(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）上に少なくとも２つの相互に積層して配置されたレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）を有し、前記レーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）が、導波層（８）の間に配置されているそれぞれ１つの活性領域（７）を含み、かつ前記導波層（８）が、前記活性領域（７）とは反対側でそれぞれ１つのクラッド層（６）に隣接している、多重ビームレーザダイオードとしての構造を有するモノリシック集積型レーザダイオードチップであって、
少なくとも１つのレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の前記導波層（８）の少なくとも１つおよび前記クラッド層（６）の少なくとも１つが、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の付加的な元素と、を有し、
少なくとも１つの付加的な元素を有する前記少なくとも１つの導波層（８）および前記少なくとも１つのクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る前記半導体基板（３）と、の間の格子不整合が低減され、
前記少なくとも１つの導波層（８）および前記少なくとも１つのクラッド層（６）の格子定数が前記付加的な元素によって低減されており、
前記少なくとも１つの導波層（８）もしくは前記少なくとも１つのクラッド層（６）が前記半導体基板（３）と隣接していることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの付加的な元素が、ＰまたはＮであることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも２つの導波層（８）もしくは少なくとも２つのクラッド層（６）が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素と、を含有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの導波層（８）と少なくとも１つのクラッド層（６）または少なくとも２つの導波層（８）もしくは少なくとも２つのクラッド層（６）が、少なくとも１つの付加的な元素を異なる濃度で有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項５】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つのレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の各導波層（８）および各クラッド層（６）中に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素と、が含まれていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項６】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
各レーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の各導波層（８）および各クラッド層（６）中に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素と、が含まれていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項７】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの付加的な元素が、少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）の内部で、その濃度において空間的に変化していることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項８】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）が、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の他の付加的な元素を有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）が、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰＳｂもしくはＡｌＧａＡｓＰＳｂを含有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項１０】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの他の導波層（８）もしくはクラッド層（６）が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の他の元素と、を有し、
少なくとも１つの他の元素を有する少なくとも１つの他の導波層（８）もしくはクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）と、の間の格子不整合が低減されていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項１１】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの付加的な元素を有する少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）と、が、同じ格子定数を有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項１２】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの付加的な元素が、第Ｖ主族の元素であり、
前記付加的な元素の割合が、第Ｖ主族の元素について、少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）において、高くても１５％であることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項１３】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
少なくとも１つの付加的な元素が、第ＩＩＩ主族の元素であり、
前記付加的な元素の割合が、第ＩＩＩ主族の元素について、少なくとも１つの導波層（８）もしくは少なくとも１つのクラッド層（６）において、高くても１５％であることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【請求項１４】
請求項１または２に記載のレーザダイオードチップであって、
レーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）が、トンネル接合（５）によって互いに接続されていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板上に少なくとも２つの相互に積層して配置されたレーザ積層体を有し、前記レーザ積層体が、導波層の間に配置されているそれぞれ１つの活性領域を含み、かつ前記導波層が、活性領域とは反対側でそれぞれ１つのクラッド層に隣接している、多重ビームレーザダイオードとしての構造を有するモノリシック集積型レーザダイオードチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
係る多重ビーム−レーザダイオードとしての構造を有するレーザダイオードチップは、例えば刊行物ＵＳ５，２１２，７０６号及びＥＰ１０５１７８３号Ｂ１から公知である。レーザダイオードは、通常は、層列として成長され、その際、個々の層は異なる材料を有するので、従って異なる格子定数を有してよい。基板及び成長された層の異なる格子定数は、歪みをもたらすので、該積層体において弾性エネルギーが蓄えられ、隣接する層の間に力が加わり、それによって、該レーザダイオードチップの機能様式を損ねることがある。２つの層の間に作用する力が大きすぎる場合には、層中もしくは層間に格子転位が生じ、それによってダイオードレーザの機能を更に損なうことがある。
【０００３】
刊行物ＤＥ１００５７６９８号Ａ１によれば、前記の問題は、第一のダイオードレーザと第二のダイオードレーザとの間に配置される付加的な接触層によって解消されることが知られており、その際、該接触層は、基板と第一のダイオードレーザとの間の格子不整合を、基板と接触層との間の反対の符号を有する格子不整合によって補償されるように構成されている。
【０００４】
しかしながら、こうして補償された歪みによって、隣接する層の間に、局所的な歪みと格子不整合が存在し続けるか、それどころか高められる。
【特許文献１】ＵＳ５，２１２，７０６号
【特許文献２】ＥＰ１０５１７８３号Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ１００５７６９８号Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、多重ビーム−レーザダイオードとしての構造を有するモノリシック集積型レーザダイオードチップであって、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板と導波層もしくはクラッド層の少なくとも１つとの間で局所的な歪みと格子不整合が減少されているため、レーザダイオードチップの劣化が遅く、従ってレーザダイオードチップの寿命が高まるモノリシック集積型レーザダイオードチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）上に少なくとも２つの相互に積層して配置されたレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）を有し、前記レーザ積層体が、導波層（８）の間に配置されているそれぞれ１つの活性領域（７）を含み、かつ前記導波層（８）が、活性領域（７）とは反対側でそれぞれ１つのクラッド層（６）に隣接している、多重ビームレーザダイオードとしての構造を有するモノリシック集積型レーザダイオードチップであって、少なくとも１つのレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の前記の導波層（８）もしくはクラッド層（６）の少なくとも１つが、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の付加的な元素とを有し、少なくとも１つの付加的な元素を有する少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）との間の格子不整合が低減されていることを特徴とするレーザダイオードチップによって解決される。
【０００７】
本発明の好ましい実施態様は、以下のとおりである。
【０００８】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素が、Ｐ、Ｎ、ＩｎもしくはＳｂであることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【０００９】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素によって、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）の格子定数が低減されていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１０】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの導波層（８）と少なくとも１つのクラッド層（６）又は少なくとも２つの導波層（８）もしくは少なくとも２つのクラッド層（６）が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素とを含有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１１】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの導波層（８）と少なくとも１つのクラッド層（６）又は少なくとも２つの導波層（８）もしくは少なくとも２つのクラッド層（６）が、少なくとも１つの付加的な元素を異なる濃度で有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１２】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つのレーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の各導波層（８）及び各クラッド層（６）中に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素とが含まれていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１３】
前記のレーザダイオードチップであって、各レーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）の各導波層（８）及び各クラッド層（６）中に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素とが含まれていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１４】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素が、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）の内部で、その濃度において空間的に変化していることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１５】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）が、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の他の付加的な元素を有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１６】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）が、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰＳｂもしくはＡｌＧａＡｓＰＳｂを含有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１７】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの他の導波層（８）もしくはクラッド層（６）が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の他の元素とを有し、少なくとも１つの他の元素を有する少なくとも１つの他の導波層（８）もしくはクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板との間の格子不整合が低減されていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１８】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素を有する少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板（３）とが、同じ格子定数を有することを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００１９】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素が、第Ｖ主族の元素であり、前記付加的な元素の割合が、第Ｖ主族の元素について、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）において、高くても１５％であることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００２０】
前記のレーザダイオードチップであって、少なくとも１つの付加的な元素が、第ＩＩＩ主族の元素であり、前記付加的な元素の割合が、第ＩＩＩ主族の元素について、少なくとも１つの導波層（８）もしくはクラッド層（６）において、高くても１５％であることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００２１】
前記のレーザダイオードチップであって、レーザ積層体（４ａ，４ｂ，４ｃ）が、トンネル接合（５）によって互いに接続されていることを特徴とするレーザダイオードチップ。
【００２２】
それに応じて、本発明は、多重ビーム−レーザダイオードとしての構造を有するモノリシック集積型レーザダイオードチップであって、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板上に、少なくとも２つの相互に積層して配置されたレーザ積層体を有し、前記レーザ積層体が、導波層の間に配置された、それぞれ１つの活性領域を含む、モノリシック集積型レーザダイオードチップを提供する。導波層は、活性領域とは反対側で、それぞれ１つのクラッド層と隣接している。少なくとも１つのレーザ積層体の導波層もしくはクラッド層の少なくとも１つは、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の少なくとも１つの付加的な元素とを有するので、少なくとも１つの付加的な元素を有する少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板との間の格子不整合は、減少する。
【００２３】
少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層と半導体層との間の格子不整合の減少によって、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層と半導体基板との間の局所的な歪みは減少し、それによって、これらの層間での力は低下する。それによって、レーザダイオードチップの劣化は遅くなり、それにより、レーザダイオードチップの寿命は好ましくは長くなる。
【００２４】
少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層中に含まれる、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）に対して付加的な、第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の少なくとも１つの元素によって、劣化安定性を大きく高めることができる。好適な第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の付加的な元素は、導波層もしくはクラッド層の格子定数が、付加的な元素によって、ＧａＡｓを含有する基板の格子定数に近づくように改変されるという点で優れている。
【００２５】
本発明による多段式のモノリシック集積型レーザは、高い熱負荷を結果として伴う安定な準連続的な（ｑ−ｃｗ）作動モードで使用することができ、その際、多段式のモノリシック集積型レーザの利点を活用できる。多段式のモノリシック集積型レーザダイオードチップの利点は、とりわけ、低い電流密度と、低いファセット負荷と、組立部品の削減による安い費用である。
【００２６】
更に、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層と半導体基板との間の局所的な格子不整合の減少によって、特に、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板と隣接したクラッド層との間の格子不整合の減少によって、該半導体基板の撓みを減らすことができる。それというのも、これらの層間での局所的な歪みが減少し、従ってこれらの層間での力が減少するからである。それによって、半導体基板の破損の危険性が低下する。更に、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板と少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層との間の局所的な歪みの減少によって、レーザインゴット（Ｌａｓｅｒｂａｒｒｅ）への破断に際してファセットの破断品質が改善される。加えて、レーザダイオードチップの信頼度が高まる。
【００２７】
有利には、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層にＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）に加えて添加される付加的な元素であって、ＡｌxＧａ1-xＡｓの格子定数を低下させるため、該付加的な元素を含まずに存在する圧縮歪みを低減できる元素は、ＰもしくはＮである。少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層にＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）に加えて添加される付加的な元素であって、ＡｌxＧａ1-xＡｓの格子定数を増大させるため、該付加的な元素を含まずに存在する引張歪みを低減できる元素は、ＩｎもしくはＳｂである。
【００２８】
有利には、少なくとも１つの付加的な元素は、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層において、この導波層もしくはクラッド層の格子定数を減少させる。前記の少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層の格子定数の減少は、当該少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層の格子定数が、半導体基板の格子定数に、従ってＧａＡｓの格子定数に近づくという利点を有するが、それは、少なくとも１つの付加的な元素を含まない少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層の格子定数が、ＧａＡｓの格子定数よりも大きい場合である。
【００２９】
更に、有利には、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層中の少なくとも１つの付加的な元素によって、前記の導波層もしくはクラッド層の格子定数が増大して、半導体基板の格子定数に、従ってＧａＡｓの格子定数に近づくことが予定されるが、それは、少なくとも１つの付加的な元素を含まない少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層の格子定数が、ＧａＡｓの格子定数よりも小さい場合である。
【００３０】
有利には、少なくとも１つの導波層と少なくとも１つのクラッド層、又は少なくとも２つの導波層もしくは少なくとも２つのクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素とを有する。その際、有利には、少なくとも１つの導波層と少なくとも１つのクラッド層、又は少なくとも２つの導波層もしくは少なくとも２つのクラッド層は、少なくとも１つの付加的な元素を、異なる濃度で有する。
【００３１】
例えば、第一のレーザ積層体の２つのクラッド層は、両者とも、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）に対して付加的な元素として、リンを有する。その際、例えば、ＧａＡｓを含む半導体基板に面しているクラッド層は、第二のレーザ積層体に面しているクラッド層よりも高濃度のリンを有する。
【００３２】
その際、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と付加的な元素とを含有する層列は、レーザ積層体の１つに制限されない。また選択的に、第一のレーザ積層体の層の少なくとも１つと、第二のレーザ積層体の層の少なくとも１つは、付加的な元素を、同じ濃度でもしくは異なる濃度で有してもよい。
【００３３】
本発明の好ましい実施態様は、少なくとも１つのレーザ積層体の各導波層と各クラッド層において、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、少なくとも１つの付加的な元素とが含まれていることを予定している。このように、少なくとも１つのレーザ積層体の全ての層の、ＧａＡｓの格子定数に対する特に良好な格子整合が達成できる。
【００３４】
特に有利には、各レーザ積層体の各導波層と各クラッド層において、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と少なくとも１つの付加的な元素とが含まれている。このように、全てのレーザ積層体の全ての層の、ＧａＡｓの格子定数に対する特に良好な格子整合が達成できる。
【００３５】
しかしながら、選択的に、少なくとも１つのレーザ積層体の各導波層もしくはクラッド層において、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）及び／又は少なくとも１つの付加的な元素が含まれておらず、レーザダイオードチップが、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）を含まず、かつ／又は付加的な元素を含まない導波層もしくはクラッド層を有することも可能である。
【００３６】
本発明の更なる一実施態様は、少なくとも１つの付加的な元素が、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層の内部で、その濃度において空間的に変化していることを予定している。例えば、レーザ積層体の複数の層の１つにおける付加的な元素の濃度は、活性領域の方向で減少する。
【００３７】
それによって、有利には、付加的な元素を有する層の、該付加的な元素を有する層の上方と下方に存在する２つの隣接する層に対する格子整合が改善されうる。
【００３８】
有利には、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と付加的な元素とを含有する少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層は、第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の少なくとも１つの他の付加的な元素を有する。つまり、付加的な元素と他の付加的な元素とを有する少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層は、５つ以上の成分から構成されている。
【００３９】
例えば、第一のレーザ積層体の導波層もしくはクラッド層の１つは、リンを付加的な元素として含有し、かつインジウムを他の付加的な元素として含有する。
【００４０】
有利には、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層は、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰＳｂもしくはＡｌＧａＡｓＰＳｂを含有する。
【００４１】
本発明の更なる一実施態様は、少なくとも１つの他の導波層もしくはクラッド層が、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の少なくとも１つの他の元素とを有するので、少なくとも１つの他の元素を有する少なくとも１つの他の導波層もしくはクラッド層と、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板との間の格子不整合は、減少する。
【００４２】
例えば、第一のレーザ積層体の第一のクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、付加的な元素としてリンとを含有し、付加的に、他の層、例えば第二のレーザ積層体の第一の導波層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、第ＩＩＩ主族もしくは第Ｖ主族の他の元素、例えば窒素を含有する。
【００４３】
それによって、有利には、両方の層の、従って例えば第一のレーザ積層体の第一のクラッド層と付加的に第二のレーザ積層体の第一の導波層との格子整合は、付加的な元素と、該付加的な元素と異なる他の元素とによって、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板の格子定数に最適化することができる。
【００４４】
有利には、レーザダイオードチップのそれぞれの個々の層の、それぞれ２つの隣接する層に対する格子整合は、一様である。それによって、レーザダイオードチップの全ての層の間に同じ大きさの格子不整合が生じ、従ってレーザダイオードチップにおいて、全体として、低減された一定の歪みが生じうる。
【００４５】
他の一実施態様では、少なくとも１つの付加的な元素を有する少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層と、少なくとも１つの隣接する層とは、同じ格子定数を有する。その際、レーザダイオードチップの各層が同じ格子定数を有することは必ずしも必要ではなく、むしろ、全体として、レーザダイオードチップの格子不整合が低減される限りは、レーザダイオードチップの個々の層間で低い局所的な格子不整合が存在したままでよい。
【００４６】
有利には、少なくとも１つの付加的な元素は、第Ｖ主族の元素であり、その際、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層中での第Ｖ主族の元素についての付加的な元素の割合は、高くても１５％である。例えば、導波層もしくはクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ≦１及び１−ｙ≦０．１５）を含有する。
【００４７】
選択的に、少なくとも１つの付加的な元素は、第ＩＩＩ主族の元素であり、その際、少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層中での第ＩＩＩ主族の元素についての付加的な元素の割合は、高くても１５％である。例えば、導波層もしくはクラッド層は、Ｉｎ1-x-zＡｌxＧａzＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ、ｙ、ｚ＜１、ｘ＋ｚ＜１及び１−ｘ−ｚ≦０．１５）を含有する。
【００４８】
導波層もしくはクラッド層の格子定数の、半導体基板の格子定数に対する、従ってＧａＡｓの格子定数に対する整合のために、例えば導波層もしくはクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ≦１及び０．０２≦１−ｙ≦０．０３）を含有する。更に、導波層もしくはクラッド層は、より高い割合の付加的な元素、例えばリンを有することも可能である。例えば、導波層もしくはクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ≦１及び１−ｙ＝０．０８）を含有し、それにより、引張歪みが生ずる。前記の導波層もしくはクラッド層が、付加的に、傾向的に圧縮歪みをもたらす他の元素、例えばＩｎを有する場合に、この導波層もしくはクラッド層の好適な組成の場合には、同様に、ＧａＡｓの格子定数に対する格子整合を達成できる。
【００４９】
更に、他の組成が第ＩＩＩ主族及び／又は第Ｖ主族の元素から好適に、ＧａＡｓに格子整合的に成長する他の濃度も考えられる。その際、５つより多くの成分からなる層の組成も考えられる。
【００５０】
有利には、導波層もしくはクラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ≦１及び１−ｙ≦０．１５）又はＡｌxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（式中、０≦ｘ≦１及び１−ｙ≦０．１０）を含有する。
【００５１】
ＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ、ｙ＜１）を含有する導波層もしくはクラッド層の格子定数を増加させ、従って、供給されたリンによって生じうる存在する引張歪みを低下させうる他の元素として、この導波層もしくはクラッド層において、有利には、ＩｎもしくはＳｂが含まれている。有利には、導波層もしくはクラッド層は、Ｉｎ1-x-zＡｌxＧａzＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ、ｙ、ｚ＜１及び１−ｘ−ｚ≦０．１５）又はＡｌxＧａzＳｂ1-x-zＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ、ｙ、ｚ＜１及び１−ｘ−ｚ≦０．１０）を含有する。
【００５２】
該レーザダイオードチップは、例えば２つもしくは３つのレーザ積層体を有してよい。しかしながら、特に、レーザダイオードチップが、４つ以上の、特に有利にはそれどころか５つ以上のレーザ積層体を有することも可能である。該レーザダイオードチップ中の複数のモノリシック集積型レーザ積層体の配置は、少なくとも１つのレーザ積層体の少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層における、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）に対して付加的な少なくとも１つの第ＩＩＩ主族及び／又は第Ｖ主族の元素によって容易になる。それというのも、該付加的な元素によって、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板と少なくとも１つの導波層もしくはクラッド層との間にほぼ格子不整合が生じず、従ってまた、複数のモノリシック集積型レーザ積層体の場合にレーザダイオードチップの崩壊をもたらしうる前記層間での歪みがほぼ生じないからである。
【００５３】
更なる好ましい一実施態様においては、少なくとも２つのレーザ積層体の間に、トンネル接合が配置されている。該トンネル接合は、有利には半導体層列中に集積されており、かつ特に有利には２つの、好ましくは高ドープされた層が、異なる導電型を含む。特に有利には、全てのレーザ積層体の間に、それぞれ１つのトンネル接合が配置されている。
【００５４】
レーザ積層体のそれぞれの活性領域は、有利には、ビーム生成のために、ｐｎ−接合、二重ヘテロ構造、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）もしくは、特に有利には単一量子井戸構造（ＳＱＷ）を含む。この場合に、量子井戸構造という用語は、量子化の次元数に関する記載を内包しない。従って、該用語は、とりわけ、量子トラフ（Ｑｕａｎｔｅｎｔｒｏｅｇｅ）、量子ワイヤ及び量子ドット及びこれらの構造のあらゆる組み合わせを含む。
【００５５】
更なる一実施態様においては、レーザダイオードチップは、良好な排熱のために、冷却体上に取り付けられていてよい。それによって、付加的に、レーザダイオードチップの寿命が延びる。
【００５６】
有利には、レーザダイオードチップを、半導体基板のレーザ積層体と反対側の表面に接触させるために、接触層が施与されている。レーザダイオードチップの更なる接触のために、有利には、基板と反対側のレーザ積層体上に、金属被覆が施与されている。この金属被覆は、完全に平坦に構成されていてよく、又はパターニングを有してもよい。
【００５７】
有利には、レーザダイオードチップは、有利には５０μｓ〜１５００μｓの、特に有利には１００μｓ〜１０００μｓのパルス長と、１％〜２０％のデューティ比（デューティサイクル）とで準連続的な（ｑ−ｃｗ）作動モードで作動する。シミュレーションは、本発明によるレーザダイオードチップが、前記のモードにおいて、より長時間にわたり、かつ高い出力で作動可能であることを示している。
【００５８】
該レーザダイオードチップの他の特徴、利点、好ましい実施形態並びに有用性は、以下に、図１及び２に関して説明される実施例から明らかである。
【００５９】
同じもしくは同作用の構成要素は、それぞれ同じ番号を有する。図示される構成要素並びに該構成要素の相互の大きさの比率は、尺度どおりと見なされるべきでない。
【００６０】
図１に図示されるビーム放出するレーザダイオードチップでは、該レーザダイオードチップは、背面接点１、前面接点２、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板３、それぞれ若干数の異なる層から構成される３つのレーザ積層体４ａ、４ｂ、４ｃを有し、前記レーザ積層体は、それぞれ、素子の動作中に、少なくとも１つのビーム（例えば赤外線）を放射する活性領域を有する。
【００６１】
レーザダイオードチップの３つのモノリシック集積型レーザ積層体４ａ、４ｂ、４ｃは、ＧａＡｓを含んで成る半導体基板３上に配置されている。個々のレーザ積層体は、トンネル接合５によって互いに接続されている。
【００６２】
図２から明白なように、各モノリシック集積型レーザ積層体４ａ、４ｂ、４ｃの導波層８であって、それぞれ活性領域７を取り囲む層は、それぞれクラッド層６に隣接している。例えば、最下方のレーザ積層体４ａは、第一のクラッド層６、該第一のクラッド層６上に施与された導波層８、該第一の導波層８上に施与された活性層７、該活性層７上に施与された第二の導波層８、該第二の導波層８上に施与された第二のクラッド層６を有する。
【００６３】
図１から明白なように、第一のレーザ積層体の第二のクラッド層６にトンネル接合５が接続されており、その上に第二のレーザ積層体４ｂの相応の層が配置されている。レーザ積層体４ｂに続いてレーザ積層体４ｃがあり、その際、レーザ積層体４ｂとレーザ積層体４ｃとの間に、更なるトンネル接合５が配置されている。
【００６４】
それぞれの活性領域７は、有利にはＩｎＧａＡｓもしくはＡｌＩｎＧａＡｓを含有する。しかしながら、選択的に、それぞれの活性領域７は、また、別の材料を含有してもよい。
【００６５】
それぞれの活性領域７は、電流印加に際して、例えば赤外波長領域からなる電磁線を放出する。該領域は、例えばｐｎ−接合、二重ヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有してよい。係る構造は当業者に公知であるため、ここでは詳説しない。活性領域は、それぞれ光円錐９の放射角で光を放出する。
【００６６】
レーザダイオードチップの場合に、有利には３つのレーザ積層体の導波層８も、クラッド層６も、それぞれＡｌxＧａ1-xＡｓ（式中、０≦ｘ≦１）と、付加的な元素、例えばリンによって最適化されている。
【００６７】
これらの層は、有利にはＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（式中、０≦ｘ＜１及び０≦ｙ＜１）を含有する。しかしながら、また、これらの層が、他の付加的な元素、例えばＩｎ、ＳｂもしくはＮを含有することも考慮できるので、ＩｎＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓＰＳｂもしくはＡｌＧａＡｓＰＳｂからなる組成となる。
【００６８】
１つ以上の付加的な元素によって、導波層８及びクラッド層６の格子定数は、ＧａＡｓからなる半導体基板３の格子定数に近づくので、隣接した層間での局所的な歪みはほぼ生じない。特に有利には、格子不整合は生じず、従って隣接する層間での歪みは生じない。また、レーザ積層体の個々の導波層８もしくはクラッド層６だけが１つ以上の付加的な元素によって最適化されていてもよい。
【００６９】
前記の層列の製造は、例えば分子線エピタキシーによって実施できる。その製造は、また、有機金属気相エピタキシー、気相エピタキシーもしくは液相エピタキシーによっても可能である。
【００７０】
該実施例の説明は、個々の層の数に限定するとして解されるべきでない。個々の導波層もしくはクラッド層は、同様に１つの層列から構成されていてよい。同様に、レーザダイオードチップは、上述の層の他に、例えば緩衝層、障壁層、中間層及び／又は遷移層を含んでよい。更に、レーザダイオードチップの個々の層は、異なるドーピングを有してよい。
【００７１】
前記した実施例をもとにする本発明によるレーザダイオードチップの説明は、本発明をこれらに限定するものではない。むしろ、本発明はそれぞれの新規の特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを包括し、この特徴もしくはこの組み合わせ自体が特許請求の範囲もしくは実施例内に明示的に記載されていない場合であっても、特に特許請求の範囲内の特徴の各組み合わせを包含する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明によるレーザダイオードチップの第一の実施例の概略断面図を示している。
【図２】図２は、本発明によるレーザダイオードチップの第一の実施例のレーザ積層体の概略的な拡大図を示している。
【符号の説明】
【００７３】
１  背面接点、  ２  前面接点、  ３  半導体基板、  ４ａ，４ｂ，４ｃ  モノリシック集積型レーザ積層体、  ５  トンネル接合、  ６  クラッド層、  ７  活性層、  ８  導波層
【図１】
0005623007.tif 000002
【図２】
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