(57)【要約】本発明は、面発光半導体レーザであって、ポンプレーザ（７）を有する第１の半導体積層体（２０）と、第１の半導体積層体（２０）の上に配置されており縦型発光部（１）を有する第２の半導体積層体（３）と、を備えている面発光半導体レーザ、に関する。この縦型発光部（１）は、放射放出活性層（４）と、放射放出側（５）と、放射放出側（５）とは反対の固定側（６）と、を備えており、縦型発光部（１）の放射放出側（５）にポンプレーザ（７）が配置されており、縦型発光部（１）の固定側（６）の上に支持体（２）が配置されている。さらに、本発明は、面発光半導体レーザを製造する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光半導体レーザであって、
−  ポンプレーザ（７）を備えている第１の半導体積層体（２０）と、
−  前記第１の半導体積層体（２０）の上に配置されており縦型発光部（１）を備えている第２の半導体積層体（３）であって、前記縦型発光部（１）が、放射放出活性層（４）と、放射出口側（５）と、前記放射出口側（５）とは反対に位置している連結側（６）と、を有し、前記ポンプレーザ（７）が前記縦型発光部（１）の前記放射出口側（５）に配置されている、前記第２の半導体積層体（３）と、
−  前記縦型発光部（１）の前記連結側（６）に配置されているキャリアボディ（２）と、
を備えている、面発光半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の半導体積層体（３）が、前記放射放出活性層（４）を備えている放射放出領域（８）を有し、
前記第２の半導体積層体（３）が、動作時に放射を放出しない少なくとも１つの領域（９）を有する、
請求項１に記載の面発光半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の半導体積層体（２０）が、ポンプ放射を発生させる領域を有し、前記第１の半導体積層体（２０）が、動作時にポンプ放射を発生させない少なくとも１つの領域（９）を有する、
請求項１または請求項２に記載の面発光半導体レーザ。
【請求項４】
前記ポンプレーザ（７）が、前記縦型発光部（１）に面している側のうち、前記第２の半導体積層体（３）が形成されていない領域の上に、第１のコンタクト層（１０）を有する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１の半導体積層体（２０）が、前記縦型発光部（１）とは反対の側にエッチング停止層（１１）を有する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項６】
前記ポンプレーザ（７）を電気的に接続するための第２のコンタクト層（１２）が、前記ポンプレーザ（７）とは反対側の前記エッチング停止層（１１）の面に形成されており、前記第２のコンタクト層が、前記縦型発光部（１）とは反対側に位置する領域にカットアウト（１３）を有する、
請求項５に記載の面発光半導体レーザ。
【請求項７】
前記第２の半導体積層体（３）が前記キャリアボディ（２）に固定されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項８】
前記縦型発光部（１）が、前記ポンプレーザ（７）とは反対の側にブラッグミラー（１５）を有する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１および前記第２の半導体積層体（２０，３）を上に成長させた成長基板（１６）が除去されている、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１０】
前記キャリアボディ（２）が、前記第１および前記第２の半導体積層体（２０，３）の成長基板（１６）とは異なる、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の面発光半導体レーザ。
【請求項１１】
面発光半導体レーザを製造する方法であって、
−  成長基板（１６）を形成するステップと、
−  第１の半導体積層体（２０）をエピタキシャル成長させるステップであって、前記第１の半導体積層体（２０）がポンプレーザ（７）を備えている、前記ステップと、
−  前記第１の半導体積層体（２０）の上に第２の半導体積層体（３）をエピタキシャル成長させるステップであって、前記第２の半導体積層体（３）が、少なくとも１つの活性ゾーン（４）を有する縦型発光部（１）を備えている、前記ステップと、
−  前記第２の半導体積層体（３）を部分的に深くエッチングすることによって前記ポンプレーザ（７）の領域（１７ａ，１７ｂ）を露出させるステップであって、前記第２の半導体積層体（３）が、動作時に前記ポンプレーザ（７）の光ポンピングの結果として放射を放出する放射放出領域（８）を有し、前記第１および前記第２の半導体積層体（３，２０）が、動作時に放射を放出しない少なくとも１つの領域（９）を有するように、行われる、前記ステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項１２】
共振器（１９）を形成する目的で、前記ポンプレーザ（７）にミラーエッチングによってミラー（１８）を形成し、前記成長基板（１６）とは反対の前記ポンプレーザ（７）の側に第１のコンタクト層（１０）を形成することによって前記ポンプレーザ（１０）を電気的に接続する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポンプレーザとは反対の前記第２の半導体積層体（３）の側にはんだ層（１４）を形成し、前記第２の半導体積層体（３）を、前記ポンプレーザ（７）とは反対の側において前記はんだ層（１４）によってキャリアボディ（２）に固定する、
請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記成長基板（１６）を除去する、
請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の半導体積層体（２０）を成長させる前に、前記成長基板（１６）にエッチング停止層（１１）を形成する、
請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型発光部（vertical emitter）と、ポンプレーザと、キャリアボディとを備えている、特許請求項１に記載の面発光半導体レーザに関する。さらに、本発明は、このような面発光半導体レーザを製造するための、請求項１１に記載の方法に関する。
【関連出願】
【０００２】
本特許出願は、独国特許出願第１０２００７０６２１２８．２号および独国特許出願第１０２００８００８５９５．２号の優先権を主張し、これらの文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
光ポンピングされる縦型発光部と、縦型発光部を光ポンピングするための集積化されたポンプレーザとを有する従来の面発光半導体レーザにおいては、放熱を改善する目的で、発生した放射を基板側において取り出すことができる（ボトム発光部）。この場合、エピタキシャル積層体の形成時、基板の上にポンプレーザを配置し、基板とは反対のポンプレーザの側に縦型発光部を配置する。熱結合を目的として、基板とは反対の縦型発光部の側に、例えば金を含んでいる電気めっき層（galvanic layer）を形成し、次いで平坦化する。
【０００４】
縦型発光領域と、モノリシックに集積化されたポンピング源とを有する半導体ボディを備えているオプトエレクトロニクスコンポーネントは、例えば、特許文献１から公知である。
【０００５】
電気めっきによって形成された、金から成る補強層を有する半導体チップを製造する方法は、例えば、特許文献２から公知である。この場合、基板の上に活性層を成長させる。活性層の上に背面コンタクト層を形成し、このコンタクト層に電気めっきによって金層を形成する。この補強層に補助キャリア層を電気めっきによって形成した後、活性層から基板を分離する。
【０００６】
電気めっきによって形成された層は、大きなひずみにつながることがあり、これによって、以降の工程が悪影響を受ける。さらには、ひずみは半導体レーザ内の損傷につながることがあり、結果として寿命が短くなる。
【０００７】
さらには、大きなひずみにより、面発光半導体レーザの製造がより難しくなることがある。一例として、電気めっき層の結果として生じうるひずみによって、１００ｍｍ以上のサイズを有する共通のキャリアボディまたはウェハの上に複数の半導体レーザを製造すること、すなわち、大量生産のためウェハアセンブリ（wafer assemblage）において半導体レーザを製造することが、より難しくなる。一例として、ウェハアセンブリにおける層のひずみはウェハの反りや割れにつながることがあり、これによりウェハアセンブリの以降の工程が妨げられる。
【０００８】
さらには、発生する放射を基板側において取り出す従来の面発光半導体レーザにおいては、放射を取り出す目的で、エッチングによって基板に光出口開口を形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願第１０２００６０２４２２０号明細書
【特許文献２】独国特許出願第１００４０４４８号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／０４８４２３号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), October 18, 1993, 2174 - 2176
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、高い長期的安定性、特に、増大した寿命を有する面発光半導体レーザ、を提供することである。さらには、本発明の目的は、特に、減少した製造コストと短縮された製造時間とを特徴とする単純化された製造工程（process implementation）を有する面発光半導体レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、特許請求項１の特徴を備えている面発光半導体レーザと、特許請求項１１の特徴を備えている、その製造方法とによって達成される。従属請求項は、本半導体レーザの有利な実施形態および好ましい発展形態に関する。
【００１３】
本発明は、面発光半導体レーザであって、ポンプレーザを備えている第１の半導体積層体と、第１の半導体積層体の上に配置されており縦型発光部を備えている第２の半導体積層体と、を有する面発光半導体レーザ、を提供する。縦型発光部は、放射放出活性層と、放射出口側と、放射出口側とは反対に位置している連結側と、を有する。ポンプレーザは、縦型発光部の放射出口側に配置されている。したがって、動作時に活性層によって発生する放射が、ポンプレーザを通じて取り出される。キャリアボディは、縦型発光部の連結側に配置されている。
【００１４】
したがって、半導体レーザの機械的安定性を目的としてポンプレーザおよび縦型発光部が上に配置されている基板が設けられておらず、代わりに、放射出口側とは反対に位置している縦型発光部の側に配置されているキャリアボディが設けられている。したがって、例えば金を含んでおり、基板とは反対の縦型発光部の側に形成される電気めっき層が使用されない。結果として、電気めっき層に起因して発生しうるひずみが生じない。したがって、全体として、半導体レーザの長期的な安定性および寿命が増大し、これは有利である。さらには、半導体レーザに発生するひずみの存在が減少するため、結果として、半導体レーザのさらなる工程が可能となる。
【００１５】
さらには、第１および第２の半導体積層体を上に成長させた成長基板が除去されている。したがって、縦型発光部によって放出される放射のための光出口開口をエッチングによって成長基板に形成する必要がない。面発光半導体レーザの製造を単純化し、したがって製造コストを減らして製造時間を短縮することが可能であり、これは有利である。
【００１６】
この面発光半導体レーザは、薄膜半導体レーザとして具体化されている。本出願において、薄膜半導体レーザとは、第１および第２の半導体積層体を上に例えばエピタキシャル成長させた成長基板が、製造中に除去されている半導体レーザである。
【００１７】
薄膜チップの基本的な原理は、例えば、非特許文献１に記載されており、これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本文書に組み込まれている。
【００１８】
本半導体レーザは、キャリアボディをさらに備えており、キャリアボディは、縦型発光部およびポンプレーザを機械的に安定化し、特に好ましくは、半導体レーザの第１および第２の半導体積層体の成長基板とは異なる。
【００１９】
薄膜半導体レーザのキャリアボディには、成長基板が満たさなければならない比較的厳しい要求条件（例えば、結晶構造あるいは膨張係数に関する要求条件）が課されず、これは有利である。キャリアボディの選択における自由度は、成長基板の選択における自由度と比較して高く、これは有利である。一例として、キャリアボディは、半導体積層体に適合させるべき熱膨張係数あるいは高い熱伝導率などの熱特性に関して、比較的自由に選択することができる。半導体レーザの動作時に縦型発光部において臨界量の熱が発生する用途においては、高い熱伝導率は特に重要である。縦型発光部において発生する熱量が縦型発光部から十分に放散されない場合、縦型発光部の損傷の危険性が高まる。さらには、過度に高い温度では、縦型発光部の効率が大幅に低下する。成長基板とは異なる、好ましくは高い熱伝導率を有するキャリアボディを使用することによって、この危険性を低減することができ、これは有利である。
【００２０】
第１の半導体積層体および第２の半導体積層体は、ヒ化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、または窒化物化合物半導体をベースとしていることが好ましい。これに関して、「ヒ化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、または窒化物化合物半導体をベースとしている」とは、このように記載されている半導体レーザまたは半導体レーザの一部分が、好ましくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰ、またはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を備えていることを意味する。この場合、これらの材料は、上の化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。そうではなく、これらの材料は、１つまたは複数のドーパントと、材料の物理特性を実質的に変化させることのない追加の構成成分とを含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｎ）のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分をわずかな量のさらなる物質によって置き換えることができる。
【００２１】
縦型発光部の活性層は、赤外放射を放出することが好ましい。
【００２２】
縦型発光部の活性層は、放射を発生させるための多重量子井戸構造（ＭＱＷ）または単一量子井戸構造（ＳＱＷ）を備えていることが好ましい。本出願においては、量子井戸構造という記載は、具体的には、閉じ込めにより電荷キャリアにおいてエネルギ状態の量子化が起こりうる任意の構造を含む。特に、量子井戸構造という記載は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せとが含まれる。
【００２３】
縦型発光部は、ポンプレーザによって光ポンピングされる。この場合、光ポンプ放射の波長は、縦型発光部の活性層によって放出される放射の波長よりも短いことが好ましい。ポンプレーザは、ポンプ放射のための共振器を有する。これを目的として、一例として、ポンプレーザの２つの互いに平行な端部領域にミラー領域が形成されており、このミラー領域は共振器ミラーとしての役割を果たす。共振器ミラーは、例えば、エッチング（例：ドライエッチング）し、高い反射率にミラーコーティングすることによって形成することができる。
【００２４】
ポンプレーザ構造は、第１の導波層と第２の導波層との間に埋め込まれている活性ゾーンを有することが好ましく、これらの導波層は、第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に埋め込まれている。
【００２５】
縦型発光部は、ポンプレーザの領域の上に配置されていることが好ましい。この場合、縦型発光部の活性層は、ポンプレーザ構造に光結合されており、したがって、半導体レーザの動作時、ポンプレーザからのポンプ放射が縦型発光部の活性層の中に導かれる。
【００２６】
ポンプ放射を縦型発光部の活性層に結合する原理は、例えば、特許文献３から公知であり、これに関するこの文書の内容は参照によって本明細書の説明に組み込まれている。
【００２７】
縦型発光部へのポンプ放射の結合を改良する目的で、ポンプレーザの一方の導波層の屈折率が、ポンプレーザの第２の導波層の屈折率よりも大きい、もしくは、ポンプレーザの活性ゾーンが、２つの導波層によって形成されている導波領域に非対称に配置されている、またはその両方であることが有利である。
【００２８】
さらには、端面発光半導体構造を有するポンプレーザが縦型発光部の活性層を光ポンピングすることが考えられる。この場合、端面発光ポンプレーザは、ポンプ放射が縦型発光部の活性層の中に横方向から放射されるように配置される。特に、縦型発光部の活性層およびポンプレーザは、ポンプレーザの活性ゾーンと縦型発光部の活性層とが同じ高さであるように、互いに横に並んで配置されていることが好ましい。
【００２９】
半導体レーザの好ましい実施形態においては、第２の半導体積層体は放射放出領域を有し、この放射放出領域は、放射放出活性層を備えており、動作時にポンプレーザの光ポンピングの結果として放射を放出する。さらには、第２の半導体積層体は、動作時に放射を放出しない少なくとも１つの領域を有する。
【００３０】
言い換えれば、従来の形態とは異なり、第２の半導体積層体のうち、設けられる放射放出領域の外側全体が除去されるわけではない。以降の工程ステップにおいて第１の半導体積層体にアクセスしなければならない領域のみが、例えば、より深いエッチングによって除去されており、これは有利である。以降の工程としては、一例として、ポンプレーザの共振器ミラーをミラーエッチングする、あるいはポンプレーザを電気的に接続するステップが考えられる。
【００３１】
好ましい実施形態においては、第１の半導体積層体は、ポンプ放射を発生させる領域と、動作時にポンプ放射を発生させない少なくとも１つの領域、の両方を有する。
【００３２】
特に好ましくは、第２の半導体積層体のうち動作時に放射を放出しない領域は、第１の半導体積層体のうち動作時にポンプ放射を発生させない領域の上に形成されている。
【００３３】
結果として、第１の半導体積層体および第２の半導体積層体の両方が大きな領域として、すなわち、以降の工程のためにアクセス可能でなければならない領域とは別に具体化されているため、半導体レーザの機械的安定性が高まり、これは有利である。
【００３４】
さらなる実施形態においては、ポンプレーザは、縦型発光部に面している側のうち第２の半導体積層体が除去されている領域の上に、第１のコンタクト層を有する。第１のコンタクト層は、ポンプレーザを電気的に接続する役割を果たす。
【００３５】
好ましい実施形態においては、第１の半導体積層体は、縦型発光部とは反対側の面にエッチング停止層を有する。
【００３６】
エッチング停止層は、成長基板の除去時にエッチング工程の結果として生じうる損傷からポンプレーザを保護する。
【００３７】
好ましくは、ポンプレーザとは反対側のエッチング停止層の面に第２のコンタクト層が形成されており、この第２のコンタクト層は、縦型発光部とは反対側に位置する領域にカットアウトを有する。第２のコンタクト層および第１のコンタクト層は、協働してポンプレーザを電気的に接続する役割を果たす。縦型発光部とは反対側に位置する領域における、第２のコンタクト層のカットアウトは、縦型発光部の活性層によって放出される放射を取り出す役割を果たす。
【００３８】
代替形態として、第２のコンタクト層を、縦型発光部とは反対側のポンプレーザの面に形成することができる。この場合、第２のコンタクト層は、エッチング停止層としての役割をさらに果たす。ポンプレーザと第２のコンタクト層との間のさらなるエッチング停止層が不要であり、これは有利である。
【００３９】
第２の半導体積層体は、キャリアボディに固定されていることが好ましい。この場合、第２の半導体積層体は、例えば、はんだ層、接着層、または熱圧着によって、キャリアボディに固定することができる。
【００４０】
結果として、従来の形態とは異なり、縦型発光部に電気めっき層を形成する必要がなく、電気めっき層は半導体レーザにおけるひずみにつながることがあり、これは不利である。結果として、半導体レーザの機械的安定性と同時に寿命が増大し、これは有利である。
【００４１】
縦型発光部は、ポンプレーザとは反対側にミラーを有することが好ましい。特に好ましくは、縦型発光部は、ポンプレーザとは反対側にブラッグミラーを有する。
【００４２】
ポンプレーザとは反対側にブラッグミラーが配置されていることによって、ポンプレーザのための電流供給をブラッグミラーを介して行う必要がない。結果として、ブラッグミラーにおけるドーピングを回避することが可能であり、このようなドーピングは、ブラッグミラーの反射率の減少、したがって光学的損失につながりうる。このような配置の結果として、縦型発光部によって放出される放射の吸収が減少する。
【００４３】
ウェハアセンブリにおいて、すなわち、共通のキャリアボディまたはウェハ上で複数の半導体レーザを製造することが好ましい。結果として、半導体レーザの大量生産が可能であり、これは有利である。この場合、ポンプレーザそれぞれが、キャリアボディとは反対の縦型発光部の側に配置されることが好ましい。
【００４４】
面発光半導体レーザを製造するための、本発明による方法は、特に、以下のステップを含んでいる。
−  成長基板を形成するステップと、
−  第１の半導体積層体をエピタキシャル成長させるステップであって、第１の半導体積層体がポンプレーザを備えている、ステップと、
−  第１の半導体積層体の上に第２の半導体積層体をエピタキシャル成長させるステップであって、第２の半導体積層体が、少なくとも１つの活性ゾーンを有する縦型発光部を備えている、ステップと、
−  第２の半導体積層体を部分的に深くエッチングすることによってポンプレーザの領域を露出させるステップであって、第２の半導体積層体が、動作時にポンプレーザの光ポンピングの結果として放射を放出する放射放出領域を有し、第１の半導体積層体および第２の半導体積層体が、動作時に放射を放出しない少なくとも１つの領域を有するように行われる、ステップ。
【００４５】
この方法は、単純化された製造工程を特徴とし、これは有利である。
【００４６】
ポンプレーザの領域を露出させる前に、第２の半導体積層体の上にブラッグミラーをエピタキシャル成長させることが好ましい。代替形態として、第２の半導体積層体をエピタキシャル成長させた後、ミラーとしての役割を果たす誘電積層体を、第２の半導体積層体に形成することができる。
【００４７】
ポンプレーザのうち、ミラーエッチングのために必要である領域と、ポンプレーザを電気的に接続するために必要である領域とを、露出させることが好ましい。
【００４８】
特に好ましくは、共振器を形成する目的でポンプレーザにミラーエッチングによってミラーを形成し、成長基板とは反対のポンプレーザの側に第１のコンタクト層を形成することによってポンプレーザを電気的に接続する。
【００４９】
第２の半導体積層体のうち、以降の工程（例えば、ポンプレーザのミラーエッチングあるいは電気的接続）のためにアクセス可能でなければならない領域のみを除去することによって、半導体レーザの機械的安定性が高まる。
【００５０】
ポンプレーザとは反対の第２の半導体積層体の側に、はんだ層または接着層を形成することが好ましい。これらのはんだ層または接着層によって、ポンプレーザとは反対の第２の半導体積層体の側にキャリアボディを固定する。代替形態として、キャリアボディを熱圧着によって固定する。
【００５１】
従来の形態とは異なり、第２の半導体積層体に電気めっき層を形成する必要がない。結果として、電気めっき層に起因して半導体レーザに生じうるひずみが減少する。半導体レーザの安定性が高まり、これは有利である。
【００５２】
成長基板は除去することが好ましい。
【００５３】
放射出口側とは反対に位置している側において縦型発光部がキャリアボディに固定されていることによって、半導体レーザの機械的安定性のために成長基板がもはや必要ない。さらには、半導体レーザのキャリアボディには、成長基板が満たさなければならない比較的厳しい要求条件（例えば、結晶構造に関する要求条件）が課されない。一例として、熱特性（例えば高い熱伝導率など）に関して、キャリアボディを比較的自由に選択することができる。結果として、縦型発光部の効率が向上し、これは有利である。
【００５４】
第１の半導体積層体を成長させる前に、成長基板にエッチング停止層を形成することが好ましい。
【００５５】
エッチング停止層は、成長基板を除去する工程時に、第１の半導体積層体およびしたがってポンプレーザを、損傷から保護する。結果として、基板の除去時にポンプレーザが損傷し、したがってポンプ放射の効率が低下する危険性が減少する。
【００５６】
好ましくは、成長基板を除去し、ポンプレーザとは反対側のエッチング停止層の面に、ポンプレーザを電気的に接続するための第２のコンタクト層をパターン構造として形成する。エッチング停止層は、例えば、リフトオフ技術によって形成する。
【００５７】
結果として、縦型発光部によって放出される放射のための光出口開口を第２のコンタクト層に形成することができ、その結果として、縦型発光部によって放出される放射の効率的な取り出しが得られる。
【００５８】
代替形態として、第２のコンタクト層を、縦型発光部とは反対側のポンプレーザの面に直接形成することができる。この場合、第２のコンタクト層はエッチング停止層としての役割を果たし、したがって、ポンプレーザと第２のコンタクト層との間のさらなるエッチング停止層が不要であり、これは有利である。
【００５９】
複数の半導体レーザをウェハアセンブリにおいて、すなわち、共通のキャリアボディまたはウェハにおいて製造することが好ましい。この場合、複数の第１および第２の半導体積層体、およびしたがって複数のポンプレーザおよび縦型発光部を共通のキャリアボディまたはウェハの上に形成し、各ポンプレーザを、キャリアボディとは反対側の縦型発光部の面に配置する。次に、このように共通のキャリアボディの上に形成されるオプトエレクトロニクスコンポーネントを、エッチング工程によって（例えばメサエッチング工程によって）分離する、したがって個片化することができる。結果として、半導体レーザを大量生産することができ、その結果として、このような面発光半導体レーザの製造時間および製造コストが減少し、これは有利である。
【００６０】
キャリアボディは、Ｇｅ、モリブデン、またはシリコンを含んでいることが好ましい。
【００６１】
面発光半導体レーザのさらなる特徴、利点、好ましい構造形態、および有用性は、図１〜図４を参照しながらの例示的な実施形態の以下の説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による半導体レーザの第１の例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図２ａ】第２の例示的な実施形態による本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【図２ｂ】第２の例示的な実施形態による本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【図２ｃ】第２の例示的な実施形態による本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【図２ｄ】第２の例示的な実施形態による本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【図２ｅ】第２の例示的な実施形態による本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【図３】第２の例示的な実施形態による面発光半導体レーザの概略的な平面図を示している。
【図４】本発明による半導体レーザのさらなる例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
同一の構成部分または機能が同じである構成部分には、それぞれ同じ参照記号を付してある。図示した構成部分と、構成部分の間の互いのサイズの関係は、正しい縮尺ではないことを理解されたい。
【００６４】
図１は、本発明による半導体レーザの概略的な断面図を示している。この半導体レーザは、薄膜半導体レーザとして具体化されていることが好ましい。本出願においては、薄膜半導体レーザとは、第１の半導体積層体２０および第２の半導体積層体３を上に例えばエピタキシャル成長させた成長基板が、製造時に除去されている半導体レーザである。
【００６５】
本半導体レーザは、縦型発光部１を備えている第２の半導体積層体３を有する。縦型発光部１は、放射放出活性層４と、放射出口側５と、連結側６とを有する。縦型発光部１の放射出口側５にはポンプレーザ７が配置されている。縦型発光部１の連結側６にはキャリアボディ２が配置されている。動作時に縦型発光部１の活性層４によって発生する放射は、ポンプレーザ７を通じて取り出される。図１には、動作時に縦型発光部１の活性層４によって発生する放射の取り出しを、矢印によって表してある。
【００６６】
半導体レーザの機械的安定性のため、キャリアボディ２が設けられており、キャリアボディ２は、放射出口側５とは反対に位置している縦型発光部１の側に配置されている。特に、縦型発光部１の放射出口側５には基板が設けられていない。さらには、例えば金を含んでおり、従来では縦型発光部１に形成される電気めっき層が、使用されていない。したがって、電気めっき層の結果として発生しうるひずみが生じない。
【００６７】
キャリアボディ２は、第１および第２の半導体積層体の成長基板とは異なることが好ましい。したがって、半導体レーザのキャリアボディ２には、成長基板が満たさなければならない比較的厳しい要求条件（例えば、結晶構造に関する要求条件）が課されず、これは有利である。キャリアボディ２の選択における自由度は、成長基板の選択における自由度と比較して高く、これは有利である。一例として、キャリアボディ２は、熱特性（例えば高い熱伝導率）に関して、あるいは膨張係数に関して、比較的自由に選択することができる。縦型発光部１において発生する熱量が縦型発光部１から十分に放散しない場合、縦型発光部１の出力が低下する危険性が高まる。成長基板とは異なる、好ましくは高い熱伝導率を有するキャリアボディ２を使用することによって、この危険性を低減することができ、これは有利である。
【００６８】
さらには、成長基板が除去されていることによって、縦型発光部１によって放出される放射のための光出口開口をエッチングによって成長基板に形成する必要がない。半導体レーザを単純に製造し、したがって面発光半導体レーザの製造コストを減らして製造時間を短縮することが可能であり、これは有利である。
【００６９】
縦型発光部１およびポンプレーザ７は、ヒ化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、または窒化物化合物半導体をベースとしていることが好ましい。これに関して、「ヒ化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、または窒化物化合物半導体をベースとしている」とは、このように記載されている半導体レーザまたはその一部分が、好ましくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰ、またはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を備えていることを意味する。この場合、これらの材料は、上の化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。そうではなく、これらの材料は、１つまたは複数のドーパントと、材料の物理特性を実質的に変化させることのない追加の構成成分とを含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｎ）のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分をわずかな量のさらなる物質によって置き換えることができる。
【００７０】
縦型発光部１は、好ましくは半導体レーザであり、特に好ましくは薄膜半導体レーザである。縦型発光部１の活性層４は、赤外放射を放出することが好ましい。
【００７１】
縦型発光部１の活性層４は、放射を発生させるための多重量子井戸構造（ＭＱＷ）または単一量子井戸構造（ＳＱＷ）を備えていることが好ましい。本出願においては、量子井戸構造という記載は、具体的には、閉じ込めにより電荷キャリアにおいてエネルギ状態の量子化が起こりうる任意の構造すべてを含む。特に、量子井戸構造という記載は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せとが含まれる。
【００７２】
縦型発光部１の活性層は、ポンプレーザ７において発生する電磁放射を吸収するうえで適していることが好ましい。言い換えれば、ポンプ放射の吸収は、縦型発光部１の活性層４において起こり、活性層４における電磁放射層の発生を励起する。
【００７３】
縦型発光部１は、ポンプレーザ７の領域の上に配置されている。この場合、縦型発光部１の活性層４がポンプレーザ構造に光結合されており、したがって、半導体レーザの動作時にポンプレーザ７からのポンプ放射が縦型発光部１の活性層４に導かれる。
【００７４】
光ポンプ放射の波長は、縦型発光部１の活性層によって放出される放射の波長よりも短いことが好ましい。ポンプレーザ７は、ポンプ放射のための共振器を有する。これを目的として、一例として、一例として、ポンプレーザ７の２つの互いに平行な端部領域にミラー領域が形成されており、このミラー領域は共振器ミラーとしての役割を果たす。ポンプレーザ構造は、第１の導波層と第２の導波層との間に埋め込まれている活性ゾーンを有することが好ましく、これらの導波層は、第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に埋め込まれている。
【００７５】
第２の半導体積層体３は放射放出領域８を有し、この放射放出領域８は、放射放出活性層４を備えており、動作時にポンプレーザ７の光ポンピングの結果として放射を放出する。第２の半導体積層体３は、動作時に放射を放出しない領域９を少なくとも１つ有する。
【００７６】
言い換えれば、従来の形態とは異なり、第２の半導体積層体３のうち、形成する放射放出領域８の外側全体を除去するのではなく、以降の工程ステップにおいて第１の半導体積層体にアクセスする必要のある領域のみを除去する。以降の工程としては、例えば、ポンプレーザ７の共振器ミラーをミラーエッチングする、あるいはポンプレーザ７を電気的に接続するステップが考えられる。
【００７７】
さらには、第１の半導体積層体は、半導体レーザの動作時にポンプ放射を発生させる領域と、ポンプ放射を発生させない少なくとも１つの領域９、の両方を有することが好ましい。
【００７８】
第２の半導体積層体３のうち動作時に放射を放出しない領域９は、第１の半導体積層体２０のうち動作時にポンプ放射を発生させない領域９の上に形成されている。
【００７９】
結果として、第１の半導体積層体２０および第２の半導体積層体３の両方が、大きな領域として、すなわち、以降の工程のためにアクセス可能でなければならない領域とは別に具体化されているため、半導体レーザの安定性が高まり、これは有利である。
【００８０】
ポンプレーザ７は、縦型発光部１に面している側のうち第２の半導体積層体３が除去された領域の上に、第１のコンタクト層１０を有する。第１のコンタクト層１０は、ポンプレーザ７を電気的に接続する役割を果たす。
【００８１】
第１の半導体積層体２０は、縦型発光部１とは反対側の面にエッチング停止層１１を有する。エッチング停止層１１は、成長基板の除去時に生じうる損傷からポンプレーザ７を保護する。
【００８２】
エッチング停止層１１は、ポンプレーザ７とは反対側の面に第２のコンタクト層１２を有することが好ましく、この第２のコンタクト層は、縦型発光部１とは反対側に位置している領域にカットアウト１３を有する。第２のコンタクト層１２および第１のコンタクト層１０は、連帯的にポンプレーザ７を電気的に接続する役割を果たす。第２のコンタクト層１２のカットアウト１３は、縦型発光部１の活性層４によって放出される放射を取り出す役割を果たす。
【００８３】
代替形態として、縦型発光部１とは反対側に位置しているポンプレーザ７の面に、第２のコンタクト層１２のみを形成することが可能である。この場合、第２のコンタクト層１２は、エッチング停止層としての役割をさらに果たす。
【００８４】
第２の半導体積層体３は、例えば、はんだ層または接着層１４によって、キャリアボディ２に固定されている。代替形態として、第２の半導体積層体３を、熱圧着によってキャリアボディ２に固定することができる。従来の形態とは異なり、縦型発光部１に電気めっき層を形成する必要がなく、電気めっき層は半導体レーザにおけるひずみにつながることがあり、これは不利である。結果として、半導体レーザの安定性および寿命の両方が増大し、これは有利である。
【００８５】
縦型発光部１は、ポンプレーザ７とは反対側にミラー１５を有することが好ましい。ミラー１５はブラッグミラーであることが好ましい。ポンプレーザ７とは反対側にミラー１５が配置されていることによって、縦型発光部１がポンプレーザ７によって光ポンピングされ、したがって、縦型発光部１を電気的に接続する必要がなく、ポンプレーザのための電流供給をミラー１５を介して行う必要がない。結果として、ミラー１５におけるドーピングを回避することが可能であり、このようなドーピングは、ミラー１５の反射率の減少、したがって縦型発光部１によって放出される放射の光学的損失につながる。全体として、縦型発光部１によって放出される放射の、ミラー１５における吸収が減少する。
【００８６】
代替形態として、ブラッグミラーの代わりに、誘電積層体から成るミラー１５を、ポンプレーザ７とは反対側の縦型発光部１の面に形成することができる。
【００８７】
ミラー１５は、縦型発光部１の第１の共振器ミラーを形成しており、これは有利である。第２の共振器ミラーは、特に、半導体チップの外側に外部共振器ミラーとして配置することができる（図示していない）。したがって、本半導体レーザは、特に、外部共振器を有する面発光半導体レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）である。
【００８８】
キャリアボディ２は、Ｇｅ、モリブデン、またはシリコンを含んでいることが好ましく、これにより、縦型発光部１によって放出される熱損失の適切な放熱が可能になり、これは好ましい。
【００８９】
図２ａ〜図２ｅは、本発明による半導体レーザを製造するための方法ステップを示している。
【００９０】
図２ａにおいては、ポンプレーザを備えている第１の半導体積層体２０を、成長基板１６の上にエピタキシャル成長させる。この第１の半導体積層体２０を成長させる前に、エッチング停止層１１を形成することが好ましい。エッチング停止層１１は、後から成長基板１６を除去する工程ステップにおいて、ポンプレーザが損傷することなく、したがって、半導体レーザの動作時に最適なポンプ放射効率が達成できるようにする役割を果たす。
【００９１】
縦型発光部１を備えている第２の半導体積層体３を、ポンプレーザの上に成長させる。第２の半導体積層体３は、放射放出領域として設けられておりかつ放射放出活性層４を備えている領域８を有する。さらには、第２の半導体積層体３は、放射を放出するようには設けられていない領域９を有する。これを目的として、第２の半導体積層体３を、形成する放射放出領域８の周囲の領域において、より深くエッチングする。
【００９２】
第２の半導体積層体３の、より深くエッチングされた領域によって、図２ｂに示したように、次の工程ステップにおいて、第１の半導体積層体２０の必要な領域にアクセスすることが可能になる。実施される次の工程ステップとしては、一例として、ポンプレーザ７の側面領域１７ａにミラーエッチングによって共振器ミラーを形成するステップが挙げられる。さらには、ポンプレーザ７の上、第２の半導体積層体３が配置されていない領域１７ｂの上に、第１のコンタクト層１０を形成する。
【００９３】
ポンプレーザ７の領域１７ａに共振器ミラーを形成することにより、ポンプレーザ７のポンプ放射のための共振器が形成される。第１のコンタクト層１０を形成することにより、ポンプレーザ７が電気的に接続される。
【００９４】
ポンプレーザ７の共振器ミラーをミラーエッチングし、ポンプレーザ７を電気的に接続した後、図２ｃに示したように、第２の半導体積層体３にはんだ層または接着層１４によってキャリアボディ２を貼り付ける。
【００９５】
したがって、例えば金を含んでいる電気めっき層が使用されない。結果として、電気めっき層に起因して半導体レーザに生じうるひずみが発生しない。第１の半導体積層体および第２の半導体積層体が大きな領域として具体化されている結果として、半導体レーザの機械的安定性が高まり、この結果として、さらに半導体レーザの寿命が増大し、これは有利である。
【００９６】
次いで、図２ｄに示したように、成長基板１６を除去する。この場合、エッチング停止層１１は、成長基板１６の除去時に生じうる損傷からポンプレーザ７を保護する。第２の半導体積層体３がキャリアボディ２に固定されていることによって、半導体レーザの安定性のために成長基板１６はもはや必要なく、したがって、完全に除去することができる。
【００９７】
ウェハアセンブリにおいて複数の半導体レーザを製造する場合、この方法ステップにおいてウェハアセンブリを個々の半導体レーザに分離することができる。個々の半導体レーザへの分離は、メサエッチングによって行うことが好ましい。
【００９８】
次いで、図２ｅに示したように、ポンプレーザ７を電気的に接続するための第２のコンタクト層１２を、ポンプレーザ７とは反対のエッチング停止層１１の側に、例えばリフトオフ技術によってパターン構造として形成する。
【００９９】
結果として、縦型発光部１によって放出される放射のための光出口開口１３を第２のコンタクト層１２に形成することができ、これは好ましく、その結果として、縦型発光部１によって放出される放射の効率的な取り出しが得られる。図２ｅには、取り出される放射の方向を矢印によって表してある。
【０１００】
図３は、面発光半導体レーザの概略的な平面図を示している。
【０１０１】
第２の半導体積層体３は、半導体レーザの動作時にポンプレーザの光ポンピングの結果として放射を放出する放射放出領域８、を有する（縦型発光部１）。さらには、第２の半導体積層体３は、動作時に放射を放出しない領域９を有する。
【０１０２】
第２の半導体積層体３の放射放出領域８は、ポンプレーザの上に配置されている。ポンプレーザは、ポンプ放射のための共振器１９を有する。共振器ミラー１８は、共振器１９の２つの向かい合う側面に形成されている。
【０１０３】
領域１７ａ，１７ｂにおいては、半導体レーザの製造時に第１の半導体積層体のこれらの領域にアクセスできるようにする目的で、第２の半導体積層体３がエッチング工程によって除去されている。この場合、領域１７ａは、共振器ミラー１８を形成する目的で設けられている。領域１７ｂは、ポンプレーザの電気的接続のために設けられている。第２の半導体積層体３のそれ以外のすべての領域は除去されておらず、動作時に放射を放出しない領域９を形成している。
【０１０４】
このような配置構成によって、大きな領域として具体化されている第２の半導体積層体３が設けられているため、半導体レーザの安定性が高まる。さらには、第２の半導体積層体３のうち、第１の半導体積層体に関する製造工程のためにアクセス可能でなければならない領域のみを除去するため、製造工程が単純化される。製造コストおよび製造時間が減少し、これは有利である。
【０１０５】
図４は、半導体レーザ、特に縦型発光部の断面図を示している。
【０１０６】
縦型発光部１は、薄膜縦型発光部として具体化されていることが好ましく、放射放出活性層４と、放射出口側５と、連結側６とを有する。縦型発光部１を安定化する目的で、縦型発光部１の連結側６にキャリアボディ２が配置されており、このキャリアボディは、縦型発光部１の半導体積層体の成長基板とは異なる。
【０１０７】
縦型発光部１は、キャリアボディ２に面している側にミラー１５を有することが好ましい。ミラー１５は、ブラッグミラーであることが好ましい。
【０１０８】
ミラー１５は、縦型発光部１の第１の共振器ミラーを形成しており、これは有利である。第２の共振器ミラー２１は、特に、外部共振器ミラーとして、半導体チップの外側に配置することができる。したがって、本半導体レーザは、特に、外部共振器を有する面発光半導体レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）である。
【０１０９】
キャリアボディ２は、Ｇｅ、モリブデン、またはシリコンを含んでいることが好ましく、これによって、縦型発光部１によって放出される熱損失の適切な放熱が可能になり、これは好ましい。
【０１１０】
放熱を改良する目的で、縦型発光部１とは反対のキャリアボディ２の側にヒートシンク２２を配置することができる。ヒートシンク２２は、はんだ層または接着層２３によってキャリアボディ２に固定されていることが好ましい。
【０１１１】
縦型発光部１の放射出口側５にはポンプレーザ７が配置されている。
【０１１２】
代替形態として、端面発光半導体構造を有するポンプレーザが縦型発光部の活性層４を光ポンピングすることが考えられる（図示していない）。この場合、端面発光ポンプレーザは、ポンプ放射が横方向から縦型発光部７の活性層４の中に放射されるように配置する。特に、縦型発光部１の活性層４およびポンプレーザは、ポンプレーザの活性ゾーンと縦型発光部１の活性層４とが同じ高さであるように、互いに横に並んで配置されていることが好ましい。特に、この場合、ポンプレーザおよび縦型発光部１は、共通のキャリアボディ２の上に配置される。
【０１１３】
さらには、半導体レーザの動作時に縦型発光部の活性層４を外部ポンプレーザによってポンピングすることが考えられる（図示していない）。
【０１１４】
ここまで、本発明による半導体レーザを例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に制限されない。本発明は、任意の新規の特徴と、特徴の任意の組合せ（特に、特許請求項における特徴の任意の組合せを含む）を包含しており、これらの特徴またはその組合せは、それ自体が特許請求項または例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合でも本発明に含まれる。
【図１】
2011507286.tif 000003
【図２ａ】
2011507286.tif 000004
【図２ｂ】
2011507286.tif 000005
【図２ｃ】
2011507286.tif 000006
【図２ｄ】
2011507286.tif 000007
【図２ｅ】
2011507286.tif 000008
【図３】
2011507286.tif 000009
【図４】
2011507286.tif 000010
【国際調査報告】
2011507286.tif 000011
2011507286.tif 000012
2011507286.tif 000013
2011507286.tif 000014
2011507286.tif 000015
2011507286.tif 000016