(57)【要約】  本発明は、垂直主放射方向において放射を放出する光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体（１）と、垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源（２）とを有する半導体レーザ装置に関する。第１の実施形態によれば、ポンプ放射源（２）の少なくとも１つの垂直部分が、ポンプ主放射方向を横断し、且つ垂直主放射方向を横断する横方向においてポンプ放射に対して屈折率導波型に構成されている。第２の実施形態によれば、ポンプ放射源（２）が少なくとも１つの垂直部分において、ポンプ主放射方向を横断する横方向では別の垂直部分よりも狭い幅を有する。このようにして適切な寸法設計ではポンプ放射のモードが完全にまたは少なくとも部分的に垂直方向においてこの部分から押し出され、これにより導電層におけるポンプ放射の吸収損失が低減される。
2009528683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ装置であって、
垂直主放射方向において放射を放出する、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体（１）と、
前記垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源（２）とを有する、半導体レーザ装置において、
前記ポンプ放射源（２）の少なくとも１つの垂直部分が、前記ポンプ主放射方向を横断し、且つ前記垂直主放射方向を横断する横方向において前記ポンプ放射に対して屈折率導波型に構成されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体レーザ装置であって、
垂直主放射方向において放射を放出する、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体（１）と、
前記垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源（２）とを有する、半導体レーザ装置において、
前記ポンプ放射源（２）が少なくとも１つの垂直部分において、前記ポンプ主放射方向を横断する横方向では、別の垂直部分よりも狭い幅を有することを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記垂直部分が導波体（１３）として前記ポンプ主放射方向において構成されており、該導波体（１３）は前記横方向および前記垂直主放射方向において境界付けられている断面を有する、請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記導波体（１３）の断面は矩形または台形に成形されている、請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記ポンプ放射源（２）は放射生成型の活性のポンプ放射層（５）を有し、前記導波体（１３）は、前記垂直主放射方向において前記ポンプ放射層（５）とは間隔を置いて配置されている前記ポンプ放射源（２）の領域において構成されている、請求項３または４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザ装置は前記ポンプ放射源（２）の領域において部分的に除去されており、前記導波体（１３）は露出された半導体ストライプによって形成される、請求項３から５までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記導波体（１３）は、ドーパントが拡散されている半導体材料によって形成される、請求項３から５までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記導波体（１３）は前記横方向において、前記ポンプ放射の１０真空波長、例えば前記ポンプ放射の１〜６真空波長よりも小さい幅を有する、請求項３から７までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記導波体（１３）は前記垂直主放射方向において、前記ポンプ放射の１／５〜４真空波長の拡張部を有する、請求項３から８までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記導波体（１３）はポンプ主放射方向において可変の断面を有する、請求項４から９までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記ポンプ放射源（２）にパッシベーション層（７）が設けられており、該パッシベーション層（７）は前記導波体（１３）の領域には設けられていない、請求項３から１０までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記ポンプ放射源（２）にコンタクト層が設けられており、該コンタクト層は、前記ポンプ放射層（５）に平行であり、且つ該ポンプ放射層（５）とは反対の側において前記導波体（１３）と接触している、請求項３から１１までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
駆動時にポンプ放射モードが前記ポンプ主放射方向において形成されており、前記ポンプ放射モードは前記ポンプ放射源（２）内では前記ポンプ放射層（５）において強度最大値を有し、該強度最大値から、前記垂直主放射方向および前記横方向によって張られる平面において外側に向かって放射状に低下する強度を有し、前記導波体（１３）内の強度は該導波体（１３）外の同等の間隔における強度に比べて小さい、請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記ポンプ放射層（５）が前記垂直放射体（１）に進入しており、前記ポンプ放射モードは前記垂直放射体（１）内において垂直放射方向で、前記ポンプ放射モードが駆動時に垂直放射層（１０）と重畳するように拡張されている、請求項１３記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記垂直放射体（１）は放射生成型の少なくとも１つの活性の垂直放射層（１０）を有し、該垂直放射層（１０）は前記垂直主放射方向において前記ポンプ放射層（５）から間隔を置いている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記ポンプ放射層（５）および少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）には垂直方向において内部共振器ミラー構造体が後置されている、請求項１４または１５記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記内部共振器ミラー構造体はブラッグ反射器（１１）である、請求項１６記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記内部共振器ミラー構造体は少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）と基板との間に配置されており、少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）によって生成される放射は前記基板に対向する側において出力結合される、請求項１６または１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記内部共振器ミラー構造体は基板および少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）に後置されており、少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）によって生成される放射は前記基板を介して出力結合される、請求項１６または１７記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記基板には、少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）によって生成された放射を出力結合するために出力結合窓が設けられている、請求項１９記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの垂直放射層（１０）には外部ミラーが配属されており、該外部ミラーは前記内部共振器ミラー構造体と共に前記垂直発光体（１）に対する共振器を形成する、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２２】
共振器内に放射成形エレメントが配置されている、請求項２１記載の半導体レーザ装置。
【請求項２３】
共振器内に周波数選択性エレメントが配置されている、請求項２１または２２記載の半導体レーザ装置。
【請求項２４】
共振器内に周波数変換エレメントが配置されている、請求項２１から２３までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２５】
前記ポンプ放射源（２）は端面発光型のレーザである、請求項１から２４までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２６】
前記ポンプ放射源（２）は少なくとも１つの共振器ミラー（１６）を備えた共振器を有する、請求項１から２５までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２７】
前記垂直放射体（１）を挟んで向かい合って配置されている２つのポンプ放射源（２）は共通の共振器を有し、且つ一緒に１つのレーザを形成する、請求項１から２６までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２８】
相互に平行に配置されている少なくとも２つのポンプ放射源（２）が設けられている、請求項１から２７までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項２９】
平行に並んで配置されている２つのポンプ放射源（２）は共通の共振器ミラー装置（１７）を有し、該共通の共振器ミラー装置（１７）は相互に直交して配置されている２つの共振器ミラー（１６）から構成されている、請求項２８記載の半導体レーザ装置。
【請求項３０】
前記２つの共振器ミラー（１６）は、前記ポンプ放射が全反射されるように配置されている、請求項２９記載の半導体レーザ装置。
【請求項３１】
前記垂直放射体（１）の周囲に放射状に配置されている複数のポンプ放射源（２）が設けられている、請求項１から２７までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３２】
前記導波体（１３）は前記ポンプ放射の方向において前記共振器ミラー（１６）の手前で終端している、請求項２４から３１までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３３】
前記導波体（１３）は、前記ポンプ放射の方向において前記共振器ミラー（１６）の手前で横方向に狭められて構成されている、請求項２６から３２までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３４】
前記導波体（１３）は、前記ポンプ放射の方向において前記共振器ミラー（１６）の手前で横方向に拡大されて構成されている、請求項２６から３３までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３５】
少なくとも１つの前記垂直放射層（１０）および／または前記ポンプ放射層（５）はそれぞれ少なくとも１つの量子層を包含する、請求項１５または３４までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項３６】
前記量子層は量子箱または量子線または量子点またはこれらの構造の組み合わせを有する、請求項３５記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102006009237.6号および第102006011284.9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。
【０００２】
本発明は、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体と、この垂直放射体を光学的にポンピングするための、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源とを有する半導体レーザ装置に関する。
【０００３】
光学的にポンピングされる垂直発光型の半導体レーザ装置により、高い放射品質と同時に高い発光出力を実現することができる。モノリシックに集積されたポンプ放射源によって小型の構造を達成することができる。
【０００４】
本発明の課題は、効率が改善された、冒頭に述べた形式の半導体レーザ装置を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１または請求項２に記載されている半導体レーザ装置によって解決される。
【０００６】
本発明による半導体レーザ装置は、垂直主放射方向において放射を放出する、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体と、垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射方向においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源とを有する。第１の解決手段において半導体レーザ装置は、ポンプ放射源の少なくとも１つの垂直部分が、ポンプ主放射方向を横断し、また垂直主放射方向を横断する横方向においてポンプ放射に対して屈折率導波型（index-guiding）であるように構成されていることを特徴とする。第２の解決手段において半導体レーザ装置は、ポンプ放射源が少なくとも１つの垂直部分において、ポンプ主放射方向を横断する横方向では、別の垂直部分よりも狭い幅を有することを特徴とする。
【０００７】
全体のシステムとしての半導体レーザ装置の効率には、個々の構成要素の効率が係数として含まれる。したがって、半導体レーザ装置の高効率に関しては可能な限り高い効率を有するポンプ放射源が絶対的に必要である。駆動に必要とされる電流をポンプ放射源に供給できるようにするために、電流を流す全ての層が高ドープされており、通常の場合金属性のコンタクトを介して良好に接触できることは有利である。導電性の層を介して案内される、またはこの導電性の層の非常に近傍を案内されるポンプ放射にはしかしながら高い吸収損失が生じる。屈折率導波または少なくとも１つの垂直部分における横方向のポンプ放射源の幅の低減によって、適切な寸法設計では、ポンプ放射のモードが完全にまたは少なくとも部分的に垂直方向においてこの部分から押し出される。この部分から垂直方向に押し出すことによって、有利にはポンプ放射モードと導電層、例えばコンタクト層との間隔を大きくすることができる。このようにして吸収損失が低減される。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明の有利な実施形態においては、垂直部分が導波体としてポンプ主放射方向において構成されており、これは横方向および垂直主放射方向において境界付けられている断面を有する。これによって、ポンプ放射モードは垂直方向において押し出されるだけではなく、横方向においても案内される。殊に有利には、ポンプ放射源が端面発光型のレーザである。両方の特徴により実施されているポンプ放射源は狭幅レーザまたはリッジレーザとしても公知である。
【００１０】
有利には、導波体の断面は矩形または台形に成形されている。この形状の導波体はプロセス技術的に比較的廉価に製造することができる。別の有利な実施形態においては、導波体はポンプ主放射方向において可変の断面を有することができる。例えば、導波体はポンプ放射の方向において、ポンプ放射源の共振器ミラーの手前で終端しているか、ポンプ主放射方向において、共振器ミラーの手前で横方向に狭められて、または拡大されて実施されている。このようにして、共振器ミラーにおけるポンプ放射の入力結合および出力結合を好適に制御することができる。
【００１１】
有利には、ポンプ放射源が放射生成型の活性のポンプ放射層を有し、また導波体が、垂直方向においてポンプ放射層とは間隔を置いて配置されているポンプ放射源の領域において実施されている。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態においては、半導体レーザ装置がポンプ放射源の領域において部分的に除去されており、導波体が露出された半導体ストライプによって形成される。別の実施形態においては、ドーパントが拡散されている半導体材料によって導波体が形成される。いずれの実施形態においても、全体の半導体レーザ装置、すなわち垂直放射体および１つまたは複数のポンプ放射源を先ず１つのエピタキシャルステップ（いわゆる１ステップエピタキシ）で製造し、続いてポンプ放射源の領域における導波体の構造化を行うことができる。１ステップエピタキシによって、ポンプ放射源から垂直放射体への移行部における粒子境界または他の成長効果による移行損失が阻止される。
【００１３】
有利には、導波体が横方向において、ポンプ放射の１０真空波長、殊にポンプ放射の１〜６真空波長よりも小さい幅を有する。さらに有利には、導波体が垂直主放射方向において、ポンプ放射の１／５〜４真空波長の拡張部を有する。この特徴による幾何学的な寸法は、殊にポンプ放射モードの垂直方向の誘導および押出に適している。
【００１４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、ポンプ放射源上にパッシベーション層が設けられており、このパッシベーション層は導波体の領域には設けられていない。別の実施形態によれば、ポンプ放射源上にコンタクト層が設けられており、このコンタクト層はポンプ放射層に対して平行であり、且つこのポンプ放射層とは反対側にある導波体と接触している。このようにして、ポンプ放射源への電流供給は導波体を介してのみ行われる。ポンプ放射モードは有利には可能な限りコンタクト層から距離を置いている。
【００１５】
有利には駆動時にポンプ放射モードがポンプ主放射方向において形成され、これはポンプ放射源内ではポンプ放射層において強度最大値を有し、この強度最大値から、垂直主放射方向および横方向によって張られる平面において外側に向かって放射状に低下する強度を有し、導波体内の強度は導波体外の同等の間隔における強度に比べて小さい。
【００１６】
本発明の別の有利なヴァリエーションにおいては、垂直放射体が放射生成型の少なくとも１つの活性の垂直放射層を有し、この垂直放射層は垂直主放射方向においてポンプ放射層から間隔を置いている。殊に有利には、ポンプ放射層が垂直放射体１に進入しており、またポンプ放射モードは垂直放射体内において垂直放射方向で、ポンプ放射モードが駆動時に垂直放射層と重畳するように拡張する。垂直放射層およびポンプ放射層が垂直方向において相互に隔てられて順次成長した層であることによって、これらの層に関する材料および寸法の設計に関する大きな自由度が生じる。これによりポンプ放射ならびに垂直方向に放射される放射の波長をさらなる限界で調整することができ、これによって高いポンプ効率を達成することができる。
【００１７】
有利には、垂直放射層および／またはポンプ放射層がそれぞれ少なくとも１つの量子層を包含する。量子層は殊に有利な実施形態においては、量子箱、量子線、量子点またはこれらの構造の組み合わせを有することができる。
【００１８】
したがって本発明の範囲において量子層とは、放射線生成のために重要なキャリアエネルギーレベルの量子化が、例えば閉じ込め（confinement）によって生じるように寸法決定または構造化されている層であると解釈される。殊にこの量子層という用語には、量子化の次元の数に関する規定または限定は含まれない。
【００１９】
本発明の有利な実施形態においては、ポンプ放射層と垂直放射層には垂直方向において内部共振器ミラー構造体が後置されており、この共振器ミラー構造体は特に有利にはブラッグ反射器である。
【００２０】
本発明の別の実施形態においては、垂直放射層と基板との間に内部共振器ミラー構造が配置されている。垂直放射層によって生成された放射は基板に対向する側において出力結合される。択一的に、本発明の別の実施形態においては、内部共振器ミラー構造が基板と垂直放射層と基板との間に配置されている。垂直放射層によって生成された放射は基板を介して出力結合される。殊に有利には、放射の出力結合のために出力結合窓が基板内に設けられている。
【００２１】
本発明の別の実施形態においては、垂直放射層に外部ミラーが配属されており、この外部ミラーは内部共振器ミラー構造体と共に垂直放射体に対する共振器を形成する。本発明の有利な実施形態においては、共振器内に放射成形エレメントまたは周波数選択性エレメントまたは周波数変換エレメントが配置されている。
【００２２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、ポンプ放射源が少なくとも１つの端部ミラーを備えた共振器を有する。有利には、垂直放射体の相互に対向する側に配置されている２つのポンプ放射源が共通の共振器を有し、一緒に１つのレーザ構造体を形成する。
【００２３】
本発明の有利な実施形態においては、相互に平行に配置されている２つのポンプ放射源が設けられている。殊に有利には、平行に並んで配置されている２つのポンプ放射源は共通の端部ミラー装置を有し、この共通の端部ミラー装置は相互に直交して配置されている２つの端部ミラーから構成されている。さらに殊に有利には、ポンプ放射が全反射されるように２つの端部ミラーは配置されている。全反射が生じる端部ミラーの配置によって、ポンプ放射源の端面の煩雑な鏡面化を回避することができる。
【００２４】
本発明の有利な実施形態においては、垂直放射体の周囲に放射状に配置されている複数のポンプ放射源が設けられている。このようにして複数のポンプ放射源を使用することができるので、高い強度を有するポンプ放射を垂直放射体に入力結合させることができる。さらに、ポンプ放射はその種の配置構成において有利にはほぼ半径対称的に垂直放射体の中心に向かって合わせられており、このことは垂直放射体の横方向において対称的な基本モードの形成にとって好適である。
【００２５】
以下では本発明のさらに有利な構成を図１から図６に示されている実施例を参照しながら説明する。
【００２６】
ここで、
図１は、本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例の概略的な平面図を示す。
図２は、半導体レーザ装置の第１の実施例の３つの異なる断面図を示す。
図３は、種々の処理段階における半導体レーザ装置の断面図に基づいた、本発明による半導体レーザ装置の製造方法を示す。
図４は、平行なポンプ放射源を備えた本発明による半導体レーザ装置の３つの実施例の概略的な平面図を示す。
図５は、ポンプ放射源の端部ミラー領域において異なる導波体形態を有する、図４Ｃによる実施例の２つの実施形態の細部を示す。
図６は、放射状のポンプ放射源を備えた本発明による半導体レーザ装置の３つの別の実施例の概略的な平面図を示す。
【００２７】
同一また同様に作用する構成素子には図面において同一の参照番号が付されている。図面は概略的に描かれたものである。殊に、構成素子の大きさの比率は縮尺通りに描かれていない。
【００２８】
図１は、中央の垂直放射体１ならびにこの垂直放射体１を挟んで向かい合って配置されている２つのポンプ放射源２を備えた半導体レーザ装置を示す。ポンプ放射源２の表面は、図面において斜線が描かれている、相互に平行に延びる導波体１３を隆起した領域として有している。
【００２９】
図２には半導体レーザ装置の３つの断面図が示されており、図２Ａには図１に示されている断面線Ａ−Ａに沿った断面が示されている。
【００３０】
図２Ａから見て取れるように、半導体レーザ装置は以下の層構造を有する。基板３上にはバッファ層４が被着されており、このバッファ層４上にはポンプ放射層５が被着されており、またこのポンプ放射層５上には別のバッファ層６が被着されている。ポンプ放射源２の領域においては、別のバッファ層６上にコンタクト層８が被着されており、このコンタクト層８は部分的に、この図からは見て取れないパッシベーション層７によって別のバッファ層６から隔てられている。垂直放射体１の領域においては、別のバッファ層６上にエッチストップ層が被着されており、このエッチストップ層には交互に配置されている量子層およびバリア層を有することができる垂直放射層１０が続く。垂直放射層１０上にはブラッグ反射器１１が被着されている。図示されている実施例においては、垂直放射体１から基板３を介して垂直放射１２が出力結合される。この図面において外部共振器ミラーは示されていないが、この外部共振器ミラーによってブラッグ反射器１１と共に垂直放射１２のための共振器が形成される。
【００３１】
本発明を実現するための適切な材料系はＩＩＩ−ＩＶ族化合物半導体のグループにある。図示されている実施例を、例えばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＡｓ、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＰまたはＩｎxＧａ1-xＡｓyＮ1-y（ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）をベースとして実現することができる。もちろん本発明はこれらの材料系に限定されるものではなく、所望の波長またはその他の要求に応じて別の材料系に基づき構成することもできる。
【００３２】
ポンプ放射源２は、電気的にポンピングされる端面発光型の半導体レーザとして構成されており、そのポンプ主放射方向は垂直放射体１において基板３に平行に示される。垂直放射体１側とは反対側において相互に平行に延びている、対向する２つのポンプ放射源２の端面は鏡面に構成されており、ポンプ放射に対する共振器ミラーとして使用される。これらの端面を有利には結晶方向に沿った破断によって形成することができるが、エッチングプロセスによっても形成することができ、また選択的に高反射性にミラー化することができる。図示されている実施例においては、２つのポンプ放射源２がただ１つのコヒーレントな発振レーザを形成する。
【００３３】
ポンプ放射層５を例えば、図面に示されているように、ただ１つの光学的に活性の量子層によって実現することができる。択一的にポンプ放射層５を、バリア層によって隔てられている量子層を包含する層列によって形成することができる。
【００３４】
上述したように、本明細書の枠内において量子層とは、その寸法設計または構造化によってキャリアのエネルギレベルの量子化を惹起するあらゆる層であると解される。この量子層は二次元の量子井戸を形成することができるか、より低い次元数の構造的素子、例えば量子箱または量子線または量子点またはこれらの構造の組合せを含んでいてもよい。
【００３５】
半導体レーザ装置を駆動させるために、コンタクト層８と、基板３上のここでは図示されていない別のコンタクト層とを介して、キャリアがポンプ放射源２に注入され、これらのキャリアがポンプ放射層５内で発光性に再結合し、これによりポンプ放射が形成される。
【００３６】
別のバッファ層６には垂直放射体１内とポンプ放射源２内では異なる層が接している。ポンプ放射は、垂直放射体１への移行部において生じている屈折率差によって垂直放射体１内で回折し、垂直方向に伝播するので、ポンプ放射フィールドは垂直放射層と重畳し、これにより垂直放射層１０は垂直放射体１の光学的に活性な層として光学的にポンピングされる。ポンプ放射は垂直放射層１０の量子層間に配置されているバリア層において吸収されるか（バリア層ポンピング）、直接的に量子層において吸収される（量子層ポンピング）。ポンプ放射の吸収により電子・正孔対が生じ、この電子・正孔対はその後、場合によっては量子層内に拡散した後に、量子層のエネルギ的により高い状態を有するので、反転分布が生じる。この反転分布により垂直放射１２が生じる。
【００３７】
図示されている実施例においては、垂直放射１２が基板３を介して出力結合される。基板３が垂直放射１２の波長に対して透過性でない場合、もしくは基板内の吸収損失が許容できないほどに大きい場合には、基板３における垂直放射体１の領域に窓を設けることができる。図示されている実施例に択一的に、ブラッグ反射器１１が基板３上に被着されており、垂直放射１２が半導体レーザの基板に対向する側において出力結合される層構造も考えられる。
【００３８】
図２Ｂにはポンプ放射源２を通る断面線Ｂ−Ｂによる断面図が示されている。この断面図からは、ポンプ放射方向を横切る横方向ではポンプ放射源の幅が上側の垂直部分では下側の別の垂直部分よりも狭いことが見て取れる。これは別のバッファ層６の構造化によって達成される。図示されている実施例においては、３つの平行な導波体１３が形成されており、これらの導波体１３は幅が狭められた部分を形成する。導波体１３の数に上限または下限はない。３つという導波体１３の数は単に例として選択されたものである。別のバッファ層６は導波体１３の上面を除きパッシベーション層７によって覆われている。別のバッファ層６ないしパッシベーション層７上にはコンタクト層８が被着されているので、コンタクト層８は導波体１３の上面に直接的に接しているが、その他の個所はパッシベーション層７によって別のバリア層６から隔てられている。ポンプ放射源２の駆動時に生成されるポンプ放射の横方向の強度分布は、記載されているポンプ放射モード１５によって特徴付けられている。
【００３９】
導波体１３によって一方ではポンプ放射源の駆動に必要とされる電流が供給され、他方では横方向におけるポンプ放射の誘導、ならびに垂直方向におけるモード幾何学の制御が達成される。導波体１３はこのために横方向において制限的な拡張部を有する。横方向において導波体１３は、ポンプ放射の波長に比例して、ポンプ放射モード１５ａが導波体１３の内部において生じない、もしくは制限的にしか生じないほどに狭い。図２Ｂ（断面Ｂ−Ｂ）において、この効果は上側の領域において押しつぶされている非対称的なモード幾何学に見て取れる。ポンプ放射の強度は、殊にコンタクト層８の近傍において、また導波体１３のドープされた領域の近傍において低減され、これによって吸収損失が低減される。５００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域の典型的なポンプ放射波長（真空波長）に関して、５００ｎｍ〜５０００ｎｍの導波体１３の幅がこの効果を達成するために殊に適している。
【００４０】
垂直方向における導波体の高さ１３は有利には１００ｎｍ〜２０００ｎｍである。高さが比較的低い場合には、垂直方向のモード抑制の本発明による効果が最適には現われず、過度に高い場合には電流注入におけるオーム損失がポンプ放射源の効率を低下させる。導波体１３の最適な高さはこれら２つの作用の妥協案として求められる。
【００４１】
導波体１３からポンプ放射層５までの好適な距離は導波体１３の２つのパラメータ、すなわち高さと幅に依存する。導波体１３の下面が場合によってはポンプ放射層５にまで達していることも考えられる。
【００４２】
図示されている実施形態においては導波体１３が別のバッファ層６の構造化によって壁（リッジ）の形で形成される。択一的な実施形態においては、導波体１３を別のバッファ層６のトポロジ的な構造化無しでも、層材料内の屈折率差だけで実施することができる。異なる屈折率を有する領域を例えば横方向に選択されたドーパントの拡散またはイオン注入によって形成することができるか、湿熱性（feuchtthermisch）の酸化によって形成することができる。
【００４３】
図２Ｃにおいては垂直放射体１の断面（断面Ｃ−Ｃ）が示されている。図２Ａにおいて既に示されている層構造の他に、断面Ｃ−Ｃはポンプ放射モード１５ｂとしての動作時に生じるポンプ放射の強度分布を示す。
【００４４】
ポンプ放射源２内のポンプモード１５ａとは異なり、殊にポンプモード１５ｂの垂直放射層１０までの垂直方向の拡張が示されている。ポンプ放射の垂直方向の伝播は、垂直放射体１における種々の層列による上述の屈折率差、またそれにより生じる垂直放射体１への移行時のポンプ放射の回折に起因する。さらに導波体１３は垂直放射体１までは延びていないので、ポンプ放射源の内部とは異なり、垂直放射体１の内部におけるポンプモードの垂直方向の伝播は導波体１３による制限を受けない。
【００４５】
図３には、ポンプ放射源２の断面図（図２Ｂの断面Ｂ−Ｂに類似する）に基づいた半導体レーザ装置のための製造方法が製造プロセスの種々の段階で示されている。半導体レーザ装置の図示されている実施例は導波体１３が１つしか設けられていない点において図１および図２に示されている実施例とは異なっているが、これは殊に表記を簡単にするためのものである。
【００４６】
有利には、全体の半導体レーザ装置、すなわち垂直放射体１ならびにポンプ放射源２が先ず共通のエピタキシャルプロセスにおいて作成される。これによって製造プロセスが簡略化されることは別として、２ステップでのエピタキシャルプロセスにおいては不可避である、ポンプ放射源２と発光体１との間の移行領域における問題（粒子境界、高まった欠陥密度、対応する層の相互のずれ）を回避することができる。したがってエピタキシャルプロセスの後に半導体レーザ装置はポンプ放射源２の領域において、垂直放射体１と同一の構造を有する。この層構造は図２Ａと関連させて既に説明したが、図３Ａに再度示されている。
【００４７】
これに続いてポンプ放射源２の領域では横方向において選択的に、半導体レーザ装置が別のバリア層６まで除去される。この除去は有利にはエッチングプロセスにおいて実施される。エッチングプロセスによって別のバッファ層６を所定のように露出させるために、バリア層６上にはエッチストップ層９が設けられており、このエッチストップ層９は使用されるエッチングプロセスに対して耐性がある。エッチストップ層９までのエッチングが行われた後に（図３Ｂ）、エッチストップ層９は適切なプロセスによって除去され、別のバッファ層６が露出される（図３Ｃ）。
【００４８】
さらなるエッチングプロセスにおいて、平行な凹部（溝）が別のバッファ層６のエッチングにより形成される。これは例えばエッチマスクを使用して行うことができる。溝の深さはプロセスパラメータを介してエッチング中に規定される。図２Ｂおよび図３に示されている実施例において、溝の深さはポンプ放射層５までは到達していない。しかしながら択一的な実施形態においては、別のバッファ層６およびその下に設けられているポンプ放射層５が完全に溝によって隔たれるほどに溝を深く実施することも考えられる。したがってこの場合、溝はバッファ層４にまで達する。エッチングの代わりに構造化のための別の方法ステップ、例えばイオンスパッタリングによる別のバッファ層６の除去も考えられる。除去されない平行な１つの（または別の実施例においては複数の）ウェブ（リッジ）は１つまたは複数の導波体１３を形成する（図３Ｄ）。
【００４９】
後続のステップにおいては、ポンプ放射源２の表面に導波体１３の表面を除きパッシベーション層７が設けられる（図３Ｅ）。このパッシベーション層７を別のバッファ層６の表面の事前酸化によって相応の領域内に形成することができるか、相応の被導電性の層の被着によって形成することができる。これは結晶性である必要はないので、厳格に制御しなければならないエピタキシャル成長プロセスは行われず、簡単なやり方で、例えばＣＶＤ（化学気相成長）方法、スパッタリングプロセスまたは蒸着方法によっても被着させることができる。
【００５０】
本方法の後続のステップにおいては、ポンプ放射源の表面はドーパントにさらされ、このドーパントはパッシベーション層７によって覆われていない表面領域、すなわち導波体１３内に拡散するので、ドープされた領域１４が生じる（図３Ｆ）。気相からドーパントを拡散するプロセスの代わりに、ドーパントをイオン注入またはスパッタリングプロセスによって所期のようにもたらすことができる。導波体１３のドーピングによって導波体１３の高い導電性が達成される。最後のステップにおいてはコンタクト層８、通常の場合には金属層が蒸着によって被着される（図３Ｇ）。
【００５１】
図４には、本発明による半導体レーザ装置の３つの別の実施例の平面図が示されている。３つ全ての例には、垂直放射体１を挟んで向かい合って配置されており、相互に平行に延びている２つのポンプ放射源２が設けられている。ポンプ放射源２のうち導波体１３のみが示されている。垂直放射体１の対向するそれぞれの側に４つの平行な導波体１３が設けられている。
【００５２】
図４Ａに示されている実施例においては、垂直放射体１とは反対側のポンプ放射源の端部は共振器ミラー１６として実施されている。共振器ミラー１６を半導体結晶の破断によって形成することができるか、エッチングプロセス、有利にはプラズマエッチングプロセスによって形成することができる。対向しているそれぞれ２つのポンプ放射源２は共通の共振器によって結合されている。ポンプ放射源２はポンプ主放射方向を横断する横方向と、垂直主放射方向を横断する横方向とでは等距離に配置されていない。ポンプ放射源２が内側の領域においては外側の領域よりも小さい間隔を相互に有することによって、垂直放射体１は中心では周辺部に比べて強くポンピングされる。このようにして有利には、垂直放射体１の横方向の基本モード放射が励起される。
【００５３】
図４Ｂに示されている実施例は、図４Ａに示されている実施例とは共振器ミラー１６の構成が異なる。この場合、垂直放射体１の一方の側に配置されている４つのポンプ放射源２に対して、相互に垂直に配置されている２つのミラー面からなる共通の共振器ミラー装置１７が設けられている。その種のミラー装置は再帰反射器としても公知である。それぞれ内側に配置されているポンプ放射源２ならびにそれぞれ外側に配置されているポンプ放射源２から形成されている２つのリングレーザ構造が生じる。再帰共振器としての共振器ミラーの構成は、２つのミラー面において全反射が生じ、これにより高反射性の材料を有する煩雑なミラーコーティングまたは誘電性の積層体を省略することができるという利点を提供する。
【００５４】
図４Ｃに示されている実施例においては、その種の共振器ミラー装置１７がそれぞれ２つ設けられており、これによりそれぞれ隣接するポンプ放射源２は１つのリングレーザに結合される。
【００５５】
図５には、図４Ｃの半導体装置の２つの実施形態が示されている。導波体１３が一定の断面積で共振器ミラーまで延びている場合、横方向の狭いモード分布におけるポンプ放射は導波体を通って波を案内している領域を離れる。この場合、ポンプ放射源２から生じるポンプ放射を効果的に、共通の共振器を形成している別のポンプ放射源に入力結合させるために非常に正確なミラー調整が必要である。導波体１３の断面が端部ミラー装置の手前の領域において変化することによって（これは断面を狭めることによって（図５Ａ）、または拡大することによって（図５Ｂ）行うことができる）、ポンプ放射の横方向のモード分布が拡張され、入力結合効率が改善される。この効果を、導波体１３が既に共通の共振器ミラー装置１７の手前において終端していることによって支援することができる。
【００５６】
図６には、本発明による半導体レーザ装置の３つの別の実施形態が平面図で示されている。これらの実施例においては、中央の垂直放射体１が放射状に配置されているポンプ放射源２によって光学的にポンピングされる。このようにしてポンプ放射を高い強度で垂直放射体１に供給することができる。さらにこの配置構成はポンプ放射のほぼ半径対称的な強度分布に基づき、垂直放射体１の横方向基本モード放射の発生を支援する。
【００５７】
図６Ａに示されている実施例においては、対向しているそれぞれ２つのポンプ放射源２が１つの共通のレーザ構造体を形成し、垂直放射体１とは反対側にあるポンプ放射源２の端面が共振器ミラー１６として構成されている。共振器ミラー１６はこの場合エッチングプロセスによって作成される。何故ならば、必要とされる配向が多様であるため適切な結晶カット面は通常の場合存在しないからである。
【００５８】
個々のポンプ放射源各々に個別に形成されている共振器ミラー１６の代わりに、図６Ｂに示されているように、共通のリング状の共振器ミラー１８を設けることもできる。この実施形態はプロセス技術的により簡単に実現することができるが、不所望なリング共振が生じる可能性がある。
【００５９】
図６Ｃに示されている実施例においては、ポンプ放射源２間の中間領域内にその種のリング共振を阻止するための吸収構造体１９が設けられている。この吸収構造体を例えば半導体レーザ装置のエッチングにより生じるＶ字型の溝により形成することができ、その表面には吸収性の材料、例えば金属が設けられている。有利には、吸収性の層は薄い絶縁層によって半導体レーザ装置から電気的に分離されている。
【００６０】
上述した実施例に基づく本発明の説明は、本発明をこれに制限するものとみなすべきではない。むしろ本発明は、たとえ実施例およびその他の説明に記載されている他の全ての特徴との組み合わせが請求項の対象でなくとも、それらの組合せを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による半導体レーザ装置の第１の実施例の概略的な平面図を示す。
【図２】半導体レーザ装置の第１の実施例の３つの異なる断面図を示す。
【図３】種々の処理段階における半導体レーザ装置の断面図に基づいた、本発明による半導体レーザ装置の製造方法を示す。
【図４】平行なポンプ放射源を備えた本発明による半導体レーザ装置の３つの実施例の概略的な平面図を示す。
【図５】ポンプ放射源の端部ミラー領域において異なる導波体形態を有する、図４Ｃによる実施例の２つの実施形態の細部を示す。
【図６】放射状のポンプ放射源を備えた本発明による半導体レーザ装置の３つの別の実施例の概略的な平面図を示す。
【図１】
2009528683.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月30日(2008.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ装置であって、
垂直主放射方向において放射を放出する、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体（１）と、
前記垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源（２）とを有する、半導体レーザ装置において、
前記ポンプ放射源（２）の少なくとも１つの垂直部分が、前記ポンプ主放射方向を横断し、且つ前記垂直主放射方向を横断する横方向において前記ポンプ放射に対して屈折率導波型に構成されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体レーザ装置であって、
垂直主放射方向において放射を放出する、光学的にポンピングされる面発光型の垂直放射体（１）と、
前記垂直主放射方向を横断する方向に延びるポンプ主放射においてポンプ放射を放出する、少なくとも１つのモノリシックに集積されたポンプ放射源（２）とを有する、半導体レーザ装置において、
前記ポンプ放射源（２）が少なくとも１つの垂直部分において、前記ポンプ主放射方向を横断する横方向では、別の垂直部分よりも狭い幅を有することを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記垂直部分が導波体（１３）として前記ポンプ主放射方向において構成されており、該導波体（１３）は前記横方向および前記垂直主放射方向において境界付けられている断面を有する、請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記ポンプ放射源（２）は放射生成型の活性のポンプ放射層（５）を有し、前記導波体（１３）は、前記垂直主放射方向において前記ポンプ放射層（５）とは間隔を置いて配置されている前記ポンプ放射源（２）の領域において構成されている、請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記半導体レーザ装置は前記ポンプ放射源（２）の領域において部分的に除去されており、前記導波体（１３）は露出された半導体ストライプによって形成される、請求項３または４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記導波体（１３）は、ドーパントが拡散されている半導体材料によって形成される、請求項３または４記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記導波体（１３）は前記横方向において、前記ポンプ放射の１０真空波長、例えば前記ポンプ放射の１〜６真空波長よりも小さい幅を有する、請求項３から６までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記導波体（１３）は前記垂直主放射方向において、前記ポンプ放射の１／５〜４真空波長の拡張部を有する、請求項３から７までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記ポンプ放射源（２）にコンタクト層が設けられており、該コンタクト層は、前記ポンプ放射層（５）に平行であり、且つ該ポンプ放射層（５）とは反対の側において前記導波体（１３）と接触している、請求項３から８までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記垂直放射体（１）は放射生成型の少なくとも１つの活性の垂直放射層（１０）を有し、該垂直放射層（１０）は前記垂直主放射方向において前記ポンプ放射層（５）から間隔を置いている、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記ポンプ放射源（２）は端面発光型のレーザであり、少なくとも１つの共振器ミラー（１６）を備えた共振器を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記垂直放射体（１）を挟んで向かい合って配置されている２つのポンプ放射源（２）は共振器ミラー（１６）を備えた共通の共振器を有し、且つ一緒に１つのレーザを形成する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
平行に並んで配置されており、共通の共振器ミラー装置（１７）を有する少なくとも２つのポンプ放射源（２）が設けられており、前記共通の共振器ミラー装置（１７）は相互に直交して配置されている２つの共振器ミラー（１６）から構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記導波体（１３）は前記ポンプ放射の方向において前記共振器ミラー（１６）の手前で終端している、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記導波体（１３）は、前記ポンプ放射の方向において前記共振器ミラー（１６）の手前で横方向に狭められて、または拡大されて構成されている、請求項１４記載の半導体レーザ装置。
【国際調査報告】
2009528683.tif 000021
2009528683.tif 000022
2009528683.tif 000023
2009528683.tif 000024
2009528683.tif 000025
2009528683.tif 000026