(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直な放出方向を有する面放出型の半導体素子（１）において、
放射生成に適しており相互に離隔されて配置された複数の活性領域（４ａ，４ｂ）を有する半導体ボディ（２）を備えており、
２つの活性領域間にトンネル接合部（５）が該半導体ボディにモノリシック集積化されており、
両活性領域は該トンネル接合部によって該半導体素子の動作中に導電接続され、
該半導体素子は、外部共振器とともに動作するように構成されており、
周波数選択素子（２２）が前記半導体ボディに形成されており、かつ、２つの相互に隣接する活性領域（４ａ，４ｂ）間に配置されており、
前記トンネル接合部（５）は前記周波数選択素子（２２）によって包囲されているかまたは該周波数選択素子（２２）に埋め込まれている
ことを特徴とする、半導体素子。
【請求項２】
２つの活性領域（４ａ，４ｂ）は、前記外部共振器内で共通の動作を行うための増幅領域として設けられている、請求項１記載の半導体素子。
【請求項３】
電気ポンピングされる半導体素子として動作するように構成されている、請求項１または２記載の半導体素子。
【請求項４】
前記外部共振器を構成する内部ミラーを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項５】
ポンプ電流は前記内部ミラー（８）を流れる、請求項４記載の半導体素子。
【請求項６】
前記内部ミラー（８）はブラッグミラーとして形成されている、請求項４または５記載の半導体素子。
【請求項７】
前記ブラッグミラー（８）と該ブラッグミラー（８）に隣接する活性領域（４ａ，４ｂ）との間に、別のトンネル接合部（２１）が配置されている、請求項６記載の半導体素子。
【請求項８】
前記半導体ボディ（２）は、該半導体素子（１）の動作中に前記外部共振器内に形成される定常波フィールドが、前記トンネル接合部内で強度分布における最小値を有するように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項９】
２つの活性領域（４ａ，４ｂ）は量子井戸構造を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記トンネル接合部（５）は、異なる伝導型の２つのトンネル半導体層を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記外部共振器に、周波数変換素子（１４）を配置できるように構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記周波数選択素子（２２）は前記半導体ボディにモノリシック集積化されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記周波数選択素子（２２）は、該周波数選択素子（２２）内部の強度が低減されるように構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記周波数選択素子（２２）はブラッグミラー（２３）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記ブラッグミラー（２３）は９５％以下の反射率を有する、請求項１４記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記ブラッグミラー（２３）は９０％以下の反射率を有する、請求項１４記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記ブラッグミラー（２３）は８０％以下の反射率を有する、請求項１４記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記周波数選択素子（２２）は別のブラッグミラー（２４）を有する、請求項１４から１７までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記ブラッグミラー（２３）および前記別のブラッグミラー（２４）の反射率は９５％以下である、請求項１８記載の半導体素子。
【請求項２０】
前記トンネル接合部（５）は両ブラッグミラー（２３，２４）間に配置されている、請求項１８または１９記載の半導体素子。
【請求項２１】
両ブラッグミラー（２３，２４）は異なる伝導型を有する、請求項１８から２０までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項２２】
２つの活性領域（４ａ，４ｂ）間において、電流遮蔽部（２５）が前記半導体ボディ（２）に形成されている、請求項１から２１までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項２３】
前記半導体ボディはIII‐Ｖ族半導体材料を含んでいる、請求項１から２２までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項２４】
前記半導体ボディは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓのIII‐Ｖ族半導体材料体系から成る材料を含み、ただし、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である、請求項２３記載の半導体素子。
【請求項２５】
前記半導体ボディは、ＩｎＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂＮまたはＩｎｘＧａ１−ｘＡＳｙＰ１−ｙのIII‐Ｖ族半導体材料体系から成る材料を含み、ただし、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である、請求項１から２４までのいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項２６】
請求項１から２５までのいずれか１項記載の半導体素子（１）を有し、
該半導体素子に所属する外部ミラー（１３）によって構成される外部共振器を有することを特徴とする、レーザデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射放出性の半導体素子およびレーザデバイスに関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願１０２００５０５８００９．２および１０２００６０１０７２８．４の優先権を主張するものであり、これらの開示内容は、引用によって本願に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
電気的に動作する放射放出性の半導体素子では、変換効率、すなわち該素子で生成される放射出力と該素子に動作電流によって供給された電力との比が非常に重要である。供給された電力のうち比較的小さい割合のみが、放射出力に変換されることが多い。放射出力に変換されなかった損失電力はたとえば熱に変換され、放射生成時には失われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、簡単かつより効率的に動作できる半導体素子を提供することである。また、効率的なレーザデバイスを提供することも本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は本発明では、請求項１記載の構成を有する半導体素子ないしは請求項２５記載の構成を有するレーザデバイスによって解決される。従属請求項に、本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明による半導体素子は、垂直な放出方向を有する面放出型の半導体素子として構成され、放射放出に適しており相互に離隔されて配置された複数の活性領域を有する半導体ボディを備えており、２つの活性領域間にトンネル接合部が該半導体ボディにモノリシック集積化されており、両活性領域はトンネル接合部によって該半導体素子の動作中に導電接続され、該半導体素子は、外部の共振器とともに動作するように構成されている。
【０００７】
このような半導体素子の利点は、複数の活性領域により、半導体ボディで生成される放射出力が簡単に上昇され、それに相応して、該半導体素子から出力結合される放射出力も簡単に上昇されることである。さらに、半導体ボディに注入された電荷担体が放射（光子）に変換される際の変換効率が、トンネル接合部を介して導電接続された活性領域によって上昇される。活性領域において放射生成で再結合する電子は、ここでは該活性領域において伝導帯から価電子帯に移行し、トンネル接合部をトンネリングして通過し、第２の活性領域に到達する。このトンネル接合部はたとえば、阻止方向に極性付けられたトンネルダイオードとして構成されており、とりわけ半導体素子の動作時には、活性領域に関して順方向に極性付けされる。トンネル接合部は有利には、電子が一方の活性領域の価電子帯から他方の活性領域の伝導帯へトンネリングし、この他方の活性領域でも放射生成に使用されるように構成される。したがって電荷担体は多重に、すなわち複数の活性領域で、放射生成に使用される。
【０００８】
このようにして総体的に、素子に供給される電力が一定である場合、半導体ボディで生成される放射出力は、活性領域の数がより少ない半導体ボディより増大され、ひいては、とりわけ半導体素子から出力結合される放射出力も増大される。また有利には、半導体素子とりわけ半導体ボディから出力結合される放射出力は、半導体ボディの放射出力結合面の面積に対して上昇され、とりわけ有利には、１つの活性領域のみを含む半導体ボディの面積に等しい面積に対して上昇される。このようにして、半導体素子の全体の変換効率は上昇される。
【０００９】
垂直な放出方向とはここでは大まかに、活性領域の表面に対して実質的に垂直な放出方向、とりわけ活性領域の主面に対して実質的に垂直な放出方向を指す。この活性領域は有利には、半導体ボディ中に相互に平行に配置された活性領域である。
【００１０】
本発明によるレーザデバイスは、本発明による半導体素子と、該半導体素子に所属する外部ミラーによって構成された外部共振器とを有する。
【００１１】
外部共振器、すなわち、たとえば自由空間によって半導体素子から離隔された少なくとも１つのエレメントによって構成された共振器は、高い放射出力を生成し、放射を該共振器から方向性をもって出射するのに特に適している。
【００１２】
さらに、外部共振器では内部共振器と比較して、１つまたは複数の別のエレメントを容易に配置することができる。このようなエレメント、たとえばエタロンは、とりわけ縦モード選択に使用される。
【００１３】
有利には、２つの活性領域が等しい波長の放射を生成するために構成される。このことは、たとえば同じ材料および／または活性領域の同じ構造上の構成を使用して活性領域を同様に形成することにより、容易に実施される。
【００１４】
有利な構成では、外部共振器に周波数変換素子が配置される。この周波数変換素子は、有利には倍周素子であり、特に有利には周波数２倍化素子である。このような素子により、長波長の放射が短波長の放射に変換され、たとえば赤外線放射等の不可視放射が可視放射に変換される。非線形の光学的素子、たとえば非線形結晶が、周波数変換、とりわけ周波数２倍化に特に適している。
【００１５】
有利には半導体素子は、電気ポンピングされる半導体レーザ素子として動作するように構成され、とりわけＶＥＳＳＥＬ（ＶＥＣＳＥＬ：Vertical External Cavity Surface Emitting Laser）またはディスクレーザとしても動作するように構成される。
【００１６】
半導体レーザ素子の外部共振器は、有利には該外部共振器の境界を決定する第１のミラーと第２のミラーとによって構成することができる。ここでは、外部共振器のミラーのうち１つは外部ミラーとして構成される。有利には半導体素子は、共振器を構成するために内部ミラーを有する。したがって、共振器ミラーのうち１つは有利には内部ミラーとして構成される。
【００１７】
共振器を有する半導体レーザ素子の動作中、共振器内には放射フィールド、とりわけ定常波のフィールド（定常波フィールド）が形成され、少なくとも一部は活性領域での誘導放出によって増幅される。この増幅された放射は、コヒーレントなレーザ放射として共振器から出力結合される。
【００１８】
有利には半導体素子の２つの活性領域が、外部共振器内で共通の動作を行うための増幅領域として構成される。共振器は特に有利には、増幅領域として構成され共振器内に配置された複数の活性領域に対して共通の共振器として構成される。このことはとりわけ、トンネル接合部を介して有利には直列で導電接続された２つの活性領域に適用される。共通の共振器内に複数の増幅領域が存在することにより、半導体ボディにおける増幅を向上するのが容易になり、さらに、素子を高出力素子として動作させ、とりわけ高出力半導体レーザ素子として、たとえばＶＥＣＳＥＬとして動作させるのが容易になる。
【００１９】
共振器を構成するためのミラーは、有利には高い反射率で、たとえば９８％以上の反射率で構成される。ここではミラーのうち１つ、有利には共振器から放射を出力結合するための出力結合ミラーとして使用される外部ミラーの反射率は、有利には相応に低くされる。出力結合ミラーの反射率はここでは、素子の動作時にレーザ発振動作が実現されるように大きく選択されるのが目的に適っている。
【００２０】
共通の共振器内に設けられた複数の増幅領域を介して、共振器内の放射の増幅と、とりわけ半導体ボディの放射の増幅とが向上される。このように向上された増幅によって、レーザ発振動作を実現するのに必要な閾値電流ないしは閾値電流密度が低減され、電流ないしは電流密度が比較的低くても、レーザ発振動作を引き起こすことができる。
【００２１】
択一的または補足的に、共振器を構成するのに使用されるミラーの反射率を低減することができる。反射率が低減されるにもかかわらず、増幅率は複数の活性領域を介して上昇されるので、なおも高い信頼性でレーザ発振動作を実現することができる。ここで目的に適っているのは、出力結合ミラーとして使用されるミラーの反射率、たとえば外部ミラーの反射率を低減することである。このようにして、共振器から出力結合される放射出力は、閾値電流の決定的な上昇を引き起こすことなく上昇することができる。
【００２２】
別の有利な構成では、共振器を構成するために使用されるミラーまたは共振器の境界をなすミラーのうち１つ、とりわけ内部ミラーは、ブラッグミラーとして形成される。さらに有利には、この共振器ブラッグミラーはドーピングされ、および／または、半導体ボディにモノリシック集積化される。
【００２３】
有利な構成では、半導体レーザ素子に電気ポンピングするためのポンプ電流は、共振器を構成するために使用されるミラーのうち１つを流れ、とりわけ内部ミラーを流れる。
【００２４】
ポンプ電流を通すミラーの電気的抵抗は、共通の共振器内に設けられた複数の活性領域により、これら複数の活性領域に分配されるので、ポンプ電流が克服すべき電気的抵抗は活性領域の数を基準として、それより少数の活性領域を有する同様の半導体素子と比較して低減される。
【００２５】
このことは、ポンプ電流を通すミラーがブラッグミラーとして形成されている場合に特に重要である。
【００２６】
ブラッグミラーは有利には、相互に積層された複数の層を有し、とりわけ、異なる屈折率を有する複数の半導体層を有する。これらの層は有利にはそれぞれ、半導体素子が放出すべき波長λの放射、とりわけ共振器で増幅すべき波長λの放射に対してλ／４層として形成される。
【００２７】
共振器の構成に使用されるブラッグミラーでは、高信頼性でレーザ発振動作を実現するためには、たとえば５０個以上の半導体層が必要とされる。ブラッグミラーの電気的抵抗は通常、境界面の数の増加に起因して、層の数とともに上昇する。したがって、共振器ブラッグミラーはしばしば、比較的高い抵抗を有する。半導体ボディにモノリシック集積化された共振器ブラッグミラーを有する半導体素子の抵抗を決定する重要な要因は、ブラッグミラーの電気的抵抗である。したがって、ミラーのこのような高い抵抗により、抵抗をＲとし、電力をＰとし、電流をＩとすると、Ｐ＝ＲＩ２にしたがってブラッグミラーにおいて電力降下が生じるので、レーザ発振動作に必要とされ供給されるポンプ電力も上昇される。というのも、ブラッグミラーＬにおいて電力が降下するからである。共通のポンプ電流がトンネル接合部ととりわけブラッグミラーとを介して供給される複数の活性領域に起因して、活性領域１つあたりの半導体素子の抵抗は、それより少数の活性領域を有する半導体素子より低減される。総じて、効率が上昇される。
【００２８】
別の有利な構成では、共振器ブラッグミラーと該共振器ブラッグミラーに隣接する活性領域との間に、別のトンネル接合部が半導体ボディにモノリシック集積化される。このようにしてブラッグミラーは簡単に、所定の伝導型‐ｐ型またはｎ型‐で形成することができ、トンネル接合部とブラッグミラーに隣接する活性領域との間に配置された半導体ボディの別のエレメントを、有利には、標準的なプロセスまたは標準的な構成にしたがって、とりわけブラッグミラーと異なる伝導型で容易に形成することができる。ブラッグミラーの伝導型を適切に選択することにより、共振器においてブラッグミラー内で自由電荷担体によって行われる放射の吸収を低減することができる。その結果、活性領域で増幅のために使用される放射出力、ひいては半導体素子の効率が上昇される。相応に後置接続されたトンネル接合部を有するｎ型のブラッグミラーは、自由電荷担体による放射の吸収特性がｐ型のブラッグミラーと比較してしばしば低減されるので、そのために特に適している。
【００２９】
別の有利な構成では、共振器および／または半導体素子とりわけ半導体ボディは、該半導体素子の動作中に共振器内で形成される放射フィールド、とりわけ半導体ボディで増幅すべき放射フィールドが、２つの活性領域を導電接続するトンネル接合部内部で強度結合点を有するように、すなわち強度定常波フィールドの強度分布における最小値を有するように形成される。有利には、増幅すべき放射フィールドのモードはトンネル接合部内で強度結合点を有するように構成される。共振器は有利には所定の共振器長を有し、半導体ボディはこの所定の共振器長で、強度結合点がトンネル接合部内に配置されるように構成されている。
【００３０】
トンネル接合部では、自由電荷担体に起因する放射の吸収特性は、通常は特に大きい。トンネル接合部を強度結合点周辺または強度結合点に配置することにより、トンネル接合部における放射出力の吸収は低減されるか、または完全に回避される。
【００３１】
別の有利な構成では、トンネル接合部、とりわけ２つの活性領域間に配置されたトンネル接合部または共振器ブラッグミラーに後置接続されたトンネル接合部は、異なる伝導型の２つのトンネル半導体層を有する。これらのトンネル半導体層は、とりわけドーピングされている。
【００３２】
有利には半導体ボディ内のトンネル接合部は、異なる伝導型の２つの半導体層間に配置されており、これらの半導体層はとりわけトンネル接合部に接している。さらに、トンネル半導体層は有利には、特に有利には２つのトンネル半導体層は次のようなドーパント濃度を有する。すなわち、トンネル接合部に接するそのつど同じ伝導型の層より高いドーパント濃度を有する。このようにして、２つの活性領域の導電接続を低い電気的抵抗で簡単に形成することができる。別の有利な構成では、半導体ボディに周波数選択素子が形成される。この周波数選択素子は、共振器において局所強度分布を所期のように変調するために構成することができる。有利には周波数選択素子は、共振器の一領域ととりわけ半導体ボディの一領域とに、増幅に使用される放射出力の低減を引き起こしてしまう、放射フィールドからの放射に対する不利に高い吸収特性を有する活性領域の外部で、比較的低い強度が生じるように構成される。とりわけ、放射フィールドの強度分布の包絡線、とりわけ定常波フィールドの増幅すべきモードの強度分布の包絡線は、共振器において周波数選択素子を介して所期のように形成および調整される。
【００３３】
択一的または付加的に、周波数選択素子を、とりわけ縦方向のモード選択のために構成することができる。このような構成により、共振器で増幅すべき所定のモードの選択が容易になる。周波数選択素子は、ここで有利には、共振器で増幅されないモードの損失を上昇する。
【００３４】
別の有利な構成では、周波数選択素子は半導体ボディの２つの活性領域間に配置される。また、周波数選択素子を半導体ボディにモノリシック集積化することもできる。とりわけ、すでに周波数選択特性を有する周波数選択素子をエピタキシャル成長することもできる。エピタクシー後に付加的な調整を行う必要はない。
【００３５】
別の有利な構成では周波数選択素子は、該周波数選択素子において放射の強度が、とりわけ周波数選択素子を省略した場合と比較して低減されるように構成される。
【００３６】
周波数選択素子はブラッグミラーと、有利には別のブラッグミラーとを有する。（複数の）ブラッグミラーは有利にはドーピングされる。このようにして、ポンプ電流がブラッグミラーを流れるのが容易になる。特に有利には、ブラッグミラーは異なる伝導型を有する。
【００３７】
さらに、周波数選択素子は有利には、該周波数選択素子内に配置される活性領域を有さない。
【００３８】
周波数選択素子を介して、半導体ボディにおける放射フィールドの付加的な位相調整、とりわけブラッグミラーで生じる反射による付加的な位相調整が実現される。放射フィールドの強度は、周波数選択素子のブラッグミラー間において、該ブラッグミラーで発生する反射によって簡単に低減することができる。とりわけこのことは、活性領域間の半導体ボディにおける放射フィールドの強度分布の包絡線と、とりわけ周波数選択素子内の放射フィールドの強度分布の包絡線とが、周波数選択素子を有さない半導体ボディより低減されることに関する。
【００３９】
この強度分布の包絡線は活性領域間において、とりわけ、相互間に周波数選択素子が配置された活性領域間において、周波数選択素子内および／または周波数選択素子のブラッグミラー間および／またはトンネル接合部の領域内に局所最小値を有する。
【００４０】
択一的または付加的に、前記包絡線の局所最大値を周波数選択素子によって所期のように、たとえば２つの活性領域間の領域外にずらすことができる。
【００４１】
有利には、活性領域を導電接続するトンネル接合部は周波数選択素子によって包囲されているか、または周波数選択素子に埋め込まれている。周波数選択素子内で放射強度が低減されるので、トンネル接合部内で吸収される放射出力は比較的低くなる。
【００４２】
トンネル接合部を強度結合点外に配置しても、該トンネル接合部内で吸収される放射出力はこのようにして、とりわけ半導体レーザ素子のレーザ特性が有意に妨害されることなく、簡単に代替可能な枠内で維持できる。したがって、たとえば閾値電流の上昇を、活性領域を相互に電気的に結合する吸収性のトンネル接合部があるにもかかわらず、簡単に回避または低減することができる。有利には成長基板上にエピタキシャル成長するトンネル接合部の配置ないしは半導体ボディの製造では、このようにして製造公差が向上され、その際に効率が実質的に低減されることはない。周波数選択素子のブラッグミラー間の領域は、有利には活性領域を有さない。
【００４３】
それによれば、半導体素子は有利には、共振器を構成するのに使用されるブラッグミラーの他に付加的に、半導体ボディにモノリシック集積化される少なくとも１つの別のブラッグミラーを有する。このブラッグミラーは、有利には２つである。
【００４４】
周波数選択素子は、半導体素子が副次的共振器を有さないように構成されるのが目的に適っている。すなわち、別の活性領域に対して別個の、レーザ発振動作を実現する共振器を有する活性領域を有さないように構成されるのが目的に適っている。このために目的に適っているのは、周波数選択素子のブラッグミラーを、活性領域に対する副次的共振器においてレーザモードの発振が阻止されるように選択された低い反射率で形成することである。
【００４５】
有利な構成ではこのために、ブラッグミラーおよび／または別のブラッグミラーの反射率は９５％以下とされ、有利には９０％以下とされ、特に有利には８０％以下とされる。このことはとりわけ、活性領域において増幅すべき波長λの放射に適用される。このようにして、副次的共振器モードの発振を簡単に低減することができる。さらに有利には、ブラッグミラーの反射率および／または別のブラッグミラーの反射率を３０％以上とし、特に有利には４０％以上とする。このような反射率は、強度変調に特に適している。個々のミラーの反射率が小さいほど、副次的モードの発振の可能性も小さくなる。しかし反射率が大きいほど、強度分布により良好な影響が及ぼされるようになる。
【００４６】
トンネル接合部は特に有利には、周波数選択素子のブラッグミラー間に配置される。
【００４７】
別の有利な構成では、２つの活性領域間に電流遮蔽部が、半導体ボディ内に配置される。有利には、この電流遮蔽部は周波数選択素子内に、とりわけ周波数選択素子のブラッグミラーに配置されるかまたは統合化される。半導体ボディ中の電流の流れは電流遮蔽部の電気絶縁性の電流阻止領域によって、横方向には、電流遮蔽部の電流を通す導電性のアパーチャの方向に案内され、垂直方向には該アパーチャを通して導かれる。この電流遮蔽部によって、電流の流れは横方向に集中され、とりわけ電流経路が細くされる。このようにして、レーザ発振動作の閾値電流密度を簡単に実現することができる。場合によってはこの電流遮蔽部を、たとえば相応に形成された別の電流遮蔽部に対して付加的に設けることができる。この別の電流遮蔽部は有利には、半導体ボディの表面と該表面に隣接する活性領域との間に配置される。このようにして、半導体ボディ内の横方向の電流拡開と、とりわけ活性領域相互間の横方向の電流拡開とに対して、有利に反作用することができる。電流遮蔽部は、次のような酸化物遮蔽部として形成することができる。すなわち、酸化された電流阻止領域と、アパーチャを形成する未酸化の電流透過領域とを有する半導体層を備えた酸化物遮蔽部として形成することができる。
【００４８】
別の有利な構成では、共振器または半導体素子とりわけ半導体ボディは、次のように形成される。すなわち活性領域が所期のように、共振器内において放射フィールドの最大強度の外側に配置されることにより、該最大強度が、有利には該活性領域に接する半導体ボディのｎ型半導体領域内にあるかないしは該ｎ型半導体領域の方向にシフトされるように形成される。このことは、共振器ないしは半導体ボディの適切な形成によって容易に実現することができる。最大強度は有利には、活性領域に隣接する最大強度である。
【００４９】
こうするためにはとりわけ、活性領域のｎ型半導体領域と反対側に配置されたｐ型半導体領域を、所期のように比較的薄く形成する。所定の共振器長では、半導体ボディの場合によっては別のｎ型半導体領域を、ここで有利には相応に比較的厚く形成する。このようにして半導体ボディの厚さ全体を、ｎ型半導体領域が比較的厚く形成されているにもかかわらず、容易に変更なしで維持することができる。自由電荷担体における放射の吸収は、ｐ型半導体材料の方がｎ型半導体材料よりも大きいことが多いので、ｐ型半導体素子の厚さの代わりにｎ型半導体領域の厚さを所期のように大きくすることにより、放射の吸収を低減することができる。
【００５０】
別の有利な構成では、半導体素子の２つの活性領域は量子井戸構造を有する。単一量子井戸構造や、特に多重量子井戸構造等の量子井戸構造は、電力が放射出力に変換される際に高い内部量子効率を有することを特徴とする。これによって、半導体素子の変換効率をさらに上昇することができる。
【００５１】
殊に、量子井戸構造という用語に、量子化の次元に関する規定は含まない。したがって、量子化にはとりわけ、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせが含まれる。
【００５２】
別の有利な構成では、半導体ボディ、とりわけトンネル接合部、活性領域、内部ミラー、電流遮蔽部および／または周波数選択素子は、とりわけそれぞれIII‐Ｖ族半導体材料を含み、そのつど０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１を適用すると、とりわけＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮおよび／またはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓのIII‐Ｖ族半導体材料系から成る材料を含み、および／または、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１を適用すると、ＩｎＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂＮまたはＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙの半導体材料系から成る材料を含む。ここで前記パラメータｘおよびｙにおいて、有利にはそれぞれ、ｘ≠０および／またはｙ≠０が適用される。さらに有利には、ｘ≠１および／またはｙ≠１である。III‐Ｖ族半導体材料は、半導体素子の放射生成時の量子効率が特に高く、該半導体素子の半導体ボディを容易に製造できることを特徴とする。上記の材料系で、種々のスペクトル領域にある放射を、特に高効率で生成することができる。ここでは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮは紫外線放射から青色放射、緑色放射までの放射に特に適しており、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰは黄色から赤色の放射に特に適しており、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓは赤外線放射に特に適している。
【実施例】
【００５３】
本発明の別の利点、構成および有効性を、以下の実施例の説明において図面と関連して説明する。
【００５４】
図面において、同一、同種類また同機能の要素には同一の参照記号が付されている。
【００５５】
図１は、本発明による半導体素子の第１の実施例の概略的な断面図を示している。
【００５６】
半導体素子１は半導体ボディ２を有し、これは基板３上に配置されている。基板３は半導体ボディを機械的に安定化し、成長基板を有するかまたは成長基板から形成される。この成長基板には、半導体ボディ用の半導体層シーケンスがエピタキシャル成長される。
【００５７】
半導体ボディは有利には、（Ｉｎ，Ａｌ）ＧａＡｓをベースとするか、またはとりわけ（Ａｌ）ＧａＡｓをベースとする。（Ａｌ）ＧａＡｓは、高効率の放射放出性の半導体素子に、とりわけ赤外線スペクトル領域にある放射を生成するのに特に適している。このような材料系では、基板３として、とりわけ成長基板として特に適しているのは、たとえばｎ型のＧａＡｓ基板である。
【００５８】
半導体ボディ２は有利にはモノリシック集積化されて形成されており、該半導体ボディ内で垂直方向に離隔され有利には半導体ボディ内で隣接して配置された、放射生成に適した２つの活性領域４ａおよび４ｂを有する。これらの活性領域４ａおよび４ｂは、これらの活性領域間に配置されたトンネル接合部５を介して直列接続で導電接続されている。
【００５９】
活性領域４ａおよび４ｂはそれぞれ、２つの半導体領域６ａおよび７ａ間ないしは６ｂと７ｂとの間に配置されている。これらの領域６ａおよび７ａないしは６ｂおよび７ｂは、特に有利には異なる伝導型を有する。半導体領域６ａおよび６ｂないしは７ａおよび７ｂは有利には、それぞれ同じ伝導型を有する。さらに有利には、活性領域４ａおよび４ｂ間に配置された半導体領域６ａおよび７ｂはトンネル接合部５に接する。
【００６０】
活性領域と基板３との間で、ブラッグミラー８が半導体ボディ２にモノリシック集積化されている。このブラッグミラー８は、有利にはドーピングされており、たとえばｎ型である。ブラッグミラー８は、有利には基板に接する。
【００６１】
半導体素子の動作中には、活性領域に導電接続されたコンタクト‐第１のコンタクト１０および第２のコンタクト１１‐を介してポンプ電流が、活性領域４ａおよび４ｂへ導かれる。その結果、これらの活性領域４ａおよび４ｂにおいて電子および正孔の再結合により、たとえば赤外線である放射が生成される。
【００６２】
たとえばメタライジングである第１のコンタクト１０は、有利には半導体ボディ２の基板３と反対側の表面９に配置されている。有利には第１のコンタクトは、コンタクトリングとして形成される。有利には、基板３の半導体ボディ２と反対側の面に、たとえばメタライジングである第２のコンタクト１１が基板上に配置される。
【００６３】
第１のコンタクト１０と該第１のコンタクト１０に隣接する活性領域４ａとの間に配置される半導体ボディの要素は、有利には同じ伝導型を有し、たとえばｐ型である。相応のことが、第２のコンタクト１１と該第２のコンタクト１１に隣接する活性領域４ｂとの間に配置される要素にも当てはまる。これらの要素は、有利にはｎ型で形成される。
【００６４】
ブラッグミラー８は外部ミラー１３とともに、半導体素子の両活性領域４ａおよび４ｂに対して共通の外部の光学的共振器を構成する。
【００６５】
半導体素子の動作中は、前記共振器内に放射フィールドが形成され、これは活性領域において誘導放出によって増幅される。図１に、活性領域において誘導放出によって増幅すべき定常波フィールド１８の強度１７の規格化された経過プロフィールが概略的に示されている。したがって外部共振器を有する半導体素子は、とりわけ電気ポンピング式のＶＥＣＳＥＬないしは半導体ディスクレーザとして構成される。共通の共振器内に配置された複数の活性増幅領域によって、レーザ発振動作を実現するために必要な閾値電流ないしは閾値電流密度が低減される。さらに、ポンプ電力から放射出力への変換効率が上昇される。
【００６６】
択一的または付加的に、レーザ発振動作を実現するために必要なミラー８または１３の反射率、とりわけここでは出力結合ミラーとして使用される外部ミラー１３の反射率を低減する。このことにより、等しい放射出力結合面積で、共振器から出力結合される放射出力が上昇され、その際に、レーザ発振動作の実現が決定的に困難になることはない。
【００６７】
１つの共通の共振器内に、放射を増幅するために活性領域が複数設けられているので、増幅率は上昇されると同時に、半導体ボディに含まれる増幅領域あたりの抵抗は低減される。このことにより、共振器内の放射軌道の数を低減することができ、それによって、半導体ボディ内の活性領域外における放射出力の吸収は低減される。
【００６８】
したがって総体的に、出力結合される放射出力をＰｏｐｔとし、注入される電流をＩとすると、効率差分ｄＰｏｐｔ／ｄＩは上昇され、および／または、増幅率をｇ（「gain」）とし、電荷担体密度をｎとすると、増幅率差分ｄｇ／ｄｎは上昇される。
【００６９】
さらに、半導体素子の変調特性が改善される。たとえば、素子のパルスモードで実現可能な最小パルス間隔が低減される。投影アプリケーションで必要とされるパルス間隔は特に小さいので、半導体素子を設けることができる投影アプリケーションでは、実現可能なパルス間隔を低減することは特別な意義を有する。こうするためには、共振器長を有利にはさらに相応に小さく選択する。というのも、共振器長が短くなるほど、より小さいパルス間隔を容易に実現できるからである。有利なのは、３０ｃｍ以下の共振器長であり、特に有利なのは１０ｃｍ以下の共振器長である。
【００７０】
外部ミラー１３は有利には、共振器から放射を出力結合する出力結合ミラーとして構成される。有利には外部ミラーは、活性領域で増幅すべき波長λの放射に対して９５％以上の反射率を有し、特に有利には９７％以上の反射率を有し、たとえば９９％以上の反射率を有する。
【００７１】
ここでは有利には出力結合ミラーとして使用されないブラッグミラー８の反射率は、有利には外部ミラーの反射率以上である。
【００７２】
ブラッグミラー８は有利には、異なる屈折率を有する多数の半導体層を有し、たとえば５５個以上の半導体層を有する。これらの半導体層は有利には、それぞれ（Ａｌ）ＧａＡｓをベースとする。レーザ発振動作を実現するのに十分な所定の反射率、たとえば９９．９％以上の反射率を得るためには、このように大きな層数が必要とされる場合が多い。さらに有利には、ブラッグミラー８の半導体層はそれぞれ、活性領域４ａおよび４ｂで増幅すべき波長λの放射に対するλ／４層として形成される。
【００７３】
反射率を変えずにブラッグミラーに含まれる層数を低減するために有利なのは、ブラッグミラーの異なる半導体層に、有利には高い屈折率差を有する材料、たとえばＡｌＡｓおよびＧａＡｓを使用することである。ブラッグミラーは、異なる屈折率の個々の層を有する半導体層対を含むことができる。これらの半導体層対は、高屈折率の層の次に低屈折率の層が続くように、交番的に配置される。択一的または補足的に、次のようなミラー構造を使用することができる。すなわち、１つまたは複数のλ／４層が材料の漸次変化、たとえばＡｌ含有量の漸次変化を有するミラー構造を使用することができる。
【００７４】
このような多数の層によりブラッグミラー８は、半導体ボディ２全体の電気的抵抗に非常に大きく寄与する。ブラッグミラーの抵抗は活性領域が複数設けられていることにより、これらの活性領域に分配されるので、半導体素子１が電力から放射出力へ変換する変換効率は、外部共振器に活性領域を１つしか持たない素子と比較して上昇される。したがってこのような半導体素子は、特に高い放射出力を放出するのに適している。
【００７５】
択一的にポンプ電流は、共振器ブラッグミラー８ないしは基板３を介さずに、活性領域に導くこともできる。このためには、いわゆる空洞内コンタクト、すなわち電流を共振器内で、とりわけたとえばブラッグミラー等の共振器ミラーと該共振器ミラーに隣接する活性領域との間で半導体ボディに注入するためのコンタクトが設けられる。これによって、ポンプ電流が克服すべき抵抗は低減される。その際には、ブラッグミラー８は場合によってはドーピングされずに形成される。択一的に、電気的に絶縁性の誘電体のミラー層スタックを共振器ミラーとして使用することもできる。このようなミラー層スタックは、有利には半導体ボディ上に形成される。
【００７６】
有利には外部共振器に、周波数倍化のために非線形の光学的素子１４が配置される。このような光学的素子１４はたとえばＢｉＢｏ結晶（ＢｉＢｏ：ビスマストリボレート、たとえばＢｉＢ３Ｏ６）であり、とりわけ周波数２倍化のために使用される。
【００７７】
活性領域で誘導放出によって増幅された不可視放射、たとえば赤外線放射は、非線形の光学的素子における周波数倍化によって可視放射に変換され、共振器から出力結合される。
【００７８】
有利には放射透過のために環状のコンタクトとして形成された第１のコンタクト１０と活性領域との間に、半導体コンタクト層１５を形成することができる。この半導体コンタクト層１５はここで有利には環状に形成されており、および／または第１のコンタクトに接している。第１のコンタクト１０から電荷担体は半導体コンタクト層を介し、次に電流拡開層１６を介して、活性領域に到達する。電流拡開層１６は有利には、横方向に有利には高い伝導度を有する。これによって、電荷担体は電流拡開層中で、半導体ボディの縁部から該半導体ボディの中央の方向に横方向に案内される。７０％以上のＡｌ含有率を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層が、電流拡開層として特に適している。このようにして、半導体ボディ２の縁部領域で特に高い、非放射性の再結合が生じる可能性は低減される。
【００７９】
活性領域のうち１つで放射再結合を行う電荷担体は、トンネル接合部５をトンネリングした後、他方の活性領域に到達する。このトンネル接合部は有利には、電荷担体が一方の活性領域の価電子帯から他方の活性領域の伝導帯へトンネリングし、該伝導帯で再び放射再結合を行うように形成される。このようにして、半導体素子の変換効率は有利に上昇される。
【００８０】
トンネル接合部５は有利には、半導体素子の動作中にとりわけコンタクト１０および１１に関して阻止方向に極性付けされたダイオードとして構成される。
【００８１】
トンネル接合部はたとえば、異なる伝導型の２つのトンネル層５１および５２を有する。トンネル層５２は有利には、トンネル層５２側でトンネル接合部５に接し半導体領域６ａから成る半導体層、すなわち半導体領域６ａから成りトンネル層５２のトンネル層５１と反対側でトンネル接合部５に接する半導体層と同じ伝導型を有し、とりわけｎ型である。特に有利には、トンネル層５２のドーパント濃度（たとえばｎ+）は、該トンネル層に接する半導体領域６ａの半導体層より高い。相応のことが、トンネル層５１（たとえばｐ＋）と、半導体層７ｂのトンネル層５１側でトンネル接合部５に接する半導体層との間にも当てはまる。この半導体層は、とりわけｐ型である。
【００８２】
トンネル層５１，５２は有利にはそれぞれ、３０ｎｍ以下の厚さを有し、特に有利には２０ｎｍ以下の厚さを有する。トンネル層５１および５２のドーパント濃度は、たとえば５×１０１９ｃｍ−３以上であり、有利には１×１０２０ｃｍ−３以上である。２０％以下のＡｌ含有率を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層が、各トンネル層に特に適している。
【００８３】
共振器長は有利には、ｎ＊（λ／２）である。ここではλは、増幅すべき放射の波長を表し、ｎは自然数を表す。ｎは有利には３以上である。ｎはさらに有利には、共振器長が半導体素子の１つの活性領域あたりで６λ以下になるように選択される。
【００８４】
放射は半導体ボディ２から半導体ボディの放出面２００を介して出射した後、コンタクト１０のアパーチャ１００を介して、該コンタクト１０の切り欠きされた領域を透過する。アパーチャ１００は、たとえば円形または楕円形に形成される。この放射は外部ミラー１３で、活性領域において少なくとも部分的に半導体ボディ２に戻り反射され、さらに増幅される。
【００８５】
アパーチャの成形により、出射する放射の偏光を調整することができる。こうするために特に適しているのは、コンタクト１０の平面図で見て楕円形の切欠部である。
【００８６】
半導体ボディへの放射の再出射で生じる反射損失を低減するためには、半導体ボディ２の放出面２００に、有利にはたとえばコンタクト１０のアパーチャおよび／または半導体層１５のアパーチャに、反射防止層または反射防止コーティング２０が半導体材料上に取り付けられる。
【００８７】
共振器内に配置される半導体ボディ２の要素、すなわちブラッグミラーまでのすべての半導体要素は、活性領域４ａおよび４ｂを除いて、場合によっては異なる伝導型および／またはドーピング濃度まで、同様の材料組成を有する。とりわけ、トンネル接合部５と、接する半導体領域とは、ドーピング濃度まで同じ組成を有する。共通の共振器に含まれるこれらの要素内の屈折率の急激な上昇と、それに伴って増大される境界面での反射は、このようにして低減される。
【００８８】
択一的に、共振器内に配置される要素に、たとえばとりわけトンネル接合部と、それに接する半導体領域６ａおよび７ｂとに、それぞれ異なる材料を使用する。これらの要素を形成する自由度は、このようにして上昇される。
【００８９】
共振器に含まれる個々の半導体要素のこのような形成と異なる形成との組み合わせを使用することもできる。たとえば、ブラッグミラー８とトンネル接合部５との間にあるすべての要素は、場合によっては該トンネル接合部も含め、ここに配置された活性領域まで、同じ材料組成を有する。トンネル接合部５と外部ミラー１３との間に配置された半導体ボディ２の要素は、異なる材料組成を有することができる。
【００９０】
図１に示された半導体素子１は、トップエミッタとして構成されている。これは、放射が半導体ボディ２から、該半導体ボディ２の基板３と反対側を介して出力されることを意味する。したがって、半導体ボディの基板と反対側の表面は、活性領域４ａおよび４ｂに対して垂直方向に放出する半導体素子の放出面２００として使用される。
【００９１】
さらに、活性領域は有利には同様に形成され、とりわけ同じ材料および／または構造上同じ構成で形成される。活性領域は、等しい（ピーク）波長の放射を放出するように形成することができる。
【００９２】
有利には、活性領域はそれぞれ、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。このような構造の特徴は、電力から放射出力への変換が行われる際に、特に高い内部量子効率を有することである。これによって、半導体ボディ内において電荷担体密度に対する放射の増幅率を、簡単に増大することができる。
【００９３】
活性領域４ａおよび４ｂは、さらに有利にはそれぞれ、共振器内の定常波フィールドの強度分布１７の強度腹部すなわち最大強度に配置される。その際には、増幅領域に特に高い放射出力が得られる。
【００９４】
択一的または付加的に、活性領域のうち１つまたは複数を所期のように、強度腹部の外側に配置することもできる。さらに、半導体ボディにおいてｐ型半導体領域の厚さを、とりわけ比較的高い強度の領域において低減することもできる。ｐ型領域では、自由電荷担体による放射の吸収は通常は特に大きく、とりわけｎ型領域より大きい。とりわけこのことは、ＡｌＧａＡｓ材料系に当てはまる。その際には、それぞれの活性領域は有利には、隣接する強度腹部までずらされて配置されることにより、活性領域に隣接する最大強度はｎ型半導体領域の方向にずらされるかまたはｎ型半導体領域に位置するように構成される。こうするために、それぞれのｎ型領域、たとえば領域６ｂは、比較的薄く形成されたｐ型領域の代わりに相応に比較的厚く形成される。それでもなお、活性領域が強度腹部の外側に配置されるにもかかわらず、半導体素子の効率は有利に上昇される。というのも、共振器内の放射はより短時間でｐ型半導体材料を伝搬するからである。このようにして、共振器長は有利には一定に維持される。
【００９５】
増幅に寄与しない高吸収性のトンネル接合部は、有利には共振器内の定常波フィールドの強度分布１７の強度結合点に配置される。このようにして、トンネル接合部５に吸収される放射出力は低減される。このような配置は、半導体素子の効率上昇に寄与する。
【００９６】
図２は、本発明による半導体素子の第２の実施例の概略的な断面図を示している。
【００９７】
基本的に、図２に示された実施例は図１に示された実施例に相応している。図１の実施例と異なる点は、図２の半導体素子１はボトムエミッタとして構成されていることである。それによれば半導体素子の放出面２００は、半導体ボディ２の基板３に対向する表面によって形成される。このために、基板３および第２のコンタクト１１に相応に切欠部を設けるのが目的に適っている。反射防止層または反射防止コーティング２０は、コンタクト１１および基板３のアパーチャを通過して半導体ボディ２上に取り付けられる。ブラッグミラー８はさらに、図１に示された実施例と異なり、有利には異なる伝導型で形成され、たとえばｐ型で形成される。このことはとりわけ、基板が成長基板を含む場合に適用される。この場合、有利には基板上に、まず標準的なプロセスにしたがって、ｎ型半導体材料を成長する。さらに、電流拡開層１６は図１の実施例と異なって、第２のコンタクト１１と活性領域４ｂとの間に配置される。有利には、電流拡開層１６はｎ型で形成される。
【００９８】
図３は、本発明による半導体素子の第３の実施例の概略的な断面図を示している。
【００９９】
基本的に、この半導体素子は図２に示された半導体素子に相応し、これもとりわけボトムエミッタとして構成される。図２に示された実施例と異なり半導体ボディ２には、活性領域４ａおよび４ｂ間に配置されたトンネル接合部５の他に付加的に、別のトンネル接合部２１が半導体ボディ２にモノリシック集積化される。
【０１００】
このトンネル接合部２１は、ブラッグミラー８と該ブラッグミラー８に隣接する活性領域４ａとの間に配置される。この付加的なトンネル接合部によって、半導体領域７ａの逆の伝導型を有するブラッグミラー８を使用するのが容易になる。また、このブラッグミラーをとりわけｎ型で形成することもできる。相応のことが、ブラッグミラーとトンネル接合部２１との間に配置される半導体領域６ｃにも当てはまる。ｎ型のブラッグミラー８では、自由電荷担体による放射の吸収は、ｐ型のブラッグミラーより有利には低減されるので、この素子の変換効率は図２に示された素子より有利には上昇される。トンネル接合部２１はトンネル接合部５と同様に、有利には強度分布１７の強度結合点に配置される。
【０１０１】
トンネル接合部２１によって、ブラッグミラー８と半導体領域６ｃとを介して行われる第１のコンタクト１０と半導体領域７ａとの良好な電気的接続が保証される。該半導体領域６ｃは、有利にはブラッグミラー８と同じ伝導型を有し、該半導体領域７ａは有利には、半導体領域６ｃの伝導型および／またはブラッグミラー８の伝導型と異なる伝導型を有する。
【０１０２】
図４は、本発明による放射放出性の半導体素子の第４の実施例の概略的な断面図を示す。図４に示された実施例は基本的に、図１に示されたものに相応する。図１の実施例と異なる点は、半導体ボディ２に周波数選択素子２２がモノリシック集積化されていることである。
【０１０３】
さらに半導体ボディには、有利には第１のコンタクト１０と該第１のコンタクト１０に隣接する活性領域４ａとの間に、電流遮蔽部２６が半導体ボディに形成されている。電流遮蔽部２６は、有利には酸化物遮蔽部として形成される。このためにはたとえば、高いアルミニウム含有率、たとえば８０％以上のアルミニウム含有率を有する（Ａｌ）ＧａＡｓ層が横方向に酸化され、それによって半導体ボディ２の中心領域に高い伝導度の未酸化領域が形成され、該半導体ボディ２の縁部領域に、低い伝導度の酸化領域が形成される。この酸化領域は、とりわけ環状である。このようにして、半導体ボディ中の電流の流れは半導体ボディの中心領域に集中され、これによって閾値電流密度に容易に到達することができ、かつ半導体ボディの縁部領域において非放射性の再結合が生じる可能性が低減される。
【０１０４】
電流遮蔽用の半導体領域を酸化によって電気的に劣化する代わりに、電流遮蔽部を半導体ボディへの注入によって電気的に劣化することによって形成することもできる。この注入は、たとえばプロトン注入である。半導体ボディ内の電流の流れを横方向に制限するためには、半導体ボディをさらに一領域で、そのつどの閾値電流密度に適した、縮小された横方向の寸法までエッチングすることにより構造化することができる（メサエッチング）。このような手段でも、横方向の電流制限を支援または実現することができる。
【０１０５】
周波数選択素子２２は有利には、第１のブラッグミラー２３と第２のブラッグミラー２４とを有する。両ブラッグミラー２３および２４は有利にはドーピングされており、ブラッグミラー２３は特に有利には、半導体領域６ａと同じ伝導型を有し、たとえばｎ型であり、ブラッグミラー２４は特に有利には、半導体領域７ｂと同じ伝導型を有し、たとえばｐ型である。トンネル接合部５は、周波数選択素子の両ブラッグミラー間に配置され、とりわけ両ブラッグミラーに接する。周波数選択素子のこれらのブラッグミラーにより、半導体ボディ内の強度分布を所期のように変化することができる。ここでは規格化されて示されただけの強度経過プロフィール１７の強度分布の包絡線は活性領域間に、とりわけトンネル接合部の領域に局所最小値を有する。このためには、共振器で増幅すべき波長λの放射に対して、周波数選択素子のブラッグミラーの３０％以上の反射率が特に適しており、有利には４０％が特に適している。
【０１０６】
このことにより、トンネル接合部における吸収に使用される放射出力は、有利に低減される。このようにして、半導体ボディの形成において製造公差が有利に上昇される。というのも、トンネル接合部を強度結合点の僅かに外側に配置しても、吸収される放射出力が決定的に上昇することがないからである。
【０１０７】
個々の活性領域においてレーザ発振動作が増幅によって実現されるのを可能にする別個の副次的共振器の形成を阻止するためには、周波数選択素子のブラッグミラーは有利には、共振器で増幅すべき波長λの放射に対して９５％以下の反射率を有し、有利には９０％以下の反射率を有し、特に有利には８０％以下の反射率を有する。
【０１０８】
周波数選択素子のそれぞれのブラッグミラーの個々の層を、択一的または補足的に、共振器によって増幅すべき波長λからずれた波長λ１の放射に対するλ１／４層として形成することもできる。この波長λに対しては、共振器ブラッグミラー８を高反射率で形成するのが目的に適っている。
【０１０９】
このずれは、最大で１０％である。
【０１１０】
さらに、周波数選択素子を択一的または付加的に、縦モード選択に使用することができる。このようにして、半導体レーザ素子の単一縦モードの動作が支援される。
【０１１１】
さらに有利には、とりわけｐ型であるブラッグミラー２３に別の電流遮蔽部２５が統合化される。この別の電流遮蔽部２５は特に有利には、電流遮蔽部２６と同じ材料を有し、および／または、トンネル接合部５のトンネル層５２に接する。このようにして、活性領域間でも電流の流れを、半導体ボディの中心領域まで容易に縮小することができる。両電流遮蔽部２５および２６を、たとえば同様の組成の半導体層によって同様に形成することにより、電流を通す等しい大きさのアパーチャを有する酸化物遮蔽部の形成が容易になる。というのも、材料が同じであれば通常は、材料の酸化レートは等しいからである。前記アパーチャは有利には、横方向に相互に重ねられている。
【０１１２】
さらに、ここに図示されているのと異なって、それぞれの電流遮蔽部内に強度結合点を配置することもできる。というのも、電流遮蔽部とりわけ酸化物遮蔽部は、重要な吸収特性も有するからである。
【０１１３】
本発明は、実施例に基づいた上記の説明によって限定されない。むしろ本発明は、すべての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、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のすべての組み合わせが含まれ、このことは、そのような特徴または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くても同様である。
【０１１４】
とりわけ本発明は、２つの活性領域のみを有する半導体素子に限定されると見なすべきではない。むしろ、より多数の活性領域をとりわけ共通の共振器に設けることもできる。これらの活性領域は、有利にはそれぞれ対として、それぞれ２つの活性領域間に配置されたトンネル接合部によって直列に導電接続される。このトンネル接合部は場合によってはそれぞれ、それぞれのトンネル接合部を包囲する周波数選択素子を有する。たとえば、最大で１０個の活性領域を設けることができる。このようにして、半導体素子の効率を場合によってはさらに上昇することができる。
【０１１５】
さらに、半導体素子の１次元または２次元の配置、直線配置ないしは平面配置、有利にはマトリクス状配置も、本発明に含まれると見なすことができる。有利には、このような配置はモノリシック集積化によって形成される。すなわち、異なる半導体素子の半導体ボディに対する半導体層シーケンスをエピタキシャル成長して、有利には該半導体素子を単独の成長基板上に有利に形成することにより形成される。このようにして、多数の半導体素子を小さい間隔で小さいスペースに集中することができる。このことは、小さい面積が特に有利である投影アプリケーションに特に適している。
【０１１６】
さらに外部共振器に、縦モード選択のために場合によってはファブリーペローエタロンを設けることもできる。また外部共振器を、場合によっては１つまたは複数の適切な反射性または回折性の素子によってたたみ込むこともできる。このようにして共振器は、該共振器のたたみ込みによって所定の共振器長で簡単に、よりコンパクトな構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明による半導体素子の第１の実施例の概略的な断面図を示している。
【図２】本発明による半導体素子の第２の実施例の概略的な断面図を示している。
【図３】本発明による半導体素子の第３の実施例の概略的な断面図を示している。
【図４】本発明による放射放出性の半導体素子の第４の実施例の概略的な断面図を示す。
【図１】
0005199568.tif 000002
【図２】
0005199568.tif 000003
【図３】
0005199568.tif 000004
【図４】
0005199568.tif 000005