(57)【要約】本発明は、少なくとも１つのポンピング放射源（２０）と、面発光量子井戸構造（１１）とを有している半導体基体を備えた光学的にポンピングされる放射放出半導体装置であって、ポンピング放射源（２０）および面発光量子井戸構造（１１）はモノリシックに集積されて実現されている形式のものを記述している。ポンピング放射源（２０）は量子井戸構造（１１）の光学的なポンピングのためのポンピング放射（２）を生成し、その際ポンピング放射源（２０）と量子井戸構造（１１）との間の半導体基体に、ポンピング放射（２）を量子井戸構造（１１）に入力結合するための切り欠き（１０）が形成されている。更に本発明はこの形式の半導体装置に対する製造方法を記述している。
2005537674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのポンピング放射源（２０）と、面発光量子井戸構造（１１）とを有している半導体基体を備えた光学的にポンピングされる発光半導体装置であって、
ポンピング放射源（２０）および面発光量子井戸構造（１１）はモノリシックに集積されて実現されており、かつポンピング放射源（２０）が量子井戸構造（１１）の光学的なポンピングのためのポンピング放射（２）を生成する
形式のものにおいて、
ポンピング放射源（２０）と量子井戸構造（１１）との間の半導体基体に、ポンピング放射（２）を量子井戸構造（１１）に入力結合するための切り欠き（１０）が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
切り欠き（１０）は溝形状に形成されておりかつポンピング放射（２）の伝搬方向に対して斜めまたは垂直に延在している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
切り欠き（１０）はポンピング放射源（２０）の方を向いている第１の側面（２６）と量子井戸構造（１１）の方を向いている反対側の第２の側面（２７）とを有しており、その際ポンピング放射（２）は第１の側面（２６）を介して切り欠き（１０）に入射しかつ引き続いて第２の側面（２７）を介して量子井戸構造（１１）に入射する
請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
第２の側面（２７）は第１の側面（２６）に対して平行である
請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
第１および／または第２の側面（２６，２７）はポンピング放射（２）の伝搬方向、例えばポンピング放射源（２０）の主放射方向に対して、ブルースター角に等しい角を成している
請求項３または４記載の半導体装置。
【請求項６】
切り欠き（１０）は誘電体または半導体材料によって充填されている
請求項１から５までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項７】
切り欠き（１０）はポンピング放射源（２）の屈折率、量子井戸構造（１１）の屈折率またはこれら２つの屈折率の幾何学的な平均に実質的に等しい屈折率を有している材料によって充填されている
請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体装置は、量子井戸構造（１１）によって形成される放射生成領域を備えたバーチカル放出器を有している
請求項１から７までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項９】
バーチカル放出器は垂直方向に放出するレーザ、例えばＶＣＳＥＬまたは面発光レーザである
請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
ポンピング放射源（２０）はポンピングレーザである
請求項１から９までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１１】
ポンピングレーザは端面放出レーザである
請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
ポンピングレーザはリングレーザである
請求項１０または１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
ポンピングレーザは共振器を有し、かつ量子井戸構造（１１）は共振器内に配置されている
請求項１０から１２までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１４】
ポンピング放射（２）はラテラル方向において量子井戸構造（１１）に入力結合される
請求項１から１３までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１５】
ポンピング放射源（２０）および面発光量子井戸構造（１１）は異なっている半導体層列から形成されている
請求項１から１４までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１６】
ポンピング放射源（２０）および面発光量子井戸構造（１１）はエピタキシャルにかつ順次形成されている
請求項１から１５までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１７】
切り欠き（１０）はポンピング放射源（２０）と面発光量子井戸構造（１１）との間の過成長領域に配置されている
請求項１から１６までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１８】
ポンピング放射源（２０）は少なくとも１つの導波体層（２３，２４）を有している
請求項１から１７までのいずれか１記載の半導体装置。
【請求項１９】
面発光量子井戸構造（１１）と少なくとも１つの、ポンピング放射（２）を量子井戸構造（１１）の光学的なポンピングのために生成するポンピング放射源（２０）とを有している半導体基体を備えていて、ポンピング放射源（２０）および量子井戸構造（１１）はモノリシックに集積されているという光学的にポンピングされる半導体装置の製造方法であって、
ａ）  基板（１）を用意し、
ｂ）  基板（１）に、量子井戸構造（１１）を含んでいる多数の半導体層をエピタキシャル成長させ、
ｃ）  半導体層を部分的に除去し、かつ
ｄ）  ステップｃ）における除去により露出された領域にポンピング放射源（２０）をエピタキシャル成長させて、ポンピング放射源（２０）が量子井戸構造（１１）に接するようにする
というステップを有している方法において、
ポンピング放射源（２０）と量子井戸構造（１１）との間にポンピング放射（２）が量子井戸構造（１１）に入力結合されるようにするための切り欠き（１０）を形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
ステップｄ）において、ポンピング放射源（２０）を形成するための半導体層を成長させ、該半導体層はラテラル方向において過成長領域（１９）において少なくとも部分的に量子井戸構造（１１）と癒合し、かつ
切り欠き（１０）を過成長領域（１９）の少なくとも部分的な除去によって実現する
請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
切り欠き（１０）をエッチング、例えばウェットエッチングまたはドライエッチングによって形成する
請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２２】
切り欠き（１０）を溝形状、例えば腐食溝によって実現する
請求項１９から２１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
切り欠き（１０）にポンピング放射を透過する材料を充填する
請求項１９から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
切り欠き（１０）にシリコーンまたは半導体材料を充填する
請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
面発光量子井戸構造（１１）と少なくとも１つの、ポンピング放射（２）を量子井戸構造（１１）の光学的なポンピングのために生成するポンピング放射源（２０）とを有している半導体基体を備えていて、ポンピング放射源（２０）および量子井戸構造（１１）はモノリシックに集積されているという光学的にポンピングされる半導体装置の製造方法であって、
ａ）  基板（１）を用意し、
ｂ）  基板（１）に、量子井戸構造（１１）を含んでおり、量子井戸構造（１１）を形成する多数の半導体層をエピタキシャル成長させ、
ｃ）  量子井戸構造（１１）に対する多数の半導体層にウィンドウを実現しかつ
ｄ）  ウィンドウに量子井戸構造（１１）をエピタキシャル成長させて、ポンピング放射源（２０）が量子井戸構造（１１）に接するようにする
というステップを有している方法において、
ポンピング放射源（２０）と量子井戸構造（１１）との間にポンピング放射（２）が量子井戸構造（１１）に入力結合されるようにするための切り欠き（１０）を形成する
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
ステップｄ）において、ポンピング放射源（２０）を形成するための半導体層を成長させ、該半導体層はラテラル方向において過成長領域（１９）において少なくとも部分的に量子井戸構造（１１）と癒合し、かつ
切り欠き（１０）を過成長領域（１９）の少なくとも部分的な除去によって実現する
請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
切り欠き（１０）をエッチング、例えばウェットエッチングまたはドライエッチングによって形成する
請求項２５または２６記載の方法。
【請求項２８】
切り欠き（１０）を溝形状、例えば腐食溝によって実現する
請求項２５から２７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
切り欠き（１０）にポンピング放射を透過する材料を充填する
請求項２５から２８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
切り欠き（１０）にシリコーンまたは半導体材料を充填する
請求項２９項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載の光学的にポンピングされる発光半導体装置並びに請求項１９または２５の上位概念に記載のその製造方法に関する。
【０００２】
光学的にポンピングされる発光半導体装置は例えば刊行物ＤＥ１００２６７３４．３から公知であり、その内容は本明細書に参照により取り込まれる。ここには、放射生成量子井戸構造と、量子井戸構造を光学的にポンピングするためのポンピング放射源、例えばポンピングレーザとを備えた光学的にポンピングされる面発光半導体レーザ装置が記載されている。量子井戸構造およびポンピング放射源は共通の基板にエピタキシャル成長されている。
【０００３】
この種の半導体レーザ装置の製造方法ではまず、基板上の第１のエピタキシャルステップにおいて量子井戸構造が成長される。次いで、量子井戸構造は部分的に除去され、例えば腐食除去され、かつ第２のエピタキシャルステップにおいてこうして露出された領域にポンピング放射源が成長される。
【０００４】
その際ポンピング放射源と量子井戸構造との境界領域に、第２のエピタキシャルステップにおいていわゆる過成長領域が生じることがあり、この領域の結晶構造は比較的多くの結晶欠陥を有している。それ故にこの過成長領域においてポンピング放射を量子井戸構造に入力結合させる際に量子井戸構造中に光学的な損失が発生する可能性がある。この種損失により半導体レーザの効率が低減される。
【０００５】
本発明の課題は、改善された効率を有する、モノリシックに集積されている量子井戸構造とポンピング放射源とを備えた光学的にポンピングされる発光半導体装置を提供することである。殊に、ポンピング放射を量子井戸構造に入力結合させる際の損失が低減されるようにしたい。更に、本発明の課題は、このための製造方法を提供することである。
【０００６】
この課題は請求項１に記載の半導体装置によってないし請求項１９または２５に記載の製造方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項の対象である。
【０００７】
本発明によれば、少なくとも１つのポンピング放射源と面発光量子井戸構造とを有している半導体基体を備えた光学的にポンピングされる発光半導体装置を形成するようになっており、その際ポンピング放射源および量子井戸構造はモノリシックに集積されており、かつポンピング放射源は量子井戸構造の光学的なポンピングのためのポンピング放射を生成する。半導体基体においてポンピング放射源と量子井戸構造との間に、ポンピング放射を量子井戸構造に入力結合するための切り欠きが形成されている。切り欠きは殊に、その実現の際に量子井戸構造とポンピング放射源との間の過成長領域が除去されるように配置されている。このように定義されて実現された切り欠きを用いたポンピング放射に対する入力結合損失は上で説明した過成長領域を通る入力結合よりも有利にも低減されることが分かった。
【０００８】
本発明は殊に、ポンピング放射源および面発光量子井戸構造が異なっている半導体層列から形成されている半導体装置に適している。
【０００９】
有利にはこの半導体層列は共通の基板にエピタキシャルに順次実現されている。この場合には、ポンピング放射源および面発光量子井戸構造に対する半導体層列は相互に無関係にそれぞれの要求、例えば種々異なっている放出波長に整合することができるという利点が生じる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態において、切り欠きは溝の形に実現されており、その際溝はポンピング放射の伝搬方向、有利にはポンピング放射源の主放射方向に対して垂直にまたは斜めに延在している。溝形状の切り欠きは比較的スペースを節約できかつ製造時に僅かな技術コストで、例えば腐食溝として成形することができる。
【００１１】
有利には切り欠きは第１の側面および相対向している、有利には平行な第２の側面を有しており、その際ポンピング放射源によって生成されたポンピング放射はまず第１の側面を介して切り欠きに入力結合されかつ引き続いて相対向している第２の側面を介して量子井戸構造に入力結合される。規定された側面を有する切り欠きの成形の際に過成長領域を除去することによって、ポンピング放射の、量子井戸構造への入力結合の際の損失が有利にも低減される。
【００１２】
切り欠きの側面での反射を回避するために更に、切り欠きに誘電体または半導体材料を充填すると有利である。これにより、側面での屈折率の急激な変化が低減され、結果的にポンピング放射の、側面での反射が低減され、かつこうしてポンピング放射の、量子井戸構造への入力結合が一段と高められる。有利には切り欠きの充填に対する材料は、その屈折率が殊にポンピング放射源のポンピング放射をガイドする領域において境を接している半導体材料の屈折率に近いかまたは同じでありさえするように選択されている。
【００１３】
しかし切り欠きの側面での、有利にはポンピング放射源の方の側の側面での規定の反射を設定するようにしても好適である。本発明のこの種の形態では、ポンピング放射源はレーザとして実現されていてよく、その際反射する側面は同時に共振器ミラーとして用いられる。
【００１４】
側面での反射損失を低減するために、本発明の有利な実施形態では側面は、これらがポンピング放射源の主放射方向に対して、ブルースター角に等しい角を成すように配置されている。ブルースター角αｓは次式
ｔａｎ  αｓ＝ｎＡ／ｎｐ
によって与えられており、ここでｎＡは切り欠きに存在している材料―場合によっては空気または適当なガスでもある―の屈折率でありかつｎｐはポンピング放射が伝搬する、ポンピング放射源の接している半導体材料の屈折率である。側面をポンピング放射源の主放射方向に対してブルースター角に配置することによって、入射面（切り欠きの側面に関して）に対して平行に偏光されているポンピング放射成分に対して反射損失が最小化される。
【００１５】
有利には本発明ではポンピング放射源はレーザとして、殊に端面発光レーザまたはリングレーザとして実現されている。これにより正確に規定された伝搬方向を有するポンピング放射の強い束化および狭いスペクトル分布が実現される。ポンピング放射はこうして量子井戸構造の光学的なポンピングに対して最適にかつ量子井戸構造に正確に入射されるようにすることができる。更に、量子井戸構造はポンピングレーザの共振器内部に配置することもできる。
【００１６】
ポンピング放射は本発明では有利にはラテラル方向において量子井戸構造に入力結合され、量子井戸構造の放射放出もしくは発光は実質的にバーチカルに、すなわちポンピング放射の伝搬方向に対して垂直に行われる。更に半導体装置はバーチカルに発光するレーザ、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）または面発光クレーザとして実現されていてよい。
【００１７】
光学的にポンピングされる発光半導体装置に対する本発明の製造方法では、まず半導体基体を成長させるための基板を用意し、かつその上に、とりわけ量子井戸構造を形成している多数の半導体層をエピタキシャル成長させる。次いでこの半導体層を部分的に除去し、かつこうして露出された領域にポンピング放射源を成長させて、ポンピング放射源が量子井戸構造にラテラルに接するようにする。その際ポンピング放射源の半導体層は量子井戸構造の半導体層とラテラル方向で癒合するので、ポンピング放射源と量子井戸構造との間に比較的沢山の欠陥結晶構造を有する過成長領域が生じる。
【００１８】
ポンピング放射源と量子井戸構造との間にポンピング放射が量子井戸構造に入力結合されるようにするための切り欠きを形成する。その際比較的高い結晶欠陥密度に基づいてポンピング放射の入力結合の際に光学的な損失を引き起こす可能性がある過成長領域は少なくとも部分的に除去されかつこうして入力結合効率は改善される。
【００１９】
有利には半導体基体における切り欠きをエッチングする。このために、例えばＲＩＢＥ法またはＣＡＩＢＥのようなウエットエッチング法もドライエッチング法も適している。既に説明したように、切り欠きを腐食溝として実現すれば有利である。
【００２０】
方法の別の実施形態においてまず、基板にポンピング放射源に対する層列を成長させ、それからそこにウィンドウを実現する。ウィンドウに次いで、とりわけ量子井戸構造を形成する多数の半導体層をエピタキシャル成長させる。
【００２１】
その際ポンピング放射源と量子井戸構造との間に、比較的沢山の欠陥結晶構造を有する過成長領域が生じる。過成長領域を少なくとも部分的に除去するための次のステップでは、上に説明した第１の方法実施例の場合と類似して行われる。
【００２２】
有利には製造方法において切り欠きに半導体材料または誘電体を充填して、切り欠きと接する半導体材料との間の屈折率ジャンプ、これにより生じる反射損失が低減されるようにする。例えば切り欠きにシリコーンを充填することができる。
【００２３】
上に述べた中間ステップエピタキシャル成長の利点は殊に、面発光量子井戸構造をドーピングせずに導電性に製造することができるようになるということにある。ドーピングを行えば通例、面発光量子井戸構造における吸収損がより高いものになるからである。
【００２４】
本発明の別の特徴、特長および有効果性は図１ないし図６と関連した本発明の実施例の以下の説明から明らかである。
【００２５】
その際：
図１Ａおよび１Ｂは本発明の半導体装置の第１の実施例の断面および平面を略示し、
図２は本発明の半導体装置の第２の実施例の平面を略示し、
図３は本発明の半導体装置の第３の実施例の断面を略示し、
図４Ａないし図４Ｆは６つの中間ステップに基づいた本発明の製造方法を略示し、
図５は本発明の半導体装置を備えたレーザ装置の第１の実施例を略示し、
図６は本発明の半導体装置を備えたレーザ装置の第２の実施例を略示している。
【００２６】
同じまたは同じ作用をするエレメントには図中、同一の参照符号が付されている。
【００２７】
図１Ａにおいて光学的にポンピングされる発光半導体装置が断面にて示され、図１Ｂには所属の平面が示されている。図１Ａに対応する切断面は図１ＢのラインＡ−Ａに沿って経過している。半導体装置は基板１に配置されている半導体基体を有している。半導体基体は面発光領域１５および２つのポンピング放射源２０から成っている。面発光領域１５には面発光量子井戸構造１１が実現されている。この量子井戸構造は作動中、ポンピング放射源２０から光学的にポンピングされかつ放射５を生成する。放射は基板１ないし半導体基体と基板１との間の境界面８に対して垂直に放出される。
【００２８】
ポンピング放射源２０は従来の仕方で電気的にポンピングされる端面発光半導体レーザとして実現されている。給電のために、半導体基体の上面にｐ型コンタクト層３２が被着されておりかつ反対側では基板にｎ型コンタクト層９が被着されている。端面発光半導体レーザはそれぞれ、活性の発光層２５を有している。これら層は作動中面発光領域１５もしくは量子井戸構造１１の方向にラテラルにポンピング放射２を放出する。
【００２９】
面発光領域１５内の量子井戸構造１１は基板上、端面発光半導体レーザの活性領域２５と同じ高さに配置されている。これにより、半導体レーザによって生成されるポンピング放射２ができるだけ完全に量子井戸構造１１内に入力結合され、こうして量子井戸構造が高い効率で光学的にポンピングされることが実現される。
【００３０】
ポンピング効率を高めるために、本発明では、ポンピング放射源２０と量子井戸構造１１を備えている面発光領域１５との間にそれぞれ、トレンチもしくは溝の形の切り欠き１０が形成されている。
【００３１】
従来では、以下に更に詳しく説明する図示の半導体装置の製造の際に、量子井戸構造１１およびポンピング放射源２０を実現するために多数の半導体層が基板１に被着される。その際いわゆる過成長領域が生じ、ここでポンピング放射源２０の半導体層と量子井戸構造１１の半導体層とがラテラルに癒合する（お互いに成長して１つの層になる）。過成長領域における結晶構造は比較的強く障害を受けている、つまりここでは多く欠陥を有しているので、この領域においてポンピング放射２の散乱または吸収がますます多く発生する可能性がある。散乱されたまたは吸収されたポンピング放射２は量子井戸構造１１を光学的にポンピングするために使用することができないので、結果的にポンピング効率は低下する。
【００３２】
本発明では過成長領域における半導体材料の少なくとも部分的な除去によって、例えば上に述べたようなトレンチ形状の切り欠き１０が形成される。これにより有利にも、過成長領域におけるポンピング放射の散乱または吸収は低減されかつその結果ポンピング効率は高められる。
【００３３】
図２には本発明の半導体装置の第２の実施例が平面して略示されている。この半導体装置は図１Ｂに示されている平面図に相応するが、トレンチもしくは溝形状の切り欠き１０はポンピング放射２の伝搬方向に対して斜めに延在しているという差異がある。
【００３４】
この実施例において、切り欠き１０を次のように形成すると特別有利である：切り欠きの側面２６および２７、すなわちポンピング放射源２０もしくは面発光領域１５と切り欠き１０との間の境界面が相互に平行でありかつポンピング放射源２０の主放射方向に対して、ブルースター角αＢに等しい角度を成す。半導体基体と切り欠きとの間の移行部に対してブルースター角αＢは次式
ｔａｎ  αＢ  ＝ｎＡ／ｎｐ
によって決められており、ここでｎｐはポンピング放射源２０、殊にポンピング放射ガイド層の半導体材料の屈折率、およびｎＡは切り欠き１０に存在する材料の屈折率を表している。必要に応じて切り欠きはガス、例えば空気が充填されていてもよいしまたは真空化されていてもよく、その場合屈折率ｎＡは近似的に１．０である。
【００３５】
切り欠きの側面２６，２７がポンピング放射源の主放射方向に対してブルースター角に配置されていると、切り欠きの側面でのポンピング放射の反射が低減されかつこうしてポンピング効率が高められるという利点が生じる。
【００３６】
有利にはこの実施例においてポンピング放射源は端面発光半導体レーザとして実現されており、その際半導体基体の外側の側面１６が共振器ミラーを形成し、かつ面発光領域がこうして形成されるレーザ共振器の内部に配置されている。
【００３７】
図３には本発明の第３の実施例が断面にて示されている。ストラクチャは図１に図示の実施例に相応している。
【００３８】
図示の半導体装置は基板１を有し、その上にバッファ層６が被着されている。基板に対する材料として例えばＧａＡｓを使用することができ、バッファ層に対してはドーピングされていないＧａＡｓを使用することができる。
【００３９】
バッファ層６に面発光領域１５において順に、第１の閉じ込め層１２、量子井戸構造１１および第２の閉じ込め層１３が配置されている。閉じ込め層１２、１３は例えばドーピングされていないＧａＡｓを含んでいることができる。量子井戸構造１１は有利には、バリヤ層によって相互に離間されている３つまたはそれ以上の量子井戸から成っている。これらは相応する厚みを有している。量子井戸構造は例えば量子井戸構造によって生成されるべき放射５に対する１０３０ｎｍの放出波長に相応する厚みを有するＩｎＧａＡｓから成っておりかつバリヤ層は例えばＧａＡｓから成っている。
【００４０】
第２の閉じ込め層１３の次ににブラッグミラー３が配置されている。これは例えばそれぞれ２８ないし３０の交番する層（周期）によって形成することができる。これらの層はＧａ０．１Ａｌ０．９ＡｓないしＧａ０．９Ａｌ０．１Ａｓから成っている。
【００４１】
面発光領域１５の隣りに２つのポンピング放射源２０が配置されている。これらはそれぞれ端面発光半導体ストラクチャ２１の形をしている。端面発光半導体ストラクチャ２１によって生成されるポンピング放射２はラテラル方向において量子井戸構造１１に入力結合される。
【００４２】
有利には端面発光半導体ストラクチャ２１はそれぞれ単一量子井戸構造（ＳＱＷ−Single Quantum Cavity）を有するＬＯＣレーザストラクチャ（Large Optical Cavity）として実現されている。ポンピング放射２に対して、量子井戸構造によって生成されるべき放射５に対する第１の放出波長より短い放出波長が適している。これまで挙げたデータにおいてポンピング放射に対して約１０００ｎｍの放出波長が適している。
【００４３】
端面発光半導体ストラクチャ２１は基板１から見てそれぞれ、バッファ層６の上に被着されている例えばｎ−Ｇａ０．３５Ａｌ０．６５Ａｓから成る第１の被覆層２８と、例えばｎ−Ｇａ０．９０Ａｌ０．１０Ａｓから成る第１の導波体層２３と、ＳＱＷ−Ｇａ０．３５Ａｌ０．６５Ａｓ層の形のドーピングされていないＩｎＧａＡｓから成る活性層と、例えばｐ−Ｇａ０．９０Ａｌ０．１０Ａｓから成る第２の導波体層２４と、例えばｐ−Ｇａ０．３５Ａｌ０．６５Ａｓから成る第２の被覆層２９とから組み合わされて成っている。最後に第２の被覆層２９にカバー層３０、例えばｐ＋ドーピングされたＧａＡｓ層およびその上にｐ型コンタクト層３２が実現されている。
【００４４】
ＬＯＣストラクチャ２２は２つの導波体層２３，２４とその間に位置している活性層２５とによて形成される。このＬＯＣストラクチャの、基板に対する間隔は、放射をガイドする層２５が基板の上方、量子井戸構造１１と同じ高さにおいて配置されておりかつこうして生成されるポンピング放射２がラテラル方向においてできるだけ完全に量子井戸構造に入射されるように選定されている。
【００４５】
ポンピング放射源２０と面発光領域１５との間で、過成長領域は除去されているので、ポンピング放射源２０と面発光領域１５との間にそれぞれ切り欠き１０が形成されている。有利には、切り欠きはポンピング放射を透過する材料によって充填されている。特別有利には、充填のためにシリコーンまたは半導体材料が使用される。更に、この材料は、接しているポンピング放射源および／または量子井戸構造の屈折率またはこれら２つの屈折率の幾何学的な平均にほぼ相応する屈折率を有していると有利である。
【００４６】
屈折率整合に対しての尺度はポンピング放射源２０の場合放射をガイドする層の屈折率である。この形式の屈折率整合により有利にも切り欠き１０の側面での反射損失が低減される。
【００４７】
有利には上述の半導体層は、例えば金属有機気相成長（ＭＯＶＰＥ）を用いて基板１上にエピタキシャル成長される。
【００４８】
ポンピング放射源のそれぞれ外側の側面１６の近傍に、端面発光半導体ストラクチャの層に対して垂直に延在するミラー層３１が実現されている。この層は端面発光ＬＯＣレーザストラクチャ２２に対するエンドミラーとして用いられる。このミラー層はカバー層３０から出発して少なくとも第１の被覆層２８まで、有利には図示されているようにバッファ層６まで延在している。この形式のミラー層３１は端面発光半導体ストラクチャに対する半導体層の成長後次のようにして作製することができる：まずエッチング法、例えば反応性イオンエッチングを用いて腐食溝を形成し、次いでこれに適当な反射材料を充填する。
【００４９】
択一的に、エンドミラーとして、この場合有利には相応のウェハの分割によって実現される、ポンピング放射源２０の外側の側面１６を用いることもできる。
【００５０】
端面発光レーザストラクチャは２つのミラー層３１ないし側面１６によって形成される共通の共振器に配置するようにしてもよく、その場合には量子井戸構造もこの共振器内に存在することになる。択一的に、量子井戸構造１１から見て外側にある、切り欠き１０の側面１６が所属の鏡面３１ないし側面２７と一緒にそれぞれ、端面発光半導体レーザに対する共振器を形成するようにすることができ、その場合には量子井戸構造１１はこれら２つの共振器の間に配置されている。別の択一例は、ポンピング放射源をリングレーザとして実現しかつ量子井戸構造をこのリング共振器内に配置することにある。
【００５１】
カバー層３０およびブラッグミラー３の露出している表面に、電気的に絶縁性のマスク層７、例えばシリコン窒化物層、シリコン酸化物層またはアルミニウム酸化物層が配置されている。この層はｐ型コンタクト層３２、例えばコンタクト金属化部からポンピング放射源２０への電流注入路を形成している。殊にこれにより、ポンピング電流がポンピング放射源２０にだけ注入されかつこうして量子井戸構造１１の所望しない電気的なポンピングが回避されることが実現される。
【００５２】
量子井戸構造１１ないしポンピング放射源２０に対向している、基板１の表面４にｐ型コンタクト層３２に対して相応にｎ型コンタクト層９、例えばコンタクト金属化部が被着されている。この層は面発光領域１５において切り欠かれている。この切り欠きは量子井戸構造１１によって生成される放射５に対する出射ウィンドウ１４を形成している。有利には基板の表面４は出射ウィンドウ１４内で反射防止を施されていて、量子井戸構造１１から放出される放射５の再反射が妨げられるようになっている。
【００５３】
図４Ａないし４Ｆには６つの中間ステップにおいて本発明の半導体装置の製造方法が略示されている。製造されるべき半導体装置は実質的に図３に相応している。
【００５４】
第１のステップ、図４Ａにおいて例えばＭＯＶＰＥ法を用いて基板１に順に、バッファ層６、第１の閉じ込め層１２、量子井戸構造１１、第２の閉じ込め層１３およびブラッグミラー３に対する層が成長される。
【００５５】
次いで、第２のステップ、図４Ｂにおいて面発光領域１５として設けられている領域に腐食マスク１７、例えばシリコン窒化物マスクが被着される。それからエッチング法を用いて、腐食マスク１７がカバーされていない面発光領域の外側のブラッグミラー３、閉じ込め層１２および１３、量子井戸構造１１、バッファ層６に対する層が除去される。このために例えばドライエッチング法が適している。
【００５６】
バッファ層６のこのようにして露出された領域に第３のステップ、図４Ｃにおいて説明した端面発光半導体レーザの形のポンピング放射源２０を実現するために第１の被覆層２８、第１の導波体層２３、活性層２５，第２の導波体層２４，第２の被覆層２９およびカバー層３０が順に、例えばここではＭＯＶＰＥ法を用いて被着される。
【００５７】
その際これらの層は垂直方向にも僅かだがラテラル方向にも成長する。これにより、ポンピング放射源２０の半導体層は第１のステップにおいて既に被着された層と面発光領域１５の縁で一緒に癒合することになる。面発光領域１５とポンピング放射源２０との間にこうしてそれぞれ過成長領域１９が生じる。この領域は既に説明したように、比較的多くの欠陥のある結晶構造を有しかつポンピング放射の入力結合効率に不都合に作用する可能性がある。
【００５８】
図３に図示の実施例とは異なって、端面発光半導体レーザ２１のエンドミラーは半導体基体の外側の側面１６によって形成される。ここで断っておくが、図４では分かり易くするために唯一の半導体装置の製造しか図示されていない。普通、この形式の半導体装置は複数個同時に、ウェハ連結体に製造され、これら半導体装置は図４Ｃのステップ後まだラテラル方向に接続されているもしくは側面１６を有していない。側面１６は製造方法の後のステップにおけるウェハ連結体の個別化の際に分割によって作製される。
【００５９】
第４のステップ、図４Ｄにおいてカバー層３０の上に腐食マスク１８、例えばホトリソグラフィーにより作製されるラッカマスクが被着される。これはポンピング放射源２０および面発光領域１５の上のカバー層３０をカバーしかつこうしてその下に存在している半導体層を保護する。過成長領域１９の上では腐食マスク１８は切り欠かれている。
【００６０】
エッチング法を用いて後続の第５のステップ、図４Ｅにおいて腐食マスク１９が除去される。その際ポンピング放射源２０と面発光領域１５、殊に量子井戸構造１１との間にそれぞれ、腐食溝の形の切り欠き１０が形成される。エッチング法としてこのステップにおいては例えばＲＩＢＥまたはＣＡＩＢＥのようなウェットエッチングまたはドライエッチング法が適している。
【００６１】
次いで腐食溝にはポンピング放射を透過する材料、例えばシリコーンを充填することができる。このためにシリコンは遠心分離され、ホトリソグラフィーによりストラクチャ化され、それから硬化される。
【００６２】
最後に第６のステップ、図４Ｆにおいて腐食マスク１８が除去されかつカバー層３０およびブラッグミラー３の上に電気的に絶縁性のマスク層およびその上にｐ型コンタクト層３２並びに基板１の反対側ではコンタクト層９が被着される。
【００６３】
図４Ａないし図４Ｆとの関連において説明した択一的な方法シーケンスではまず、ポンピング放射源を表している端面発光半導体レーザ２１に対する層列が基板に成長され、それからそこにウィンドウが例えばマスキングおよびエッチングを用いて実現される。ウィンドウに次いで、面発光領域１５に対する沢山の半導体層がエピタキシャル成長される。これら半導体層はとりわけ量子井戸構造を含んでいる。
【００６４】
端面発光半導体レーザ、すなわちポンピング放射源に対する層列と面発光領域１５に対する半導体層との間に比較的多くの欠陥のある結晶構造を有している過成長領域が生じる。
【００６５】
引き続くステップはこの方法シーケンスにおいて図４Ｄないし図４Ｆと関連して説明したステップと類似して行われる。
【００６６】
図５には本発明の半導体装置を有するレーザ装置の実施例が図示されている。
【００６７】
半導体装置は例えば図１ないし３に示されている実施例に相応している。半導体装置の基板１に対向して外部ミラー３５が配置されている。これは半導体装置のブラッグミラー３と一緒にレーザ装置のレーザ共振器を表している。その際ブラッグミラー３はエンドミラーを、外部ミラー３５は共振器の出力結合ミラーを形成している。
【００６８】
出力結合ミラー３５は有利には部分透過性の、誘電体ミラーとして実現されている。部分透過性の金属ミラーの使用も可能である。
【００６９】
レーザ装置のレーザ活性領域を成しているのは半導体装置の光学的にポンピングされる量子井戸構造１１で、ここでレーザ放射は光学的なポンピングプロセスを用いて生成されかつ増幅される。有利にはレーザ装置では非線形の光学的エレメント３４、殊に光学的な結晶がレーザ装置内に配置されている。
【００７０】
非線形の光学的エレメント３４はレーザ放射の周波数変換のために用いられる。この場合非線形の光学的プロセス、例えば和周波数発生、第２、第３またはより高次の高調波の発生または差分周波数発生によってレーザ放射から別の波長の電磁放射３６が生成される。殊にこうして和周波数または高調波の発生により、上で説明した半導体レーザないし量子井戸構造では通例赤または赤外領域にあるレーザ放射から比較的波長の短い可視光線を生成することができる。レーザ放射および生成されるべき放射の波長に応じて、非線形の媒体として例えばＫＴＰ、ＫＤＰ、ＢＢＯ、ＫＮＢ、ＬｉＮｂＯ  ＰＰＬＮまたはＬＢＯが適している。
【００７１】
有利にはこの実施例において出力結合ミラー３５はダイクロイックミラーとして形成されている。これは非線形の光学的エレメント３４によって生成される放射をほぼ透過させ、レーザ放射に対しては大幅に反射性である。このために殊に、典型的にはレーザ放射に対して９０％以上の反射率を実現しかつ非線形の光学的エレメント３４を用いて生成される放射の出力結合のために１０％未満の反射率を実現することができる誘電体の出力結合ミラーが適している。
【００７２】
図６において本発明の半導体装置の別の実施例が図示されている。図５に図示の実施例とは異なって、レーザ共振器は折り畳み形共振器として実現されている。このために放射路に別のミラー３３が挿入されていて、共振器軸線は折れ曲がっている。別のミラー３３および出力結合ミラー３５は凹面に湾曲しており、これらミラーの間に焦点領域が生じ、そこに光学的エレメント３４が配置されている。この集束によって量子井戸構造１１によって生成されるレーザ放射の強度が非線形の光学的エレメント３４の領域において高められ、結果的に非線形変換が高められる。
【００７３】
実施例およびかつこれに基づいた本発明の説明は本発明を制限するものではない。殊に、本発明においては２つのポンピング放射源を設けることは必須ではない。半導体装置は唯一のポンピング放射源を有していてもよいし、例えば量子井戸構造を星形に取り囲むように配置されている２つより多くのポンピング放射源を有していてもよい。
【００７４】
一般に本発明は実施例およびその他の説明の枠内で挙げられた特徴のどんな組み合わせも、たとえこの組み合わせが特許請求の範囲の対象ではなくても包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】本発明の半導体装置の第１の実施例の断面略図
【図１Ｂ】本発明の半導体装置の第１の実施例の平面略図
【図２】本発明の半導体装置の第２の実施例の平面略図
【図３】本発明の半導体装置の第３の実施例の断面略図
【図４Ａ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図４Ｂ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図４Ｃ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図４Ｄ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図４Ｅ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図４Ｆ】本発明の製造方法の中間ステップの１つの断面略図
【図５】本発明の半導体装置を備えたレーザ装置の第１の実施例の略図
【図６】本発明の半導体装置を備えたレーザ装置の第２の実施例の略図
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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