(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光を発生させる活性層（２０）を内に含む導波層（２２）を有するエピタキシャル半導体基体（４０）と、
エピタキシャル半導体基体（４０）内に、エミッタ領域（１２）からのレーザ光線の出  射方向を主要方向（３０）として配置されたレーザ活性なエミッタ領域（１２）と、
半導体基体（４０）内で主要方向（３０）にエミッタ領域（１２）に引続いており、レーザ光線を増幅する増幅領域（１４）とを有し、
エミッタ領域（１２）と増幅領域（１４）が半導体材料中で活性領域を構成し、
半導体基体（４０）の活性領域（１２、１４）の外側の部分範囲の導波層（２２）が少なくとも部分的に除去され、こうして形成された半導体基体（４０）の側面（１８、３２、３６）が、半導体基体（４０）の表面（５２）と浅い角度τを成すよう形成されている半導体レーザ装置であって、
導波層（２２）内の１つあるいは複数の活性領域（１２、１４）の両側にトレンチ（３４）が形成され、これらのトレンチ（３４）は主要方向（３０）と角度φを成して半導体基体（４０）の側面（３６）を構成し、この側面は半導体基体（４０）の表面（５２）と浅い角度τを成しており、
２つのトレンチ（３４）間に半導体基体（４０）中でレーザ光線を広げるための細いスリット（３８）が画成され、
前記浅い角度τが１〜３５°である
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
導波層（２２）内に、エミッタ領域（１２）の両側に、かつエミッタ領域の主要方向（３０）に沿って延びるトレンチ（１６）が配置されており、それらトレンチ（１６）により、半導体基体（４０）の表面（５２）と浅い角度τを成す側面（１８）が形成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
導波層（２２）がエミッタ領域（１２）の両側で、主要方向に沿い除去され、こうして生じた半導体基体（４０）の側面（３２）が半導体基体（４０）の表面（５２）と浅い角度τを成すことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
導波層（２２）が増幅領域（１４）の両側で、かつ主要方向に沿って除去され、こうして形成された半導体基体（４０）の側面（３２）が、半導体基体（４０）の表面（５２）と角度τを成すことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
増幅領域（１４）が、エミッタ領域（１２）から離れるにつれて円錐状に拡大することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
活性領域（１２、１４）の両側に形成されたトレンチ（３４）とレーザ光線の主要方向（３０）との成す角度φが９０〜１３５°であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の装置。
【請求項７】
前記浅い角度τが１０〜３０°であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の装置。
【請求項８】
半導体基体（４０）の側面（１８、３２、３６）が吸収性材料で覆われたことを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
【請求項９】
導波層を、その上に被着したフォトレジストの乾式エッチングにより除去することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
導波層を除去するため、
半導体基体上にフォトレジスト層を施し、
このフォトレジストを溶媒雰囲気中で及び／又はフォトレジストの加熱により変形させ、  フォトレジストの傾斜の緩やかな側面構造を、乾式エッチングにより半導体基体中に伝える
ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の前文に基づく半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置は、放射光を発生させる活性層を含む導波層と、エピタキシャル半導体基体内に、レーザ光線の出射方向を主要方向として配置されたレーザ活性なエミッタ領域と、半導体基体中で主要方向にエミッタ領域に引続き、レーザ光線を増幅する増幅領域とを有し、これらエミッタ領域と増幅領域とが半導体材料中の活性領域を構成するエピタキシャル半導体基体を有する。
【０００３】
この種の半導体レーザは、高輝度の光源として使用される。その際高い強度の故に、散乱又は活性領域内に逆散乱される光が所望のレーザの放射を妨げ及び／又は放射の品質を劣化させるという問題が存在する。
【０００４】
この問題に対処する幾つかの方法は公知である。即ち活性領域における不所望な逆反射を抑制するため、活性領域のファセット面を反射防止加工する。もう１つの公知の方法では、活性部材の外側のエピタキシャル層内にＶ字形のトレンチをエッチングで形成し、このトレンチを吸収材料で満たす。
【０００５】
特許文献Ｉには、装置の両側に４５°の側面を有する傾斜したトレンチをエピタキシャル層中にエッチングで設け、端面で逆反射された光を部材の横及び縦方向に反射させて除去する、半導体レーザ増幅装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献】
欧州特許第０６２４２８４号明細書。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、活性領域内で散乱又は逆散乱される放射光を更に減らし、もって放射の質を更に改善した、種類に応じた半導体レーザ装置を開発することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する半導体レーザ装置により解決される。この半導体レーザ装置の製造方法は、請求項１１に記載してある。本発明の他の実施形態及び有利な改善法は従属請求項から明らとする。
【０００９】
冒頭に記載した形式の本発明の半導体レーザ装置では、半導体基体の活性領域の外側の部分範囲の導波層は、半導体基体の側面がその表面と浅い角度τを成すよう除去される。浅い角度とは、本発明の枠内では４５°以下の角度を云う。
【００１０】
本発明は、レーザ光線が傾斜の緩やかな側面により、徐々に、かつ妨げとなる逆反射をせずに、次第に下にある基板内に回折するという考え方に基づく。それに対し側面が４５°の従来のトレンチの場合、このような側面がその放射光をエピタキシャル層のほぼ垂直な方向に向かわせ、放射光が、エピタキシャル層の異なる屈折率の故に反射され、側面で再び活性層中に反射して入っていき、放射光は活性層中で逆反射することになる。
【００１１】
本発明の有利な１実施形態では、導波層中でエミッタ領域の両側及びエミッタ領域の主要方向に沿って延びるトレンチは、その側面と半導体基体の表面とで浅い角度τを成すように設けられる。
【００１２】
本発明の他の有利な実施形態では、導波層は、エミッタ領域の両側と主要方向に沿って除去され、この半導体基体の側面は、その表面と浅い角度τを成す。
【００１３】
更に本発明の半導体レーザ装置の好ましい製造方法では、導波層を増幅領域の両側と増幅領域に沿って除去し、半導体基体のこの側面がその表面と浅い角度τを成すようにする。
【００１４】
これに関連して、増幅領域がエミッタ領域から円錐形に拡大すると特に有利である。それによりガウス型の放射プロフィルを有するレーザ光線は回折を限定されて広がり、飽和状態に達する前により高度な増幅を達成する。
【００１５】
特に、導波層をエミッタ領域と増幅領域の両側で除去するようにしてもよい。
【００１６】
更にこれとは別に又は上述の方法に加えて、導波層内の活性領域の両側に、主要方向と角度ψを成すトレンチを、それらの側面が半導体基体の表面と浅い角度τを成すように形成してもよい。
【００１７】
その際、活性領域の両側に主要方向と角度ψを成す２つのトレンチを、それらの間にレーザ光線を広げるため、狭い間隙を半導体基体中に画成するように設けるとよい。
【００１８】
このような形態の場合、トレンチと主要方向との間の角度φが９０〜１３５°であると特に有利である。上述の形式のトレンチは、増幅領域の出射面から逆反射されるレーザ光線分に最も効果的な光の減量メカニズムを生じる。
【００１９】
この浅い角度τは、好ましくは１〜３５°、特に１０〜３０°である。
【００２０】
本発明による半導体レーザ装置の有利な改善法では、半導体基体の側面を吸収性材料で覆う。
【００２１】
上述の半導体レーザ装置の本発明による製造方法では、導波層を、その上に形成したフォトレジストの乾式エッチングにより除去する。
【００２２】
導波層を除去するには、
−半導体基体上にフォトレジスト層を施し、
−このフォトレジストを溶媒雰囲気中及び／又はフォトレジストの加熱により変形させ、即ちパターニングしたフォトレジストの角張った側面に丸味を付け、フォトレジスト層を長く引き伸ばされた球冠状に変形させるようにして、少なくとも部分的に半導体基体中に伝えて型を形成し、
−フォトレジストの傾斜の緩やかな側面構造を、乾式エッチングにより半導体基体中へと伝えると有利である。
【００２３】
本発明は、例えばＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＮ又はＩｎＧａＮのような半導体材料を基材とする全ての材料系の半導体レーザ装置に使用できる。
【００２４】
本発明の他の有利な実施形態、特徴及び詳細は、従属請求項、実施例及び図面の記載から明らかにする。
【００２５】
本発明を図面との関連で実施例に基づき以下に詳述する。本発明の明確化のため、主な素子のみを示してある。図面に関しては、全ての図面で対応する素子に各々同じ符号を付けてある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
まず図１（ａ）及び（ｂ）は、全体に符号１０を付した、本発明の第１の実施例による高輝度の半導体レーザを示す。このレーザ１０は、レーザ活性な長寸のエミッタ領域１２と、主要方向３０に続き、その形を電気接続端子（図示せず）により限定され、円錐形に広がる増幅領域１４とを有する。
【００２７】
半導体レーザ１０の半導体基体４０は、基板２６上に成長させたエピタキシャル層列を有し、特にこの層列は、導波層２２内に配置されて放射光を発生する活性層２０を含む。本実施例では、導波層２２は、活性層２０に比べ高いバンドギャップと、低い屈折率を有する材料でできた二層から成る。この層列の正確な形態は、本発明では重要でないので詳述しない。本発明は、当業者に公知の従来の層列を、種類に応じた半導体レーザ装置に使用できる。同様に半導体基体は、他の半導体層並びに電流を注入する接触層を活性層中に有するが、それについてはこの分野で公知であるので、図示せずかつ明細書で詳述しない。
【００２８】
作動中に、増幅領域１４内で増幅され、矢印３０で示す方向に沿って放射されるレーザ光線が、エミッタ領域１２内で形成される。増幅領域の円錐状の形によりガウス型の放射プロフィルを有するレーザ光線は回折を制限されて拡大し、飽和状態に達する前により高度な増幅を達成する。
【００２９】
エミッタ領域１２の両側に、主要方向３０に並列して２つのトレンチ１６がエッチング形成されており、その製造については更に図４と関連して後述する。その際トレンチ１６は、半導体基体の側面１８が、導波層の主要方向に並列する半導体基体の表面５２と浅い角度τをなすよう形成されている。本実施例では、この角度τは約２０°である。図を見易くすべく、図１（ｂ）の層構造を実物より厚目に表示しており、角度τは実物より急峻に見える。傾斜の緩やかな、即ち浅い角度により、活性層から横方向の外側に延びる放射光は、場合によりエピタキシャル層と側面とで何回も反射により次第に向きを変えられ、基板２６内に回折する。逆反射された放射光により活性領域の障害は十分に回避される。
【００３０】
もう１つの実施形態を図２（ａ）、（ｂ）の実施例により示す。図１（ａ）、（ｂ）の実施例の素子に相当する素子には、同じ符号を付けてあり、改めて説明しない。図２の実施例では、エピタキシャル半導体基体は、エミッタ領域１２の外側でも、増幅領域１４の外側でも、両方の活性領域に沿って、半導体基体４０の表面５２と浅い角度τ（この場合約１５°）を成す側面３２を形成するためエッチングされている。
【００３１】
もう１つの別の実施例を図３（ａ）及び（ｂ）に示す。ここでは半導体基体４０内に２つのトレンチ３４が主要方向３０と、各々角度φ（この実施例では約９０°）を成すように形成されている。この場合もトレンチ３４の側面３６は、半導体基体４０の表面５２と浅い角度τ（この実施例では約３０°）を成す。これらトレンチ３４は、増幅領域１４の出射面から逆反射されるレーザ光線に対し最も効果的な光の減量メカニズムを示す。
【００３２】
トレンチ３４間に狭いスリット３８があり、それを経てエミッタ領域１２のレーザ光線を増幅領域１４へ伝搬できる。しかし出射面で逆反射された、特に比較的高い空間モードの放射は、トレンチ３４の側面から活性層１２、１４の横又は縦方向へと極めて効果的に反射される。
【００３３】
勿論図示の方法を組合せて、即ち例えばトレンチ３４を図１（ａ）及び（ｂ）の形態の場合と組合せて使用することも可能である。
【００３４】
側面の浅い角度の形成に特に有利な方法を、図４（ａ）〜（ｅ）に図式的に示す。図４（ａ）は、図中には明確には示していないが、既に半導体レーザの所望の半導体層列を有する半導体基体４０を示す。
【００３５】
まず第１の工程で標準的リソグラフィ法により高さｈ（この実施例では約３００ｎｍ）の基底４２を形成する。基底４２の縁に、後に傾斜の緩やかな側面を形成する個所を限定する。図４には説明のため、唯１の基底４２が示してあるが、場合によっては、例えば図１（ｂ）の構造を形成するように、複数のこのような基底４２を半導体基体４０上に形成することもできる。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、基底４２上にフォトレジスト４４を施し、パターニングし、それにより基底４２の縁からフォトレジストの縁に、本実施例では約５μmの長さの流れ区間ｓを空ける。
【００３７】
引続きフォトレジスト４４を溶媒雰囲気中及び／又はこのレジストの加熱により変形する。その際基底４２の縁範囲内のフォトレジストは流れ区間ｓを経て半導体の基底４２の縁迄流れる。その縁に半導体基体４０の表面との浅い角度τ０を持ち、被覆形成されたレジスト構造４６が図４（ｃ）に示すように生ずる。
【００３８】
この浅い角度は、例えばイオン照射５０での乾式エッチングプロセス中に半導体基体中に伝わる（図４（ｄ））。エッチングプロセスの選択率が１なら、角度は半導体中に不変のまま伝わり、従って半導体基体中にτ＝τ０ の浅い角度が生ずる。しかしフォトレジスト４４とエッチング条件の適切な選択により、別の選択率も使用でき、従って浅い角度τを角度τ０に対して希望通りに拡大又は縮小できる。
【００３９】
浅い角度でエッチングした後の状態を、図４（ｅ）に示す。半導体基体４０の活性領域は平らな表面５２へと推移する傾斜の緩やかな側面４８を有し、その上にその後の工程で例えば電気的接点が取付けられる。
【００４０】
勿論本発明の実施例に基づく記載は、本発明がそれらに限定されるものではないことは当然である。本発明の基本的な原理は、例えば幅広の線条レーザ、リッジレーザ、電気的及び／又は光学ポンピングシステム、光増幅器、縦型共振器を有する表面放出レーザ（所謂ＶＣＳＥＬｓ）、個別素子で組立てた又はモノリシックに集積した、外部からポンピングされる縦方向の共振器を備えた表面放射レーザ（所謂ＶＥＣＳＥＬｓ）、レーザ及び増幅器アレイ（この場合クロストークを減らす）、極めて高いピーク出力を有するパルスレーザ及び外部共振器を有するレーザシステムに使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ａは本発明の１実施例による半導体レーザの概略平面図を、ｂはａのＩＢ−ＩＢ線に沿って切断した断面図。
【図２】  ａは本発明の別の実施例による半導体レーザの概略平面図を、ｂはａのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿って切断した断面図を示す。
【図３】  ａは本発明のもう１つの実施例による半導体レーザの概略平面図を、ｂはａのＩＢ−ＩＢ線に沿って切断した断面図を示す。
【図４】  本発明による半導体レーザ製造時の傾斜の緩やかな側浅い角度を形成する処理過程を４ａ〜４ｅで示す図。
【符号の説明】
１０、４０  半導体レーザ、１２  エミッタ領域、１４  増幅領域、１６、３４  トレンチ、１８、３２、３６  側面、２０  活性層、２２  導波層、２６  基板、３０  主要方向、３８  トレンチのスリット、４２  基底、４４  フォトレジスト、４６  レジスト構造、４８  傾斜の緩やかな側面、５０  イオン照射、５２  半導体基体の表面、ｈ  基底の高さ、ｓ  流れ区間、  τ、τ０  角度、φ  トレンチとレーザ光線の主要方向との成す角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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