特許 7550986 半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/40 20060101AFI20240906BHJP

   H01S 5/028 20060101ALI20240906BHJP

   H01S 5/02255 20210101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

H01S5/40

H01S5/028

H01S5/02255

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2023530319

(86)(22)【出願日】2021-11-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-15

(86)【国際出願番号】 EP2021082290

(87)【国際公開番号】W WO2022122347

(87)【国際公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-07-10

(31)【優先権主張番号】102020133174.6

(32)【優先日】2020-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハルブリッター フーベルト

(72)【発明者】

【氏名】イェンチュ ブルーノ

(72)【発明者】

【氏名】ラウアー クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】フックス ペーター

【審査官】佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４６４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６４６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２９４０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２１５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２３０２９（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】

複数の共振器領域（３）を有する半導体本体（２）を含む半導体レーザ（１）であって、
－前記共振器領域（３）は、横方向に沿って並んで配置され、それぞれが放射線を生成するために設けられた活性領域（２０）を有し、
－前記半導体本体は２つの側面（２５）の間に延在し、
－前記半導体レーザの動作中、前記２つの側面（２５）のうちの１つにおいて前記共振器領域（３）からレーザ放射線が出射し、前記共振器領域（３）から出射する少なくとも２つの放射線の最大発光の波長が、少なくとも３ｎｍ互いに異なり、
－積層体（４）が、前記側面（２５）のうちの少なくとも１つに予め製造された要素として、接着層（６５）または直接結合接続によって取り付けられ、前記積層体が、少なくとも１つの共振器領域（３）のための共振器ミラー（５）の少なくとも一部を形成する、前記半導体レーザ。

【請求項2】

前記積層体（４）は、互いに異なる複数のサブ領域（４０）を備え、前記サブ領域（４０）はそれぞれ、前記共振器領域（３）のうちの１つのために、前記共振器領域（３）に関連する前記共振器ミラー（５）の少なくとも一部を形成する、請求項１に記載の半導体レーザ。

【請求項3】

サブ領域（４０）の手段によって形成される前記共振器ミラー（５）は、最大反射率の波長が互いに異なる、請求項１または２に記載の半導体レーザ。

【請求項4】

前記共振器領域（３）から出射する少なくとも２つの放射線の最大発光の波長が、最大でも２０ｎｍ互いに異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

【請求項5】

前記積層体（４）は、前記半導体本体（２）の前記側面（２５）上の接続面（６）に、ファンデルワールス相互作用および／または水素結合による前記直接結合接続によって取り付けられている、請求項２に記載の半導体レーザ。

【請求項6】

前記接続面（６）は、前記半導体レーザ（１）の前記側面（２５）の一方である、請求項５に記載の半導体レーザ。

【請求項7】

前記接続面（６）は、前記半導体レーザ（１）の前記側面（２５）の一方に塗布されたコーティング（７）によって形成されている、請求項６に記載の半導体レーザ。

【請求項8】

前記積層体（４）は、前記接着層（６５）の手段によって前記半導体本体（２）の前記側面（２５）の一方に取り付けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

【請求項9】

前記接着層（６５）は、前記半導体レーザ（１）の側面のコーティング（７）に塗布される、請求項８に記載の半導体レーザ。

【請求項10】

コーティング（７）は、前記半導体本体（２）の出力側に塗布され、最大１％の反射率を有する、請求項８または９に記載の半導体レーザ。

【請求項11】

前記接着層（６５）の光学層厚さは、前記接着層の材料中の前記共振器領域から放出される放射線の最大発光の最小波長の４分の１よりも小さい、請求項８～１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

【請求項12】

前記積層体（４）は、スペーサ（８）を介して前記半導体本体（２）の前記側面（２５）の一方に取り付けられ、その結果、前記積層体と前記半導体本体の前記側面との間に間隙があり、前記間隙は固体物質を含まない、請求項１～１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

【請求項13】

前記積層体（４）は、基板本体（４５）上に配置されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

【請求項14】

前記基板本体（４５）は、放射出射面（４６）上に反射低減コーティング（４７）を備える、請求項１３に記載の半導体レーザ。

【請求項15】

前記基板本体（４５）は、前記半導体レーザ（１）の前記側面（２５）の一方から出射する放射線が偏向される偏向面（４８）を有する、請求項１３または１４に記載の半導体レーザ。

【請求項16】

半導体レーザ（１）の製造方法であって、
ａ）複数の共振器領域（３）を有する半導体本体（２）を提供することであって、前記共振器領域（３）は、横方向に沿って並んで配置され、各々が放射線を発生させるために設けられた活性領域（２０）を有する、前記提供することと、
ｂ）基板本体（４５）上に積層体（４）を形成することと、
ｃ）前記積層体（４）を前記半導体本体（２）の側面（２５）に取り付けることであって、少なくとも１つの共振器領域（３）に対する前記積層体（４）は共振器ミラー（５）の少なくとも一部を形成し、前記共振器領域（３）から出射する少なくとも２つの放射線の最大発光の波長が、少なくとも３ｎｍ互いに異なる、前記取り付けることと、を含む、前記方法。

【請求項17】

前記積層体（４）は、直接結合接続によって前記側面（２５）に取り付けられている、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記基板本体（４５）が除去される、請求項１６または１７に記載の方法。

【請求項19】

請求項１～１５のいずれか一項に記載の半導体レーザ（１）を製造する、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、拡張現実アプリケーションでは、改善された分解能、フレームレート、および／または輝度を達成できるようにするために、いくつかのエミッタが互いに近接して配置されるレーザ光源が望ましい。異なるエミッタ間の特に小さい距離は、発光領域がレーザダイオードチップ内で実現される場合に達成することができる。しかしながら、発光領域の発光波長が同じ場合、典型的には、発光領域が同じ半導体積層体に基づく場合に、スペックルなどの妨害画像アーチファクトが発生し得ることが示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、互いに近い距離で異なる発光波長を有する複数の発光領域を提供することである。

【0004】

この目的は、とりわけ、半導体レーザによって、ならびに独立特許請求項による方法によって解決される。さらなる実施形態および便宜は、従属請求項の主題である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

半導体本体を有する半導体レーザが特定され、半導体本体は複数の共振器領域を有する。

【0006】

例えば、半導体本体は、III-V族化合物半導体材料に基づく半導体積層体によって形成される。

【0007】

III-V族化合物は、紫外線（Al_x In_y Ga_1-x-y N）から可視光（Al_x In_y Ga_1-x-y N、特に青色から緑色の放射線、または、Al In_{x y} Ga_1-x-y P、特に黄色から赤色の放射線）から赤外線（Al_x In_y Ga_1-x-y As）までのスペクトル範囲の発生に特に適している。ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１であり、特に、ｘ≠１、ｙ≠１、ｘ≠０および／またはｙ≠０である。III-V族化合物半導体材料、特に前述の材料系から作製されたものは、放射線発生における高い内部量子効率を達成するためにさらに使用することができる。

【0008】

共振器領域は例えば、半導体本体をリッジ導波路に構造化することによって、レーザ放射がインデックス誘導方式で伝搬する領域である。代替的にまたは追加的に、共振器領域は、レーザ放射が利得誘導方式で伝搬する領域であってもよい。例えば、共振器領域は、平面半導体本体の通電領域によって形成される。

【0009】

例えば、共振器領域は、横方向に沿って並んで配置され、放射線を生成するために設けられた活性領域をそれぞれ有する。この文脈において、横方向は、半導体本体の活性領域の主延在面に平行に延びる方向であると理解される。例えば、横方向は、共振器領域の共振器軸に垂直である。

【0010】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、半導体本体は、２つの側面の間に延在する。側面は、特に両側に配置され、半導体本体、特に半導体本体内の共振器領域を画定する。

【0011】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ放射は、半導体レーザの動作中に２つの側面のうちの１つ上の共振器領域から現れる。例えば、共振器ミラーは２つの側面に配置され、典型的には共振器ミラーの一方は高い反射率、特に少なくとも９５％の反射率を有し、出力ミラーとして機能する他方の共振器ミラーは比較して低い反射率を有する。例えば、出力側の反射率は、最大発光の波長に対して０．５％以上５０％以下である。例えば、レーザ放射は、互いに平行な、すなわち同じ方向に沿った個々の共振器領域から現れる。

【0012】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、側面のうちの少なくとも１つに取り付けられる。積層体は、少なくとも１つの共振器領域のための共振器ミラーの少なくとも一部を形成する。積層体に適した材料は、例えば誘電体材料、特に、例えばSiO₂、SiN、Al₂、O₃、TiO₂、Ta₂、O₅またはMgF₂のような、酸化物、窒化物およびフッ化物、または、例えばアモルファス、結晶性または多結晶性のSi、GeまたはZnSeにような、半導体である。

【0013】

積層体は、半導体レーザの動作中にレーザ放射が出る半導体レーザの側面、または半導体レーザの反対側の側面に取り付けることができる。

【0014】

特に、積層体は、半導体レーザの側面の１つに取り付けられた予め製造された要素である。例えば、積層体は、基板本体上に半導体レーザとは別個に堆積され、その後、半導体レーザに取り付けられる。したがって、積層体は、堆積プロセスによって半導体レーザ上に直接堆積される半導体レーザのコーティングではない。

【0015】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザは複数の共振器領域を有する半導体本体を備え、共振器領域は横方向に沿って並んで配置され、それぞれが放射線を生成するために設けられた活性領域を有する。半導体本体は２つの側面の間に延在し、半導体レーザの動作中に、レーザ放射が２つの側面のうちの１つにおいて共振器領域から現れる。積層体は、少なくとも１つの共振器領域のための共振器ミラーの少なくとも一部を形成する側面のうちの少なくとも１つに取り付けられる。

【0016】

したがって、半導体レーザは、予め製造された形態で半導体本体に取り付けられた積層体を有する。したがって、半導体レーザの製造中、積層体は、半導体レーザとは別個に形成され、その後に半導体レーザの半導体本体に取り付けられるだけである。したがって、少なくとも１つの共振器ミラーは、半導体レーザに取り付けられた積層体によって形成される。層列を介して、関連する共振器領域の最大放射の波長は、特に他の共振器領域とは無関係に影響を受けることができる。

【0017】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、互いに異なる複数のサブ領域を有し、サブ領域は、それぞれの共振器領域のうちの１つの共振器領域に関連する共振器ミラーの少なくとも一部を形成する。例えば、積層体のサブ領域の数は、半導体本体の共振器領域の数と等しい。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、サブ領域の手段から形成される共振器ミラーは、最大反射率の波長に関して互いに異なる。例えば、少なくとも２つのサブ領域に対する最大反射率の波長は、少なくとも３ｎｍだけ互いに異なる。例えば、積層体のすべてのサブ領域についての最大反射率の波長は、一対で、特に少なくとも３ｎｍだけ互いに異なる。

【0019】

相互に異なるサブ領域の手段により、半導体レーザの個々の共振器領域は、半導体本体の半導体材料のエピタキシャル蒸着における横方向の揺らぎに関連する製造公差の範囲内で共振器領域の活性領域が同一または少なくとも同一であっても、相互に異なる最大発光の波長を有する放射線を放出することが達成され得る。

【0020】

したがって、共振器領域は、共通の半導体本体において最大放射の異なる波長を提供することができる。その結果、共振器領域間の距離を特に小さくすることができる。例えば、隣接する共振器領域間の中心間距離は、５μｍ以上５００μｍ以下である。

【0021】

これは、別個に製造され、続いて互いに隣り合って配置されるレーザダイオードチップでは不可能であるか、または少なくとも容易には達成できない中心間距離を達成することができることを意味する。

【0022】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、共振器領域から出射する少なくとも２つの放射線の最大放射の波長は、少なくとも３ｎｍまたは少なくとも５ｎｍまたは少なくとも１０ｎｍおよび／または最大１５ｎｍまたは最大２０ｎｍだけ互いに異なる。この範囲の波長の差は、スペックル干渉効果を効率的に抑制できることが分かった。

【0023】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、半導体本体の側面上の接続面に直接結合接続によって取り付けられる。

【0024】

直接結合において、結合される結合パートナーは、原子間力、例えばファンデルワールス相互作用および／または水素結合によって互いに結合される。接着層などの接合層は、このために必要とされない。しかしながら、接合層がないにもかかわらず、完成した半導体レーザでは、積層体が接続面に取り付けられており、堆積プロセスによってこの面上に堆積されていないことが明らかである。

【0025】

半導体レーザの少なくとも一実施形態によれば、接続面は、半導体レーザの側面のうちの１つである。この場合、積層体は、半導体レーザの側面に直接取り付けられる。

【0026】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、接続面は、半導体レーザの側面のうちの１つに塗布されたコーティングによって形成される。例えば、塗布されるコーティングは、単層または多層コーティングである。特に、コーティングは、積層体と同じ材料、または少なくとも同じタイプの材料、例えば酸化物を含むことができる。したがって、接続面への積層体の取り付けを簡略化することができる。コーティングは、共振器ミラーの一部を形成してもよい。さらに、コーティングは、反射低減コーティングとして形成されてもよい。例えば、コーティングは、いくつかのまたはすべての共振器領域にわたって連続的に延在する。したがって、コーティングの横方向の構造化は必要とされない。

【0027】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、接着層の手段によって半導体本体の側面の１つに取り付けられる。積層体は直接的または間接的に、すなわち少なくとも１つのさらなる要素を介して側面に取り付けることができる。接着層は例えば、半導体本体の側面と積層体との間の表面全体にわたって、またはその間の場所にのみ配置することができる。

【0028】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、接着層の光学層厚さは、半導体レーザの動作中に接着層の材料中の共振器領域から放出される放射線の最大発光の最小波長の４分の１未満である。例えば、光学層の厚さは、最大発光の最小波長の４分の１の最大５０％または最大２０％である。接着層のこのような薄い層厚は、有効反射率に対するビーム発散の影響を最小限に抑えることができる。これにより、半導体レーザの光学的特性は、製造に起因する接着層の厚さの変動に左右されにくくなる。しかしながら、これとは異なり、接着層のより大きな厚みを適用することもできる。

【0029】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、接着層は、半導体レーザの側面のコーティングに塗布される。例えば、コーティングは反射低減コーティングである。例えば、コーティングは、特に、最大発光の波長に対して、最大１％の反射率を有する。例えば、コーティングは、半導体本体の出力側に適用される。これは、半導体レーザの有効反射率、ひいてはその光学特性に対する接着層の厚さの影響を低減するために好ましい。

【0030】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、半導体本体の側面のうちの１つにスペーサを介して取り付けられる。したがって、積層体と半導体本体の側面との間に、固体物質を含まない間隙、例えば、空気などのガスで満たされた間隙があってもよい。

【0031】

隙間の幅、すなわち共振器軸に沿った範囲は、例えば、隙間内の共振器領域によって放出される放射線の最大発光の最小波長の４分の１未満である。

【0032】

このようなスペーサを用いて、積層体と半導体本体の側面との間の距離を確実に予め画定することができる。

【0033】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、基板本体上に配置される。基板本体は、例えば、積層体が堆積される本体である。積層体が、放射線が半導体レーザから出射する共振器ミラーを形成する場合、基板本体は、半導体レーザの放射線に対して好適に透過性である。例えば、半導体レーザの放出された放射線の波長範囲において透過性であるガラスまたは半導体材料は、放射線透過性基板本体に適している。

【0034】

積層体が出力側とは反対側の共振器ミラーを形成する場合、基板本体は、生成された放射線に対して不透明であってもよい。この場合、例えば、比較的バンド隙間の小さいケイ素または他の半導体材料も好適である。

【0035】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、基板本体は、放射出射面上に反射低減コーティングを備える。反射低減コーティングの手段により、不要な放射成分が半導体レーザの共振器領域に結合して戻されることを回避することができる。ビーム経路に沿って見ると、積層体および反射低減コーティングは、基板本体を通る光経路の両端部に位置する。

【0036】

半導体レーザの少なくとも１つの実施形態によれば、基板本体は、半導体レーザの側面のうちの１つから出射する放射線が偏向される偏向面を有する。偏向後、半導体レーザの主放射方向は、活性領域の主延在面に対して０°とは異なる角度、例えば１０°以上１７０°以下の角度、約８０°以上１００°以下の角度、例えば９０°を有する。

【0037】

例えば、半導体レーザは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）とは異なり、表面エミッタとして作用することができるが、半導体レーザ内を伝播する放射線は、活性領域の主延在面に沿って振動し、半導体本体から横方向に出射する。

【0038】

例えば、記載された半導体レーザは、拡張現実アプリケーションにおけるレーザビームスキャナのように、複数の発光領域が互いに近接して必要とされる用途に特に適している。

【0039】

さらに、半導体レーザの製造方法が特定される。

【0040】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、複数の共振器領域を有する半導体本体が提供され、共振器領域は、横方向に沿って並んで配置され、それぞれが放射線を生成するために設けられた活性領域を有する。積層体は、基板本体上に形成される。積層体は半導体本体の側面に取り付けられ、積層体は少なくとも１つの共振器領域のための共振器ミラーの少なくとも一部を形成する。

【0041】

したがって、積層体は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスなどの堆積プロセスによって、別個の基板本体上に半導体本体とは別個に形成される。例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）または化学線エピタキシー（ＣＢＥ）などのスパッタリング、蒸着またはエピタキシープロセスが適している。このようにして予め製造された積層体は、半導体本体に取り付けることができる。特に、積層体を形成する場合、積層体の互いに異なるサブ領域は、例えば、積層体をリソグラフィでパターニングすることによって形成することができる。このような構造化は、半導体レーザの側面よりも基板本体上で実現することが容易であり、より信頼性が高い。

【0042】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、積層体は、直接結合によって側面に取り付けられる。これは、圧力および／または温度の作用によって促進することができる。

【0043】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、基板本体は除去される。特に、基板本体は、積層体が半導体レーザの側面に取り付けられる前であっても除去され得る。例えば、積層体は、転写工程の手段によって、半導体レーザにプレスされる。

【0044】

上述の方法は、上述の半導体レーザを製造するのに特に適している。したがって、半導体レーザに関連して特定された特徴はこの方法にも使用することができ、逆もまた同様である。

【0045】

さらなる構成および便宜は、図面と併せて例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるのであろう。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1A】半導体レーザの例示的な実施形態を示し、概略的な断面図である。

【図1B】半導体レーザの例示的な実施形態を示し、概略的な上面図である。

【図1C】半導体レーザの例示的な実施形態を示し、共振器ミラーの反射性の積によって形成される反射性積Ｒのスペクトル曲線の例を概略的に示す。

【図2A】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図2B】半導体レーザの例示的な実施形態を平面図で示す。

【図3A】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図3B】半導体レーザの例示的な実施形態を平面図で示す。

【図4】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図5】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図6】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図7】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図8】半導体レーザの例示的な実施形態を概略断面図で示す。

【図9A】図９Ａおよび図９Ｃの概略平面図で示される中間ステップと、図９Ｂの基板本体を介した断面図で示される中間ステップとの手段による半導体レーザの製造方法の一実施形態を示す。

【図9B】図９Ａおよび図９Ｃの概略平面図で示される中間ステップと、図９Ｂの基板本体を介した断面図で示される中間ステップとの手段による半導体レーザの製造方法の一実施形態を示す。

【図9C】図９Ａおよび図９Ｃの概略平面図で示される中間ステップと、図９Ｂの基板本体を介した断面図で示される中間ステップとの手段による半導体レーザの製造方法の一実施形態を示す。

【0047】

図中、同一の、類似の、または同様に作用する要素には、同一の参照符号が付されている。

【0048】

図面はそれぞれ概略的な表現であり、したがって、必ずしも縮尺通りではない。むしろ、個々の要素、特定層の厚さは、表現の改善および／またはより良い理解のために、誇張して大きく示され得る

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１Ａおよび図１Ｂに示す実施形態では、半導体レーザ１は、複数の共振器領域３を有する半導体本体２を有する。図示の例示的な実施形態では、半導体レーザ１は４つの共振器領域３を有する。しかしながら、共振器領域の数は、広い範囲内で変化し得る。例えば、共振器領域３の数は、２以上２０以下である。

【0050】

共振器領域３は、横方向に互いに隣接して配置されており、各々が放射線を発生させるための活性領域２０を有している。活性領域２０は、活性領域２０がｐｎ接合となるように、第１導電型の第１半導体層２１と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層２２との間に配置されている。例えば、第１半導体層２１はｎ型であり、第２半導体層２２はｐ型である。第１半導体層２１、第２半導体層２２、および活性領域２０は、典型的にはそれぞれ多層に形成される。例えば、活性領域２０は、１つ以上の量子井戸を有する量子構造を有する。

【0051】

これは、簡略化された説明のために明示的に示されていない。さらに、半導体レーザ１の電気的接触のための電気的接触面または接触層も図示されていない。

【0052】

半導体本体２は、キャリア２９、例えば、半導体本体２の半導体層のエピタキシャル堆積のための成長基板上に配置される。しかしながら、キャリア２９は、成長基板とは異なっていてもよく、例えば半導体レーザ１の製造中に、ウェハ接合によって半導体本体２に取り付けられてもよい。

【0053】

半導体本体２は、半導体本体２を横方向に画定する２つの対抗する側面２５の間に延在する。半導体レーザ１の動作中、レーザ放射は、２つの側面２５のうちの１つにおいて共振器領域３から現れる。これは、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂの矢印９によって示される。

【0054】

積層体４は、側面２５のうちの１つ、図示の実施形態ではレーザ放射が半導体レーザ１を出る側面２５に取り付けられる。積層体４は、複数のサブ領域４０を有する。サブ領域４０は互いに異なり、１つのサブ領域４０は、共振器領域３ごとに設けられ、共振器領域３ごとに共振器ミラー５を形成する。

【0055】

反対側の側面２５において、共振器ミラー５は、高反射性コーティング７５によって形成される。例えば、高反射性コーティングは、半導体レーザによって生成されるレーザ放射に対して、少なくとも９５％、例えば９９％以上の反射率を有する。

【0056】

積層体４は例えば、それぞれが互いに異なる屈折率を有する隣接する層を有するいくつかの層、例えば酸化物層および／または窒化物層の配列によって形成され、ブラッグミラーが形成される。積層体のサブ領域４０は、それらの最大反射率の波長に関して互いに異なる。これを図１Ｃに模式的に示す。ここで、２つの共振器ミラー５の反射性からの反射性積Ｒのスペクトル変化は、４つのサブ領域４０のそれぞれについて概略的に示されている。この反射性積Ｒのスペクトル差は特に、サブ領域４０の異なる設計に起因する。この目的のために、サブ領域４０は、層の厚さ、材料、および／またはレイヤ数に関して互いに異なり得る。

【0057】

対向する共振器ミラー５を形成する高反射性コーティング７５は、すべての共振器領域３について同じであることができる。最大反射率の波長λ１、λ２、λ３、λ４について互いに異なるサブ領域４０の手段により、共振器領域３の最大発光の波長を互いに異ならせることができる。例えば、共振器領域３の少なくとも２つの差は、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。最大反射率のこれらの異なる波長は、半導体レーザ１の最大発光の対応する異なる波長を引き起こす。図１Ｃに概略的に示されるように、最大反射率の波長、したがって、すべての半導体レーザについての最大発光の波長は、一対で互いに異なり得る。

【0058】

積層体４のサブ領域４０は、代替的または追加的に、関連する共振器領域３によって放出される放射線が、少なくとも２つの共振器領域に対して偏光が異なるように形成することができる。例えば、隣接する共振器領域３によって放出される放射線の偏光は、互いに垂直に配向することができる。これは、近接して離間された発光領域によって引き起こされるアーチファクトをさらに低減することができる。

【0059】

図１Ａおよび図１Ｂに示される例示的な実施形態では、積層体４は、接続面６への直接結合接続によって半導体本体２の側面に取り付けられる。ここで、接続面６は、半導体本体の側面２５である。したがって、積層体４は、半導体本体２の側面２５に直接隣接する。したがって、共振器領域３の活性領域２０は少なくとも公称的には互いに異ならないが、個々の共振器領域３はそれぞれ、互いに最大発光の異なる波長で放射線を放出する。したがって、異なる波長の最大発光を有する共振器領域３を共通の半導体本体２に集積することができる。したがって、共振器領域３間の距離は特に、並んで配置された個々の半導体チップと比較して、小さくすることができる。

【0060】

図１Ａおよび図１Ｂに示される例示的な実施形態では、積層体４は基板本体４５上に配置される。基板本体４５は、半導体レーザの放射出射面４６を形成する。基板本体４５は、半導体レーザ１によって生成された放射線に対して透過性であることが好都合である。しかしながら、基板本体４５は、積層体４が半導体レーザの動作中に放射線が放出される共振器ミラー５を形成せず、反対側の共振器ミラー５を形成する場合、半導体レーザ１によって生成される放射線に対して不透明であってもよい。

【0061】

半導体本体２は例えば、III-V族化合物半導体材料を含む。生成される放射線は例えば、紫外線、可視光線、または赤外線のスペクトル範囲内にある。

【0062】

共振器領域３の形成には、例えば、半導体本体をリッジ導波路に構造化すること、または半導体レーザ１の平面設計が適しており、共振器領域３内を伝播する放射線は横方向に利得誘導される。

【0063】

図２Ａおよび図２Ｂに示す例示的な実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明した例示的な実施形態と実質的に同じである。これに対して、接続面６は、半導体レーザ１の側面２５のコーティング７によって形成される。コーティング７は、積層体４と共に、共振器領域３のための共振器ミラー５をそれぞれ形成することができる。コーティング７は、隣接する共振器領域３の上、特に１つの半導体レーザ１のすべての共振器領域３の上に連続的に延在する。したがって、コーティング７を形成する際に、コーティング７の横方向の構造化は必要とされない。コーティング７に適した材料は例えば、積層体４に関連して示された材料、例えば、酸化物などの誘電材料である。接続面６における直接結合接続は、同じ材料タイプの２つの層の間、例えば２つの酸化物層の間で行うことができる。したがって、直接結合接続を特に確実に形成することができる。

【0064】

図３Ａおよび図３Ｂに示す例示的な実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明した例示的な実施形態と実質的に同じである。これに対して、基板本体４５は偏向面４８を有する。偏向面４８において、半導体本体２から出て基板本体４５に結合された放射線は、半導体レーザの主放射方向が活性領域２０の主延在面に対してある角度で配置されるように偏向される。図３Ａおよび図３Ｂに示す例示的な実施形態では、角度は９０°であり、その結果、半導体レーザは活性領域２０の主延在面に対して垂直に放射する。したがって、放射出射面４６は、半導体１の活性領域２０の主延在面に平行である。しかしながら、他の放射角度を設定することもできる。

【0065】

図３Ａに示す例示的な実施形態では、偏向面４８での反射は偏向面４８での全反射によって行われる。しかし、これとは異なり、反射層、例えば金属層またはブラッグミラーを偏向面４８に配置することもできる。

【0066】

このような偏向面は、図２Ａおよび図２Ｂ、図４、図５、図６ならびに図７による例示的な実施形態にも適用され得る。

【0067】

図４に示す例示的な実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明した例示的な実施形態と実質的に同じである。これに対して、基板本体４５の放射出射面４６は、反射低減コーティング４７を有する。反射低減コーティングの手段により、放射出射面４６で反射され、半導体本体２に結合される放射部を最小限に抑えることができる。

【0068】

このような反射低減コーティング４７は、基板本体４５を有する他の例示的な実施形態にも適用することができる。

【0069】

図５に示される例示的な実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して示される例示的な実施形態と実質的に同じである。

【0070】

これに対して、積層体４は、接着層６５の手段によって、半導体本体２の側面２５に取り付けられている。接着層６５の層厚は半導体レーザから放射される放射線の波長に対して小さいことが好ましく、その結果、接着層６５は共振器表面５間の共振器に大きな妨害影響を及ぼさない。例えば、接着層の層厚は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。

【0071】

接着層６５はまた、側面２５のコーティング７に適用されてもよい（図２Ａ参照）。例えば、コーティング７は、反射低減コーティングである。例えば、半導体レーザ１によって放出される放射線の最大放射の波長に対する反射率は、最大で１％である。これにより、接着層６５が半導体レーザ１の光学的特性に与える影響をより低減することができる。

【0072】

また、図５に示す半導体レーザ１は、図４で説明したように、基板本体４５の放射出射面４６に反射低減コーティング４７を有する。しかしながら、このような反射低減コーティング４７は必ずしも必要ではない。

【0073】

図６に示される例示的な実施形態は実質的に、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明される例示的な実施形態に対応する。それに対して、スペーサ８は、半導体本体２の側面２５と積層体４との間に配置される。積層体４は、スペーサ８を介して側面２５に取り付けられている。上述のように、取り付けは、直接結合接続または接着層を介して行うことができる。

【0074】

側面２５と積層体４との間には隙間８５が形成されている。隙間８５は、固体材料を含まず、例えば、空気などの気体によって充填される。隙間８５の幅、すなわち放射線の主放射方向に沿った範囲は、半導体レーザによって生成される放射線の波長と比較して、便宜的に小さい。これにより、側面２５、すなわち隙間８５との界面での反射を低減することができる。スペーサ８が接着層６５を介して取り付けられる場合、接着剤結合は、放射線が接着層を介して半導体レーザから結合される必要がないように形成され得る。

【0075】

図７に示される例示的な実施形態は実質的に、図６に関連して説明される例示的な実施形態に対応する。これに対して、スペーサ８は、積層体４の側部に配置される。したがって、スペーサ８および積層体４は、基板本体４５上で互いに隣接して配置される。したがって、積層体４は、基板本体４５を介して側面２５に取り付けられる。

【0076】

図８に示される例示的な実施形態は実質的に、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明される例示的な実施形態に対応する。対照的に、半導体レーザ１は、積層体４の基板本体４５を含まない。したがって、この場合、積層体４自体は、積層体４が半導体レーザ１の動作中に放射線が放出される共振器ミラー５を形成するときに、半導体レーザ１の放射線出射面を形成する。

【0077】

図９Ａ～図９Ｃは、半導体レーザ１を製造する方法の例示的な実施形態を説明する。

【0078】

図９（ａ）に示すように、半導体本体２が設けられ、複数の共振器領域３を有する半導体本体２は、横方向に沿って並んで配置された共振器領域３と、放射線を発生させるために設けられた活性領域２０とを有する（図１（ｂ）と比較）。

【0079】

図９Ｂは、基板本体４５上に形成された積層体４を示す。例えば、積層体は、ＰＶＤプロセスおよび／またはＣＶＤプロセスによって堆積され、続いてパターニングされ得る。誘電体層の堆積およびパターニングは、数回繰り返すこともできる。

【0080】

サブ領域４０は、後の製造工程において積層体４が取り付けられる半導体本体２の共振器領域３の中心間距離に対応する中心間距離で基板本体４５上に形成される。

【0081】

図９Ｃは積層体４が半導体本体２の側面２５に取り付けられた完成した半導体レーザ１を示し、積層体４は、４つの共振器領域のそれぞれについて示される例示的な実施形態において、少なくとも１つの共振器領域のための共振器ミラー５の少なくとも一部を形成する。

【0082】

この方法は、図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したように、形成された半導体レーザ１の製造によって例示される。

【0083】

しかしながら、本方法は、他の例示的な実施形態または他の半導体レーザに関連して説明された半導体レーザ１を生成するように変更することもできる。例えば、積層体４は、直接結合による代わりに接着層によって半導体本体２の側面２５に取り付けられてもよい。また、基板本体４５は例えば、積層体４が半導体本体２の側面２５に取り付けられる前に除去されてもよい。

【0084】

基板レス積層体４は例えば、転写工程によって側面２５に押し付けられる。

【0085】

この方法では、半導体レーザ１の個々の共振器領域３に対して異なる反射プロファイルを有する半導体レーザ１の半導体本体２とは別個に積層体４を形成することができる。反射プロファイルは、半導体レーザに取り付ける前であっても確認することができる。さらに、半導体レーザの発振波長のわずかな偏差は、半導体本体２自体の製造を変更する必要なく、別々に製造された積層体を調整することによって作ることができる。

【0086】

本特許出願はドイツ特許出願第１０ ２０２０ １３３ １７４．６号の優先権を主張し、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0087】

なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。むしろ、本発明はこの特徴または組み合わせ自体が特許請求の範囲または例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、任意の新しい特徴ならびに特徴の任意の組み合わせを包含し、特に、特許請求の範囲における特徴の任意の組み合わせを含む。

【符号の説明】

【0088】

１ 半導体レーザ
２ 半導体本体
２０ 活性領域
２１ 第１半導体層
２２ 第２半導体層
２５ 側面
２９ キャリア
３ 共振器領域
４ 積層体
４０ サブ領域
４５ 基板本体
４６ 放射出射面
４７ 反射低減コーティング
４８ 偏向面
５ 共振器ミラー
６ 接続面
６５ 接着層
７ コーティング
７５ 高反射性コーティング
８ スペーサ
８５ 隙間
９ 矢印

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】