確には、特許請求の範囲または実施例に記載されていなくても、これは当てはまる。
【０１１９】
本特許出願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００８０５８４３６．３号の優先権を主張する。この文献の開示内容は本願に参考として組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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