(57)【要約】  一実施形態において、利得導波型半導体レーザ（１）は、半導体積層体（２）および電気コンタクト面（４）を有する。半導体積層体（２）は、ビームを形成する活性領域（２１）と、導波層（２２）と、クラッド層（２３）とを有する。半導体積層体（２）はさらに、電流絞り層（３）を有し、電流絞り層（３）は、共振器軸（Ｒ）に沿い、中央領域（３２）において導電性であり、隣接する縁部領域（２３）において電気絶縁性である。中央領域（３２）は、共振器軸（Ｒ）に対して横方向に少なくとも１０μｍの幅（Ｗ）を有し、縁部領域（３３）は、少なくとも最小幅（Ｍ）を有する。最小幅（Ｍ）は、３μｍ以上である。上から見て、半導体積層体（２）および半導体積層体（２）に接する複数の電気コンタクト面（４）のうちの少なくとも１つは、中央領域（３２）において、および両側において共振器軸（Ｒ）に対して横方向に少なくとも最小幅（Ｍ）まで、中央領域（３２）に隣接して中央領域（３２）を越えて連続する構成要素である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体積層体（２）および電気コンタクト面（４）を有する利得導波型半導体レーザ（１）であって、
前記半導体積層体（２）は、ビームを形成する活性領域（２１）と、前記活性領域（２１）に接する少なくとも１つの導波層（２２）と、少なくとも１つの前記導波層（２２）に接する少なくとも１つのクラッド層（２３）とを有し、
前記半導体積層体（２）はさらに、少なくとも１つの電流絞り層（３）を有し、前記電流絞り層（３）は、前記半導体レーザ（１）の共振器軸（Ｒ）に沿い、中央領域（３２）において導電性であり、前記中央領域（３２）に直接に隣接する縁部領域（３３）において電気絶縁性であり、
前記中央領域（３２）は、前記共振器軸（Ｒ）に対して横方向に少なくとも１０μｍの幅（Ｗ）を有し、前記縁部領域（３３）はそれぞれ、少なくとも最小幅を（Ｍ）を有し、
前記最小幅（Ｍ）は、３μｍ以上であり、
上から見て、前記半導体積層体（２）および前記電気コンタクト面（４）は、前記中央領域（３２）において、および前記活性領域（２１）とは反対側を向いた、前記電流絞り層（３）の面において前記共振器軸（Ｒ）に対して横方向に少なくとも前記最小幅（Ｍ）まで、前記中央領域（３２）を越えて両側が連続する構成要素であり、
前記共振器軸（３）に沿って両側にそれぞれ１つのトレンチ（５）が延在しており、前記トレンチ（５）は、前記電流絞り層（３）を側方に露出させ、基板（６）まで前記半導体積層体（２）全体を切断し、
前記トレンチ（５）は、寄生的なモードを抑止するように構成されており、これにより、前記トレンチ（５）は、前記半導体積層体（２）の成長方向（Ｇ）に対して斜めに延びる側面を有する、利得導波型半導体レーザ（１）。
【請求項２】
前記電流絞り層（３）は、前記導波層（２２）または複数の前記導波層（２２）のうちの１つと、対応する前記クラッド層（２３）との間に設けられており、
前記電流絞り層（３）と前記活性領域（２１）との間の間隔は、少なくとも０．５μｍである、請求項１記載の半導体レーザ（１）。
【請求項３】
前記電流絞り層（３）は、両端の値を含めて１０ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有する、請求項１または２記載の半導体レーザ（１）。
【請求項４】
前記電流絞り層（３）は、前記中央領域（３２）においてＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料から形成されており、前記縁部領域（３３）において少なくとも１つのＩＩＩ族酸化物を含み、
前記電流絞り層（３）は、前記中央領域（３２）において、前記縁部領域（３３）における平均厚さとは異なる平均厚さを有し、これにより、前記中央領域（３２）と前記縁部領域（３３）との間の厚さの違いは最大で、前記中央領域（３２）の前記平均厚さの２％である、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項５】
前記半導体積層体（２）は、材料系ＡｌＩｎＧａＡｓベースであり、
前記電流絞り層（３）は、前記中央領域（３２）においてＡｌ１−ｚＧａｚＡｓから成り、ただし０．０１≦ｚ≦０．０３である、請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項６】
前記電流絞り層（３）に直接に隣接する、前記半導体積層体（２）の層（３２、３３）は、ＡｌＧａＡｓから成り、前記層（３２、３３）におけるアルミニウムの割合は、それぞれ両端の値を含めて１０％と５０％との間にある、請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項７】
動作時に形成されるレーザビーム（Ｌ）の反射のための、かつ／または出力結合のための、前記半導体積層体（２）のカット面（７）には、ビーム出力結合領域において、前記電流絞り層（３）の電気絶縁性の領域がなく、これにより、前記電流絞り層（３）の前記縁部領域（３３）は、前記共振器軸（Ｒ）に沿って一定の幅を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項８】
前記電流絞り層（３）の前記縁部領域（３３）の幅は、最大０．５μｍの許容差で前記最小幅（Ｍ）に等しく、これにより、複数の前記電気コンタクト面（４）のうちの少なくとも１つは、横方向に前記半導体積層体（２）と面一になっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項９】
前記電流絞り層（３）の前記縁部領域（３３）の幅は、前記最小幅（Ｍ）よりも大きく、これにより、前記半導体積層体（２）は、複数の前記電気コンタクト面（４）のうちの少なくとも１つよりも幅が広い、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１０】
前記半導体レーザ（１）は、１つの電流絞り層（３）が含まれ、
前記電流絞り層（３）は、前記半導体積層体（２）のｐ導電型領域に設けられている、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（１）。
【請求項１１】
前記半導体レーザ（１）には２つの電流絞り層（３）が含まれ、
前記活性領域（２１）が、前記電流絞り層（３）間に設けられている、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（１）。
【請求項１２】
前記半導体レーザ（１）の放射波長は、両端の値を含めて８３０ｎｍと１．１μｍとの間にあり、
前記半導体レーザ（１）は、マルチモード動作用に構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項１３】
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（１）用の製造方法であって、前記製造方法は、以下のステップ、すなわち、
前記半導体積層体（２）をエピタキシャル成長させるステップと、
前記共振器軸（３）に沿って両側に前記トレンチ（５）を形成し、これにより、前記電流絞り層（３）を側方に露出させるステップと、
前記トレンチ（５）から出発して、露出された前記電流絞り層（３）を酸化させ、これにより、電気絶縁性の前記縁部領域（３３）を形成するステップと、
前記電気コンタクト面（４）を被着するステップと、
複数の前記半導体レーザ（１）に切り離すステップと、を有する、方法。
【請求項１４】
両端の値を含めて３００℃と５００℃との間の温度で湿式化学的に前記電流絞り層（３）の前記酸化を行う、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで示されるのは、利得導波型半導体レーザである。さらにこのような半導体レーザ用の製造方法が示される。
【０００２】
刊行物国際公開第０１／５０５５３号および国際公開第０２／４９１６８号は、リッジ導波体を備えた端面発光型半導体レーザに関し、リッジ導波体には電流絞り層が挿入されている。
【０００３】
刊行物独国特許出願公開第１０２０１７１１２２４２号明細書からは利得導波型半導体レーザが公知であり、この半導体レーザは、半導体積層体における応力を所期のように形成する応力層を有する。
【０００４】
解決すべき課題は、放射されるレーザモードの高い光学品質を示す利得導波型半導体レーザを提供することである。
【０００５】
この課題は、特に、独立請求項の特徴的構成を有する半導体レーザおよび製造方法によって解決される。有利な発展形態は、従属請求項の対象である。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、利得導波型半導体レーザである。すなわち、共振器軸に対して横方向のモードガイドは、例えば、リッジ導波体または屈折率跳躍によって引き起こされる屈折率跳躍によって行われることはなく、半導体レーザ内でのレーザビームのビームガイドは、活性領域の通電領域によって定められる。これにより、半導体積層体は、半導体積層体を上から見て、共振器軸の領域において幾何学的に構造化されておらず、連続する層により、光学的に重大な作用を及ぼす不均一性なしに形成される。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは半導体積層体を有する。半導体積層体には、少なくともビームを形成し、これによってレーザビームを形成する少なくとも１つの活性領域が含まれる。
【０００８】
さらに半導体積層体は、１つまたは好ましくは２つの導波層を有する。少なくとも１つの導波層は、活性領域に接して、好ましくは活性領域に直接に接して設けられている。導波層は、特に活性領域と共に、レーザビームに対して比較的に高い光屈折率を有し、これにより、導波層では、半導体積層体の成長方向に対して平行な方向に導波を行うことができる。
【０００９】
さらに半導体積層体は、１つまたは好ましくは２つのクラッド層を有する。少なくとも１つのクラッド層は、対応する導波層に設けられている。ここでは少なくとも１つのクラッド層が、対応する導波層に直に接して設けられることが可能である。少なくとも１つのクラッド層は、レーザビームの導波を可能にするために、所属の導波層に比べて比較的低い屈折率を有する。
【００１０】
半導体積層体は好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料ベースである。半導体材料は、例えば、ＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮのような窒化物・化合物半導体材料、またはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＰのようなリン化物・化合物半導体材料であってよいか、またはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＡｓのような、またはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓｋＰ１−ｋのようなヒ化物・化合物半導体材料であってもよく、ここではそれぞれ０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１かつｎ＋ｍ≦１かつ０≦ｋ＜１である。好ましくは半導体積層体の少なくとも１つの層またはすべての層に対し、０＜ｎ≦０．８、０．４≦ｍ＜１かつｎ＋ｍ≦０．９５かつ０＜ｋ≦０．５が成り立つ。半導体積層体は、ドーピング材料および付加的な成分を有していてよい。しかしながらわかり易くするため、わずかな量の別の材料によって部分的に置き換えられ、かつ／または補われることが可能であるとしても、半導体積層体の結晶格子の重要な構成成分、すなわちＡｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰだけ示す。
【００１１】
半導体積層体は、好ましくは材料系ＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＡｓ、略してＡｌＩｎＧａＡｓベースである。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体はさらに１つまたは複数の電流絞り層を有する。少なくとも１つの電流絞り層は、半導体レーザの共振器軸に沿い、中央領域における導電性の特性と、縁部領域における電気絶縁性の特性とを有する。これにより、半導体の意図した動作において、中央領域においてのみ電流絞り層を通過して電流が流れる。したがって電流絞り層は、活性領域の通電領域を定めるように構成されている。すなわち、電流絞り層を介して共振器軸も定義される。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によれば、中央領域は、共振器軸に対して横方向に、特に垂直方向に少なくとも１０μｍまたは２０μｍまたは５０μｍの、または好ましくは少なくとも１００μｍの幅を有する。すなわち、活性領域の中央領域、したがって通電領域は、比較的幅が広い。したがって半導体レーザは、ワイドストライプレーザである。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、共振器軸から遠ざかる方向において中央領域に直接に続く複数の縁部領域は、それぞれ少なくとも最小幅を有する。すなわち、縁部領域の幅は、最小幅であってよいか、または縁部領域は、最小幅よりも大きい幅を有する。
【００１５】
少なくとも１つの実施形態によれば、最小幅は、少なくとも３μｍまたは５μｍである。択一的または付加的には最小幅は、最大で１００μｍまたは５０μｍまたは２０μｍまたは１０μｍである。好ましくは、最小幅は、両端の値を含めて５μｍと１０μｍとの間にある。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、電気コンタクト面を有する。電気コンタクト面は、半導体積層体に直接に電流を印加するために設けられている。電気コンタクト面は好ましくは、１つまたは複数の金属層から構成されており、選択的には透明な導電性の酸化物から成る層も設けることが可能である。しかしながら電気コンタクト面は好ましくは、金属性の構造体である。特に活性領域および殊に活性領域の通電領域は、電気コンタクト面間に設けられる。
【００１７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体を上から見ると、電気コンタクト面および半導体積層体は、光学的に関連する領域において、連続する構成要素である。光学的に関連する領域は、上から見て、特に中央領域であり、および中央領域の両側において、少なくとも最小幅まで、共振器軸に対して横方向に中央領域を越えて突き出しているそれぞれ１つのストライプである。
【００１８】
すなわち、中央領域において、少なくとも最小幅の幅を有するストライプにおいて、光学的に関連する幾何学的なエッジおよび／または構造化部はない。言い換えると、半導体積層体および電気コンタクト面または半導体積層体に直に接する少なくとも１つの電気コンタクト面は、中央領域と、少なくとも最小幅を有するストライプ全体とにわたる平坦な構造化されていない形成物である。
【００１９】
半導体積層体および電気コンタクト面が、中央領域においてかつ両側において、これを越えて少なくとも最小幅まで構造化されておらずかつ連続する構成要素であることは、好ましくは、共振器軸に対して垂直でありかつ半導体積層体の成長方向に対して平行な少なくとも１つの断面において当てはまる。特にこのことは、共振器軸の長さの少なくとも８０％または９０％の領域において、共振器軸に対して垂直方向のすべての断面について当てはまる。特に共振器端部に電気コンタクト面が設けられていない場合、共振器端部において、この幾何学形状から相違することが可能である。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態において、利得導波型半導体レーザは、半導体積層体および電気コンタクト面を有する。半導体積層体は、ビームを形成する活性領域と、活性領域に接する少なくとも１つの導波層と、少なくとも１つの導波層に接する少なくとも１つのクラッド層とを有する。半導体積層体は、少なくとも１つの電流絞り層を有し、この電流絞り層は、半導体レーザの共振器軸に沿い、中央領域において導電性であり、隣接する縁部領域において電気絶縁性である。中央領域は、共振器軸に対して横方向に少なくとも１０μｍの幅を有し、縁部領域は、少なくとも最小幅を有する。最小幅は、３μｍ以上である。上から見て、半導体積層体および半導体積層体に接する少なくとも１つの電気コンタクト面は、中央領域において、および両側において少なくとも最小幅まで、共振器軸に対して横方向に中央領域に隣接しかつ中央領域を越えて連続する構成要素である。特に、共振器軸に沿って両側にそれぞれ１つのトレンチが延在しており、トレンチは、電流絞り層を側方に露出させ、基板まで半導体積層体全体を切断し、トレンチは、特に、寄生的なモードを抑止するように構成されており、これにより、トレンチは、半導体積層体の成長方向に対して斜めに延びる側面を有する。
【００２１】
特に上から見て、半導体積層体および電気コンタクト面は、中央領域において、および活性領域とは反対側を向いた電流絞り層の面において共振器軸に対して横方向に少なくとも最小幅まで、中央領域を越えて両側が連続する構成要素である。
【００２２】
例えば高伝導性のｐ−ＧａＡｓの構造化と、応力強化された誘電体および／または材料の後続のデポジットとによって、特に赤外線ワイドストライプレーザのｐ導電型面における電流印加を処理することにより、構造エッジの近傍における、例えば、構造化されたｐ−ＧａＡｓ層のエッジにおけるｐ導電型半導体層の応力が高められる。ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓは、圧力の下では、したがって応力の下では複屈折性を有し、したがって該当するレーザの電気光学特性にも影響が及ぼされる。
【００２３】
このことは第１に、水平面における、すなわち半導体積層体の成長方向に対して垂直の方向における、スロー軸発散とも称される放射角度が、損なわれることを意味する。このことが第２に意味するのは、複屈折により、まさに構造エッジの下方で偏光回転が行われることがあり、したがってレーザ光は、ワイドストライプエミッタの縁部において大きくＴＭ偏光されることである。このことは、多くの応用にとって問題である。
【００２４】
ここで説明される、特にワイドストライプレーザとして実施される利得導波型半導体レーザでは、構造エッジが回避され、したがって、通電されかつレーザビームを形成する領域における応力が回避される。これにより、半導体積層体の成長方向に対して垂直な平面における放射角度を制御することができ、通電されかつレーザビームを形成するために設けられる領域の縁部領域における複屈折を回避するかまたはこれを少なくとも大きく低減することができる。
【００２５】
これは、ここで説明される半導体レーザにおいて、特に、半導体積層体の表面における構造エッジを回避することによって実現され、これにより、このようなエッジにおける応力増大が阻止される。さらに光増幅の利得導波が行われ、電流の広がりの幅、したがって利得導波は、実質的に電流に依存しない。このことは、安定化された電気光学特性に結び付く。
【００２６】
このために特に、選択的に酸化可能なエピタキシャル成長層、すなわち電流絞り層が半導体積層体に組み込まれる。このような層は、例えば垂直発光レーザから公知であるが、このようなレーザでは、発光領域を限局するために使用される。インデックスガイドを有する、特にリッジ導波体を有するレーザでは、電流限局層は、１モード動作を実現するために使用可能である。
【００２７】
しかしながらリッジ導波体を有するレーザでは、電流絞り層の電気絶縁性の縁部領域は、比較的幅が狭い。というのはそうでなければ、リッジ導波体によってインデックスガイドがもはや保証されないことになり得るからである。これとは異なり、ここで説明される半導体レーザの電流絞り層は、比較的大きな縁部領域の幅を有し、これにより、これらの縁部領域は特に、半導体レーザにおいてサポートされる光学モードが、これらの縁部領域により、縁部領域の外側にある構造から保護されるような幅を有する。
【００２８】
すなわち、リッジ導波体を備えた半導体レーザでは、電流絞り層の縁部領域は、インデックスガイドに起因して、光学モードが、電気絶縁性の縁部領域をブリッジできるような幅の狭さを有しなければならない。ここで説明される半導体レーザは、まさに正反対のケースである。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、共振器軸の両側かつ共振器軸に沿ってトレンチが延在している。すなわち、共振器軸は、上から見て、２つのトレンチの間にある。トレンチは、好ましくは共振器軸全体に沿って延在している。これらのトレンチにより、電流絞り層は側方が露出される。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、トレンチは、少なくとも活性領域まで半導体積層体を切断する。同様に、これらのトレンチが、半導体積層体全体を切断し、例えば基板に接するまでまたは基板内まで、特に半導体積層体の成長基板内まで達することが可能である。すなわち、活性領域は、電流絞り層と同じ幅を有していてよく、電流絞り層および活性領域は、上から見て合同であるか、または実質的に合同に延びていてよい。このことが実質的に意味するのは、最大１μｍまたは０．５μｍまたは０．２μｍの許容差を有することである。これに対してリッジ導波体構造を有する半導体レーザでは、活性領域は一般に、リッジ導波体に下方にあり、したがってリッジ導波体それ自体よりも広い幅を有する。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層は、導波層と、対応するクラッド層との間、または複数の導波層のうちの１つと、対応するクラッド層との間に設けられている。２つの電流絞り層が設けられている場合、対応する導波層と、対応するクラッド層との間にそれぞれ、対応する電流絞り層を配置可能である。
【００３２】
択一的には、電流絞り層は、クラッド層内に、または活性領域とは反対側を向いた、クラッド層の面に設けられる。しかしながら、電流絞り層は好ましくは、活性領域側を向いている、クラッド層の面に被着される。さらに、電流絞り層を導波層内に設けることができる。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層と活性領域との間の間隔は、少なくとも０．５μｍまたは０．８μｍである。択一的または付加的にこの間隔は、最大で２μｍまたは１．５μｍである。特に、電流絞り層は、活性領域から約１μｍ離れている。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層は、厚さが小さい。このことが意味するのは特に、電流絞り層の厚さが、少なくとも１ｎｍまたは１０ｎｍまたは１５ｎｍであることである。択一的または付加的に、電流絞り層の厚さは、最大で１００ｎｍまたは７０ｎｍまたは５０ｎｍである。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層は、中央領域においてＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料から形成されている。縁部領域において電流絞り層には、１つまたは複数のＩＩＩ族酸化物、特に、酸化アルミニウムおよび／または酸化ガリウムが含まれる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層は、中央領域において、縁部領域における平均厚さとは異なる平均厚さを有する。しかしながら中央領域と縁部領域との間の厚さの違いは好ましくはわずかである。特にこの厚さの違いは最大で、中央領域の平均厚さの３％または２％または１％である。例えば、この厚さの違いは、中央領域の平均厚さの少なくとも０．１％または０．３％である。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、材料系ＡｌＩｎＧａＡｓベース、特にＡｌＧａＡｓベースであり、これにより、この場合にはインジウムが存在しない。電流絞り層は、中央領域において、好ましくはＡｌ１−ｚＧａｚＡｓから成る。ここではｚは、好ましくは０．００５以上または０．０１以上である。択一的または付加的に成り立つのは、ｚが最大で０．０５または０．０３または０．０２５であることである。これにより、電流絞り層は、中央領域において実質的に、わずかなＧａの割合を有するＡｌＡｓから成る。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層に直接に隣接する、半導体積層体の複数の層は、少なくとも５％もしくは１０％もしくは２０％、かつ／または最大で６０％もしくは４０％もしくは５０％のアルミニウムの割合を有する。半導体積層体に隣接するこれらの層は特に、ＡｌＩｎＧａＡｓから成るか、またはＡｌＧａＡｓから成る。これらの層は、クラッド層および／または導波層であってよい。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、カット面を有する。カット面は、動作時に形成されるレーザビームの反射のために、かつ／または出力結合のために構成される。これらのカット面は、好ましくは半導体積層体の間隙によって形成されている。カット面にパッシベーション層および／または反射率を調整する層を設けることが可能である。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、カット面には、少なくとも１つのビーム出力結合領域において、電流絞り層の電気絶縁領域がない。ビーム出力結合領域では、形成されたレーザビームは、カット面から放出される。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層の縁部領域は、半導体積層体において、共振器軸に沿って一定の幅で延在する。択一的には、カット面に電流絞り層の縁部領域も設けられており、これにより、活性領域の通電が、カット面では直接に行われないようにすることが可能である。
【００４２】
しかしながら好ましくは、カット面には、中央領域において、電流絞り層の電気絶縁領域がなく、これにより、カット面において場合によっては行われる活性領域の電流開放は、特に、電気コンタクト面の幾何学形状によって実現可能である。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層の縁部領域の幅は、最小幅と等しい。これは好ましくは、最大で１μｍまたは０．５μｍまたは０．２μｍの許容差で成り立つ。すなわち、電気コンタクト面は、側方が半導体積層体と面一になっていてよい。半導体積層体に直接に接する複数の電気コンタクト面、または複数の電気コンタクト面のうちの少なくとも１つと、半導体層とは、上から見ると、合同であるかまたは近似的に合同に延びていてよい。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態によれば、縁部領域の幅は、最小幅よりも大きい。すなわち、半導体積層体は、この場合に複数の電気コンタクト面のうちの少なくとも１つよりも幅が広く、特に半導体積層体に直接に接する電気コンタクト面よりも幅が広い。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザには、１つの電流絞り層が含まれる。この場合、電流絞り層は、好ましくは半導体積層体のｐ導電型領域に設けられている。すなわち電流絞り層は、活性領域と、アノードとして構成されている電気コンタクト面との間に設けることができる。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザには、２つの電流絞り層が含まれる。活性領域は、これらの電流絞り層の間に設けられている。したがって一方の電流絞り層は、半導体積層体のｐ導電型領域に、他方の電流絞り層は、半導体積層体のｎ導電型領域に存在する。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザの動作時に形成されるレーザビームの最大強度の放射波長または波長は、少なくとも８３０ｎｍもしくは８４０ｎｍかつ／または最大で１．１μｍもしくは１０６０ｎｍである。言い換えると、この場合に半導体レーザは、動作時に近赤外ビームを放射する。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、マルチモード動作用に構成されている。
【００４９】
要約すると、電流絞り層によって構造エッジを回避することと、電流に依存せずに電流を広げることとを組み合わせることにより、ここで説明される赤外線放射利得導波型ワイドストライプレーザの電気光学特性を改善することができる。
【００５０】
本発明ではさらに、製造方法が示される。この製造方法により、上述の１つ以上の実施形態による半導体レーザが製造される。したがって製造方法の特徴的構成は、半導体レーザについても開示されており、この逆も成り立つ。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態においてこの方法は、好ましくは示した順序で、以下のステップ、すなわち、
・電流絞り層を含めて半導体積層体をエピタキシャル成長させるステップと、
・共振器軸に沿って両側にトレンチを形成し、これにより、電流絞り層を側方に露出させるステップと、
・トレンチから出発して、露出された電流絞り層を酸化させ、これにより、電気絶縁性の縁部領域を形成し、これにより、酸化されておらず、直接に接する電流絞り層の領域により、導電性の中央領域を形成するステップと、
・電気コンタクト面を被着するステップと、
・特にスクライブおよび劈開によって複数の半導体レーザに切り離すステップと、を有する。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態によれば、電流絞り層の酸化を湿式化学的に行う。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも３００℃または３５０℃の温度で電流絞り層の酸化を行う。択一的または付加的にはこの温度は、最高で６００℃または５００℃または４５０℃である。
【００５４】
以下では、図面を参照し、実施例に基づいて、ここで説明される半導体レーザおよびここで説明される製造方法を詳しく説明する。個々の図面において同じ参照符号は、同じ構成要素を示す。しかしながらここでは縮尺通りの関係は示されておらず、むしろ個々の構成要素は、理解し易くするために誇張されて大きく示されていることがある。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明で説明される半導体レーザを製造する一方法ステップの概略断面図である。
【図２】本発明で説明される半導体レーザを製造する別の一方法ステップの概略断面図である。
【図３】本発明で説明される半導体レーザを製造するさらに別の一方法ステップの概略平面図である。
【図４】本発明で説明される半導体レーザの一実施例の概略断面図である。
【図５】本発明で説明される半導体レーザの別の一実施例の概略断面図である。
【図６】本発明で説明される半導体レーザのさらに別の一実施例の概略断面図である。
【図７】本発明で説明される半導体レーザの一実施例の平面図である。
【図８】半導体レーザの一変形形態の概略断面図である。
【００５６】
図１〜図４には、半導体レーザ１用の製造方法が示されている。図１によれば、基板６に半導体積層体２を成長させる。基板６は、例えばｎドーピングされたＧａＡｓ基板である。基板６には選択的に成長層２７が直接に設けられる。
【００５７】
成長方向Ｇに沿って半導体積層体２は、クラッド層２３と、導波層２２と、活性領域２１と、別の導波層２２と、別のクラッド層２３とを有する。これらの層はすべて、ＡｌＧａＡｓであってよく、例えば、基板側がｎドーピングされており、活性領域２１とは反対側を向いた面にそれぞれｐドーピングされている。
【００５８】
基板６または選択的な成長層２７に加えて、半導体積層体２はバッファ層２５を有していてよい。バッファ層２５は、例えばｎドーピングされたＧａＡｓから成る。さらに半導体積層体は、基板６とは反対側を向いた面にコンタクト層２４を有していてよい。コンタクト層２４は、半導体積層体の上面２０を形成可能である。例えば、コンタクト層２４は、ｐドーピングされたＧａＡｓから成り、比較的高いドーピング濃度を有していてよい。
【００５９】
さらに半導体積層体２は、電流絞り層３を有する。電流絞り層３は、好ましくはｐ側の導波層２２と所属のクラッド層２３との間にあり、これらの層に直接に隣接している。半導体積層体２の他のすべての層と同様に電流絞り層３は、好ましくは、均質であり、連続しており、かつ構造化されていない層として、ウェハ全体にわたって成長させられる。
【００６０】
例えば、電流絞り層３は、Ｇａの割合が２％である、ｐドーピングされたＡｌＧａＡｓから成る。すなわち電流絞り層３はほぼＡｌＡｓから成る。電流絞り層３の厚さは好ましくはごくわずかであり、特に約３０ｎｍである。これに対し、電流絞り層３と活性領域２１との間の間隔は、比較的大きく、例えば約１μｍである。
【００６１】
図２の方法ステップに示されているのは、半導体積層体２を貫通して、成長基板６にまでトレンチ５が形成されることである。トレンチ５は、断面で見て、Ｖ字形に形成されていてよい。トレンチ５により、図１のように成長させられた電流絞り層３は、半導体積層体２の他のすべての層にも当てはまり得るように、側方が露出される。上面２０におけるトレンチ５の幅は、例えば、少なくとも２μｍもしくは５μｍ、かつ／または最大で２０μｍもしくは１０μｍであり、特に両端の値を含めて５μｍと１０μｍとの間にある。
【００６２】
トレンチ５を形成した後、トレンチ５から電流絞り層３に向かって側方から電流絞り層３の酸化を行う。この酸化を、好ましくは湿式化学的に、例えば約４００℃の温度で行う。この酸化により、酸化されない中央領域３２の方向に向かってトレンチ５から遠ざかるように延在する縁部領域３３を形成する。中央領域３２において電流絞り層３は導電性のままである。これに対し、酸化されている縁部領域３３において、電流絞り層３は、電気絶縁性であるか、または少なくとも、その電気伝導率が大きく減少されている。縁部領域３３と中央領域３２との間の、横方向の移行部は、好ましくは急激に変化するように構成されている。
【００６３】
図３には、図２の方法ステップの後にウェハを上から見た図が示されている。トレンチ５は、好ましくは、切り離された半導体レーザ１の後の共振器軸に沿って連続して延在している。したがってトレンチ５は、ウェハにおいて、直線的な連続した構造により、後の複数の半導体レーザ１全体にわたって形成することが可能である。したがって半導体レーザ１用の半導体積層体２の隣接した領域間には、好ましくはそれぞれ２つのトレンチ５が設けられている。
【００６４】
トレンチ５は、完成した半導体レーザ１において、リングモードのような寄生モードを抑止するために設けられている。これにより、トレンチ５は、好ましくは成長方向Ｇに対して斜めに延びる側面を有し、これによって活性領域２１の平面から出て遠ざかり、増幅されることが意図されないビームが反射される。
【００６５】
図４には、電気コンタクト面４が被着された後であり、かつ例えばカット面を形成するための割れ目によって複数の半導体レーザ１に切り離した後の、完成された半導体レーザ１が示されている。図２と同様に、共振器軸は、図４の図平面に対して垂直に配向されている。
【００６６】
半導体積層体２の上面２０における電気コンタクト面４は、比較的幅広く、半導体積層体２全体にわたって被着されている。したがって通電される中央領域３２の領域における構造エッジが回避される。これにより、中央領域３２では、構造エッジによって生じ得る、半導体積層体２の応力は発生しないかまたは重大な応力は発生しない。したがって放射されるレーザビームの光学モードの高品質を実現することができる。
【００６７】
中央領域３２の幅Ｗは、好ましくは少なくとも１００μｍであり、したがって比較的幅が広い。中央領域３２に両側で隣接する構造化されていない最小幅Ｍは、好ましくは、両端の値を含めて５μｍと１０μｍとの間にある。したがって最小幅Ｍは、中央領域３２から遠ざかり、この最小幅Ｍ全体にわたって光学的なデカップリングが行われる大きさである。言い換えると最小幅Ｍは、最小幅Ｍの外側の構造が、ガイドされるレーザモードにもはや大きな光学的影響を及ぼさない大きさに選択される。
【００６８】
図４によれば、縁部領域３３は、最小幅Ｍよりも幅が広い。このことが意味するのは、半導体積層体２が、上面２０に接するコンタクト面４を越えて突出することである。基板６に接するコンタクト面４は、好ましくは、全面にわたってまたはほぼ全面にわたって被着される。
【００６９】
コンタクト面４は、例えば、複数の金属層から成る１つの積層体によってそれぞれ形成される。コンタクト面４は、比較的大きな面積で被着されるため、正の荷電粒子ｈおよび負の荷電粒子ｅの印加は、活性領域２１に向かって同様に比較的大きな面積で行われる。荷電粒子ｅ、ｈの集結は、中央領域３２においてのみ十分に導電性を有する電流絞り層３によって行われる。
【００７０】
図５の実施例において示されているのは、トレンチ５に付加的にパッシベーション８が被着されていることである。パッシベーション８は、上面２０において半導体積層体２を階段状に覆うことができる。
【００７１】
上面２０においてコンタクト面４が、部分的にパッシベーション８に到達することが可能である。これにより、対応するコンタクト面４とパッシベーション８との間のエッジ９が生じる。しかしながらこのエッジ９は、成長方向Ｇに対して垂直な方向に、かつ図平面に対して垂直に延びかつ図示されていない共振器軸Ｒに対して垂直に、少なくとも最小幅Ｍだけ中央領域３２から離されている。したがって、エッジ９によって生じる半導体積層体２における応力は、中央領域３２から十分に遠くに離れており、レーザビームの形成にさらに影響を及ぼすことはできない。
【００７２】
図５に示したものとは相違するが、上面２０においてコンタクト面４が、横方向にパッシベーション８と面一になるか、またはこのコンタクト面４が、パッシベーション８から離れて終端することが可能である。
【００７３】
図６の実施例において示されているのは、半導体積層体２と、コンタクト面４とが上面２０において互いに面一になることである。図４および図５の実施例と同様のことがここでも当てはまることが可能である。さらに図６においても、選択的にパッシベーション８が設けられていてよい。
【００７４】
さらに図６には、選択的に別の電流絞り層３を設けてよいことが示されている。すなわち活性領域２１は、２つの電流絞り層３の間に設けられていてよい。
【００７５】
トレンチ５は、断面で見て基板６に向かって台形状に広がるように形成されていてよい。さらにトレンチ５が基板６内まで到達しないことが可能である。このために選択的には半導体積層体２にエッチングストップ層２８を、例えば基板６に直接に接して設けることができる。
【００７６】
図７には、半導体レーザ１を上から見た図が示されている。トレンチ５が共振器軸Ｒの両側に延在することが見て取れる。縁部領域３３は、トレンチ５から出発し、一定の幅で、共振器軸Ｒ全体に沿って、したがって中央領域３２に沿って直接に延在している。共振器軸Ｒは、カット面７によって画定されている。複数のカット面７のうちの１つにおいて、動作時に形成されるレーザビームＬが、半導体積層体２から出射する。
【００７７】
図７に示したものと異なり、カット面７において直接的に通電を阻止するかまたは減少させるために、上面２０においてコンタクト面４をカット面７から離して終端させることができる。
【００７８】
図８には、半導体レーザの変形形態１０が示されている。この変形形態１０には電流絞り層が設けられていない。横方向の電流制限は、パッシベーション層８および／またはコンタクト面４の幾何学形状を介して行われる。これにより、エッジ９は、上面２０を上から見ると、図８において楕円によって概略的に目印を付けた活性領域２１の通電領域に直接に接している。これらのエッジ９により、半導体積層体２では、直接に通電領域に接して応力が形成される。これにより、通電領域の縁部においてレーザビームの偏光変化が生じることがある。これは、多くの応用において望まれない。
【００７９】
電流絞り層３を中央領域３２と縁部領域３３とに分割することにより、半導体積層体２では確かに応力も誘導されるが、厚さが少ないことに起因して、これらの応力は、わずかな無視することができる影響しか有しない。
【００８０】
さらに、電流絞り層３を中央領域３２と縁部領域３３とに分割することにより、レーザモードのインデックスガイドが実効的に生じることがなく、純粋な利得導波だけが行われるほどに電流絞り層３は薄い。しかしながらこの利得導波は比較的安定である。というのは、活性領域２１に対して電流絞り層３が接近していることにより、電流の広がりは、電流強度にほぼ依存しないからである。これに対し、電流絞り層３がなければ、電流強度の増大に伴い、通電領域の広がりおよび大きさが増大し、これにより、放射されるレーザモードに影響が及ぼされる。
【００８１】
図に示した構成要素は、別に示されない限り、好ましくは示された順序でそれぞれ直接に連続する。図において互いに接触していない層は、好ましくは互いに離隔されている。線が互いに平行に示されている場合、対応する平面は、好ましくは同様に互いに平行に配向されている。同様に、別に示されない限り、図示され限り素相互の、図における相対的な位置は正しく再現されている。
【００８２】
この特許出願は、独国特許出願第１０２０１８１２３０１９．２号明細書の優先権を主張するものであり、その開示内容は、引用によってここに取り込まれるものとする。
【００８３】
ここで説明された本発明は、実施例に基づく説明によって制限されることはない。むしろ本発明には、あらゆる新たな特徴および特徴のあらゆる組み合わせが含まれるのであり、これには、特に、特許請求の範囲における特徴のあらゆる組み合わせが含まれており、このことは、この特徴または組み合わせそれ自体が、特許請求の範囲または実施例において明示的に示されていない場合であっても当てはまるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１  半導体レーザ
２  半導体積層体
２０  半導体積層体の上面
２１  活性領域
２２  導波層
２３  クラッド層
２４  コンタクト層
２５  バッファ層
２７  成長層
２８  エッチングストップ層
３  電流絞り層
３２  中央領域
３３  縁部領域
４  電気コンタクト面
５  トレンチ
６  基板
７  カット面
８  パッシベーション
９  エッジ
１０  半導体レーザの変形形態
ｅ、ｈ  荷電粒子
Ｇ  成長方向
Ｌ  レーザビーム
Ｍ  縁部領域の最小幅
Ｒ  共振器軸
Ｗ  中央領域の幅
【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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【国際調査報告】
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