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特許6896863表面実装可能な半導体レーザ、そのような半導体レーザを備えた装置およびその作動方法
(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】6896863
(24)【登録日】2021年6月11日
(45)【発行日】2021年6月30日
(54)【発明の名称】表面実装可能な半導体レーザ、そのような半導体レーザを備えた装置およびその作動方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/042 20060101AFI20210621BHJP
H01S 5/022 20210101ALI20210621BHJP
【ＦＩ】
H01S5/042 612
H01S5/022
【請求項の数】13
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2019-534360(P2019-534360)
(86)(22)【出願日】2017年12月18日
(65)【公表番号】特表2020-502816(P2020-502816A)
(43)【公表日】2020年1月23日
(86)【国際出願番号】EP2017083328
(87)【国際公開番号】WO2018114812
(87)【国際公開日】20180628
【審査請求日】2019年6月21日
(31)【優先権主張番号】102016125430.4
(32)【優先日】2016年12月22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】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】マーティン ミュラー
(72)【発明者】
【氏名】フーベアト ハルプリッター
【審査官】
村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−０７１１５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０７７２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１９２６７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−０５８９６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
端面発光体である表面実装可能な半導体レーザ（１）であって、
ｐ側（ｐ）とｎ側（ｎ）との間でレーザ放射（Ｌ）を発生するように構成された少なくとも１つの発生領域（２２）を有する半導体多層膜（２）と、
前記ｐ側（ｐ）および前記ｎ側（ｎ）の外部からの電気的接触接続のための少なくとも２つの接触面（３１，３２）と、
前記接触面（３１，３２）を有する側から、前記半導体多層膜（２）を完全に越えて延在し、かつ平面視で前記半導体多層膜（２）の縁部に存在し、それによって一部のみが前記半導体多層膜（２）の材料によって取り囲まれている複数のバスバー（５）と、
かつ／または
前記少なくとも１つの発生領域（２２）を、前記接触面（３１，３２）を有する側から完全に貫通し、かつ平面視で前記半導体多層膜（２）内に存在し、それによって前記半導体多層膜（２）の材料によって周囲を取り囲まれている複数のビア（４）と、を含み、
前記発生領域（２２）は、少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作されるように構成されており、
前記接触面（３１，３２）は、前記半導体多層膜（２）の同じ側において共通の平面内に存在し、それによって前記半導体レーザ（１）は、ボンディングワイヤなしで接触接続可能であり、
前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）は、平面視で少なくとも２つの列に配置されており、前記列のうちのそれぞれ少なくとも１つは、長手方向の軸線（Ａ）の各側に存在し、前記長手方向の軸線（Ａ）は、前記半導体レーザ（１）の共振器の軸線であり、前記列の各々は、複数の前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）を含んでいる、半導体レーザ（１）。
ｐ側（ｐ）とｎ側（ｎ）との間でレーザ放射（Ｌ）を発生するように構成された少なくとも１つの発生領域（２２）を有する半導体多層膜（２）と、
前記ｐ側（ｐ）および前記ｎ側（ｎ）の外部からの電気的接触接続のための少なくとも２つの接触面（３１，３２）と、
前記接触面（３１，３２）を有する側から、前記半導体多層膜（２）を完全に越えて延在し、かつ平面視で前記半導体多層膜（２）の縁部に存在し、それによって一部のみが前記半導体多層膜（２）の材料によって取り囲まれている複数のバスバー（５）と、
かつ／または
前記少なくとも１つの発生領域（２２）を、前記接触面（３１，３２）を有する側から完全に貫通し、かつ平面視で前記半導体多層膜（２）内に存在し、それによって前記半導体多層膜（２）の材料によって周囲を取り囲まれている複数のビア（４）と、を含み、
前記発生領域（２２）は、少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作されるように構成されており、
前記接触面（３１，３２）は、前記半導体多層膜（２）の同じ側において共通の平面内に存在し、それによって前記半導体レーザ（１）は、ボンディングワイヤなしで接触接続可能であり、
前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）は、平面視で少なくとも２つの列に配置されており、前記列のうちのそれぞれ少なくとも１つは、長手方向の軸線（Ａ）の各側に存在し、前記長手方向の軸線（Ａ）は、前記半導体レーザ（１）の共振器の軸線であり、前記列の各々は、複数の前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）を含んでいる、半導体レーザ（１）。
【請求項2】
前記半導体レーザ（１）は、複数の前記バスバー（５）を有している、請求項１記載の半導体レーザ（１）。
【請求項3】
前記半導体レーザ（１）は、複数の前記ビア（４）を有している、請求項１または２記載の半導体レーザ（１）。
【請求項4】
前記半導体多層膜（２）において、傾斜側面（６１）、ならびに発生領域（２２）を完全に貫通しかつ寄生レーザモードを阻止するように構成された底面（６０）を有する少なくとも２つの細長いトレンチ（６）が成形されており、前記トレンチ（６）は、レーザ放射（Ｌ）に対する吸収材料（６２）で少なくとも部分的に充填されている、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】
前記ビア（４）の少なくとも１つは、前記ｐ側（ｐ）および前記ｎ側（ｎ）のうちのいずれか一方を起点とする前記底面（６０）において終端し、当該少なくとも１つのビア（４）は、前記発生領域（２２）とは反対側の前記側面（６１）の少なくとも一部を覆い、当該少なくとも１つのビア（４）を介して当該ビア（４）が起点としない、前記ｎ側（ｎ）および前記ｐ側（ｐ）のうちのいずれか一方が電気的に接触接続されている、請求項４記載の半導体レーザ（１）。
【請求項6】
前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）は、平面視で前記長手方向の軸線（Ａ）に対して鏡面対称に配置されており、８個以上〜４２個以下の間の個数の前記ビア（４）および／またはバスバー（５）が存在している、請求項２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】
前記長手方向の軸線（Ａ）の両側に存在する前記ビア（４）は、前記ｐ側（ｐ）または前記ｎ側（ｎ）において、連続する面状および金属の電流分配要素（３３）を介して相互に接続されており、前記電流分配要素（３３）は前記発生領域（２２）に面状に電気的に接触接続する、請求項５または６記載の半導体レーザ（１）。
【請求項8】
前記半導体多層膜（２）は、少なくとも１つの面状の導電層（２１）を含み、該導電層（２１）は、前記発生領域（２２）の一方の側において横方向の電流拡張のために構成されており、当該の側には金属または酸化物の電流拡張要素（３３）は含まれず、前記導電層（２１）は、前記接触面のうちの一方（３２）とオーミック接触しており、前記導電層（２１）は、前記発生領域（２２）と同じ半導体材料系に基づき、前記発生領域（２２）よりも少なくとも５倍高い平均ドーパント濃度を有している、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】
平面視で前記ビア（４）および／または前記バスバー（５）全体の面積と、前記発生領域（２２）の面積との商は、０．０２以上〜０．２以下の間である、請求項２から８までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項10】
さらに前記半導体多層膜（２）が成長している成長基板（７）を含み、該成長基板（７）は導電性であり、前記半導体多層膜（２）は、ＡｌＩｎＧａＡｓ材料系をベースにしており、前記半導体レーザ（１）は端面発光体であり、前記発生領域（２２）は、当該発生領域（２２）内でトンネルダイオード（２４）を介して相互に電気的に直列に相互接続された複数の活性層（２３）を含む、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】
前記半導体多層膜（２）は、平面視で相互に平行に配置された少なくとも２つの発生領域（２２）を有し、前記接触面（３１，３２）のうちの少なくとも１つは、平面視で当該発生領域（２２）の間に存在する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体レーザ（１）。
【請求項12】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の少なくとも１つの半導体レーザ（１）と、
前記半導体レーザ（１）を少なくとも１０Ａの一時的な電流でパルス制御して動作させるためのドライバ（１１）と、を備え、
前記半導体レーザ（１）は、ボンディングワイヤなしで前記ドライバ（１１）に電気的に接続されており、それによって２つの接触面（３１，３２）は、半導体多層膜（２）の前記ドライバ（１１）に面する側に存在する、装置（１０）。
前記半導体レーザ（１）を少なくとも１０Ａの一時的な電流でパルス制御して動作させるためのドライバ（１１）と、を備え、
前記半導体レーザ（１）は、ボンディングワイヤなしで前記ドライバ（１１）に電気的に接続されており、それによって２つの接触面（３１，３２）は、半導体多層膜（２）の前記ドライバ（１１）に面する側に存在する、装置（１０）。
【請求項13】
請求項１２記載の装置（１０）を動作させる動作方法であって、
前記半導体レーザ（１）が、発生領域（２２）において少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作される、動作方法。
前記半導体レーザ（１）が、発生領域（２２）において少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作される、動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここでは、表面実装可能な半導体レーザが提供される。さらに、そのような半導体レーザを備えた装置およびその動作方法が提供される。
【0002】
解決すべき課題は、大電流を用いて高い繰り返し率でパルス制御されて動作可能である半導体レーザを提供することである。
【0003】
この課題は、とりわけ独立請求項の特徴を有する半導体レーザによって、装置によって、および動作方法によって解決される。好ましい発展形態は従属請求項の対象である。
【0004】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは表面実装可能である。このことは、半導体レーザを、例えば電気的ドライバの表面上に載置することにより、そして例えばその後の加熱およびはんだ付け、あるいは接着を用いることによって固定可能であることを意味する。すなわち、この半導体レーザは、表面実装（英語表記；surfacemounttechnology、略してＳＭＴ）を介して電気的および機械的に接続可能である。
【0005】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは半導体多層膜を含む。この半導体多層膜は少なくとも１つの発生領域を含み、この場合、この発生領域は、レーザ放射を発生するように構成されている。特に、発生領域は、電荷担体再結合を介してレーザ放射が発生する１つ以上の活性層を含む。さらに、この発生領域は、好ましくは導波路層およびクラッド層を含む。発生領域において、電流フローは、好ましくは半導体多層膜の成長方向に平行な方向にのみまたは実質的に平行な方向にのみ行われる。すなわち、発生領域は、成長方向に垂直な方向の横方向の電流拡張のためには構成されていないか、または有意に構成されていない。
【0006】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザの発生領域および／または半導体多層膜および／またはすべての半導体材料は、ｐ側とｎ側との間に存在している。特に、ｐ側は、アノードコンタクト用の半導体材料のコンタクト領域として構成され、ｎ側はカソードコンタクト用に構成されている。
【0007】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは少なくとも２つの接触面を含む。これらの接触面は、外部からの電気的接触接続のために構成されている。特にこれらの接触面は、直接ｐ側および／またはｎ側に存在し、あるいはｐ側もしくはｎ側とオーミック接触し、かつ／またはｐ側および／またはｎ側に接触している。好ましくは、カソードコンタクトおよびアノードコンタクト用のそれぞれ少なくとも１つの接触面が存在する。接触面とは、好ましくは金属面である。すなわち、接触面は、１つ以上の金属から組み合わされてもよく、そのためそれらは金属接触面である。この場合、ｐ側およびｎ側への改善された電気的接続を得るために、すべての接触面を同一に構築してもよいし、あるいは異なる材料から形成してもよい。
【0008】
少なくとも一実施形態によれば、発生領域は、パルス制御されて動作されるように構成される。順次連続するレーザパルス間の繰り返し率および／またはバーストとも称されるパルスグループ間の繰り返し率は、例えば少なくとも１Ｈｚもしくは５Ｈｚもしくは１５Ｈｚもしくは０．２ＭＨｚもしくは０．５ＭＨｚもしくは１ＭＨｚである。順次連続するレーザパルス間の繰り返し率は、代替的または付加的に、最大で５００ＭＨｚもしくは１００ＭＨｚもしくは５０ＭＨｚであり、順次連続するパルスグループ間の繰り返し率は、最大で１５ＭＨｚもしくは１０ＭＨｚもしくは５ＭＨｚである。パルスグループ内では、レーザパルスは、より迅速に順次連続し得る。パルスグループは、例えば、少なくとも２個もしくは５個もしくは１０個もしくは１×１０６個もしくは１０×１０６個のパルスから組み合わされており、かつ／または最大で５００×１０６個もしくは２００×１０６個もしくは１００×１０６個のパルスから組み合わされている。
【0009】
少なくとも一実施形態によれば、発生領域は、一時的に特にレーザパルスの発生中に、高い電流もしくは電流密度で動作する。例えば平面視で発生領域を見て電流密度は、一時的に好ましくは最小で３０Ａ／ｍｍ２もしくは８０Ａ／ｍｍ２もしくは１５０Ａ／ｍｍ２である。代替的または付加的に、この電流密度は、最大で１０００Ａ／ｍｍ２もしくは６００Ａ／ｍｍ２である。この場合、発生領域における電流方向は、半導体多層膜の成長方向に好ましくは平行であるかまたはほぼ平行である。
【0010】
少なくとも一実施形態によれば、電気的接触面は、半導体多層膜の同じ側に存在する。特に、接触面は、共通の平面内に存在する。この共通の平面は、好ましくは半導体多層膜の成長方向に垂直に向けられている。共通の平面との用語は、製造に起因して接触面間に小さな段差が生じることを排除するものではない。すなわち、共通の平面との用語には、この平面および／または接触面に垂直な方向で最大３μｍまたは２μｍまたは１μｍまたは０．２μｍの許容誤差を備え得る。ここでの許容誤差は、接触面の平均層厚より小さい可能性もある。接触面は、特に好ましくは少なくとも部分的に共通の平面内に存在する。
【0011】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、ボンディングワイヤなしで接触接続可能である。すなわち、半導体レーザは、ボンディングワイヤを使用することなく、接触面上にはんだ付けするかまたは導電的に接着することができる。電気的接触接続の際のボンディングワイヤの回避によって、電気的接触接続のインダクタンスは大幅に低減可能である。これにより、高い繰り返し率および電流密度を得ることができ、ならびに急峻な電流エッジと共に個々のレーザパルスの急峻なパルスエッジも得ることができる。
【0012】
少なくとも一実施形態では、半導体レーザは表面実装可能であり、ｐ側とｎ側との間でレーザ放射を発生するように構成された少なくとも１つの発生領域を有する半導体多層膜を含む。さらに、半導体レーザは、ｐ側およびｎ側の外部からの電気的接触接続のための少なくとも２つの接触面を含む。この場合、発生領域は、少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作されるように構成されている。接触面は、半導体多層膜の同じ側において共通の平面内に、特に最大で２μｍの許容誤差を伴って存在しており、それによりこの半導体レーザは、ボンディングワイヤなしで接触接続可能であり、好ましくは接触面を介して、特に専ら接触面を介して、機械的にも電気的にも接触接続している。
【0013】
半導体レーザチップの取り付けの際に、通常、ボンディングワイヤは、半導体多層膜の電気的接触側に使用される。しかしながら、このボンディングワイヤの使用は欠点をもたらす。特に、電気的接触接続の際にはボンディングワイヤの取り付けに基づいて付加的な処理ステップが必要とされ、このことはコストの増加をまねく。さらに、ボンディングワイヤによって付加的な電気抵抗が発生し、これは部品の性能を制限する。しかしながら、特にボンディングワイヤは、それに伴うインダクタンスに基づき、パルス制御されたレーザ動作時のパルス立ち上がり時間を制限する。
【0014】
多くの用途に対して、例えば周辺環境走査などでは、４０Ａ以上の動作電流で１ｎｓまたは２ｎｓの範囲のパルス長が必要である。このことをボンディングワイヤを用いて実現することは、全くあるいは非常に困難である。ボンディングワイヤの厚み増加、可及的に短いボンディングワイヤの使用、またはボンディングワイヤの数の増加などの手段によって、前述した欠点は、全くあるいは限定的にしか克服することはできない。
【0015】
特に、本明細書に記載された装置では、ボンディングワイヤの使用なしで電気的ドライバに直接接触させることにより接続させることが可能な半導体レーザが使用される。ドライバへの接続は、例えば導電性接着剤を介して、あるいははんだを介して実現される。ここでのこの接続は、機械的固定と電気的接続とを同時に引き継ぐ。このことを達成するために、電気的接触面は半導体多層膜の同じ側に存在している。ボンディングワイヤをなくすことにより、システムのインダクタンスは大幅に低減される。これにより、特に高い電流強度において、レーザパルスの著しく急峻なパルス立ち上がりエッジを得ることができる。さらに、ボンディングワイヤの節約により、コスト削減に結び付くとともに半導体レーザに対する電気抵抗も低減される。
【0016】
例えば、カソードに面状にはんだ付けされ、４本のボンディングワイヤを介してアノードに接続されている半導体レーザの場合、ボンディングワイヤに基づくインダクタンスは約０．２５ｎＨであるが、半導体レーザ自体の寄与は典型的には０．０５ｎＨ未満である。したがって、約０．３ｎＨの総インダクタンスに対するボンディングワイヤの寄与はこのケースでは圧倒的である。それに対して、本明細書に記載するボンディングワイヤなしでの接触接続パターンでは、約０．１ｎＨ以下の総インダクタンスを得ることが可能になる。したがって、レーザパルスの立ち上がり時間および立ち下がり時間も３倍以上短縮することが可能である。
【0017】
少なくとも一実施形態によれば、半導体多層膜はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースにしている。半導体材料とは、例えば、ＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮなどの窒化物系化合物半導体材料、またはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＰなどのリン化物系化合物半導体材料であり、あるいはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＡｓもしくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓｋＰ１−ｋなどのヒ化物系化合物半導体材料でもあり、この場合、それぞれ、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１、ならびに０≦ｋ＜１である。好ましくは、ここでは半導体多層膜の少なくとも１つの層またはすべての層に対して、０＜ｎ≦０．８、０．４≦ｍ＜１およびｎ＋ｍ≦０．９５、ならびに０＜ｋ≦０．５である。この場合、半導体多層膜はドーパントならびに付加的な成分を有し得る。しかしながらここでは簡略化するために、半導体多層膜の結晶格子の実質的な成分のみが、つまりＡｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰのみが、たとえそれらが少量の別の物質によって部分的に置換可能および／または補足可能であったとしても提示されている。特に、半導体レーザは、ＡｌＩｎＧａＡｓ材料系、つまりＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＡｓをベースにしており、この場合は、半導体多層膜内には好ましくはＡｌも、Ｉｎ、ＧａおよびＡｓも、結晶格子の主要成分として存在している。
【0018】
少なくとも一実施形態によれば、発生するレーザビームの最大強度は、紫外スペクトル領域もしくは可視スペクトル領域もしくは近赤外スペクトル領域もしくは中赤外スペクトル領域にある。好ましくは、近赤外スペクトル領域の最大強度は、例えば少なくとも７８０ｎｍおよび／または最大で１０６０ｎｍの波長にある。
【0019】
少なくとも一実施形態によれば、発生する個々のレーザパルスのパルス持続時間は、少なくとも０．２ｎｓもしくは１ｎｓもしくは１．５ｎｓもしくは２ｎｓもしくは５ｎｓであり、かつ／または最大で１００ｎｓもしくは４０ｎｓもしくは１２ｎｓもしくは６ｎｓである。パルス持続時間は、特に、最大値の半分の高さにおける全幅であり、これはＦＷＨＭとも称される。
【0020】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、複数のバスバーを含む。これらのバスバーは、好ましくは半導体多層膜の成長方向に平行な方向に延在している。特にこれらのバスバーは、発生領域および／または半導体多層膜および／または半導体レーザのすべての半導体材料を完全に貫通して延在している。これらのバスバーは、好ましくはそれぞれの種類の電気的接触面と、例えばアノードコンタクトまたはカソードコンタクトと、ならびに相応に関連するｐ側またはｎ側と、特にオーミック接触で接続されている。
【0021】
少なくとも一実施形態によれば、バスバーは平面視で半導体多層膜の縁部に存在している。これは、バスバーが平面視で一部のみ半導体多層膜の材料によって取り囲まれていることを意味する。例えば、バスバーは半円筒として構成されており、この場合半円筒の長手方向の軸線は、好ましくは半導体多層膜の成長方向に平行に向けられている。
【0022】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは複数のビアを含む。これらのビアは、接触面の一方の側から、発生領域および／または半導体多層膜および／または半導体レーザのすべての半導体材料を完全に貫通している。ビアは、この場合バスバーに類似して、接触面の種類と、関連するｐ側またはｎ側とにオーミック接触で接続されている。
【0023】
少なくとも一実施形態によれば、ビアは、平面視で半導体多層膜内に存在している。したがってビアは、半導体多層膜の材料によって周囲を取り囲まれている。例えば、ビアは円筒形に構成されており、この場合この円筒の長手方向の軸線は、半導体多層膜に平行に向けられてもよい。
【0024】
少なくとも一実施形態によれば、ビアおよび／またはバスバーは、金属の導電要素である。すなわち、ビアおよび／またはバスバーは、１つ以上の金属からなり得る。さらに、バスバーおよび／またはビアは、中実体またはコーティングとして実施されることが可能である。コーティングの場合、ビアおよび／またはバスバーは、例えば中空円筒形、中空円錐形または二重中空円錐形のような中空体として成形されている。中実体の場合、ビアおよび／またはバスバーは、例えば中実円筒形または中実円錐形または中実二重円錐形として存在する。
【0025】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、ビアもバスバーも有する。代替的に専らバスバーもしくは専らビアが存在していることも可能である。
【0026】
少なくとも一実施形態によれば、半導体多層膜内で、１つ、２つ、または３つ以上のトレンチが成形されている。これらのトレンチは、好ましくは細長い形状を有し、例えば半導体レーザの共振器の軸線に完全にもしくはほぼ完全に平行に延在している。
【0027】
少なくとも一実施形態によれば、トレンチは、底面と側面とを有する。底面は、半導体多層膜の成長方向に垂直に向けられてもよく、かつ／または接触面に平行に向けられてもよい。側面は、特に半導体多層膜の成長方向に平行に、かつ／または接触面に垂直に延びる。代替的にこの側面は、例えば半導体多層膜の成長方向に対して少なくとも５°もしくは１５°もしくは３０°もしくは４５°の角度で傾斜して形成されてもよいし、かつ／または最大で７０°または５０°または４０°の角度で傾斜して形成されてもよい。
【0028】
少なくとも一実施形態によれば、発生領域は、トレンチによって完全に貫通されている。トレンチは、半導体多層膜の成長基板に達することが可能である。
【0029】
成長基板の代わりに、ここおよび以下において、成長基板とは異なる交換支持体が存在してもよい。
【0030】
少なくとも一実施形態によれば、トレンチは、半導体レーザ内の寄生レーザモードが阻止もしくは抑圧されるように構成されている。このことは、特に傾斜した側面によって達成される。したがって、共振器の軸線に平行な方向のレーザモードの形成は、トレンチを介して促進され、共振器の軸線に対して傾斜する方向のレーザモードは、トレンチによって低減もしくは抑圧される。
【0031】
少なくとも一実施形態によれば、トレンチは、レーザ放射に対する吸収材料で部分的にまたは完全に充填されている。この吸収材料は、金属、半導体材料、または有機もしくは無機染料であり得る。吸収するとは、例えばレーザ放射が対応する材料に当たったときに最大で９０％もしくは７０％もしくは５０％もしくは３０％が反射されることを意味する。
【0032】
少なくとも一実施形態によれば、ビアおよび／またはバスバーの少なくとも１つが、または少なくともいくつかが、またはすべてが、底面において終端する。ここではこれらのビアおよび／またはバスバーは、電気的接触面を有する側を起点とすることができ、この場合これらの電気的接触面を有する平面は、半導体多層膜のための成長基板かまたは半導体多層膜の成長基板とは反対の側に存在し得る。
【0033】
少なくとも一実施形態によれば、ビアから電流拡張要素は、トレンチの側面のうちの少なくとも１つを越えてｐ側およびｎ側にまで達する。電流拡張要素とは、好ましくは金属要素である。ここでは電流拡張要素がトレンチ内で吸収材料を完全にまたは部分的に形成することも可能である。
【0034】
少なくとも一実施形態によれば、ビアのうちの少なくとも１つは、ｐ側またはｎ側を起点としトレンチを貫通して底面にまで達し、当該底面で終端する。この場合、この少なくとも１つのビアは、好ましくは発生領域とは反対側のトレンチの側面に沿って延在し、この側面を完全にまたは好ましくは部分的にのみ覆う。この少なくとも１つのビアを介して、ビアの起点とならないｎ側およびｐ側のうちのいずれか一方が電気的に接触接続している。換言すれば、この少なくとも１つのビアによって、好ましくは半導体レーザ内部に存在する側、つまりｐ側またはｎ側、つまり特に発生領域と成長基板との間の側に接触接続する。
【0035】
少なくとも一実施形態によれば、ビアおよび／またはバスバーは平面視で少なくとも２つの列に配置されている。この場合これらの列のうちのそれぞれ少なくとも１つは、長手方向の軸線の各側に存在している。好ましくは、長手方向の軸線は半導体レーザの共振器の軸線である。これらの列の各々は、ビアおよび／またはバスバーのうちの複数を含む。
【0036】
長手方向の軸線の一方の側に、長手方向の軸線の他方の側よりも多くの列を配置することが可能である。これらの列は、平面視で直線的に延びてもよく、長手方向の軸線に平行にもしくはほぼ平行に向けられてもよい。ほぼ平行にとは、特に、長手方向の軸線と関連する列との間の角度が最大で２０°もしくは１０°もしくは５°であることを意味する。すべての列は、長手方向の軸線に対して同じ角度を有し得る。代替的に、これらの列またはこれらの列のうちの少なくともいくつかは、長手方向の軸線に対して異なる方向に向けられている。
【0037】
少なくとも一実施形態によれば、ビアおよび／またはバスバーは、平面視で半導体レーザの長手方向の軸線に鏡面対称に配置されている。長手方向の軸線とは、好ましくはここでも平面視で半導体レーザの共振器の軸線である。共振器の軸線は、例えば半導体レーザの２つの共振器端面の間を直線状に延在する。この場合、長手方向の軸線の両側に、好ましくは厳密に１つの列のビアおよび／またはバスバーが存在する。代替的に、長手方向の軸線の両側に複数の列のビアおよび／またはバスバーが存在してもよい。代替的に、平面視で少なくとも１つのビアおよび／またはバスバーが、共振器の軸線の一方の側にのみ存在する。
【0038】
これらの列では、ビアおよび／またはバスバーは、好ましくは直線に沿って配置されている。この直線に沿って、ビアおよび／またはバスバーは、相互に等距離に配置されてもよいし、あるいは密度勾配を有し得る。それにより、例えばこの装置ラインの中央ではビアおよび／またはバスバーが当該ラインの端部よりも密に配置されている。
【0039】
ビアおよび／またはバスバーは、隣接する列において、特に共振器の放射結合面から相互にずらされて配置されていることが可能である。このことは、長手方向の軸線の一方の側における列に対しても、長手方向の軸線の両側に配置されている列に対しても当てはまる。長手方向の軸線の一方の側に複数の列が存在する場合には、ビアおよび／またはバスバーは、平面視で好ましくは規則的な六角形パターンに配置されてもよい。これらの列は、同じ数のビアおよび／またはバスバーを有することができ、あるいは異なる数のビアおよび／またはバスバーを有することもできる。
【0040】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、少なくとも６個もしくは８個もしくは１２個もしくは２０個のビアおよび／またはバスバーを有し、かつ／または最大で６４個もしくは４２個もしくは２４個もしくは１６個のビアおよび／またはバスバーを有する。代替的または付加的に、特に列内での、隣接するビアおよび／またはバスバーの間の距離は、少なくとも５μｍもしくは１０μｍであり、かつ／または最大で５０μｍもしくは２０μｍである。再び代替的または付加的に、ビアおよび／またはバスバーの平均直径は、少なくとも１０μｍもしくは１５μｍであり、かつ／または最大で８０μｍもしくは４０μｍである。
【0041】
少なくとも一実施形態によれば、ｐ側および／またはｎ側におけるビアは、連続する面状および／または金属の電流分配要素を介して相互に接続されている。このことは特に、長手方向の軸線の両側に存在するビアおよび／またはバスバーに対して当てはまる。電流分配要素は、例えば、１つ以上の金属からなる金属層および任意選択的に複数の金属副層からなる金属層によって形成されている。
【0042】
少なくとも一実施形態によれば、電流分配要素は、発生領域に面状に接触接続する。特に、電流分配要素は、ｐ側またはｎ側上に直接存在している。発生領域は、平面視で電流分配要素によって完全に覆われ、全面にわたって電気的に接触接続されてもよい。
【0043】
少なくとも一実施形態によれば、半導体多層膜は、半導体材料からの１つ以上の導電層を含む。少なくとも１つの導電層は、好ましくは面状に構成されており、半導体多層膜全体を越えて、特に半導体多層膜の成長方向に垂直な方向に延在し得る。導電層は、横方向の電流拡張のために、つまり半導体多層膜の成長方向に垂直な方向の電流拡張のために構成されている。
【0044】
少なくとも一実施形態によれば、導電層は、発生領域の一方の側においてのみ、特に発生領域の成長基板または交換支持体に面する側に存在する。したがって導電層は、半導体多層膜の接触面とは異なる側にあってもよい。
【0045】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、半導体ベースの導電層が存在する場合、電流拡張要素を含まない。そのような電流拡張要素は、例えば金属層かまたは例えば酸化インジウムスズのような透明な導電性酸化物からなる酸化物層によって形成されるであろう。
【0046】
少なくとも一実施形態によれば、導電層は、複数の接触面のうちの１つと、または複数の接触面のうちの１つの種類と、つまり例えばアノードコンタクトまたはカソードコンタクトとオーミック接触している。
【0047】
少なくとも一実施形態によれば、導電層は、発生領域と同じ材料系、つまり例えばそれぞれＡｌＩｎＧａＡｓをベースにしている。特に横方向における導電層のより高い導電率を達成するために、導電層は、平均して、好ましくは、発生領域よりも少なくとも５倍または１０倍高くドープされる。例えば、導電層内のドーパント濃度は、少なくとも１×１０１８ｃｍ−３もしくは１×１０１９ｃｍ−３もしくは１×１０２０ｃｍ−３である。
【0048】
少なくとも一実施形態によれば、平面視で一緒に考慮されるビアおよび／またはバスバー全体の面積と、発生領域の面積との商は、結局のところ少なくとも０．０２もしくは０．０５もしくは０．１である。代替的または付加的に、この商は最大で０．３もしくは０．２もしくは０．１である。換言すれば、ビアおよび／またはバスバーは、平面視で発生領域に対して比較的大きい面積をとる。
【0049】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、その上に半導体多層膜が成長した成長基板を含む。この成長基板は、好ましくは導電性材料、特に半導体材料からなる。例えば、成長基板はＧａＡｓ基板である。
【0050】
少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは端面発光体である。すなわち、半導体レーザの共振器の軸線および／または発光方向は、半導体多層膜の成長方向に垂直に向けられている。代替的に、半導体レーザは、その共振器の軸線および／または発光方向が半導体多層膜の成長方向に平行に向けられている面発光体である。
【0051】
少なくとも一実施形態によれば、発生領域は、複数の活性層を含む。これらの活性層は好ましくは半導体多層膜の成長方向に沿って相互に連続しており、かつ平面視で相互に同一に配置されてもよい。これらの活性層は、発生領域内でトンネルダイオードを介して互いに電気的に相互接続されている、特に直列に接続されていることが可能である。
【0052】
少なくとも一実施形態によれば、半導体多層膜は２つ以上の発生領域を有する。好ましくは、発生領域は平面視で互いに隣接して配置されており、さらに相互に離間している。これらの発生領域は、相互に平行に配置されてもよく、それにより特に発生領域の共振器の軸線が、半導体多層膜の成長方向に垂直な方向に関して、相互に平行に向けられ、かつ／または同じ平面内に存在している。
【0053】
少なくとも一実施形態によれば、平面視で複数の接触面またはこれらの接触面のうちの少なくとも１つまたはこれらの接触面のうちの１つの種類、つまりアノードコンタクトまたはカソードコンタクトが、平面視で隣接する発生領域の間に存在している。代替的または付加的に、平面視で複数のビアまたはこれらのビアの一部は、隣接する発生領域の間に存在していてもよい。
【0054】
その上さらに、装置が提示される。この装置は、上述した実施形態のうちの１つ以上との関連で提示されたような少なくとも１つの半導体レーザを備える。それゆえこの装置の特徴は、半導体レーザについても開示され、その逆もまた同様である。
【0055】
少なくとも一実施形態では、この装置は１つ以上の半導体レーザならびに１つ以上のドライバを含む。電気的ドライバは、少なくとも１つの半導体レーザのパルス制御された動作のために構成されている。特に、少なくとも１つの半導体レーザは、ドライバを介して少なくとも１０Ａもしくは２０Ａもしくは４０Ａの一時的な電流で動作可能であり、かつ／または最大で１５０Ａもしくは１００Ａもしくは６０Ａの一時的な電流で動作可能である。その際半導体レーザは、ボンディングワイヤなしでドライバに電気的に接続されており、そのため半導体レーザの２つの接触面は、半導体多層膜のドライバに面する側に存在している。
【0056】
その上さらに、そのような装置および／またはそのような半導体レーザを動作させる動作方法が提示される。それゆえこの動作方法の特徴は、装置ならびに半導体レーザについても開示され、その逆もまた同様である。
【0057】
少なくとも一実施形態では、この動作方法によれば、平面視で半導体レーザは、発生領域において少なくとも３０Ａ／ｍｍ２の一時的な電流密度でパルス制御されて動作される。
【0058】
以下では本明細書に記載の半導体レーザ、本明細書に記載の装置ならびに本明細書に記載の動作方法を、図面を参照しながら実施例に基づきさらに詳細に説明する。その際個々の図面において同じ参照符号は同じ要素を示す。ただしこの場合縮尺の関連性は示されておらず、むしろ個々の要素は、より良好な理解のために誇張的に拡大表示されている場合もある。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図および平面図
【図2】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図および平面図
【図3】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図および平面図
【図4】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図および平面図
【図5】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図6】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図7】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図8】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図9】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図10】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図11】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図12】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図13】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図14】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図15】本明細書に記載の半導体レーザの概略的な斜視図
【図16】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図および平面図
【図17】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図18】本明細書に記載の半導体レーザの実施例の概略的な断面図
【図19】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図20】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図21】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図22】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図23】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図24】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図25】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図26】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【図27】本明細書に記載の半導体レーザを備えた本明細書に記載の装置の実施例の概略的な断面図
【0060】
図１には、半導体レーザ１の一実施例が示されており、図１Ａでは断面図が参照され、図１Ｂでは平面図が参照される。
【0061】
半導体レーザ１は、例えばＧａＡｓからの成長基板７を含む。この成長基板７上には半導体多層膜２が存在しており、これは好ましくはＡｌＩｎＧａＡｓをベースにしている。この半導体多層膜２内には、電荷担体再結合を介してレーザ放射Ｌを発生するように構成されている発生領域２２が存在する。導電性の成長基板７によって、ｎ導電型のｎ側ｎが形成され、半導体多層膜２によってｐ導電型のｐ側ｐが形成されている。
【0062】
さらに、半導体レーザ１は、電気的接触面３１，３２を含む。これらの電気的接触面３１，３２は、例えばクロム、金、白金、および／またはチタンなどの金属コーティングによって形成されている。この場合、これらの接触面３１，３２は、半導体多層膜２を有する側に存在する。接触面３１はアノードコンタクトであり、２つの接触面３２はカソードコンタクトである。図１において、接触面３１の下方の発生領域２２は、半導体多層膜２と同一であってもよく、したがって成長基板７および接触面３１に直接隣接する。
【0063】
接触面３１を介して、半導体多層膜２は電気的に直接接触接続している。接触面３２からは、半導体多層膜２ならびに成長基板７を完全に貫通してｎ側ｎにまで達する電気的ビア４が延びている。ｎ側ｎには電流拡張要素３３が存在しており、これも金属層から形成されている。電流拡張要素３３は、レーザ放射Ｌに対して非透過性であり、電流拡張要素３３は、好ましくはこのことが他のすべての実施例にも当てはまるように少なくとも１００ｎｍの厚さを有する。
【0064】
それにより、半導体レーザ１は、ボンディングワイヤを必要とすることなく、共通の平面内に存在する接触面３１，３２を介して外部から電気的に接触接続可能である。半導体レーザ１内の電流フローＩは、破線で象徴的に示されている。ビア４は、例えば、ほぼ二酸化シリコンからなる電気的絶縁層８を用いて、半導体多層膜２および成長基板７から、電気的に分離されている。
【0065】
接触面３１，３２は、長手方向ｚに沿って長手方向の軸線Ａに平行に延びている。この長手方向の軸線Ａは、同時に端面発光型半導体レーザ１の共振器の軸線を形成する。ビア４は、半導体レーザの成長方向ｙに平行に延びている。ビア４は、長手方向の軸線Ａに対して対称に配置されている。ビア４は、長手方向の軸線Ａの両側で、長手方向の軸線Ａに平行な直線に沿って等距離に延びている。ビア４の直径は、例えば約２０μｍであり、ビア４間の距離は、例えば約１０μｍである。平面視で発生領域２２は、接触面３１とほぼ同一に延びている。
【0066】
他のすべての実施例のように、成長基板７は、例えば少なくとも５０μｍの厚さを有し、かつ／または最大で２００μｍの厚さを有する。成長方向ｙに沿った半導体多層膜２の厚さは、例えば少なくとも３μｍもしくは５μｍであり、かつ／または最大で２５μｍである。長手方向ｚに沿って、半導体レーザ１は、例えば少なくとも３００μｍもしくは６００μｍの拡がりを有し、かつ／または最大で５ｍｍもしくは３ｍｍもしくは２ｍｍもしくは１ｍｍの拡がりを有する。横断方向ｘに沿って、半導体レーザ１の幅は、特に少なくとも２００μｍもしくは３００μｍであり、かつ／または最大で８００μｍもしくは５００μｍである。半導体レーザ１の幅における発生領域２２の割合は、例えば、最低で１５％もしくは３０％もしくは４５％であり、かつ／または最大で８０％もしくは７０％もしくは５５％である。
【0067】
図１の表示とは異なり、他のすべての実施例のように、半導体レーザ１は、相互に隣接した半導体領域もしくは発生領域２２および／または上下に積層された複数の半導体領域もしくは発生領域２２を有するいわゆるマルチエミッタおよび／またはレーザバーであることが可能である。
【0068】
図１Ｂでは、長手方向の軸線Ａの両側に、ビア４を有する１つの列のみが示されている。他のすべての実施例でも可能であるように、複数のそのような列が長手方向の軸線Ａの各側に存在してもよい。
【0069】
図２の実施例では、図２Ｂの平面図に電流フローＩが概略的に示されている。図を簡単にするために、図１における絶縁層８は図２では示されていない。
【0070】
図１とは異なり、発生領域２２および接触面３１，３２を有する側の電流拡張要素３３は、それに応じて成長基板７の、発生領域２２とは反対の側に存在する。この電流拡張要素３３は、全面にわたってすべてのビア４と相互に接続している。
【0071】
任意選択的に他のすべての実施例でも可能であるように、半導体多層膜２には発生領域２２に隣接して複数のトレンチ６が存在する。これらのトレンチ６は、好ましくは長手方向の軸線Ａに完全に沿って平行に延在する。これらのトレンチ６は、レーザ放射Ｌに対する吸収材料６２で充填されてもよい。吸収材料６２は、例えば吸収性の金属または吸収性の半導体材料によって形成されている。
【0072】
図３の半導体レーザ１の電気的接触接続の基本パターンは、図１のもの対応している。ここでは、吸収材料６２を有するトレンチ６が任意選択的に存在している。
【0073】
他のすべての実施例のように、ビア４は円筒形としてではなく、円錐形として、あるいは図３Ａに示すように二重円錐形として成形されていることが可能である。このビア４を形成するために、ビア４の二重円錐形は、例えば半導体多層膜２ならびに成長基板７の両側からのエッチングによって形成される。
【0074】
図４の実施例では、半導体多層膜２は付加的に、横方向の電流拡張、つまり横断方向ｘおよび任意選択的に長手方向ｚの電流拡張のために構成された高濃度ドープされた導電層２１を含む。この導電層２１は、全面にわたって半導体多層膜２を越えて延在し、発生領域２２と成長基板７との間に存在している。電流フローＩは、矢印で表されている。
【0075】
図４によれば、トレンチ６は、導電層２１にまでは達していない。発生領域２２の内部と、半導体多層膜２の導電層２１とは異なる領域の内部では、横方向の電流拡張は全く起こらないかまたはほとんど起こらない。すなわち、発生領域２２を貫通する電流フローは、実質的に成長方向ｙに平行に向けられている。
【0076】
その他の点では、図４の実施例は、好ましくは図１のものに相応している。
【0077】
図５の電気的接触接続パターンは、図２のものに相応している。ただし、トレンチは存在しない。
【0078】
図６では、横断方向ｘに沿って見て、ビア４が発生領域２２の一方の側にのみ存在していることが示されている。その他の点では、この接触接続は、好ましくは図１に示されているものに相応する。
【0079】
図７の実施例の場合も、ビア４は、横断方向ｘに沿って見て、発生領域２２の一方の側にのみ存在する。その他の点では、図７の実施例は、好ましくは図５のものに相応する。
【0080】
図１〜図７のビア４は、平面視でそれぞれ半導体多層膜２の材料によって周囲を取り囲まれている。これとは対照的に、図８では、ビアではなくバスバー５が存在する。これらのバスバー５は、横断方向ｘに沿って見て、半導体多層膜２の縁部に存在している。これらのバスバー５も、半導体多層膜２ならびに成長基板７を完全に成長方向ｙに平行に貫通している。特に示されていない平面視では、バスバー５は、例えば半円形に構成されている。
【0081】
その他の点では、図８の実施例は、好ましくは図６のものに相応する。図８で示されているものとは異なって、バスバー５は、図１の実施例に類似して発生領域２２の両側に存在していてもよい。
【0082】
図９によれば、接触面３１，３２ならびに電流拡張要素３３は、図８と比較して、成長基板７ならびに半導体多層膜２の反対側に存在している。それ以外は図８に対する説明が好ましくは同様に図９にも当てはまる。
【0083】
図１０の実施形態では、相互に離れた複数の発生領域２２が存在する。これらの発生領域２２の間には、横断方向ｘに沿って見て、ビア４を有する列が存在する。この場合、すべてのビア４は、電流拡張要素３３を介して電気的に短絡されている。発生領域２２の個々の駆動制御は、接触面３１を介して得ることができる。半導体多層膜２において、横断方向ｘに沿って見て接触面３２は、接触面３１と交互に入れ替わっている。
【0084】
その他の点では、図１０の実施例は、好ましくは図１のものに相応する。図１０の表示とは異なり、図５の接触接続パターンを使用することもでき、それにより接触面３１，３２ならびに電流拡張要素３３は、図１０の表示と比較して、それぞれ反対側に存在する。
【0085】
図１１の実施形態では、ビア４を有する１つの列のみが存在する。２つの発生領域２２（これらの間にビア４が存在する）は、接触面３１を介して相互に依存することなく電気的に駆動制御可能であってもよい。電流フローＩは、破線で象徴的に示されている。
【0086】
その他の点では、図１１の実施例は、好ましくは図５の実施例に相応する。代替的に、図１の接触接続パターンを同様に使用することもできる。
【0087】
図１２の実施例では、発生領域２２の間を横断方向ｘに沿って２つの列のビア４が存在している。各発生領域２２に対して、固有の電流拡張要素３３が存在している。したがって、各発生領域２２に対してそれぞれ接触面３１と、接触面３２とが存在する。換言すれば、半導体多層膜２および成長基板７において、図７からの半導体レーザが全部で２つ、単一の半導体レーザ１内に統合されている。
【0088】
図１２の表示とは異なり、図６の接触接続パターンを使用することもできる。同様に、図１２の各発生領域２２に対して２つの列のビア４が存在してもよい。そのため図５からの半導体レーザが２つ、図１２に類似して１つの要素内に統合されてもよい。
【0089】
図１０〜図１２では、それぞれ２つの発生領域２２のみが示されている。同様に、３つ以上の発生領域２２が存在してもよい。
【0090】
図１３には、半導体レーザ１の別の種類の実施例が示されている。ここでは底面６０と側面６１とを有するトレンチ６が存在している。底面６０は、成長方向ｙに垂直に向けられ、側面６１は、成長方向ｙおよび横断方向ｘに対して傾斜して延びる。他のすべての実施例のように、代替的に交換支持体によって形成されてもよい成長基板７から離れる方向で、トレンチ６の幅は連続的に増加する。
【0091】
接触面３１，３２を有する側から、ビア４は、成長基板７を完全に貫通して、トレンチ６の底面６０に達しそこで終端する。電流拡張要素３３は、発生領域２２に面する側面６１を越えて発生領域２２上方の半導体多層膜２の領域にまで延びる。
【0092】
したがって、図１３の接触接続パターンは、図７のものに相応する。同様に、図５の接触接続パターンを代替的に使用することもできる。同様に、図９の接触接続パターンを考慮することも、あるいは図９の接触接続パターンを図５に類似させて考慮することも可能である。この場合は、ビア４またはバスバー５は、それぞれ図１３に示されているように底面６０において終端する。
【0093】
図１４によれば、接触面３１，３２は、半導体多層膜２の成長基板７または交換支持体とは反対の側に存在している。この場合、半導体多層膜２は、導電層２１を有する。さらに、他のすべての実施例でも可能であるように、複数の活性層２３が存在しており、それらの間にそれぞれ１つのトンネルダイオード２４が存在している。例えば、少なくとも２個もしくは少なくとも３個の活性層２３が存在し、かつ／または最大で１０個もしくは最大で５個の活性層２３が存在する。
【0094】
接触面３１は、発生領域２２の上方に存在している。これとは対照的に、接触面３２は、ビア４を貫通し、トレンチ６を越えて導電層２１内にまで達している。ここでは、トレンチ６の形成の際に導電層２１が一部のみ除去されている。ビア４は、好ましくは長手方向ｚに連続するトレンチ６の、発生領域２２とは反対側の側面６１に区画されている。発生領域２２に面する側面６１上には、レーザ放射Ｌに対する吸収材料６２が任意選択的に存在している。図１５の実施例の斜視図では、図１４の実施例の変形例が示されている。ここでは、発生領域２２の左側ならびに右側の描写のために、ビア４が異なって構成されている。部品の内部では、すべてのビア４は、好ましくは同一構造で実施されている。
【0095】
発生領域２２の左側では、図１５によれば、接触面３２およびビア４が帯状に構成されている。それに対して図１５の発生領域２２の右側には、単一の面状の接触面３２が存在しており、これはトレンチ６内で導電層２１にまで連続するビア４の形態で延在している。
【0096】
図１５の図面とは異なり、ビア４を参照すれば、発生領域２２の左側に、単一のつながった接触面３２が存在していてもよく、これにより指状に延在するビア４がなくなる。
【0097】
図１５によれば、トレンチ６は、断面で見て半円形または半球形に構成されている。これとは対照的に、図１４では、トレンチは台形に実施されており、これに対して例えば図２のトレンチは、矩形の形状をしている。トレンチ６の各形状は、実施例の間で交換可能であり、そのため、例えば図１４でのトレンチ６も、半球形または矩形の形状を有することができる。
【0098】
横断方向ｘに沿って、図１６では半導体レーザ１の半部のみが示されている。図１６の実施例では、接触接続パターンは、図１４および図１５のものに類似して実施されている。しかしながら、ビア４は、トレンチ６に隣接して存在しており、そのため発生領域２２は、トレンチ６によってビア４から分離されている。この場合、好ましくは単一の連続した帯状の接触面３２から延在するビア４は、導電層２１内にまで達する。これらのビア４はそれぞれ円錐台形である。
【0099】
図１７および図１８の実施例では、半導体多層膜２および成長基板７または任意選択の交換支持体が、支持体９上に存在している。そのような支持体９はサブマウントとも称し得る。ここでは半導体多層膜２の位置は、レーザ放射Ｌが発光される半導体多層膜２の前縁部が、支持体９の前縁部から距離ｄのところに存在するように選択される。この距離ｄは、レーザ放射Ｌが直接支持体９に到達しないように選択される。
【0100】
支持体接触面９１は、接触面３１，３２より大きくてもよく（図１７参照）、あるいはまたは接触面３１，３２と面一に終端してもよい（図１８参照）。相応のことは例えばはんだもしくは導電性接着剤である結合手段９２に対しても当てはまる。
【0101】
例えば発光ダイオードチップの場合とは異なり、図１〜図１８による半導体レーザ１の実施例は、それぞれ面発光体ではなく端面発光体である。その他に、ビア４またはバスバー５は、発光ダイオードとは異なり、発生領域２２の外部に存在する。さらに発生領域２２は、発光ダイオードのケースの場合とも異なり、トレンチによってビア４またはバスバー５から分離されてもよい。
【0102】
さらに、ビア４またはバスバー５は、１つの方向に、特に長手方向ｙに沿って高い密度を有しており、それに対して横断方向ｘに沿って低い密度で存在している。これとは対照的に、発光ダイオードでは、場合によって存在するビアは通常両方向において同じ密度で配置されている。横方向の電流分布は、特に面状の非透過性でかつ金属の電流拡張要素３３によって得られる。そのような電流拡張要素３３は、発光ダイオードでは使用できない。なぜならそれが光出力を阻止しかねないからである。
【0103】
図１９には、装置１０の実施例が示されている。ここでは、例えば図２に関連して示されているような半導体レーザ１が、電気的なドライバ１１上に直接取り付けられている。このドライバ１１のドライバ接触面１２と、半導体レーザ１の接触面３１，３２との間には、結合手段９２のみが存在している。これらの接触面３１，３２，１２は、図１９には示されていないビアに対して、電気抵抗の著しい増加が起こらないように設計仕様されている。特に、接触面３１，３２、１２の断面積は、図示されていないビアまたはバスバーよりも大きい。電流パスＩは、概略的に破線で象徴的に示されている。
【0104】
ドライバ１１は、例えば、シリコンもしくはＳｉＧｅもしくはＧａＮもしくはＧａＡｓをベースにしている。半導体レーザ１の電気的な駆動制御に対して付加的に、ドライバ１１は、半導体レーザ１からの熱を効果的に放熱させるためのヒートシンクとして構成されてもよい。このことは、他のすべての実施例にも当てはまる。
【0105】
これとは対照的に、図２０の実施例では、半導体レーザ１は、ほぼ図１に類似して使用される。
【0106】
図２１の実施例では、複数の接触面が例えばアノードコンタクトまたはカソードコンタクトのために存在している（図２も参照）。相応のことは図２２に対して、特に図１との比較において当てはまる。
【0107】
図２３の実施例では、複数の半導体レーザ１が相互に隣接してドライバ１１上に取り付けられている。ここでは半導体レーザ１は、図５に類似して使用される。代替的に、図１による半導体レーザ１も使用することができる。
【0108】
図２４の実施例では、複数の発生領域２２が共通の半導体レーザ１に統合されている。図２４の半導体レーザは、例えば、図１２に関連して説明したように構成されている。したがって、発生領域２２はそれぞれ固有の接触面３１，３２を有する。
【0109】
これとは対照的に、図２５では、発生領域２２のための電気的接触面３１，３２が存在しており、それらは発生領域２２を、図２５において破線で示されるように、少なくとも部分的に分割している（電流経過Ｉ参照）。図２５で使用される半導体レーザ１は、例えば、図１１で説明した半導体レーザ１に相応する。
【0110】
図２６の実施例では、ドライバ１１と半導体レーザ１との間に、支持体９が中間支持体もしくはサブマウントとして存在している。これにより、例えば半導体レーザ１の接触面３１，３２をドライバ接触面１２に適合化させることができ、それによって、ボンディングワイヤを必要とすることなく半導体レーザ１とドライバ１１とを相互に効果的に接触接続させることができる。そのような支持体９は、図１９〜図２５の実施例に存在させてもよい。
【0111】
図２７には、他のすべての実施例に対して同じように用いることができ、かつそれらを用いて特に低い総インダクタンスを得ることが可能なさらなる回路の詳細が概略的に示されている。ドライバ１１は、この場合特に好ましくはトランジスタなどのスイッチング素子を含む。トランジスタのケースについては、基本的な電気回路図が図２７Ａに示されており、この場合のトランジスタについては、ベース／ゲートＧ、エミッタ／ソースＳならびにコレクタ／ドレインＤが概略的に示されている。任意選択的に、半導体レーザ１には、コンデンサＣに並列に接続された抵抗Ｒを有するＲＣ素子が上流側に接続されている。
【0112】
図２７Ｂには、概略的平面図が示され、図２７Ｃには、ドライバ１１と半導体レーザ１とが共通の支持体９に被着されている概略的断面図が示されている。ドライバ接触面１２，Ｄは、特にカソードとして構成された接触面３２に関連して実施されてもよい。ドライバ１１は、平面視でドライバ接触面１２，Ｄ，Ｓ，Ｇと重なっており、半導体レーザ１は、接触面３１，３２と重なっている。ドライバ接触面１２，Ｓは、支持体９の裏側および導電性のリード導体を介して、例えばアノードとして構成された接触面３１に接続されてもよい。アノード側では、接触面３１が、任意選択的にＲＣ素子９３と上流側で接続されている。
【0113】
図２７Ｄの平面図には、ドライバ１１と半導体レーザ１とが支持体９上で同じ平面内に存在している共面装置１０が示している。ここでは２つの接触面３１、特にアノードと、中央接触面３２とが存在している。導電性の導体路は、直接的な経路上を比較的大きな幅および／または厚さでドライバ１１から半導体レーザ１へと延びることができる。図２７Ｄには示されていない任意選択的なＲＣ素子は、他のすべての実施例でも可能であるようにドライバ１１に統合されてもよい。
【0114】
図２７Ｅの断面図では、半導体レーザ１用の支持体９が同時にドライバ１１を形成していることが見て取れる。この支持体９は、ドライバ１１と共に、例えば特定用途向け集積回路（英語表記；Application Specific Integrated Circuitまたは略してＡＳＩＣ）である。ドライバ１１は、接触面１２，３１，３２を介して半導体レーザ１に直接接続されている。
【0115】
図面中に示されているコンポーネントは、他に指示がない限り、好ましくは提示されている順序でそれぞれ直接的に順次連続している。図面中接触していない層は、好ましくは相互に離間している。線が相互に平行に示されている限り、対応する面も同じように相互に平行に向けられている。同様に、他に指示がない限り、相対的な厚さ比、アスペクト比、および図面中に示されているコンポーネント相互の位置は正確に再現されている。
【0116】
本明細書に記載された発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。それどころか本発明は、特許請求の範囲または実施例において、当該特徴または当該組合せ自体が明示的に述べられていなくても、特に特許請求の範囲における特徴のあらゆる組合せを含めたあらゆる新規な特徴ならびにあらゆる特徴の組合せを包含する。
【0117】
この特許出願は、独国特許出願公開第１０２０１６１２５４３０号明細書（ＤＥ１０ ２０１６ １２５ ４３０．４）の優先権を主張し、これによってその開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【0118】
１ 半導体レーザ２ 半導体多層膜
２１ 導電層
２２ 発生領域
２３ 活性層
２４ トンネルダイオード
３１ 第１の電気的接触面
３２ 第２の電気的接触面
３３ 電流拡張要素
４ ビア
５ バスバー
６ トレンチ
６０ 底面
６１ 側面
６２ 吸収材料
７ 成長基板
８ 電気的絶縁層
９ 支持体（サブマウント）
９１ 支持体接触面
９２ 結合手段
９３ ＲＣ素子
１０ 装置
１１ ゲートＧ、ソースＳ、ドレインＤを有するドライバ
１２ ドライバ接触面
Ａ 長手方向の軸線
ｄ 距離
Ｉ 電流フロー
Ｌ レーザ放射
ｎ ｎ側
ｐ ｐ側
ｘ ｘ方向（横断方向）
Ｙ ｙ方向（成長方向）
ｚ ｚ方向（長手方向）