特許 6571861 半導体レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6571861

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】半導体レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/16 20060101AFI20190826BHJP

   H01S 5/042 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/16

   H01S5/042 612

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-504761(P2018-504761)

(86)(22)【出願日】2016年9月27日

(65)【公表番号】特表2018-523311(P2018-523311A)

(43)【公表日】2018年8月16日

(86)【国際出願番号】EP2016073003

(87)【国際公開番号】WO2017055287

(87)【国際公開日】20170406

【審査請求日】2018年2月13日

(31)【優先権主張番号】102015116336.5

(32)【優先日】2015年9月28日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フィエハイリヒ クレメンス

(72)【発明者】

【氏名】レフラー アンドレアス

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０３１８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０８２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６１３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１７６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５９６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８５３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４２５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６３７３８７５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 SHIBUTANI, T. et al.，"A Novel High-Power Laser Structure with Current-Blocked Regions Near Cavity Facets"，IEEE Journal of Quantum Electronics，IEEE，１９８７年 ６月，Volume: 23, Issue: 6，pp. 760-764，DOI: 10.1109/JQE.1987.1073448 https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1073448

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザ（１）であって、
− ｎ型導電性のｎ領域（２１）と、ｐ型導電性のｐ領域（２３）と、レーザ放射を生成する中間の活性ゾーン（２２）と、前記レーザ放射のための共振器端面を形成している２つのファセット（２５）とを有する半導体積層体（２）と、
− 透明導電性酸化物からなり、前記ｐ領域（２３）に電流を直接印加する導電性のｐ接触層（３）と、
− 前記ｐ接触層（３）の上に直接位置し、導電性であり金属のｐコンタクト構造（４）と、
を備え、
− 前記ファセット（２５）の少なくとも１つの上に直接設けられている少なくとも１つの電流保護領域（５）において、前記ｐ領域（２３）への電流印加は抑制され、
− 前記ｐコンタクト構造（４）は、関連する前記ファセット（２５）よりも突き出さないように、関連する前記ファセット（２５）と同一平面内で終了しており、
− 前記電流保護領域（５）の少なくとも１つから前記ｐ接触層（３）が除去されており、かつ、当該電流保護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐコンタクト構造（４）は、前記ｐ領域（２３）に直接接触し、
− 前記少なくとも１つの電流保護領域（５）において、前記ｐ接触層（３）は、前記ファセット（２５）の方に向かって連続的に薄くなっている、
半導体レーザ（１）。

【請求項2】

前記ｐ接触層（３）の厚さは、直線状に減少する、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項3】

前記ｐ接触層（３）の厚さは、曲線形状を伴って減少する、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項4】

前記ｐ接触層（３）は、ＺｎＯからなる、
請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項5】

前記電流保護領域（５）は、少なくとも５μｍかつ最大で１００μｍの範囲であって、前記レーザ放射のための共振器の長さの最大で５％の範囲を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項6】

前記電流保護領域（５）において、前記ｐ領域（２３）への電流印加が阻止される、または少なくとも１／１０に減少するように、前記ｐ領域（２３）は修正されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項7】

修正された前記ｐ領域（２３）は、部分的に、または領域全体にわたり、前記ｐコンタクト構造（４）に直接隣接している、
請求項６に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項8】

前記ｐ接触層（３）は、前記電流保護領域（５）において部分的にのみ除去されており、
前記ｐ接触層（３）は、関連する前記ファセット（２５）の直近において完全に除去されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項9】

前記ｐ接触層（３）が完全に除去されている領域は、前記ファセット（２５）に垂直な方向において、少なくとも２μｍの範囲であって、関連する前記電流保護領域（５）の範囲の最大で５０％の範囲を有する、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項10】

前記電流保護領域（５）は、関連する前記ファセット（２５）に垂直な方向において、最大で１００μｍの範囲であって、前記レーザ放射のための共振器の長さの最大で２０％の範囲を有する、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項11】

リッジ導波路（９）を有するストライプレーザである、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザに関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

本発明の目的は、高い出力パワーを有し、かつ効率的に製造することのできる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】

【0003】

この目的は、特に、独立特許請求項の特徴を有する半導体レーザによって達成される。好ましい発展形態は、従属請求項の主題である。

【0004】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、半導体積層体を備えている。半導体積層体は、ｎ型導電性のｎ領域を備えている。半導体積層体は、同様に、ｐ型導電性のｐ領域を有する。ｎ領域とｐ領域との間に活性ゾーンが位置している。活性ゾーンは、エレクトロルミネセンス（electroluminescence）に基づいてレーザ放射を生成するように設計されている。言い換えれば、ｎ領域、活性ゾーンおよびｐ領域は、半導体積層体の成長方向に沿って、またはその逆方向に、互いに重なっている、好ましくは互いに上下に直接隣接している。

【0005】

半導体積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系であることが好ましい。この半導体材料は、例えば、窒化物化合物半導体材料（Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮなど）、またはリン化物化合物半導体材料（Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＰなど）、さらにまたはヒ化物化合物半導体材料（Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＡｓなど）（各場合において０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）である。この場合、半導体積層体は、ドーパントおよび追加の構成成分を有することができる。しかしながら説明を簡潔にするため、半導体積層体の結晶格子の本質的な構成成分（すなわちＡｓ、Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰ）のみを示してあり、これらの構成成分は、その一部分を少量の別の物質に置き換える、または少量の別の物質によって補うことができる。

【0006】

少なくとも一実施形態によれば、レーザ放射は、最大強度が近紫外スペクトル領域内にある波長を有する。近紫外スペクトル領域とは、特に、２００ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内（両端値を含む）、または３２０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内（両端値を含む）を指定する。これに代えて、本半導体レーザは、可視レーザ放射（例えば青色レーザ放射または赤色レーザ放射）を放出するように構成されている。青色光は、少なくとも４２０ｎｍおよび／または最大で４９０ｎｍの主波長に関連していることが好ましい。赤色光とは、特に、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の主波長を指す。さらには、レーザ放射が近赤外放射（すなわち最大強度が例えば７００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲内（両端値を含む）である波長を有する放射）であることも可能である。さらに、４９０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の緑色または黄色のスペクトル領域内のレーザ放射を生成することもできる。

【0007】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、ｐ接触層を有する。ｐ接触層は、ｐ領域の上に直接位置していることが好ましい。さらにｐ接触層は、電流を印加するため、ｐ領域に直接設けられている。

【0008】

ｐ接触層は、金属からなる、または透明導電性酸化物（略してＴＣＯ）の種類の材料からなる（例えばＺｎＯまたはＩＴＯからなる）ことが好ましい。

【0009】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、ｐコンタクト構造を備えている。ｐコンタクト構造は、ｐ接触層の上に直接位置していることが好ましい。ｐ接触層には、ｐコンタクト構造を介して電流が供給される。したがって、ｐコンタクト構造は導電性である。

【0010】

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト構造は、金属または金属合金から形成されている。ｐコンタクト構造は、複数の部分層から構成することができる。ｐコンタクト構造は、次の金属、すなわち、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、のうち、１種類または複数種類（混合されている、または部分層に分けられている）を含む、または１種類または複数種類からなることが好ましい。ｐ接触層は、同じ金属から形成することができる。

【0011】

少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体は、２つ、または３つ以上のファセットを有する。ファセットは、共振器（この中でレーザ放射が生成されて導かれる）の端面を形成していることが好ましい。特に、ファセットの１つは高い反射性であるように被覆されており、したがってレーザ放射に対するこのファセットの反射率は、好ましくは少なくとも９０％、または少なくとも９５％、または少なくとも９９％、または少なくとも９９．８％である。さらなるファセットは、本半導体レーザからレーザ放射を取り出すように設計されていることが好ましい。このファセットは、例えば、レーザ放射に対して最大で５０％、または最大で７０％、または最大で８５％の比較的低い反射率を有する。言い換えれば、これら２つのファセット（半導体積層体の互いに反対側の端部に位置していることが好ましい）が、レーザ放射のための２つの共振器端面を形成しており、これらの端面の間に共振器が延びている。

【0012】

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト構造は、関連する電流保護領域が上に位置しているファセットと同一平面内で終了している。この構造は、最大で５μｍ、または最大で２μｍ、または最大で０．５μｍの公差で適用されることが好ましい。すなわちコンタクト構造は、関連するファセットよりも突き出しておらず、逆も同様である。

【0013】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、電流保護領域を有する。電流保護領域は、ファセットの少なくとも１つのすぐ上に位置している。電流保護領域は、レーザ放射が通過するファセットそれぞれに存在していることが好ましい。少なくとも１つの電流保護領域においては、ｐ領域への電流の印加が抑制される。例えば、電流保護領域における電流の印加は、ｐ領域の他の領域と比較して、少なくとも１／１０、または少なくとも１／１００、または少なくとも１／５００に減少する。ｐ領域は活性ゾーンに平行な方向に低い導電率を有することが好ましいため、ファセットの直近においては活性ゾーンに電流が供給されることを防止することが可能である。

【0014】

少なくとも一実施形態によれば、電流保護領域は、関連するファセットに垂直な方向において、０より大きい範囲を有する。この範囲は、特に、少なくとも０．５μｍ、または少なくとも５μｍ、または少なくとも１０μｍである。これに代えて、またはこれに加えて、電流保護領域の範囲は、最大で１００μｍ、または最大で３０μｍ、または最大で２０μｍである。さらには、電流保護領域の範囲を、レーザ放射のための共振器の長さの最大で２０％、または最大で１０％、または最大で５％、または最大で２％とすることが可能である。

【0015】

少なくとも一実施形態においては、本半導体レーザは、半導体積層体を備えている。半導体積層体は、ｎ型導電性のｎ領域と、ｐ型導電性のｐ領域と、レーザ放射を生成する中間の活性ゾーンと、を備えている。電流を印加する目的で、導電性のｐ接触層がｐ領域の上に直接位置している。ｐ接触層には、導電性であり金属のｐコンタクト構造が直接結合されている。半導体積層体の２つのファセットは、レーザ放射のための共振器端面を形成している。ファセットの少なくとも１つのすぐ上の少なくとも１つの電流保護領域においては、ｐ領域への電流の印加が抑制される。ｐコンタクト構造は、関連するファセットと同一平面内で終了している。

【0016】

レーザに基づく用途（例えば投影、照明、または材料加工）の比較的堅調に成長している市場において、従来のレーザダイオードは、その最大出力パワー、効率、および耐用年数の面で制限されている。本明細書に記載されている半導体レーザの場合、電流保護領域のおかげで、ファセットへの光損傷（光学損傷（略してＣＯＤ）とも称する）に起因する自然故障率が減少する。

【0017】

これに加えて、電流保護領域が存在するにもかかわらず、（例えばウェハ上に成長した）半導体積層体の標準的な分離工程を使用することができる。このことが可能であるのは、特に、半導体積層体にｐコンタクト構造が領域全体にわたり連続的に形成されており、個片化するまで連続的な金属層として残ることができるためである。これにより、従来の個片化工程と比較して、半導体積層体の歪みの変化を回避することができる。

【0018】

少なくとも一実施形態によれば、ｐ接触層およびｐコンタクト構造は、活性ゾーンに平行な方向において、少なくとも１つ、好ましくはすべてのファセット、および／または、共振器端面と、同一平面内で終了している。

【0019】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザの動作時、レーザ放射がｐ接触層に達しない、または著しく達することはない。言い換えれば、ｐ領域は、レーザ放射をｐ接触層から遮蔽するうえで十分に厚い。これに代えて、ｐ接触層がレーザ放射に対して透明であり、本半導体レーザにおける導波システムの一部を構成することが可能である。

【0020】

少なくとも一実施形態によれば、ｐ接触層は、少なくとも１つの電流保護領域から、またはすべての電流保護領域から、特に完全に、除去されている。ｐ領域にはｐ接触層のみを介して電流が印加されることが好ましいため、電流保護領域は電流の供給から除外される。

【0021】

少なくとも一実施形態によれば、電流保護領域におけるｐコンタクト構造は、ｐ領域に直接接触している。特に、電流保護領域におけるｐコンタクト構造は、領域全体にわたりｐ領域に形成されている。

【0022】

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの電流保護領域においてｐ領域の上に、好ましくはｐ領域の上に直接、電気絶縁体層が位置している。絶縁体層は、電気絶縁性である、または低い導電性であり、したがって絶縁体層の導電率は、ｐ接触層の導電率の少なくとも１／１０、または少なくとも１／１００、または少なくとも１／１０００である。絶縁体層は、例えば、セラミック材料、ガラス、誘電体、窒化物、および／または酸化物、から形成されている。例えば、絶縁体層は、次の材料、すなわち、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドライクカーボン（略してＤＬＣ）（diamond-like carbon）、のうちの１種類または複数種類からなる、または１種類または複数種類を含む。絶縁体層は、原子層成長法（略してＡＬＤ）によって作製されることが好ましい。これに代えて、絶縁体層を、スパッタリング、化学気相成長法、または熱蒸着によって作製することが可能である。

【0023】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層は、電流保護領域の全体において一定の厚さを有する。言い換えれば、絶縁体層の厚さの特定の変化は設定されていない。

【0024】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層の厚さは、ｐ接触層の厚さの最大で７５％、または最大で５０％、または最大で２０％、または最大で５％である。これに代えて、またはこれに加えて、絶縁体層の厚さは、少なくとも２０ｎｍ、または少なくとも５０ｎｍ、または少なくとも１００ｎｍである、および／または、最大で１μｍ、または最大で５００ｎｍ、または最大で１００ｎｍである。これに代えて、絶縁体層が、ｐ接触層と同じ厚さである、またはｐ接触層より厚いことも可能である。

【0025】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層は、主面においてｐ領域に直接隣接しており、反対側の主面においてｐコンタクト構造に直接隣接している。両方の主面は、ｐ領域の材料およびｐコンタクト構造の材料によって完全に覆われていることが好ましい。言い換えれば、この場合に絶縁体層は、その全体がｐコンタクト構造とｐ領域との間に直接的に位置している。横方向には（すなわち活性ゾーンに平行な方向には）、絶縁体層はｐ接触層に直接隣接していることができる。

【0026】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層は、関連するファセットを部分的に、または完全に覆っている。特に、ファセットにおける活性ゾーンの領域が絶縁体層によって覆われている。

【0027】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層は、複数の層から構成されている。したがって、絶縁体層は積層体とすることができ、この積層体によって、関連するファセットの反射率が設定される。例えば、絶縁体層は、反射防止層として、または高い反射性のミラーとして、設計されている。絶縁体層は、レーザ放射に対する屈折率の高い層と低い層とが交互に並ぶ一連の層を有することができる。

【0028】

少なくとも一実施形態によれば、絶縁体層は、良好な熱伝導率を有する材料から形成されている。これにより、関連するファセットに近い領域から、好ましくは高い熱伝導性のｐコンタクト構造への熱結合が確保される。この場合、絶縁体層の材料は、特に、ダイヤモンドライクカーボン、ＳｉＣ、またはＡｌＮである。この場合には、絶縁体層の材料の特定の熱伝導率は、好ましくは少なくとも１０Ｗ／ｍ・Ｋ、または少なくとも５０Ｗ／ｍ・Ｋ、または少なくとも１００Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0029】

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの電流保護領域においてｐ領域が修正されている。この修正の結果として、この電流保護領域においてはｐ領域への電流注入が阻止される、または大幅に減少する。例えば、電流保護領域においてｐ領域に粗面化部を形成する、あるいは、半導体積層体の結晶品質および／またはｐ型導電性を低下させる。これは、例えば、半導体積層体への逆スパッタリングまたはエッチングによって、あるいはプラズマ損傷（plasma damage）によって、達成することができる。言い換えれば、修正によって、ｐ接触層とｐ領域の間の接触抵抗、および／または、ｐコンタクト構造とｐ領域の間の接触抵抗、が高まる。

【0030】

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの電流保護領域におけるｐ領域において、ｐ接触層が直接修正されている。ｐ接触層を修正することによって、この電流保護領域においてはｐ領域への電流注入が減少する。例えば、ｐ接触層に透明導電性酸化物が使用されている場合、ｐ領域への接触抵抗および／または導電率は、選択的な被覆と組み合わせての適合した温度処理によって設定することができる。修正された領域は、領域全体にわたりｐコンタクト構造および／またはｐ接触層に直接隣接することができる。

【0031】

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの電流保護領域において、ｐ接触層が部分的にのみ除去されている。この場合、この電流保護領域において、ｐ接触層は本半導体レーザの別の構成要素によって置き換えられていないことが好ましい。例えば、この電流保護領域におけるｐ接触層の位置に、凹部または空洞部が形成されている。

【0032】

少なくとも一実施形態によれば、電流保護領域において、ｐ接触層が部分的に除去されている。除去されたｐ接触層の領域は、さらなる材料によって満たすことができる。さらなる材料は、レーザ放射に対する低い光屈折率を有することが好ましく、かつ電気絶縁性であることが好ましい。さらなる材料は、絶縁体層と同じ材料とすることができる。この点において、さらなる材料に関しては、絶縁体層に関する記述を参照されたい。

【0033】

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１つの電流保護領域において、ｐ接触層が部分的にのみ除去されており、かつ、関連するファセットに向かう方向に減少していく厚さを有する。この厚さは、ファセットに向かう方向に単調に、または厳密に単調に減少することが好ましい。厚さの減少は、直線状に、または曲線を伴って行うことができる。

【0034】

少なくとも一実施形態によれば、ｐ接触層が、関連するファセットの直近において完全に除去されている。ｐ接触層が完全に除去されているこの領域は、このファセットに垂直な方向において、少なくとも０．５μｍ、または少なくとも２μｍ、または少なくとも５μｍである、あるいは、またはこれに加えて、関連する電流保護領域（すなわちｐ接触層が少なくとも部分的に除去されている領域）の範囲の最大で７０％、または最大で５０％、または最大で２０％の範囲、を有することが好ましい。

【0035】

少なくとも一実施形態によれば、ｐ接触層が電流保護領域に存在する。この場合、ｐ接触層は、電流保護領域全体にわたり一定の厚さで延在していることが好ましい。特に、ｐ接触層が、活性ゾーンに平行な方向において、関連するファセットと同一平面内で終了している、および／または、ｐコンタクト構造と端部が揃っている、ことが可能である。

【0036】

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト構造の材料は、ｐ接触層の材料よりも、ｐ領域における高い接触抵抗を有する。電流保護領域の境界部のうち、関連するファセットとは反対側の境界部においては、ｐ接触層およびｐコンタクト構造は、領域全体にわたり互いに接触していることが好ましい。

【0037】

少なくとも一実施形態によれば、ｐ接触層は、活性ゾーンに平行な方向において、ｐコンタクト構造から隔てられている。この場合、活性ゾーンに平行な方向において、ｐ接触層とｐコンタクト構造との間に空洞部を形成することができる。

【0038】

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、ストライプレーザ（strip laser）である。ストライプレーザは、リッジ導波路（ridge waveguide）を有する。ファセット間の共振器におけるレーザ放射の導波は、このリッジ導波路を介して可能になる。リッジ導波路は、特に、ｐ領域の一部をｐ領域の残りの領域より高くすることによって形成されている。レーザ放射のための共振器に垂直な方向におけるリッジ導波路の幅は、例えば、少なくとも１μｍ、または少なくとも５μｍ、および／または、最大で５０μｍ、または最大で１５μｍである。

【0039】

以下では、本発明の半導体レーザについて、例示的な実施形態に基づいて図面を参照しながらさらに詳しく説明する。個々の図において、同じ参照記号は同じ要素を示している。しかしながらこの場合、要素間の関係を正しい縮尺では示しておらず、むしろ、深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張した大きさで表現していることがある。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図2】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図3】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図4】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図5】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図6】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図7】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図8】本明細書に記載されている半導体レーザの例示的な実施形態の概略断面図を示している。

【図9】半導体レーザの変形形態の概略断面図を示している。

【図10】半導体レーザの変形形態の概略断面図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0041】

図１は、半導体レーザ１の例示的な実施形態を示している。基板７の上に半導体積層体２が位置している。半導体積層体２は、ｎ型導電性のｎ領域２１と、活性ゾーン２２と、ｐ型導電性のｐ領域２３とを有する。ｎ領域２１、活性ゾーン２２およびｐ領域２３は、基板７から離れる方向において互いに直接重なっている。

【0042】

半導体積層体２への電流の印加は、基板７の方向から、および／またはｎ領域２１から行われる一方で、ｐ接触層３およびｐコンタクト構造４から行われる。ｐコンタクト構造４は、少なくとも１種類の金属から形成されている。半導体レーザ１には、特に、例えばはんだ付けによって、またはボンディングワイヤを介して、ｐコンタクト構造４を介して外部から電気的に接触することができる。ｐ接触層３は、金属層、または透明導電性酸化物（特に、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、またはこれらの組合せ）からなる層である。ｐコンタクト構造４は、例えば、ｐ接触層３よりも少なくとも５倍厚い。

【0043】

活性ゾーン２２において生成されたレーザ放射は、半導体積層体２の中を導かれ、この場合、ｐ領域２３およびｎ領域２１それぞれがクラッド層を形成している。特に、ｐ領域２３は、レーザ放射がｐ接触層３にまったく達しない、または極めてわずかな量のみが達するように、厚く選択される。図１には、レーザ放射の強度Ｉを概略的に示してある。

【0044】

半導体積層体２は、活性ゾーン２２に平行な方向において、ファセット２５によって境界が形成されている。生成されたレーザ放射の反射または取り出しは、ファセット２５において起こる。したがってファセット２５には、高い反射性の層または反射防止層が成膜されていることが好ましい（図示していない）。すべての例示的な実施形態において、半導体積層体２にパッシベーション層（図示していない）が配置されていることがさらに好ましい。

【0045】

ファセット２５の近くに電流保護領域５が位置している。電流保護領域５からｐ接触層３が除去されている。電流保護領域５においては、ｐ領域２３がｐコンタクト構造４によって完全に覆われている。ｐコンタクト構造４とｐ接触層３は、活性ゾーン２２に平行な方向において領域全体にわたり互いに直接隣接している。

【0046】

ｐコンタクト構造４の材料は、ｐ領域２３への接触抵抗が、ｐ接触層３の材料よりも大幅に大きいため、電流保護領域５においてはｐ領域２３に電流が印加されない、または極めて小さい電流のみが印加される。電流保護領域５は、ファセット２５から離れる方向において、５μｍ〜４０μｍの範囲、または１０μｍ〜２０μｍの範囲を有することが好ましい。ファセット２５の直近では電流が印加されず、かつｐ領域２３は小さい横方向導電率のみを有するため、ファセット２５の直近では電荷キャリア再結合が起こらない、または無視できる程度の電荷キャリア再結合のみが起こる。結果として、ファセット２５におけるＣＯＤ（光学損傷）を回避することができ、このような電流保護領域５が存在しない対応するレーザよりも、高い電流において半導体レーザ１を動作させることができる。

【0047】

他の例示的な各実施形態においては、強度Ｉのプロファイルおよび基板７を描いていない。しかしながらこの点において、図１に関連して説明したプロファイルおよび基板が、特に明記していない限りは残りの例示的な実施形態にもあてはまる。

【0048】

図２の例示的な実施形態においては、ｐ接触層３が、ファセット２５の方に向かって連続的に薄くなっている。ｐ領域２３のうちファセット２５の直近の領域には、ｐ接触層３が存在しない。図２とは異なり、ｐ接触層３の厚さは、直線状に減少していくことができるのみならず、曲線形状を伴って減少していくこともできる。電流保護領域５に近いｐ接触層３のこの設計の結果として、ｐコンタクト構造４を作製するときにｐ接触層３が良好に覆われる。

【0049】

図３の例示的な実施形態においても、電流保護領域５からｐ接触層３が完全に除去されている。電流保護領域５においては、ｐ領域２３に絶縁体層６が成膜されている。絶縁体層６は、電気絶縁性かつ好ましくは熱伝導性の材料（例えば酸化アルミニウム）から形成されている。絶縁体層６は、原子層成長法によって作製されていることが好ましい。絶縁体層６の厚さは、ｐ接触層３の厚さより小さいことが好ましい。

【0050】

図４の例示的な実施形態においては、絶縁体層６は、ｐ接触層３と同じ厚さを有する。これに代えて、絶縁体層６をｐ接触層３より厚くすることもできる。

【0051】

図５に示した例示的な実施形態においては、電流保護領域５が、ｐ領域２３の局所的な修正部６１によって形成されている。電流保護領域５においては半導体積層体２に電流がまったく、または実質的に印加されないように、例えばｐ領域２３の逆スパッタリング、エッチング、またはプラズマ損傷によって、半導体積層体２とｐ接触層３との間の接触抵抗が局所的に増大している。

【0052】

図５によれば、ｐ接触層３およびｐコンタクト構造４の両方が、半導体積層体２におけるファセット２５と同一平面内で終了している。同じことは、図９の例示的な実施形態にもあてはまる。

【0053】

さらに、図５の表現の代替形態として、平面図において見たとき修正部６１がｐ接触層３の横に配置されていることが可能である。したがって図７を参照すると、修正部６１およびｐ接触層３の対向する終端部が同一平面内にあり、かつ互いに重なっていない。図７の実例とは異なり、修正部６１がｐ接触層３の下に延びていることも可能である。この場合、ｐ接触層３は電流保護領域５内に突き出している。図７の表現の代替形態として、平面視において修正部６１とｐ接触層３との間に隙間が形成されているように、修正部６１をｐ接触層３から隔てて配置することもできる。

【0054】

図８は、さらに、ｐ領域２３においてリッジ導波路９が突き出しており、この構造は、他のすべての例示的な実施形態においても可能である。リッジ導波路９によって、半導体積層体２の中でレーザ放射をファセット２５に垂直な方向にほぼ１次元に導くことが可能になる。図８の半導体レーザ１における電流保護領域は、例えば、図３に関連して説明したように設計されている。

【0055】

ｐ領域２３は、リッジ導波路９の外側では、電気絶縁層８によって覆われている。絶縁層８の上には、リッジ導波路９に横方向に平行に少なくともｐコンタクト構造４が載っている。図８とは異なり、リッジ導波路９の横、ｐコンタクト構造４と絶縁層８との間に、ｐ接触層３を位置させることもできる。

【0056】

すべての例示的な実施形態において、絶縁体層６、ｐ接触層３、および／またはｐコンタクト構造４を、複数の部分層から構成することが可能であり、この場合、これらの部分層は、互いに直接重なっていることが好ましい。さらには、例示的な実施形態を互いに組み合わせることができる。例えば、図２に関連して、例えば図３〜図５または図３〜図７に示した絶縁体層６または修正部６１を存在させることができる。同様に、すべての例示的な実施形態において、ファセット２５が部分的または完全に、絶縁体層６によって、または図示していないパッシベーションによって覆われていることも可能である。

【0057】

半導体レーザ１それぞれは、特に、互いに平行な向きにある相互に対向する２つのファセット２５を有する。これらのファセット２５それぞれに電流保護領域５が設けられていることが特に好ましく、この場合、両方のファセットに、類似する電流保護領域５を設けることができ、または、図１〜図７に関連して説明した異なる電流保護領域５を１つの半導体レーザ１において互いに組み合わせることができる。

【0058】

図９は、半導体レーザの変形形態を示している。この半導体レーザの場合、ｐ接触層３とｐコンタクト構造４の両方がファセット２５まで達している。結果として、ファセット２５の直近においても半導体積層体２への電流注入が起こる。結果としてファセット２５のすぐ近くで起こる電荷キャリアの再結合に起因して、ファセット２５の直近の半導体材料の加熱による損傷の危険性が高まる。したがって図９の半導体レーザは、このような損傷を回避する目的で、低い電流でのみ動作させることができる。

【0059】

図１０の変形形態においては、ｐ接触層３およびｐコンタクト構造４の両方が電流保護領域５から除去されている。しかしながら結果として、ウェハから標準的な工程を使用して半導体積層体２を作製することはできない。特に、図１〜図８の例示的な実施形態に関連して説明した連続的なｐコンタクト構造４と比較して、ｐコンタクト構造４が省かれていることに起因して機械的応力が発生する。したがって、図１０の変形形態と比較すると、説明してきた例示的な実施形態による半導体レーザ１の製造は単純化されている。

【0060】

ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの説明に限定されない。むしろ本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含む。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が特許請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に開示されていない場合であっても、本発明に含まれる。

【0061】

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１１６３３６．５号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照により本明細書に組み込まれている。

【符号の説明】

【0062】

１ 半導体レーザ
２ 半導体積層体
３ ｐ接触層
４ 金属ｐコンタクト構造
５ 電流保護領域
６ 絶縁体層
７ 半導体積層体の基板
８ 絶縁層
９ リッジ導波路
２１ ｎ領域
２２ 活性ゾーン
２３ ｐ領域
２５ ファセット
６１ 修正部
Ｉ 強度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】