(57)【要約】【課題】半導体レーザにおいて、比較的高い放射品質を提供すると同時に電気特性も向上させる。【解決手段】半導体レーザ１には、電磁放射を発生させるための活性領域３を含む半導体層列２と、高次のモードを減衰させるための吸収領域４が設けられており、この吸収領域４は半導体層列２内に配置されているかまたは半導体層列２に接している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ（１）において、
電磁放射を発生させるための活性領域（３）を含む半導体層列（２）と、
高次のモードを減衰させるための吸収領域（４）が設けられており、該吸収領域（４）は半導体層列（２）内に配置されているかまたは半導体層列（２）に接していることを特徴とする、
半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は吸収性の材料を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）の吸収度は材料組成によって調整されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項２または３記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収性材料は酸化物または窒化物であり、たとえばＩＴＯまたはＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収性材料の材料組成は非化学量論的であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は誘電材料を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は電気的に絶縁性であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項８】
請求項７記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は電流を絞るために用いられることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は吸収特性をもつ半導体材料を含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体レーザ（１）において、
前記半導体材料はＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＰ，ＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＡｓまたはＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＮを有しており、ここで０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項９記載の半導体レーザ（１）において、
前記半導体材料はＳｉまたはＧｅであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収特性をもつ半導体材料はドーピングされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）の吸収度はドーピングによって調整されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の半導体レーザ（１）において、
前記ドーピングされた半導体材料はＭｇによってドーピングされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１５】
請求項１記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）に吸収特性をもつ導入物が混合されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１６】
請求項１５記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）の吸収度は前記導入物の割合によって調整されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１７】
請求項１５または１６記載の半導体レーザ（１）において、
前記導入物は原子、クラスターまたは粒子であり、これらは金属、半導体材料または有機材料から成るかまたはそれらを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体レーザ（１）において、
前記導入物はＴｉ，Ｐｔ，ＳｉまたはＣから成るか、またはそれらを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１９】
請求項１５から１８のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は酸化物または窒化物であり、たとえばＩＴＯまたはＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物またはポリイミドであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２０】
請求項１記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は超格子を有しており、該超格子は吸収性の材料を含む少なくとも１つの層と吸収性の僅かな材料を含む少なくとも１つの層から成る層列によって形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２１】
請求項１記載の半導体材料（１）において、
前記吸収領域（４）の吸収度は、拡散による該吸収領域（４）への吸収材料の取り込みまたは該吸収領域（４）からの吸収材料の取り出しによって調整されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）に構造が与えられていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２３】
請求項２２記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は点状、ストライプ状またはフィールドライン状の構造を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は前記半導体層列（２）の中に配置されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２５】
請求項２４記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）はエピタキシャル成長により形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２６】
請求項１記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は前記半導体層列（２）に隣接していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２７】
請求項２６記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は、前記半導体層列（２）の結晶構造を変えることで該半導体層列（２）に続く層により形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２８】
請求項２７記載の半導体レーザ（１）において、
前記結晶構造はプラズマ作用または熱作用により変更されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２９】
請求項２６記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は金属層から成ることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３０】
請求項２９記載の半導体レーザ（１）において、
前記金属層は仕事関数の小さい金属たとえばＴｉまたはＣｒを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３１】
請求項２６からから３０のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）において前記半導体層列（２）とは反対側に電気的絶縁層（７）が配置されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３２】
請求項３１記載の半導体レーザ（１）において、
前記絶縁層（７）は前記吸収領域（４）とは異なる屈折率を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３３】
請求項２６記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は吸収を電気的に調整するための金属コンタクト（８）を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
リッジレーザであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３５】
請求項３４記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は横方向に延在していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３６】
請求項３４または３５記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）は垂直方向で前記活性領域（３）に対し間隔がおかれていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３７】
請求項１から３６のいずれか１項記載の半導体レーザ（１）において、
前記吸収領域（４）はスパッタリング、蒸着、エピタキシャル成長またはプラズマ被層によって生成されることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザたとえばシングルモード半導体レーザに関する。本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102006046297.1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。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途のために、放射品質が高くコヒーレント長が長くかつスペクトル幅の小さいレーザが望まれ、あるいは必要とされる。この特性はたとえばシングルモードレーザ（Single-Mode-Laser）たとえばＤＦＢレーザ、面発光型半導体レーザ（VCSEL-Vertical Cavity Surface Emitting Laser）またはリッジレーザなどによって達成することができる。
【０００３】
特許文献US 6,711,197 B2に記載されているリッジレーザは、ＡｌＧａＮから成るｐ型クラッド層を有しており、このｐ型クラッド層の上にＳｉＯ2膜が配置されており、さらにいっそう高いモードにおける吸収のためＳｉＯ2膜に続いてＳｉ膜が配置されている。
【０００４】
上述のレーザの場合、いっそう高いモードがＳｉ膜まで到達して吸収可能となるよう、ＳｉＯ2膜を十分に薄くしなければならない。僅かな厚さのＳｉＯ2膜であると電気特性に不利な影響を及ぼす可能性があり、たとえば絶縁破壊耐性が低減したり、あるいは漏れ電流が発生するおそれがある。
【特許文献１】US 6,711,197 B2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の課題は、半導体レーザにおいて比較的高い放射品質を提供すると同時に電気特性も向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１記載の半導体レーザによって解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明による半導体レーザには、電磁放射を発生させるための活性領域を含む半導体層列と、比較的高次のモードを減衰させるための吸収領域が設けられており、この吸収領域は半導体層列内に配置されているかまたは半導体層列に隣接している。
【０００８】
吸収領域が設けられていないと、殊に１次および２次という高次のモードが現れる。有利には吸収領域を設けることによって、これら比較的高いモードの成分を著しく低減することができ、それによって放射品質を相応に改善することができる。このような高いモードを吸収するために本発明において提案される措置は有利にはモード固有のものではなく、発生する高次のモード全体に適している。
【０００９】
本発明による半導体レーザを２つの実施形態で製造することができ、つまりエッジ発光型半導体レーザまたは表面発光型半導体レーザとして製造することができる。エッジ発光型半導体レーザの場合、発光はポンピングされた活性領域の広がり方向で行われ、レーザ放射は活性領域の側縁を経て出射される。表面発光型半導体レーザの場合、レーザ放射はポンピングされる活性領域に対し直角に出射される。
【００１０】
活性領域はたとえばｐｎ接合、ダブルヘテロ構造または単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、あるいは殊に有利には多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有することができる。この種の構造は当業者に周知であるので、ここではこれ以上詳しくは説明しない。たとえばＭＱＷ構造については刊行物WO 01/39282, WO 98/31055, US 5,831,277, EP 1 017 113およびUS 5,684,309に記載されており、ＭＱＷ構造に関してこれらの文献の開示内容を参照されたい。
【００１１】
１つの有利な実施形態によれば、吸収領域は吸収特性をもつ材料を有している。
【００１２】
別の有利な実施形態によれば、吸収特性を有する上記の材料は酸化物または窒化物であり、たとえばＩＴＯまたはＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物である。これらの材料は、本発明において有利であるような窒化物化合物半導体をベースとする半導体レーザの場合に殊に適している。
【００１３】
「窒化物化合物半導体ベース」とは本発明においては、半導体層列のうち少なくとも１つの層に窒化物化合物半導体材料たとえばＡｌｎＧａｍＩｎ1-ｎ-ｍＮが含まれることを意味しており、ここで0≦n≦1，0≦m≦1かつn+m≦１である。その際、この材料は必ずしも上述の式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。つまりＡｌｎＧａｍＩｎ1-ｎ-ｍＮ材料の物理的特性を実質的に変化させない１つまたは複数のドーパントならびに付加成分を、この材料に含有させることができる。ただしわかりやすくするため上述の式には、微量の他の材料によって置き換えられている可能性があるにしても、結晶格子（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）の主要な構成要素のみが含まれている。
【００１４】
有利には、半導体レーザから送出される放射は紫外線、青または緑のスペクトル範囲の波長を有している。
【００１５】
吸収領域の吸収度を材料組成によって調整するのが有利である。たとえば吸収特性を有する材料の組成は非化学量論的である。つまり材料組成に関して化学量論は存在せず、したがって組成は定量的な法則には従わない。組成ＳｉＯ2を化学量論的と称することができる一方、ここで挙げる有利な組成ＳｉＯ1.6は非化学量論的である。
【００１６】
有利には上述の実施形態の場合、材料組成もしくは吸収度をあとからでも変更可能であり、つまりたとえば半導体レーザの製造後あるいは放射品質の最初の測定後であっても変えることができる。たとえばＳｉのように吸収特性の強い材料を所期のように酸化し、それによって吸収度を低減することができる。これによって得られる利点とはたとえば、複数の半導体材料をいっしょに製造し、あとから要求（たとえば低い閾値電流あるいは高いサブモード抑圧）に従って相応に構成できることである。
【００１７】
この利点は、吸収材料が吸収特性をもつドーピングされた半導体材料を有するようにした別の実施形態においても得られる。この場合に有利であるのは、吸収度がドーピングによって調整されることである。ドーピングによって半導体材料のバンドギャップを変化させることができるので、いっそう高いモードが吸収される一方、半導体レーザにおける基本モードが強まり、ひいてはそれが出力結合されるよう、バンドギャップを選定することができる。本発明による半導体レーザの場合、吸収領域をＭｇによってドーピングするのが殊に有利である。半導体材料としては、リン化物、ヒ化物または窒化物をベースとする半導体材料、ＳｉまたはＧｅが適している。
【００１８】
択一的に、半導体材料はドーピングされない。たとえば半導体材料をＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＰ，ＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＡｓまたはＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＮとすることができる。ただし０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１かつｎ＋ｍ≦１である。この場合、半導体材料の材料組成によって、たとえばＩｎもしくはＡｌの割合を変えることによって、同様にバンドギャップを調整することができ、ひいては吸収領域における吸収度を調整することができる。
【００１９】
１つの有利な実施形態によれば、吸収領域は誘電性材料を有している。たとえば誘電性材料を、先に挙げたような酸化物または窒化物とすることができる。
【００２０】
１つの格別有利な実施形態によれば、吸収領域は電気的に絶縁性である。これにより有利には吸収領域に対し、絶縁破壊または漏れ電流を阻止するパッシベーションの役割をもたせることができる。吸収領域がたとえば活性領域と向き合った領域で窒化ケイ素を有し、活性領域とは反対側の領域で酸化ケイ素を有するように構成することができる。窒化ケイ素の場合、非化学量論的な材料組成を簡単に達成することができ、有利にはこれによって吸収度を調整することができる。これに対し、酸化ケイ素はパッシベーションに適している。
【００２１】
たとえば電気的に絶縁性の吸収領域に電流を絞る役割をもたせることができる。このようにして、半導体レーザへの電流供給を所望の範囲に制限することができる。
【００２２】
１つの別の実施形態によれば、吸収領域に導入物ないしは堆積物が組み込まれている。好適には導入物は、いっそう高いモードを減衰もしくは吸収するのに適している。
【００２３】
この場合、吸収領域の吸収度を導入物の割合によって調整するのが有利である。製造に起因して半導体レーザの光学特性に差が生じる可能性があるので、吸収度が調整可能であると殊に有利である。
【００２４】
導入物を原子、クラスターまたは粒子とすることができ、これらは金属、半導体材料または有機材料から成るかまたはそれらを含むものである。たとえば導入物がＴｉ，Ｐｔ，ＳｉまたはＣから成るか、またはそれらを含むようにすることができる。
【００２５】
導入物を有する吸収領域に酸化物または窒化物が含まれると有利であり、それらはたとえばＩＴＯであり、あるいはＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物またはポリイミドである。
【００２６】
この場合、吸収度を導入物の割合によって調整するのが有利である。
【００２７】
さらに吸収領域が超格子を有するように構成することができ、この超格子は、吸収性の材料を含む少なくとも１つの層と吸収性の僅かな材料を含む少なくとも１つの層から成る層列によって形成されている。たとえば吸収性の材料としてＳｉを用いることができ、吸収性の僅かな材料として、先に挙げたような酸化物または窒化物を用いることができる。
【００２８】
さらに吸収領域の吸収度を、吸収領域へのないしは吸収領域からの吸収材料の拡散によって調整することができる。この実施形態によれば、吸収領域と半導体レーザの放射フィールドとのオーバラップを調節できるようになる。吸収材料を活性領域の近くまで拡散させることで放射フィールドとのオーバラップが大きくなり、いっそう強い吸収を達成することができる。これとは逆に放射フィールドから離れるように吸収材料を拡散させることによって、放射フィールドとのオーバラップを小さくすることができ、これによって吸収がいっそう小さくなる。この場合、拡散を熱によりおよび／または電気的に支援したり制御したりすることができる。
【００２９】
半導体レーザの１つの格別な実施形態によれば、吸収領域に対し構造が付与され、ないしは吸収領域がパターニングされる。このような構造の付与ないしはパターニングによって、吸収特性をもつ面積が面全体に対して設けた場合よりも小さくなることから、吸収領域における吸収を低減することができる。このことは吸収特性の強い材料の場合に殊に有利である。たとえば吸収領域に点状、ストライプ状またはフィールドライン状の構造をもたせることができる。また、１回あるいは複数回繰り返される構造も考えられる。吸収領域を最初に面全体に設け、ついでそれに対し構造を付与するか、またはすでに構造付与しながら設けることができる。後者は共振器ミラーの場合に有利であり、その理由はこれによっても、引き続き行われる構造付与による共振器ミラーの損傷または汚れのおそれがないからである。有利には構造付与による取り付けもしくは吸収材料における空間配分の変更によって、個々の横モードおよび／または縦モードを所期のように調整することができる。
【００３０】
複数の半導体レーザから成るアレイの場合には動作中、典型的には中央に配置された半導体レーザが周縁に配置された半導体レーザよりも熱くなるが、このような事例において、吸収領域をそれぞれ異なるように形成することによって種々の動作条件を考慮することができる。
【００３１】
半導体レーザの１つの有利な実施形態によれば吸収領域は、横方向ないしは水平方向へのエピタキシャル成長（ELOG = Epitaxial Lateral OverGrowth）を利用したマスク層である。ＥＬＯＧ法は、半導体層列内部に吸収領域が配置される場合に殊に有利である。その理由は、これによって半導体層列に利用される半導体材料とは異なる材料を含む領域を半導体層列中に組み込むことができるからである。ＥＬＯＧマスク層として用いられる吸収領域を、スパッタリングまたは蒸着しパターニングすることができる。吸収領域製造後、半導体層列をさらに成長させる。
【００３２】
以下で述べる実施形態は、半導体層列と隣接する吸収領域の場合に殊に適している。
【００３３】
１つの格別な実施形態によれば吸収領域は、半導体層列の結晶構造を変えることによって半導体層列に続く層から形成される。これにより、吸収領域は半導体層列とは異なる吸収特性をもつことになる。たとえばこの結晶構造を、プラズマ作用または温度作用によって変えることができる。この場合、プラズマダメージないしは吸収中心が生じる。ＧａＮの場合、たとえばＮ2蒸着によってＧａ吸収中心が形成される。
【００３４】
さらに吸収領域を金属層によって構成することができる。たとえばこの金属層は半導体層列の上に設けられる。あるいは金属を吸収材料として半導体層列に注入または拡散することも考えられる。
【００３５】
仕事関数の小さい金属たとえばＴｉ，ＡｌまたはＣｒが金属層に含まれていると有利である。この場合、金属層は電気的な接点としては適しておらず、吸収領域のところでは電流供給ないしは活性層のポンピングは行われない。
【００３６】
半導体レーザの１つの有利な実施形態によれば、吸収領域において半導体層列とは反対側に電気的な絶縁層が配置されている。たとえばこの電気的な絶縁層は、半導体層列と接する吸収領域の吸収作用とは無関係に半導体レーザの電気特性を改善するために設けられている。
【００３７】
さらに有利には絶縁層は、吸収領域とは異なる屈折率を有している。有利には吸収領域が十分に薄い場合には、電気的絶縁層への放射フィールドの侵入深さをその屈折率を介して調整することができる一方、これによって放射フィールドと吸収領域とのオーバラップひいてはその吸収作用を調整することができる。たとえば屈折率を、吸収領域に用いられる材料の酸化によって変えることができる。
【００３８】
それぞれ異なるモードをそれぞれ異なるように減衰させるために、吸収領域における材料組成によっても、吸収領域に適切な構造を付与することによっても、吸収度に段階的な変化またはステップ状の変化を生じさせることができる。たとえば吸収領域の構造をそれぞれ異なる密度で分布させることができ、そのようにすることで１つのモードにおいていっそう外側に位置する範囲がいっそう強く吸収されるようになる。
【００３９】
１つの別の実施形態によれば、吸収領域は吸収を電気的に調整するための金属コンタクトを有している。金属コンタクトの領域において活性領域の吸収がポンピングによって、殊にいっそう高いモードが基本モードよりも強く減衰されるよう、透過と強い吸収特性との間で調整される。
【００４０】
基本的に、リッジ構造を備え利得を生じさせる構造を備えたエッジ発光型半導体レーザたとえば酸化ストライプレーザ、レーザアレイおよび表面発光型半導体レーザにおいて既述のすべての実施形態を考えることができる。
【００４１】
リッジレーザの場合、吸収領域が横方向に延在していると有利である。典型的には、半導体層列の各層も横方向に延在している。たとえば、吸収領域と半導体層列は実質的に互いに平行に配置されている。さらにリッジレーザの場合、吸収領域が活性領域に対し垂直方向に間隔をおいて配置されていると、とりわけ有利である。
【００４２】
有利なことに本発明による半導体レーザを用いることで慣用の半導体レーザよりも高いキンクレベルを達成することができ、つまり横方向におけるモードの跳躍的変化が生じることなく、いっそう高い放射出力を達成することができる。
【００４３】
本発明による半導体レーザは、データ記憶やレーザ印刷など数多くの適用事例に適している。
【００４４】
本発明の範囲内で、吸収領域を製造するためにスパッタリング、蒸着、エピタキシャル成長またはプラズマ被層などが考慮の対象となる。
【００４５】
図１〜図１１を参照しながら以下で説明する実施例には、本発明のその他の特徴、利点ならびに実施形態が示されている。
【実施例】
【００４６】
図１１のａおよびｂには、２つの慣用のリッジレーザについてそれぞれ１つのグラフでエッチング深さに対する閾値利得Ｇthが書き込まれている。
【００４７】
図１１のａはリッジ幅１．５μｍのリッジレーザに関するものである一方、図１１のｂはリッジ幅５μｍのリッジレーザに関する。この場合、種々の特性曲線によって種々のモードに対する閾値利得特性が表されている（曲線Ｉ：基本モード、曲線ＩＩ：１次、曲線ＩＩＩ：２次、曲線ＩＶ：３次、曲線Ｖ：４次、曲線ＶＩ：６次、曲線ＶＩＩ：９次）。
【００４８】
これらのグラフからわかるのは、エッチング深さが大きくなるにつれて閾値利得が減少することである。また、リッジ幅が大きくなるにつれて閾値利得も減少する。両方のケースにおいて問題となるのは、エッチング深さが大きくなるにつれていっそう高次のモードが現れることである。図１１のｂからわかるように、リッジの幅が広がるといっそう高次のモードが比較的小さいエッチング深さのときにすでに生じる。
【００４９】
以下では、エッチング深さが大きいにもかかわらず、ないしはリッジ幅が広いにもかかわらず、いっそう高いモードをどのように緩和できるのかについて説明する。
【００５０】
半導体レーザの図面には下方周縁部に斜線が付されており、これによって表そうとしているのは、半導体層列２がこの側では１つの特定の形状に定められてはいないことである。この側では、半導体レーザの慣用の形状が考慮の対象となる。たとえば半導体レーザはその部分にクラッド層、導波体層、ミラー層、基板およびコンタクト層を有している。
【００５１】
図１には半導体レーザ１が描かれており、これは半導体層列２を有しており、これらの層（個別には図示せず）は図面の垂直方向で上下に配置されている。半導体層列２には活性領域３が含まれており、この領域により動作中、電磁放射が生成される。有利にはこの実施例の場合、生成された放射が側方で放射され、つまり垂直方向に対し実質的に垂直な方向で放射される。活性領域３は、所望の波長をもつ放射の生成に適した半導体材料によって形成されている。有利には活性領域３は窒化物をベースとする半導体材料たとえばＧａＮを有しており、緑／青のスペクトル範囲の波長をもつ放射を送出する。この波長をたとえば約４０５ｎｍとすることができる。
【００５２】
図示の実施例の場合、吸収領域４が半導体層列２と接している。この場合、吸収領域４は電気的に十分に非導電性であり十分に厚く、したがってこの領域は同時にパッシベーションないしは不動態化の役割も果たし、これによって絶縁破壊耐性が有利に高められ、漏れ電流が低減されることになる。吸収領域４の厚さＤは、たとえば約１２Ｖ〜１５Ｖまでの動作電圧であれば２５０ｎｍの領域にある。さらに吸収領域４に２つの材料たとえば窒化ケイ素および酸化ケイ素をもたせることができ、その際、これらの材料をたとえば上下に配置された層に含ませることができる。
【００５３】
垂直方向で吸収領域４に続いて、半導体層列２の電気的接触接続のためにコンタクト層５が設けられている。
【００５４】
半導体レーザ１を、図示のようにリッジ６を有するリッジレーザとすることができる。半導体レーザ１はエッチング深さＴとリッジ幅Ｂを有している。吸収領域４は半導体層列２を覆っており、有利にはリッジ６の側縁も含めて覆っている。電流を形成するためのストライプ状の領域だけは、吸収領域４には覆われていない。この領域では、コンタクト層５が半導体層列２とじかに接している。
【００５５】
図２には半導体レーザ１が描かれており、これは図１に示した半導体レーザ１よりも薄い吸収領域４を有している。しかしながら吸収領域４を流れる電流を十分に抑えることができるようにする目的で、吸収領域４に続いて活性領域３とは反対側に、殊に非導電性の絶縁層７が設けられている。有利にはこの実施形態の場合、光学特性に依存せずに電気特性に作用を及ぼすことができる。とはいえ、絶縁層７を用いることで光学特性にも作用を及ぼすことができ、たとえばこれは絶縁層７への放射フィールドの侵入深さを、絶縁層７に用いられる材料の屈折率によって設定することによって行われる。これにより放射フィールドと吸収領域４とのオーバラップつまりは吸収作用を定めることができる。
【００５６】
たとえばこの実施例の場合、吸収領域４のためにケイ素を用いることができる一方、絶縁層７のために酸化ケイ素を用いることができる。酸素成分を用いて、電気特性のほかに屈折率に作用を及ぼすことができる。
【００５７】
図３に描かれている半導体レーザ１の吸収度は、吸収領域４の領域４ａにおいてあとからでも、つまり半導体レーザ１の製造後であっても、あるいは放射品質の最初の測定後に、調節することができる。この調節は吸収材料の拡散によって行われる。
【００５８】
領域４ａにおける吸収度を高めようとするならば、領域４ａに続いて領域４ｂを設けることができ、この領域４ｂには領域４ａに向かう矢印方向で拡散する吸収材料が含まれている。これにより吸収材料は活性領域３の近くまで到達し、このようにして放射フィールドとのオーバラップが大きくなり、いっそう強い吸収が行われる。これとは逆に領域４ａから領域４ｂへ吸収材料を拡散させれば、この領域４ａにおける吸収度を低減することができる。これにより吸収材料は活性領域３からいっそう離れていき、このようにして放射フィールドとのオーバラップが少なくなり、吸収が低減される。
【００５９】
たとえば吸収材料には導入物ないしは沈積物が含まれている。導入物を原子、クラスターまたは粒子とすることができ、これらは金属、半導体材料または有機材料から成るかまたはそれらを含むものである。たとえば導入物がＴｉ，Ｐｔ，ＳｉまたはＣから成るか、またはそれらを含むようにすることができる。
【００６０】
また、拡散を熱によっておよび／または電気的に支援することができる。
【００６１】
図４に示されている半導体レーザ１によれば、領域４ａおよび領域４ｂから成る吸収領域４が半導体層列２の中に配置されている。吸収領域４を垂直方向で活性領域３の上方、下方または隣りに配置することができる。たとえば吸収領域４を吸収性のマスク層たとえばＥＬＯＧマスク層として半導体層列２中に組み込むことができ、その際に吸収領域４を横方向でエピタキシャル成長させる。しかも図４のように配置された吸収領域４は非導電性であり、同時にこの領域を電流を絞るためにも用いることができ、このようにすることで有利には電流の流れが、吸収性の各領域４ａ，４ｂの間に配置された半導体層列２の中央領域に制限される。さらに吸収領域４と周囲を取り囲む半導体層列２の半導体材料との間で屈折率に適切な跳躍的変化をもたせることによって、光学的閉じ込めを向上させることができる。
【００６２】
図５ａ〜図５ｅには、様々な構造の与えられたないしはパターニングされた吸収領域４が描かれている。図５ｄに示されているように、パターニングされた吸収領域４をリッジ６ないしはレーザ共振器の上にじかに配置することができる。付加的にまたは択一的に、図５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｅに示されているように吸収領域４をリッジ６もしくはレーザ共振器の隣りに配置することができる。パターニングによって、吸収性の強い材料の場合に吸収作用を緩和させることができる。
【００６３】
図５ａに示されている吸収領域４はリッジ６に沿って両側に広がっており、ストライプ状に形成されている。
図５ｂに示されている吸収領域４もリッジ６に沿って両側に広がっており、長手方向で互いに規則的な間隔で配置された等しい大きさの矩形としてパターニングされている。
図５ｃに示されている吸収領域４もリッジ６に沿って両側に広がっており、長手方向で互いに不規則な間隔で配置された大きさの異なる矩形としてパターニングされている。
【００６４】
図５ｄに示されている吸収領域４は種々の幾何学的形状たとえば楕円形、矩形あるいは半球の形状としてパターニングされている。
【００６５】
図５ｅに示されている吸収領域４はリッジ６に沿って両側に広がっており、ストライプ状に形成されている。この場合、ストライプは端部でわずかに湾曲している。
【００６６】
図６に示されている半導体レーザ１の場合、吸収が電気的に調整される。半導体層列２の上に、コンタクト層５に加えて金属コンタクト８が設けられており、これによって半導体レーザ１に電流が注入される。金属コンタクト８の領域において活性領域３がポンピングによって、殊にいっそう高いモードが基本モードよりも強く吸収されるよう、透過と強い吸収特性との間で調整される。この場合、金属コンタクト８はコンタクト層５とは無関係に給電される。したがって金属コンタクト８の領域における吸収を、コンタクト層５の領域で行われるレーザ動作に依存することなく調整することができる。
【００６７】
図７に示されている半導体レーザ１の実施形態は、その動作原理に関して図６に示した半導体レーザ１の実施例とは異ならない。ただしこの半導体レーザ１は、図６に示した実施例よりも広げられたレーザ動作領域を有している。この事例では、半導体層列２を金属コンタクト８の領域で除去しなくてもよい。
【００６８】
図８に示した半導体レーザ１は、金属コンタクト８とコンタクト層５との間に付加的に分離トレンチ９を有している。この分離トレンチ９によってコンタクトの電気的分離がいっそう向上し、それによって半導体層列２への電流供給が主としてコンタクト層５下方の領域で行われるようになる。さらにこれにより、半導体レーザ１においていっそう良好な導波を達成できるようになる。
【００６９】
図９ａおよび図９ｂには、慣用のリッジレーザ（図９ａ）と本発明によるリッジレーザ（図９ｂ）のエッチング深さに依存した内部損失αiのシミュレーションが描かれている。横軸にはエッチング深さが、縦軸には内部損失αｉが示されている。慣用のリッジレーザは吸収材料を有していないのに対し、本発明によるリッジレーザは吸収材料としてＴｉＯを有しており、これはリッジに配置されている。これら両方のリッジレーザにおいて、リッジ幅は１．５μｍである。
【００７０】
特性曲線Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩは基本モード、１次モード、２次モードに関するシミュレーション結果を表している。
【００７１】
これらの曲線の比較からわかるように、高次のモードの内部損失αiは吸収材料を用いると吸収材料がない場合よりも著しく大きい。有利にはこれによって、閾値利得が低く光学的出力パワーが比較的高い場合に、基本モードにおけるレーザ動作が可能である。
【００７２】
図１０ａおよび図１０ｂには、種々のリッジレーザによって得られた角度に依存する強度分布の測定結果が描かれている。吸収材料の設けられていない慣用のリッジレーザによれば、図１０ａに示された測定結果が得られるのに対し、吸収材料（この事例ではＴｉＯ）の設けられた本発明によるリッジレーザによれば、図１０ｂに示された測定結果が得られる。
【００７３】
角度に依存する強度分布は、垂直方向の遠方フィールドにおける測定結果である。これら種々の特性曲線は、それぞれ異なるリッジ幅をもつリッジレーザに対応づけられる。曲線Ｉはリッジ幅２．５μｍのリッジレーザに対応づけられ、曲線ＩＩはリッジ幅５μｍのリッジレーザに、曲線ＩＩＩはリッジ幅８μｍのリッジレーザに、さらに曲線ＩＶはリッジ幅１０μｍのリッジレーザに対応づけられる。図１０ａからわかるように、８μｍのリッジ幅をもち吸収体の設けられていないリッジレーザの強度分布は、もはやガウス形状には対応していない。これに対し、同じリッジ幅をもつ本発明によるリッジレーザに関して図１０ｂに示されている曲線ＩＩＩおよびＩＶはガウス形状を有している。
【００７４】
このように吸収材料を使用することにより、垂直方向における遠方フィールドの放射形状が著しく改善されている。さらに吸収材料の使用によって、リッジ幅のいっそう広いリッジレーザであっても基本モードで駆動できるようになる。このことによって得られる利点とは、レーザストライプのパターニングないしは構造付与が著しく簡単になる一方、動作電圧が低減されることである。その理由は、リッジレーザにおける接触抵抗および直列抵抗がリッジ幅に対し逆の関係にあり、リッジ幅が広いときの閾値電流密度がリッジ幅が狭いときよりも小さくなることによる。さらにリッジ幅を広げることによって出力パワーをいっそう高めることができるようになる。それというのもファセットにおける出力密度が小さくなり、したがってファセット損傷（COMD = Catastrophic Optical Mirror Damage 瞬時光学破壊）を引き起こすクリティカルな出力密度が高くなるからである。
【００７５】
なお、本発明は実施例に基づくこれまでの説明によって限定されるものではない。つまり本発明はあらゆる新規の特徴なら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、これにはたとえば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自体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あてはまる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明による半導体レーザの第１実施例の概略断面図
【図２】本発明による半導体レーザの第２実施例の概略断面図
【図３】本発明による半導体レーザの第３実施例の概略断面図
【図４】本発明による半導体レーザの第４実施例の概略断面図
【図５】ａ〜ｅは本発明による吸収体ゾーンの構造に関する実施例の概略図
【図６】本発明による半導体レーザの第５実施例の概略断面図
【図７】本発明による半導体レーザの第６実施例の概略断面図
【図８】本発明による半導体レーザの第７実施例の概略断面図
【図９】ａおよびｂはエッチング深さに対する慣用の半導体レーザと本発明による半導体レーザの内部損失を示すグラフ
【図１０】ａおよびｂは慣用の半導体レーザと本発明による半導体レーザに関して角度に依存する強度分布を示すグラフ
【図１１】ａおよびｂは慣用のリッジレーザの閾値利得特性を示す２つのグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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