(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面放射型の半導体ボディ（１０）とフォトダイオード（１３）とを備えている半導体レーザ光源において、
前記半導体ボディ（１０）は、ｎ導電型層（１１１）と、活性層（１１２）と、ｐ導電型層（１１３）とを備えている半導体積層体（１１０）を含んでおり、
前記半導体積層体（１１０）は、コヒーレントな部分（２１）を含む電磁ビームを形成するように構成されており、
前記半導体レーザ光源は、前記活性層（１１２）に対して傾けられて設けられている、前記半導体ボディ（１０）の出力面（１０１）から前記電磁ビームの前記コヒーレントな部分（２１）を出力するように構成されており、
前記半導体ボディ（１０）は、前記出力面（１０１）に対して傾けられて設けられている別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）を有しており、
前記半導体ボディ（１０）は、少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）を有しており、該光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）は、前記半導体積層体（１１０）によって形成された前記電磁ビームの一部を前記別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）の方向へと偏向させるために設けられており、
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）は、前記出力面（１０１）の法線ベクトル（Ｎ）に対して傾いて延びている主延在面（Ｅ）を有しており、
前記フォトダイオード（１３）は、前記半導体ボディ（１０）の前記別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）上又はその上方に配置されている、
ことを特徴とする、半導体レーザ光源。
【請求項２】
端面放射型の半導体ボディ（１０）とフォトダイオード（１３）とを備えている半導体レーザ光源において、
前記半導体ボディ（１０）は、ｎ導電型層（１１１）と、活性層（１１２）と、ｐ導電型層（１１３）とを備えている半導体積層体（１１０）を含んでおり、
前記半導体積層体（１１０）は、コヒーレントな部分（２１）を含む電磁ビームを形成するように構成されており、
前記フォトダイオード（１３）は前記半導体ボディ（１０）内にモノリシックに集積されており、
前記半導体レーザ光源は、前記活性層（１１２）に対して傾けられて設けられている、前記半導体ボディ（１０）の出力面（１０１）から前記電磁ビームの前記コヒーレントな部分（２１）を出力するように構成されており、
前記半導体ボディ（１０）は、前記出力面（１０１）に対して傾けられて設けられている別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）を有しており、
前記半導体ボディ（１０）は、少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）を有しており、該光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）は、前記半導体積層体（１１０）によって形成された前記電磁ビームの一部を前記別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）の方向へと偏向させるために設けられており、
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２０Ａ，１２０Ｂ）は、前記出力面（１０１）の法線ベクトル（Ｎ）に対して傾いて延びている主延在面（Ｅ）を有しており、
前記フォトダイオード（１３）と前記活性層（１１２）との間に絶縁体が配置されている、
ことを特徴とする、半導体レーザ光源。
【請求項３】
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）は、前記ｎ導電型層（１１１）又は前記ｐ導電型層（１１３）から前記活性層（１１２）内まで延在しているか、又は前記活性層（１１２）を貫通して延在している、請求項１又は２に記載の半導体レーザ光源。
【請求項４】
前記半導体ボディ（１０）は導波リッジ（１１４）を有しており、該導波リッジ（１１４）は前記半導体積層体（１１０）から形成されており、且つ、前記出力面（１０１）の法線ベクトル（Ｎ）の方向に延びる主延在方向（Ｓ）を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項５】
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）は、少なくとも前記ｐ導電型層（１１３）内に延在しており、且つ、前記ｐ導電型層（１１３）の領域において、前記導波リッジ（１１４）から横方向に距離（Ｄ）を置いて設けられている、請求項４に記載の半導体レーザ光源。
【請求項６】
前記半導体レーザ光源は第１の光散乱部分領域（１２Ａ）及び第２の光散乱部分領域（１２Ｂ）を有しており、
前記第１の光散乱部分領域（１２Ａ）は少なくとも前記ｎ導電型層内に延在しており、
前記第２の光散乱部分領域（１２Ｂ）は少なくとも前記ｐ導電型層内に延在しており、
前記第１の光散乱部分領域（１２Ａ）及び前記第２の光散乱部分領域（１２Ｂ）は、前記出力面（１０１）を平面で見ると、前記ｎ導電型層（１１１）、前記活性層（１１２）及び前記ｐ導電型層（１１３）が順次連続して設けられている垂直方向（Ｖ）において重畳していないか、又は部分的にのみ重畳している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項７】
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）を形成するために、前記半導体ボディ（１０）内に空所が形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項８】
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）は、該少なくとも一つの光散乱部分領域（１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）に接している前記半導体ボディ（１０）の領域が有している材料組成又は結晶構造とは異なる、前記半導体ボディ内の材料組成及び／又は結晶構造によって形成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項９】
前記少なくとも一つの光散乱部分領域（１２）は横断方向リッジ（１２０Ａ，１２０Ｂ）によって形成されており、該横断方向リッジ（１２０Ａ，１２０Ｂ）は前記導波リッジ（１１４）の側方において前記半導体積層体（１１０）上に被着されているか、又は前記半導体積層体（１１０）から形成されている、請求項４に記載の、又は請求項４を引用する請求項５乃至８のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１０】
前記横断方向リッジ（１２０Ｂ）の屈折率は、前記導波リッジ（１１４）の屈折率とは異なる、請求項９に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１１】
前記光散乱部分領域（１２）は、前記出力面（１０１）を平面で見ると、該光散乱部分領域（１２）が前記活性層（１１２）の一部分（１１２０）を包囲するようにＵ字状に形成されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１２】
前記フォトダイオード（１３）は、前記半導体ボディ（１０）の前記別の外面（１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ）上又はその上方に配置されている、請求項２又は請求項２を引用する請求項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１３】
前記フォトダイオード（１３）は前記半導体ボディ（１０）の長手方向側面（１０２Ａ）の隣に配置されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１４】
前記半導体ボディ（１０）は導波リッジ（１１４）を有しており、
前記フォトダイオード（１３）は前記導波リッジ（１１４）の側方において、前記半導体ボディ（１０）のｐ側外面（１０２Ｂ）上に被着されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１５】
前記フォトダイオード（１３）は、前記半導体ボディ（１０）内にモノリシックに集積されている、請求項１又は請求項１を引用する請求項に記載の半導体レーザ光源。
【請求項１６】
前記フォトダイオード（１３）と、該フォトダイオードに接している、前記活性層（１１２）の一部分（１１２０）との間に、前記フォトダイオード（１３）の屈折率よりも高く、且つ前記活性層（１１２）の屈折率よりも高い屈折率を有している材料が配置されている、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の半導体レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面放射型の半導体ボディを備えている半導体レーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
端面放射型の半導体ボディを備えている半導体レーザ光源は例えば刊行物WO 2009/080012 A1から公知である。
【０００３】
従来の半導体レーザ光源における問題は、放射されるレーザビームの遠視野が、ガウス状のビームプロフィールからの偏差することによって、結像特性が不十分になる可能性があることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、遠視野におけるノイズが可能な限り少なく、且つ、非常に安定した出力でもって効率的に駆動させることができる、半導体レーザ光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は請求項１に記載されている半導体レーザ光源によって解決される。半導体レーザ光源の有利な実施の形態及び発展形態は従属請求項に記載されており、それらの開示内容はここで明示的に本明細書に取り込まれる。
【０００６】
本発明により半導体レーザ光源が提供される。半導体レーザ光源は半導体ボディを有している。半導体ボディは、ｎ導電型層と、活性層と、ｐ導電型層とを備えている半導体積層体を含んでいる。ｎ導電型層、活性層及びｐ導電型層が順次連続して設けられている方向を以下では「垂直方向」と称する。
【０００７】
それらの層はそれぞれ、複数の個別層から構成することができる。例えば、ｎ導電型層は、ｎ導電型半導体基板と、そのｎ導電型半導体基板上に形成された、特にエピタキシャル成長された、同様にｎ導電型の半導体層とを有することができる。活性層は例えば、一連の個別層を含んでおり、それらの個別層を用いて量子井戸構造、特に単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Single quantum well）又は多量子井戸構造（ＭＱＷ：multiple quantum well）を形成することができる。
【０００８】
半導体積層体は、コヒーレントな部分を含む電磁ビームを形成するように構成されている。例えば、半導体レーザ光源、有利には半導体ボディはこのために共振器を含んでいる。特に、電磁ビームのコヒーレントな部分はレーザビーム、例えば赤外線レーザビーム、可視レーザビーム又は紫外線レーザビームである。このコヒーレントな部分は例えば、共振器の基本モードのレーザビームで良い。
【０００９】
例えば、半導体ボディは半導体材料ＩｎＧａＮを基礎としている。この場合、半導体ボディは、例えば、輝度最大値が青色スペクトル領域又は緑色スペクトル領域にあるコヒーレントな部分を有している電磁ビームを放射することができる。択一的に、半導体積層体は例えば半導体材料ＩｎＧａＡｓを基礎とすることができる。この場合、コヒーレントな部分は、例えば赤外線スペクトル領域において輝度最大値を有している。
【００１０】
半導体レーザ光源の動作時に半導体積層体から放射される電磁ビームは、特に、コヒーレントな部分ではない別の部分も含んでいる。例えば、半導体積層体は、電磁ビームの別のコヒーレントな部分及び／又は非コヒーレントな電磁ビームを放射する。別のコヒーレントな部分は、例えば、比較的高い次数のレーザモード、例えば寄生的な基板モード及び／又は導波モードである。
【００１１】
半導体ボディは特に端面放射型の半導体ボディである。このことは、半導体ボディが、活性層に対して傾いている、特に活性層に対して垂直である出力面を有していることを意味する。この、出力面は「ファセット」と称されることもある。好適には、半導体レーザ光源は、半導体ボディの出力面から電磁ビームのコヒーレントな部分を出力するように構成されている。
【００１２】
一つの構成では、端面放射型の半導体ボディが、出力面とは反対側の短手方向側面を有している。この短手方向側面は有利にはミラーコーティングされており、また出力面と共に共振器を形成している。更に、半導体ボディは相互に対向する二つの長手方向側面を有しており、それらの長手方向面は特に出力面から短手方向側面に向かって延びている。出力面、短手方向側面及び／又は長手方向側面は、特に、半導体ボディの上側のｐ側の外面から、（そのｐ側の外面とは反対側にある）ｎ側の外面まで延在している。
【００１３】
一つの構成においては、半導体ボディはリッジを有しており、このリッジを以下では導波リッジと称する。導波リッジは半導体積層体から形成されており、且つ、有利には出力面の法線ベクトルの方向に延びている主延在方向を有している。本発明による「リッジ」は特に、半導体ボディのｐ側外面を上から見ると、このリッジの主延在方向の寸法が、その主延在方向に垂直な方向における寸法と比較して少なくとも２倍、有利には少なくとも５倍であるように成形されている。導波リッジは例えば、出力面から半導体ボディの短手方向側面まで延在している。導波リッジは例えば、半導体ボディのｐ側の表面の構造化によって形成されている。
【００１４】
半導体ボディは、出力面に対して傾けられている、特に出力面に対して垂直な別の外面を有している。例えば、別の外面は長手方向側面、ｐ側外面、ｎ側外面の内の一つ又は複数である。
【００１５】
更に、半導体ボディは少なくとも一つの光散乱部分領域を有しており、この光散乱部分領域は、半導体積層体によって形成された電磁ビームの一部を別の外面の方向へと偏向させるために設けられている。例えば、光散乱部分領域は、電磁ビームの別のコヒーレントな部分及び／又は電磁ビームの非コヒーレントな部分を、少なくとも部分的に別の外面の方向へと散乱させる。
【００１６】
光散乱部分領域は、半導体積層体によって形成された電磁ビームを、付加的に、半導体ボディの別の外面の方向へと特に散乱によって偏向させることができる。光散乱部分領域は好適には、出力面に入射する、コヒーレントな部分に含まれない電磁ビームの部分の輝度を低減させることに適している。例えば、寄生基板モード及び／又は導波モードに由来する電磁ビームを、光散乱部分領域によって、出力面から離れる方向に偏向させることができる。
【００１７】
本明細書において、半導体ボディが少なくとも一つの光散乱部分領域を有しているということは、半導体ボディが光散乱部分領域を一つだけ有しているか、又は、複数の光散乱部分領域を有していることと解される。例えば、半導体ボディは、半導体積層体によって形成された電磁ビームの一部を別の外面の方向へと偏向させるためにそれぞれ設けられている、第１の光散乱部分領域及び第２の光散乱部分領域を一つずつ有している。また半導体ボディは、半導体積層体から放射される電磁ビームを半導体ボディの複数の異なる別の外面の方向へと偏向させるために設けられている、複数の異なる光散乱部分領域を有することもできる。
【００１８】
本発明者は、少なくとも一つの光散乱部分領域から、別の外面の方向に向かって散乱された、電磁ビームの部分の輝度が、線形に又は少なくとも近似的に線形に、出力面から出力されるコヒーレントな部分の輝度と共に変化することを確認した。従って、光散乱部分領域から外面の方向へと偏向される散乱ビームを有利には測定することができ、また有利には半導体積層体を流れる動作電流を開ループ制御又は閉ループ制御するために使用することができる。
【００１９】
それと同時に、そのようにして、出力面から放出されるレーザビームの非常に良好なビーム品質を達成することができる。例えば、比較的高次のレーザモードの部分は非常に少ないので、ビームプロフィールはガウス形状から極僅かにしか偏差しない。特に、ビームプロフィールはそのような端面ピークを有していないか、又は非常に小さい端面ピークしか有していないか、又は波状部分（いわゆるリプル）を有していない。ここで、光散乱部分領域は有利には、特に発振閾値及び透過率のような典型的なレーザ特性に不利に作用しない。
【００２０】
更には、従来の半導体レーザ光源において一般的に行われているように、電磁ビームのコヒーレントな部分の輝度を測定するために、出力面とは反対側に設けられている短手方向側面のミラーコーティングを減らすことを回避することができる。
【００２１】
少なくとも一つの構成によれば、少なくとも一つの光散乱部分領域がｐ導電型層又はｎ導電型層から活性層内まで、又は活性層を貫通して延在している。このようにして、ビームプロフィールの横方向のノイズを非常に効果的に低減することができる。
【００２２】
少なくとも一つの光散乱部分領域が少なくともｐ導電型層内に延在する別の構成においては、この少なくとも一つの光散乱部分領域は、少なくともｐ導電型層の領域において、導波リッジから横方向に距離を置いて設けられている。一つの発展形態において、横方向の距離は２０μｍ以下、有利には５μｍ以下、特に有利には２μｍ以下である。半導体レーザ光源が複数の光散乱部分領域を有している場合には、特に、少なくともｐ導電型層内に延在する各部分領域が、少なくともｐ導電型層の領域において、導波リッジから横方向に距離を置いて設けられている。
【００２３】
この構成による半導体レーザ光源では、導波リッジの高さを非常に大きく選定することができ、これによって、有利には、非常に僅かなｐ側の電流拡散を達成することができる。光散乱部分領域が設けられていない場合には、比較的高次のレーザモードを抑制するために、エッジの基本モードのみを放射する半導体ボディが発振できるように導波リッジの構造を選択しなければならなくなる。その場合、導波リッジは比較的低い高さしか有することができない。しかしながらそれによって、比較的大きいｐ側の電流拡散に基づき、不所望に高い閾値電流が発生する可能性が生じる。
【００２４】
また例えば、この構成による半導体レーザ光源では、導波リッジの側方における、レーザビームの基本モードも減衰させる吸収層の使用を省略することができる。つまり、非常に高い効率を達成することができる。
【００２５】
一つの構成においては、第１の光散乱部分領域が例えば少なくともｐ導電型層内に延在しており、一つの発展形態においては、この第１の光散乱部分領域がｐ導電型層から活性層内まで延在しているか、又は活性層を貫通してｎ導電型層内まで延在している。
【００２６】
この構成において、第２の光散乱部分領域は少なくともｎ導電型層内に延在している。一つの発展形態においては、第２の光散乱部分領域がｎ導電型層内にのみ延在しており、その場合、第２の光散乱部分領域は例えばｎ導電型層の厚さの少なくとも１０％以上、有利には少なくとも３０％以上、また特に有利には少なくとも５０％以上にわたり延在している。
【００２７】
一つの発展形態においては、第１の光散乱部分領域及び第２の光散乱部分領域が、出力面を正面から見ると、垂直方向において重畳していないか、又は部分的しか重畳していない。一つの別の発展形態においては、ｐ側外面を上から見ると、第１の光散乱部分領域及び第２の光散乱部分領域が重畳している。その場合、第２の光散乱部分領域を導波リッジと重畳させることができ、また、第１の光散乱部分領域を導波リッジから横方向に距離を置いて設けることができる。
【００２８】
第１の光散乱部分領域及び第２の光散乱部分領域を用いて、例えば、出力面から出力されるコヒーレントな電磁ビームの非常に良好なビーム品質を横方向においても垂直方向においても達成することができる。この場合、ｎ導電型層内に延在する光散乱部分領域は例えば、ｎ導電型層、特に基板内を案内されるレーザモードの散乱に寄与するので、第２の光散乱部分領域によって垂直方向における非常に良好な放射特性を達成することができる。
【００２９】
少なくとも一つの構成によれば、少なくとも一つの光散乱部分領域を形成するために、空所が半導体ボディ内に形成されている。この空所を例えば、湿式エッチング法、乾式エッチング法又は領域選択エピタキシによって形成することができる。空所を例えば、気体で充填することができ、特に空気で充填することができる。空所は特に、包囲している半導体材料とは異なる屈折率を有している材料によって部分的に又は完全に充填されている。
【００３０】
別の構成においては、少なくとも一つの光散乱部分領域を、その光散乱部分領域に接している、半導体ボディの領域が有している材料組成又は結晶構造とは異なる材料組成及び／又は結晶構造によって形成することができる。例えば、光散乱部分領域を、その光散乱部分領域に接している領域とは異なる半導体組成又はドーパントを有することができるか、若しくは、光散乱部分領域に、例えばいわゆるステルスダイシング法によって、欠陥を設けることができる。
【００３１】
別の構成においては、少なくとも一つの光散乱部分領域が横断方向リッジによって形成されており、この横断方向リッジは導波リッジの側方において半導体積層体上に被着されているか、又は半導体積層体から形成されている。横断方向リッジは特に、導波リッジの主延在方向とは異なる主延在方向を有している。一つの発展形態において、導波リッジの主延在方向と横断方向リッジの主延在方向とは相互に直交している。一つの発展形態において、横断方向リッジは導波リッジから横方向に距離を置いて設けられている。
【００３２】
横断方向リッジが半導体積層体から形成される場合には、この横断方向リッジを導波リッジ自体と同様に、エッチング法を用いて、半導体積層体のｐ側の表面の構造化によって形成することができる。しかしながら横断方向リッジの材料が半導体材料を必要とせず、その代わりに、横断方向リッジを形成するために別の材料を半導体積層体上に被着させることもできる。例えばその場合には、横断方向リッジは有利には、導波リッジの屈折率とは異なる屈折率を有している。
【００３３】
一つの発展形態においては、半導体レーザ光源が複数の横断方向リッジを有しており、それら複数の横断方向リッジは導波リッジの主延在方向の方向において順次連続して設けられている。有利には、それら複数の横断方向リッジが周期的に順次連続して設けられており、特に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：distributed Bragg reflector）を形成している。別の発展形態においては、横断方向リッジが導波リッジの両隣に配置されている。例えば、ｐ側外面を上から見ると、導波リッジの主延在方向に直交する方向において、導波リッジの異なる側にそれぞれ配置されている二つの横断方向リッジが順次連続して設けられている。
【００３４】
一つの別の構成によれば、少なくとも一つの光散乱部分領域が、ｎ導電型層、活性層及びｐ型導電層が順次連続して設けられている垂直方向に対して傾いて延びている主延在面を有している。例えば、その主延在面は垂直方向に対して斜めに延びており、且つ、導波リッジの主延在方向に平行に延びている。導波リッジの主延在方向は特に出力面の法線ベクトルに平行である。一つの発展態では、光散乱部分領域が出力面から、その出力面とは反対側にある短手方向側面まで延在している。
【００３５】
垂直方向に対して傾いて延びている主延在面を有している光散乱部分領域を用いることによって、不所望なビームを導波リッジから離れる方向に非常に効率的に散乱させることができる。
【００３６】
光散乱部分領域の主延在面は特に、最大の寸法を有している二つの方向に張られている。光散乱部分領域が例えば平行六面体の形状を有している場合には、その主延在面は最も長い二つのエッジの方向に張られている。主延在面における光散乱部分領域の寸法は、例えば、主延在面に対して垂直の方向における寸法よりも少なくとも２倍、有利には少なくとも５倍大きい。
【００３７】
一つの別の構成においては、少なくとも一つの光散乱部分領域が、出力面の法線ベクトルに対して傾いて延びている主延在面を有している。特に、主延在面は、出力面の法線ベクトルに対して斜めに延びており、且つ、垂直方向に平行に延びている。
【００３８】
一つの構成においては、光散乱部分領域の主延在面を平面で見ると、光散乱部分領域がＵ字状に形成されている。その種の構成は、出力面の法線ベクトルに対して斜めに延びており、また特に垂直方向に平行に延びている主延在面を有している光散乱部分領域に殊に良く適している。
【００３９】
有利には、Ｕ字状に形成されている光散乱部分領域は活性層の一部分を包囲している。このようにして、半導体積層体によって形成された電磁ビームの不所望な部分を、出力面によって非常に効果的に遮断し、且つ、別の外面の方向に向かって偏向させることができる。
【００４０】
少なくとも一つの光散乱部分領域又は複数の光散乱部分領域の内の少なくとも一つが出力面の近傍に配置されている場合には非常に良好な遮蔽効果を達成することができる。「出力面の近傍」とは、特に、短手方向側面から光散乱部分領域までの距離が、出力面から光散乱部分領域までの距離の少なくとも２倍、有利には少なくとも４倍長いことを意味している。
【００４１】
少なくとも一つの構成によれば、半導体レーザ光源が、半導体ボディの別の外面上又はその外面の上方に配置されているフォトダイオードを有している。別の構成においては、フォトダイオードが半導体ボディにモノリシックに集積されている。フォトダイオードは好適には、受信した電磁ビームの強度に応じた電気信号を形成する。
【００４２】
本発明による半導体レーザ光源では、フォトダイオードを有利には導波リッジの側方に配置することができるので、導波リッジの主延在方向においては、半導体レーザ光源の非常に小さい寸法を達成することができる。
【００４３】
半導体ボディにモノリシックに集積されているフォトダイオードは非常に廉価であり、且つ、省スペースであり、また半導体ボディの固定後に別の実装ステップを必要としない。モノリシックな集積によって、光散乱部分領域によって偏向された散乱光のほぼ全ての部分をフォトダイオードによって吸収することができる。
【００４４】
半導体レーザ光源は特に、半導体積層体によって形成された電磁ビームの一部によってフォトダイオードが照射されるように構成されている。有利には、このために、短手方向側面のミラーコーティングを減らす必要は無い。それにもかかわらず、光散乱部分領域によって、フォトダイオードへの十分なビーム入射を達成することができる。
【００４５】
一つの別の構成において、半導体ボディの別の外面上又はその上方にフォトダイオードが配置されている場合には、別の外面を正面から見ると、フォトダイオードと重畳する別の外面の少なくとも一つの領域の表面が皺襞部を有しているか、又はその別の外面の少なくとも一つの領域に巨視的な出力構造が設けられている。この関係において、出力構造が少なくとも一次元において１０μｍ以上の寸法を有している場合には、出力構造は「巨視的」と称される。
【００４６】
フォトダイオードが半導体ボディにモノリシックに集積されている場合には、一つの発展形態によれば、フォトダイオードと活性層との間に、フォトダイオードの屈折率よりも高く、且つ活性層の屈折率よりも高い屈折率を有している材料が配置されている。この材料は特に絶縁体である。
【００４７】
一つの構成においては、フォトダイオードが導波リッジに沿って、半導体ボディの大部分にわたり延在しているので、その延在部分の長さは、導波リッジの長さの、即ち主延在方向における導波リッジの寸法の特に８０％以上である。一つの別の構成においては、フォトダイオードが出力面の近傍に配置されており、特に、フォトダイオードから、出力面とは反対側にある短手方向側面までの距離は、出力面までの距離よりも少なくとも２倍、有利には少なくとも４倍長い。
【００４８】
半導体ボディの長さの大部分にわたっては延在していないフォトダイオードは、その容量が比較的小さいことに基づき、半導体積層体によって形成された電磁ビームの強度変化に比較的高速に反応することができる。
【００４９】
一つの別の構成によれば、半導体レーザ光源は電気回路を有している。この電気回路は例えば、半導体積層体に動作電流を供給するために設けられている。更に有利には、電気回路は、フォトダイオードの電気信号を評価し、半導体レーザ光源の動作時に、半導体積層体に流れる動作電流をフォトダイオードの電気信号に応じて制御するために設けられている。このために、電気回路は好適には半導体積層体及びフォトダイオードに電気的に接続されている。
【００５０】
半導体レーザ光源は例えば、レーザプロジェクタにおいて使用されるために設けられており、これに関してはＩｎＧａＮを基礎とする半導体ボディが非常に良く適している。半導体レーザ光源を３Ｄスキャナにおいても使用することができ、これに関してはＩｎＧａＡＳを基礎とする半導体ボディが非常に良く適している。
【００５１】
レーザプロジェクタの用途及び３Ｄスキャニングの用途では、レーザ光源の焦点合わせ能力及び／又は視準合わせ能力に対して高い要求が課される。このために、本発明による半導体レーザ光源によって達成できるような、良好なビーム品質、特にガウス状のビームプロフィール又はほぼガウス状のビームプロフィールが殊に有利である。
【００５２】
フォトダイオード及び電気回路を備えている半導体レーザ光源は有利には非常に長い寿命を有している。ここで寿命とは、特に、その動作パラメータ、特に光強度及び／又は光電流が所定の許容範囲を超えるまでの、半導体レーザ光源の動作時間を表している。半導体レーザ光源の実験的な動作方法においては、電気回路はフォトダイオードの信号を用いて、半導体レーザ光源の光強度又は光電流の、所定の閾値からの偏差を検出し、その偏差が最小になるように、フォトダイオードの信号に応じて、半導体積層体に流れる動作電流を変化させる。
【００５３】
半導体レーザ光源の更なる利点及び有利な実施の形態並びに発展形態は、図面と関連させて説明する以下の複数の実施例より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１ａ】第１のレーザ光源の半導体ボディの概略的な平面図を示す。
【図１ｂ】線分Ｂ−Ｂに沿った平面での、図１ａの半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図２】第２のレーザ光源の半導体ボディの概略的な平面図を示す。
【図３ａ】第３のレーザ光源の半導体ボディの概略的な平面図を示す。
【図３ｂ】線分Ｂ−Ｂに沿った平面での、図３ａの半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図３ｃ】線分Ｃ−Ｃに沿った平面での、図３ａの半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図４ａ】第４のレーザ光源の半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図４ｂ】図４ａの半導体ボディの概略的な平面図を示す。
【図５ａ】第５のレーザ光源の半導体ボディの概略的な平面図を示す。
【図５ｂ】図５ａの半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図５ｃ】第５のレーザ光源の一つのヴァリエーションによる半導体ボディの概略的な断面図を示す。
【図６】第６のレーザ光源の概略的な斜視図を示す。
【図７】第７のレーザ光源の概略的な断面図を示す。
【図８】第８のレーザ光源の概略的な断面図を示す。
【図９】第９のレーザ光源の概略的な斜視図を示す。
【図１０】第１０のレーザ光源の概略的な断面図を示す。
【図１１】第１１のレーザ光源の概略的な平面図を示す。
【図１２】第１２のレーザ光源の概略的な平面図を示す。
【図１３】第１１のレーザ光源の活性層から見た、第１１のレーザ光源の半導体ボディの一部を示す。
【図１４】第１１のレーザ光源の概略的な断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図中、同一の構成要素、同種の構成要素又は同様に機能する構成要素には同一の参照番号を付している。図面及びそれらの図面に示した構成要素間の縮尺比は縮尺通りではないとみなすべきである。むしろ、より見やすくするため、及び／又は、より良い理解のために、個々の構成要素を過度に大きく示している場合もある。
【００５６】
図１ａには、第１の実施例によるレーザ光源の半導体ボディ１０の概略的な平面図が示されている。
【００５７】
図１ｂには、図１ａに示した線分Ｂ−Ｂに沿った平面での、第１の実施例によるレーザ光源の半導体ボディ１０の概略的な断面図が示されている。
【００５８】
半導体ボディ１０は半導体積層体１１０を有している。この半導体積層体１１０は、ｎ導電型層１１１、活性層１１２及びｐ導電型層１１３によって形成されており、これらの層は上述の順序で、垂直方向を表す方向Ｖにおいて上下に順次連続して設けられている。
【００５９】
ｎ導電型層１１１、活性層１１２及び／又はｐ導電型層１１３をそれぞれ層列として形成することができる。例えばｎ導電型層１１１は、成長基板と、その成長基板上にエピタキシャル成長された半導体層を含むことができる。特に、半導体積層体は、活性層１１２において形成された電磁ビームを誘導するためにその活性層１１２を包囲する導波層を含んでいる。その種の半導体積層体１１０は基本的に当業者には公知であるので、従ってここでは詳細には説明しない。その種の半導体積層体１１０の構造に関する例は刊行物WO 2009/080012 A1に開示されており、その限りにおいて、その開示内容は参照により本願に取り込まれる。
【００６０】
半導体ボディ１０は複数の外面によって、即ち出力面１０１と、その出力面１０１とは反対側にある、ミラーコーティングされた短手方向側面１０３と、相互に対向する二つの長手方向側面１０２Ａと、ｐ側外面１０２Ｂと、ｎ側外面１０２ｃとによって画定されている。出力面１０１、長手方向側面１０２Ａ及び短手方向側面１０３は例えば垂直方向Ｖに平行である。長手方向側面１０２Ａは例えば、出力面１０１及び短手方向側面１０３に接しており、また特にそれらの面に対して垂直である。特に、長手方向側面１０２Ａ、出力面１０１及び短手方向側面１０３はｐ側外面１０２Ｂからｎ側外面１０２Ｃまで延在している。
【００６１】
半導体積層体１１０は、コヒーレントな部分２１を含む電磁ビームを形成するために構成されている。特に、出力面１０１はミラーコーティングされた短手方向側面１０３と共に、電磁ビームのための共振器を形成している。
【００６２】
例えば、出力面１０１の面法線Ｎの方向への電磁ビームのビーム誘導を達成するために、半導体積層体１１０は、出力面１０１から、その出力面１０１とは反対側にある短手方向側面１０３まで延びる導波リッジ１１４を有することができる。従って、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓは特に、出力面１０１の面法線Ｎに平行であり、且つ、垂直方向Ｖに垂直である。
【００６３】
半導体ボディ１０は、半導体積層体１１０によって形成された電磁ビームのコヒーレントな部分２１を出力面１０１から出力するために構成されている。出力面１０１は特に垂直方向に平行である。半導体ボディの製造時に分割法を使用することができ、この分割法では、出力面１０１が露出されるように、半導体ボディがウェハ結合体から分離される。この方法は、分割エッジが垂直方向にほぼ平行なもののみが形成される。更に出力面１０１は活性層１１２に垂直であるか、又はほぼ垂直である。その種の端面放射型の半導体ボディ１０は当業者には基本的に（例えば上記において参照により既に取り込んだWO 2009/080012 A1から）公知であり、従ってここでは詳細には説明しない。
【００６４】
本発明の第１の実施例による半導体レーザ光源の半導体ボディ１０は複数の光散乱部分領域１２を有している。光散乱部分領域１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、半導体積層体１１０によって形成された電磁ビームの一部を散乱させるために設けられている。
【００６５】
特にそれらの光散乱部分領域は、電磁ビームの一部を、出力面１０１とは異なる、半導体ボディ１０の別の外面の方向に、ここでは長手方向側面１０２Ａの方向に偏向させるために設けられている。図１ａにおいて、光散乱部分領域１２から長手方向側面１０２Ａに向かって散乱されたビームには参照番号２２が付されている。
【００６６】
光散乱部分領域１２の外側輪郭は種々の形状を有することができる。例えば、図１ａのｐ側外面１０２Ｂを上から見ると、第１の光散乱部分領域１２Ａは円形の外側輪郭を有しており、第２の光散乱部分領域１２Ｂは例えばｐ側層１１３を紙面に向かって見ると矩形の外側輪郭を有しており、また第３の光散乱部分領域１２Ｃは楕円形、特に長円形の外側輪郭を有している。
【００６７】
半導体レーザ光源のこの実施例及び他の実施例並びに他の構成における光散乱部分領域１２は、例えば、０．１μｍから１０００μｍの間、有利には１μｍから３００μｍの間の寸法、特に横方向の寸法を有している。外側輪郭が円形である光散乱部分領域１２Ａは、有利には１μｍから５０μｍの間の直径を有している。外側輪郭が矩形である光散乱部分領域１２Ｂでは、換言すれば、角材状の光散乱部分領域１２Ｂでは、有利には矩形の短辺が１μｍから５０μｍの間の寸法を有している、及び／又は、矩形の長辺が１μｍから１０００μｍの間、有利には５μｍから３００μｍの間の寸法を有している。更に矩形の長辺は特に短辺よりも長く、有利には短辺よりも少なくとも２倍の長さを有している。上述の数値範囲にはそれぞれ境界値も含まれる。
【００６８】
光散乱部分領域１２を例えば湿式エッチング法によって作製することができ、これによって例えば、図１ｂにおいて第１の光散乱部分領域１２Ａで具体的に示されているような、垂直方向Ｖにおいて先細りされた光散乱部分領域１２の形状を達成することができる。図１ｂにおいて光散乱部分領域１２Ｂで具体的に示されているように、光散乱部分領域１２は実質的に直方体の形状であっても良い。その種の形状は例えば乾式エッチング法によって達成することができる。例えば、エッチング法によって作製された光散乱部分領域１２は半導体ボディ１０における空所を表し、通常は、半導体ボディ１０の外面の内の一つ、ここではｐ側の外面１０２Ｂに開口部を有している。その種の光散乱部分領域１２は特に気体、有利には空気で充填されている。
【００６９】
択一的に、当業者には「ステルスダイシング」の名称で基本的には公知である方法を用いて、光散乱部分領域１２を作製することができる。この方法では、半導体積層体の内部にレーザビームの焦点が位置決めされている、収束されたレーザビームで半導体ボディが露光される。そのようにして、焦点の領域では半導体積層体１１０の半導体材料の結晶構造が変化される。またそのようにして、半導体ボディ１０に対してレーザビームが相対運動することによって、所望の形状及び大きさを有する光散乱部分領域を作製することができる。特に、ステルスダイシング法によって作製された光散乱部分領域１２は、図１ｂにおいて第３の光散乱部分領域１２Ｃで示唆されているように、泡状の複数の中空部から成る欠陥構造を持つ半導体材料を有している。
【００７０】
有利には、光散乱部分領域１２の主延在面Ｅは、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓに対して所定の角度を付けて延在している。換言すれば、導波リッジ１１４及び主延在面Ｅは有利には相互に平行でない。例えば、主延在面Ｅは垂直方向Ｖに平行に延びている。その場合、主延在面Ｅは、光散乱部分領域１２が二つの最大寸法を有している二つの方向によって規定される平面である。図１ａ及び図１ｂにおいては、第２の光散乱部分領域１２Ｂに対して主延在面Ｅが示唆されている。
【００７１】
この第１の実施例において、それらの光散乱部分領域は垂直方向Ｖにおいて種々の寸法を有している。例えば、第１の光散乱部分領域１２Ａはｐ導電型層１１３内にしか延びておらず、第２の光散乱部分領域１２Ｂはｐ導電型層１１３から活性層１１２内まで延びており、また第３の光散乱部分領域１２Ｃはｐ導電型層１１３から活性層１１２を貫通してｎ導電型層１１１内まで延びている。
【００７２】
従って例えば出力面１０１を正面から見ると、垂直方向Ｖにおいて、第１の光散乱部分領域１２Ａと第２の光散乱部分領域１２Ｂと第３の光散乱部分領域１２Ｃとは部分的にしか重畳していない。ｐ側出力面１０２Ｂを上から見ると、この実施例におけるそれらの光散乱部分領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは導波リッジ１１４から横方向に距離を置いて設けられている。
【００７３】
第１の実施例の一つのヴァリエーションにおいては、光散乱部分領域１２がｐ側外面１０２Ｂから延在しているのではなく、ｎ側外面１０２Ｃから半導体ボディ１０内に向かって延在している。このヴァリエーションは図１ｂにおいて破線で表された部分領域１２によって示唆されている。このヴァリエーションでは、光散乱部分領域は例えばｎ導電型層１１１内にのみ存在している。この場合、光散乱部分領域を導波リッジ１１４の下方に配置することもできる。例えば、そのような光散乱部分は上述のステルスダイシング法によって作製されている。
【００７４】
図２には、第２の実施例によるレーザ光源の半導体ボディ１０が概略的な平面図で示されている。
【００７５】
半導体ボディ１０の基本的な構造は、第１の実施例の半導体ボディ１０の構造に対応する。しかしながらこの第２の実施例では、光散乱部分領域１２が半導体ボディ１０の出力面１０１と、その出力面１０１とは反対側にある短手方向側面１０３とに配置されている。第１の実施例ではこれとは異なり、光散乱部分領域１２が半導体ボディ１０の側面（出力面１０１、長手方向側面１０２Ａ及び短手方向側面１０３）から距離を置いて設けられている。
【００７６】
例えば第２の実施例では、光散乱部分領域１２がｐ導電型層１１３から半導体積層体１１０内に向かって延在しており、特に活性層１１２内まで延在しているか、又は活性層１１２を貫通して延在している。択一的に、光散乱部分領域１２を垂直方向Ｖにおいて、ｎ側表面１２から半導体ボディ１０内に向かって延在させること、例えば、ｎ導電型層１１１内にのみ延在させることも可能である。
【００７７】
光散乱部分領域１２は、有利には半導体ボディ１０の出力面１０１及び短手方向側面１０３が露出される前に、特に上述のステルスダイシング法によって作製される。出力面１０１及び短手方向側面１０３の露出は、例えば分割法によって行われる。その場合有利には、出力面１０１又は短手方向側面１０３に直接接して配置されている光散乱部分領域１２によって、分割エッジの位置及び形状を調整することができる。
【００７８】
光散乱部分領域１２は導波リッジ１１４から横方向に距離を置いて設けられている。横方向の距離Ｄは特に、ｐ側外面１０２Ｂを上から見た際の、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓに垂直の方向における距離である。例えば横方向の距離は、２０μｍ、有利には５μｍ、特に有利には２μｍよりも小さい。一つの構成においては、この距離が０．５μｍよりも大きい。
【００７９】
そのような距離によって、光散乱構造１２は、基本モードよりも高次のレーザモードのビームが出力面１０１から放出されることを抑制することに非常に適している。この場合、レーザ光源は半導体ボディ１０内部の種々のモードの種々の空間的な強度分布を利用する。
【００８０】
更に光散乱部分領域１２は、それらのモードのレーザビーム２２を、出力面１０１に垂直な長手方向側面１０２Ａの方向に向かって散乱させる。付加的に、この実施例においては（その他の実施例においても）、光散乱部分領域１２は活性層１１２によって形成された電磁ビームを別の方向、例えばｐ側外面１０２Ｂの方向、ｎ側外面１０２Ｃの方向にも散乱させることができる。
【００８１】
図３ａには、第３の実施例によるレーザ光源の半導体ボディ１０が概略的な平面図で示されている。図３ｂには、線分Ｂ−Ｂに沿った平面での半導体ボディ１０の概略的な断面図が示されており、また図３ｃには線分Ｃ−Ｃに沿った平面での半導体ボディ１０の概略的な断面図が示されている。
【００８２】
上記の実施例と同様にこの実施例においても、半導体積層体１１０の導波リッジ１１４は垂直方向Ｖでは、側方においてこの導波リッジ１１４に接しているｐ導電型層１１３の領域よりも高く隆起しているので、この導波リッジ１１４はｐ側外面１０２Ｂにおける突出部を表している。この第３の実施例においては、光散乱部分領域１２も同様にｐ導電型層１１３の隆起部として形成されているか（例えば、横断方向リッジ１２０Ａを参照されたい）、又は、光散乱部分領域１２がｐ導電型層１１３の表面に被着されている（例えば、横断方向リッジ１２０Ｂを参照されたい）。
【００８３】
横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂは、ここではｐ導電型層１１３を紙面に向かって見ると、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓに垂直に延びる主延在方向Ｑを有している。ここで、横断方向リッジ１２０Ａ又は１２０Ｂの主延在面は、線分Ｂ−Ｂ又は線分Ｃ−Ｃに沿った面と一致する。
【００８４】
横断方向リッジ１２０Ａは特に構造化法によって作製され、この構造化法においては、ｐ導電型層１１３の表面が例えば乾式エッチング法、湿式エッチング法及び／又は選択エピタキシによって、導波リッジ１１４及び第１の横断方向リッジ１２０Ａを形成するために構造化される。
【００８５】
第２の横断方向リッジ１２０Ｂは例えば、ｐ導電型層１１３の半導体材料とは異なる材料がｐ側外面１０２Ｂに被着されることによって作製されている。
【００８６】
この実施例の一つのヴァリエーションにおいては、全ての横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂがｐ導電型層１１３の構造化によって形成されている。代替的なヴァリエーションにおいては、全ての横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂが、ｐ導電型層の半導体材料とは異なる材料をｐ導電型層１１３に被着することによって形成されている。
【００８７】
一つの別のヴァリエーションにおいては、横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂの屈折率はｐ導電型層１１３の屈折率とは異なり、特に、横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂの屈折率はｐ導電型層１１３の屈折率よりも低い。そのような屈折率を例えば、イオン注入法によって達成することができる。例えばｐ−ＧａＮの屈折率を、特に陽子（Ｈ+）の注入によって、２．４６から２．２６に低下させることができる。
【００８８】
このヴァリエーションにおいては、横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂをｐ導電型層１１３の隆起部として形成することは必ずしも必要ではない。その代わりに、それらの横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂを、特に第１の実施例の矩形の光散乱部分領域１２Ｂと同様に、ｎ側外面１０２Ｃに向かって、少なくともｐ導電型層１１３内まで、又はｐ導電型層１１３を貫通するように延在させることができる。
【００８９】
半導体レーザ光源のこの実施例の発展形態又は他の構成の内の一つにおいては、特にイオン注入によって、半導体積層体１１０を通る電流路も規定することができる、及び／又は、電磁ビームのコヒーレントな部分２１の屈折率導波（index-guiding）を屈折率変化によって導波リッジ１１４の両側において達成することができる。電流路を規定するために、例えば、Ｓｉのようなｎ導電型材料、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｂｅのようなｐ導電型材料、及び／又は、Ｂ，Ｈｅ，Ｎ，Ｈのような絶縁性材料を注入することができる。
【００９０】
第３の実施例の一つのヴァリエーションにおいては、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓにおいて二つより多くの数の横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂを順次連続して設けることができる。このヴァリエーションの一つの有利な発展形態においては、主延在方向Ｓにおいて順次連続して設けられている横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂは周期的に配置されている。特に、それらの横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂは一つの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：distributed Bragg reflector）を形成する。特に、横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂ間の距離及び横断方向リッジ１２０Ａ，１２０Ｂの寸法は、分布ブラッグ反射器が半導体積層体１１０から放射される電磁ビームのコヒーレントな部分２１の波長λに対して最大反射率を有するように選定されている。この構成は「λ／４」構成とも称される。
【００９１】
この実施例及び他の実施例における半導体ボディ１０は好適には、半導体積層体１１０を電気的に接続するための電極１４０を有している。電極１４０とｐ導電型層１１３との間には、有利には、パッシベーション部１３０が設けられている。このパッシベーション部１３０は、導波リッジ１１４を露出させるための開口部を有している。
【００９２】
このようにして、電極１４０を用いて導波リッジ１１４の電気的な接触接続を行なうことができ、特に、電極１４０は導波リッジ１１４の領域においてｐ導電型層１１３に接している。導波リッジ１１４の側方に配置されており、且つ、上から見ると電極１４０によって覆われている、ｐ導電型層１１３の領域はこの実施例においては、電極から距離を置いて設けられている。図面を見やすくするために、電極１４０及びパッシベーション部１３０は図３ａの平面図には図示していない。
【００９３】
図４ａ及び図４ｂには、第４の実施例による半導体レーザ光源の半導体ボディ１０の概略的な断面図（図４ａ）及び概略的な平面図（図４ｂ）が示されている。
【００９４】
半導体ボディ１０は第１の光散乱部分領域１２Ａを有しており、この第１の光散乱部分領域１２Ａは半導体積層体１１０のｐ側外面１０２Ｂからｐ導電型層１１３、活性層１１２を貫通してｎ導電型層１１１内まで延在している。その主延在面Ｅは、例えば第１の実施例に示したものとは異なり、垂直方向Ｖに平行ではなく、その垂直方向Ｖに対して傾いて延びている。特に、第１の光散乱部分領域１２Ａのｎ導電型層１１１からｐ導電型層１１３までの経過は、横方向において導波リッジ１１４に向かって延びるように、第１の光散乱部分領域１２Ａは構成されている。
【００９５】
付加的に、第４の実施例による半導体ボディ１０は第２の光散乱部分領域１２Ｂを有しており、この第２の光散乱部分領域１２Ｂは導波リッジ１１４側とは反対側にある、ｎ導電型層１１１のｎ側外面１０２Ｃから半導体ボディ１０内に延在している。特に、第２の光散乱部分領域１２Ｂは活性層１１２に向かって斜めに延びているが、しかしながら、特にｎ導電型層１１１内にのみ延在している。その際、第２の光散乱部分領域１２Ｂはｎ導電型層１１１の層厚の、即ちｎ導電型層１１１の垂直方向Ｖにおける寸法の少なくとも５０％を超える長さで延在している。第２の光散乱部分領域の主延在面Ｅはそれぞれ所定の角度で、即ち、特に垂直方向Ｖに平行ではないが、しかしながら有利には、電磁ビームのコヒーレントな部分２１を出力するために設けられている出力面１０１の法線ベクトルＮに平行に延在している。
【００９６】
ここで第１の光散乱部分領域は導波リッジ１１４から横方向に距離を置いて設けられている。これに対して、少なくとも一つの第２の光散乱部分領域１２Ｂはｐ側外面１０２Ｂを上から見ると導波リッジ１１４と重畳している。
【００９７】
光散乱部分領域１２Ａ，１２Ｂは例えば、半導体ボディ１０に切れ込みを設けることによって形成されている。切れ込みは例えば反応性イオンエッチングによって作製することができる。ここでは、光散乱部分領域１２Ａ，１２Ｂが半導体ボディ１０の全長にわたり、出力面１０１から、その出力面１０１とは反対側の短手方向側面１０３まで延在している。
【００９８】
第１の光散乱部分領域１２Ａは、横方向におけるビームの品質、即ち活性層１１２の主延在面におけるビームの品質を改善することに非常に良く適している。第２の光散乱部分領域１２Ｂは、垂直方向Ｖにおける半導体レーザ光源のビームの品質を改善することに非常に良く適している。
【００９９】
各光散乱部分領域１２Ａ，１２Ｂは、活性層１１２によって形成された電磁ビームを、出力面１０１と異なり且つ出力面１０１に対して傾いて設けられている一つ又は複数の外面へと、例えば長手方向側面１０２Ａ、ｐ側外面１０２Ｂ及び／又はｎ側外面１０２Ｃへと偏向させるために設けられている。
【０１００】
図５ａには、第５の実施例による半導体レーザ光源の半導体ボディが示されている。図５ｂには、線分Ｂ−Ｂに沿った平面での、図５ａの半導体ボディ１０の概略的な断面図が示されている。
【０１０１】
上述の実施例と同様に、半導体ボディ１０は、ｎ導電型層１１１と、活性層１１２と、ｐ導電型層１１３とが設けられている半導体積層体１１０を有している。ｐ導電型層１１３のｐ側外面１０２Ｂは、導波リッジ１１４を形成するために構造化されている。
【０１０２】
導波リッジの主延在方向Ｓは他の実施例と同様に、特に、活性層１１２によって形成された電磁ビームのコヒーレントな部分２１を出力するために設けられている半導体ボディ１０の出力面１０１の法線ベクトルＮと一致している。
【０１０３】
この第５の実施例において、半導体ボディ１０は、垂直方向Ｖに平行であり、且つ、導波リッジ１１４の主延在方向Ｓに対して斜めに延びる主延在面Ｅを有している光散乱部分領域１２を備えている。ここで、主延在面Ｅは図５Ｂの線分Ｂ−Ｂに沿った平面と一致する。
【０１０４】
光散乱部分領域１２は、主延在面Ｅを紙面に向かって見ると（つまり、ここでは出力面１０１を紙面に向かって見ると）、Ｕ字状の構造を有している。Ｕ字状の開口部はｐ側外面１０２Ｂの側を向いており、Ｕ字の脚部は有利には垂直方向Ｖに平行に延びている。
【０１０５】
有利には、光散乱部分領域１２は、半導体積層体１１０のｐ側外面１０２Ｂを起点にして、導波リッジ１１４から横方向に距離Ｄを置いて、ｐ導電型層１１３及び活性層１１２を貫通してｎ導電型層１１１内まで延在している。光散乱部分領域１２はｎ導電型層１１１内で例えば折れ目又は湾曲部を有しており、且つ、導波リッジ１１４の下を通って延びている。更なる経過において、光散乱部分領域１２は再度折り曲げられているか、又は、別の湾曲部を有しており、それによって、光散乱部分領域１２は導波リッジ１１４の反対側においても、その導波リッジ１１４から横方向に距離を置いて、特に同様に距離Ｄ分だけ間隔を空けて、半導体積層体１１０の活性層１１２及びｐ導電型層１１３を貫通してｐ側外面１０２Ｂまで延びている。このようにして、光散乱部分領域１２は活性層１１２の一部分１１２０を包囲している。
【０１０６】
有利には、出力面１０１から光散乱部分領域１２までの距離は、その出力面１０１とは反対側にある、半導体ボディ１０の特にミラーコーティングされた短手方向側面から光散乱部分領域１２までの距離よりも短い。短手方向側面から光散乱部分領域１２までの距離は、出力面１０１から光散乱部分領域１２までの距離よりも、有利には少なくとも２倍、特に有利には４倍長い。このようにして、有利には、寄生レーザモードに由来する電磁ビームの極めて多くの割合を出力することができ、また必要に応じてフォトダイオードに供給することができる。
【０１０７】
光散乱部分領域１２の主延在面Ｅに対して垂直な光散乱部分領域１２の寸法は、有利にはその主延在面Ｅにおいて最も長い部分の最大で５０％、特に有利には最大で２０％である。換言すれば、光散乱部分領域１２は、導波リッジ１１４が「突き抜けている」、半導体ボディ１０内で斜めに延びる光散乱壁を表している。例えばこの壁は、ｐ側外面１０２Ｂを上から見ると、その主延在面Ｅに対して平行な方向において５μｍ以上５００μｍ以下の寸法と、その主延在面Ｅに対して垂直な方向において１μｍ以上５０μｍ以下の寸法を有している。この場合、主延在面Ｅに平行な方向における寸法は、有利には、その主延在面Ｅに垂直な方向における寸法よりも大きく、特に少なくとも２倍大きい。
【０１０８】
図５ｃには、第５の実施例による半導体ボディの一つのヴァリエーションが、図５ａの線分Ｂ−Ｂに沿った平面での概略的な断面図で示されている。
【０１０９】
Ｕ字状の単一の光散乱部分領域１２の代わりに、このヴァリエーションにおいては、二つの第１の光散乱部分領域１２Ａが形成されており、それらの第１の光散乱部分領域１２Ａはｐ導電型層１１３内にのみ延在しており、且つ、導波リッジ１１４から距離Ｄ分だけ間隔を空けて設けられている。また垂直方向Ｖにおいて導波リッジ１１４の下方には第２の光散乱部分領域１２Ｂが一つ配置されており、この第２の光散乱部分領域１２Ｂはｎ導電型層１１１内にのみ延びており、またｐ導電型層１１３を上から見ると、導波リッジ１１４及び第１の光散乱部分領域１２Ａと重畳している。導波リッジ１１４側とは反対側の、第１の光散乱部分領域１２Ａの外側輪郭と、第２の光散乱部分領域１２Ｂの外側輪郭とは、特にｐ導電型層１１３を上から見ると、相互に同一平面上にある。
【０１１０】
このヴァリエーションによる光散乱部分領域は、構造化によって、ｐ導電型層１１３及びｎ導電型層１１１から簡単に作製することができる。これに対し、上記において詳細に説明したステルスダイシング法によって実施することができる、図５ａ及び図５ｂによる第５の実施例の光散乱部分領域の作製はよりコストが掛かる。しかしながら、この光散乱部分領域１２によって、出力面１０１における出力にとって不所望な電磁ビームの部分の非常に効果的な散乱を達成することができる。
【０１１１】
第５の実施例の光散乱部分領域１２の、ｎ導電型層１１１内に延びている部分、又は第５の実施例のヴァリエーションの第２の光散乱部分領域１２Ｂの、ｎ導電型層１１１内に延びている部分は、ｎ導電型層１１１の厚さの有利には１０％以上、特に有利には３０％以上、とりわけ５０％以上にわたり延在している。
【０１１２】
図６には、第６の実施例による半導体レーザ光源の概略的な斜視図が示されている。この第６の実施例による半導体レーザ光源は、図５ａ及び図５ｂに基づき第５の実施例と関連させて説明したように、又は、図５ａ及び図５ｃに基づき第５の実施例のヴァリエーションと関連させて説明したように構成されている半導体ボディ１０を有している。
【０１１３】
第６の実施例による半導体レーザ光源は更にフォトダイオード１３を有している。ここではフォトダイオード１３が半導体ボディ１０の長手方向側面１０２Ａの隣に配置されている。光散乱部分領域１２は、活性層１１２によって形成された電磁ビームの一部２２を長手方向側面１０２Ａの方向に偏向させ、その長手方向側面１０２Ａにおいて電磁ビームの一部２２は少なくとも部分的に半導体ボディ１０から出力され、フォトダイオード１３に入力される。
【０１１４】
図７には、第７の実施例による半導体レーザ光源の概略的な断面図が示されている。
【０１１５】
第７の実施例による半導体レーザ光源は、ｎ導電型層１１１内にのみ延びており、且つ、三角形の底面を備えた直線状のプリズムの形態を有している光散乱部分領域１２を備えた半導体ボディ１０を有している。ここで三角形の底面の法線ベクトルＮと出力面１０１の法線ベクトルＮは平行であるので、従ってプリズムは導波リッジ１１４に沿って延在しており、またｐ側外面を上から見ると有利には導波リッジ１１４と重畳している。
【０１１６】
上述の実施例と同様に、光散乱部分領域１２は、半導体積層体１１０によって形成された電磁ビームの一部２２を長手方向側面１０２Ａに向かって散乱させ、その長手方向側面１０２Ａにおいて、その電磁ビームの一部２２は少なくとも部分的に出力され、長手方向側面１０２Ａに隣接して配置されているフォトダイオード１３に少なくとも部分的に入力される。
【０１１７】
その種のプリズム状の光散乱部分領域１２は、長手方向に配置されているフォトダイオード１３の照明に非常に良く適している。
【０１１８】
図８には、第８の実施例による半導体レーザ光源の概略的な断面図が示されている。
【０１１９】
第８の実施例による半導体レーザ光源の半導体ボディ１０の光散乱部分領域１２Ａ，１２Ｂは、第４の実施例の半導体ボディ１０の光散乱部分領域（図４ａ及び図４ｂを参照されたい）と同様に構成されている。
【０１２０】
しかしながらこの実施例においては、第１の光散乱部分領域１２Ａの、半導体積層体１１０のｎ導電型層１１１からｐ導電型層１１３までの経過は導波リッジ１１４に向かって延びているのではなく、導波リッジ１１４から離れる方向に延びている。また第１の光散乱部分領域１２Ａは横方向において導波リッジ１１４から距離を置いて設けられており、半導体ボディ１０のｐ側外面を上から見ると、導波リッジ１１４の側方において半導体ボディ１０のｐ側外面１０２Ｂ上に被着されているフォトダイオード１３と重畳している。
【０１２１】
半導体ボディ１０は付加的に、ｎ導電型層１１１内にのみ存在し、また垂直方向Ｖに対して斜めに延び、且つ、出力面１０１の法線ベクトルＮに平行に（図８においては紙面に対して垂直に）延びる主延在面Ｅを備えている第２の光散乱部分領域も有している。半導体ボディ１０のｐ側外面１０２Ｂを上から見ると、この第２の光散乱部分領域１２Ｂもやはり、そのｐ側外面１０２Ｂに被着されているフォトダイオード１３と重畳している。このようにして、活性層１１２によって形成された電磁ビームの一部２２は非常に効率的にｐ側外面１０２へと偏向され、また特にフォトダイオード１３へと偏向される。
【０１２２】
図９には、第９の実施例による半導体レーザ光源の概略的な斜視図が示されている。この実施例による半導体レーザ光源は、上記において図６と関連させて説明した第６の実施例の半導体レーザ光源と実質的に対応している。
【０１２３】
第６の実施例とは異なり、この第９の実施例では、フォトダイオード１３に対向している長手方向側面１０２Ａに光散乱構造１６０が設けられている。例えば、長手方向側面１０２Ａを正面から見た際にフォトダイオード１３と重畳している長手方向側面１０２Ａの部分に光散乱構造１６０が設けられており、フォトダイオードによって覆われていない部分には光散乱構造が設けられていない。択一的に、長手方向側面１０２Ａ全体に光散乱構造を設けることもできる。
【０１２４】
ここでの光散乱構造は巨視的な構造である。ここで「巨視的な構造」とは、少なくとも１０μｍよりも大きい、有利には１００μｍよりも大きい次元の寸法を有している構造であると解される。しかしながら光散乱構造を表面皺襞部によって形成することもできる。そのような表面皺襞部は、コヒーレントな部分２１の輝度最大値の波長を有する電磁ビームを散乱させることに適しているように構成されている。例えば、表面皺襞部は１００ｎｍ以上１μｍ以下の横方向の寸法を有している構造単位を含んでいる。
【０１２５】
図１０には、第１０の実施例による半導体レーザ光源の概略的な断面図が示されている。
【０１２６】
この半導体レーザ光源は、光散乱部分領域１２を形成するために、ｐ側縁部領域において長手方向側面１０２Ａが面取りされている半導体ボディ１０を有している。この実施例において、長手方向側面１０２Ａの斜めになっている部分領域は、半導体ボディ１０のｐ側外面１０２Ｂから垂直方向Ｖにおいて活性層１１２を介してｎ導電型層１１１内まで延在している。この光散乱部分領域１２によって、活性層１１２によって形成された電磁ビームの一部２２が半導体ボディのｎ側外面１０２Ｃの方向へと偏向される。このｎ側外面１０２Ｃ上、又はこのｎ側外面１０２Ｃの上方に、電磁ビームの少なくとも一部２２を受け取るように構成されているフォトダイオード１３が配置されている。
【０１２７】
図１１には、第１１の実施例による半導体レーザ光源の概略的な平面図が示されている。図１４には、線分Ｂ−Ｂに沿った平面での、図１１の半導体レーザ光源の概略的な断面図が示されている。
【０１２８】
この半導体レーザ光源においては、フォトダイオード１３が半導体ボディ１０内にモノリシックに集積されて形成されている。
【０１２９】
例えば、ｐ側外面１０２Ｂを上から見て導波リッジ１１４と重畳している、活性層１１２の部分領域１１２０は、電磁ビームを形成するため、特に電磁ビームのコヒーレントな部分２１を形成するために構成されている。この部分領域１１２０は、第３の実施例と関連させて説明したように、電極１４０に接触接続されている。
【０１３０】
活性層１１２の別の部分領域は絶縁体１７０によって前述の部分領域１１２０から電気的に分離されており、且つ、別の電極１５０に電気的に接触接続されている。例えば、ｐ側外面１０２Ｂ上に被着されたパッシベーション部１３０は、絶縁体１７０として、導波リッジ１１４に沿って半導体積層体１１０内に形成されており、且つ、活性層１１２を分断している溝にまで延在している。
【０１３１】
半導体ボディ１０は、活性層１１２の部分領域１１２０によって形成された電磁ビームを長手方向側面１０２Ａの方向へと偏向させ、それによって電磁ビームを特にモノリシックに集積されたフォトダイオード１３へと入射させるように構成されている第１の光散乱構造１２Ａを有している。
【０１３２】
第２の光散乱部分領域１２Ｂはｎ導電型層１１１内に形成されており、且つ、ｐ側外面１０２Ｂを上から見ると、特にフォトダイオード１３と重畳している。それらの第２の光散乱部分領域１２Ｂは好適には、活性層１１２によって形成された電磁ビームをｐ側外面１０２Ｂの方向へと偏向させ、特にフォトダイオード１３を形成するために離隔された活性層１１２の部分に入射させるように構成されている。
【０１３３】
この第１１の実施例では、フォトダイオードが導波リッジ１１４の主延在方向Ｓにおいて、半導体ボディ１０の長さの大部分にわたり、例えば半導体ボディ１０の長さの８０％以上にわたり延在している。
【０１３４】
図１２には、第１２の実施例による半導体レーザ光源の概略的な平面図が示されている。
【０１３５】
この第１２の実施例による半導体レーザ光源は第１１の実施例の半導体レーザ光源に対応するが、しかしながらフォトダイオード１３は、半導体ボディ１０の長さの大部分にわたり延在しておらず、出力面１０１の近傍に形成されている。特に、この第１２の実施例においては、フォトダイオード１３から、出力面１０１とは反対側にある、短手方向側面１０３までの距離は、フォトダイオード１３から出力面１０１までの距離よりも、有利には少なくとも２倍、特に有利には少なくとも４倍長い。
【０１３６】
図１３には、第１１の実施例及び第１２の実施例のヴァリエーションによるレーザ光源の半導体ボディ１０を通って活性層１１２に延びる平面での縦断面の一部分が示されている。このヴァリエーションではフォトダイオード１３が、第１１の実施例又は第１２の実施例のように矩形又は正方形の幾何学形状を有しておらず、その代わりに不規則な多角形の幾何学形状を有するものとして成形されている。
【０１３７】
第１の実施例から第５の実施例による半導体レーザ光源も同様にフォトダイオード１３をそれぞれ一つずつ有することができ、フォトダイオード１３は例えば、半導体ボディ１０の長手方向側面１０２Ａ上、ｐ側外面１０２Ｂ上又はｎ側の外面１０２Ｃ上に配置されているか、又はそれらの面の内の一つに隣接して設けられている。
【０１３８】
各実施例において、半導体レーザ光源は電気回路を有しており、この電気回路は半導体積層体１１０及びフォトダイオード１３に電気的に接続されており、また半導体レーザ光源の動作時にフォトダイオード１３の電気信号を評価し、半導体積層体１１０を流れる動作電流をフォトダイオード１３の信号に依存して制御するように構成されている。
【０１３９】
個々の実施例の光散乱部分領域１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの種々の構成を一つの半導体ボディ１０において相互に組み合わせることができる。
【０１４０】
その他の点に関しても、本発明は実施例に基づいた説明によって、それらの実施例に制限されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴並びにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせが特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【０１４１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102012103549.0号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
【図１ａ】
0006033406.tif 000002
【図１ｂ】
0006033406.tif 000003
【図２】
0006033406.tif 000004
【図３ａ】
0006033406.tif 000005
【図３ｂ】
0006033406.tif 000006
【図３ｃ】
0006033406.tif 000007
【図４ａ】
0006033406.tif 000008
【図４ｂ】
0006033406.tif 000009
【図５ａ】
0006033406.tif 000010
【図５ｂ】
0006033406.tif 000011
【図５ｃ】
0006033406.tif 000012
【図６】
0006033406.tif 000013
【図７】
0006033406.tif 000014
【図８】
0006033406.tif 000015
【図９】
0006033406.tif 000016
【図１０】
0006033406.tif 000017
【図１１】
0006033406.tif 000018
【図１２】
0006033406.tif 000019
【図１３】
0006033406.tif 000020
【図１４】
0006033406.tif 000021