特表 2022-511728 端面発光半導体レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-01

(54)【発明の名称】端面発光半導体レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/343 20060101AFI20220125BHJP

   H01S 5/02 20060101ALI20220125BHJP

【ＦＩ】

H01S5/343 610

H01S5/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021527243

(86)(22)【出願日】2019-11-12

(85)【翻訳文提出日】2021-06-18

(86)【国際出願番号】 EP2019081009

(87)【国際公開番号】W WO2020104251

(87)【国際公開日】2020-05-28

(31)【優先権主張番号】102018129051.9

(32)【優先日】2018-11-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

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

(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】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(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】ヤン ヴァーグナー

(72)【発明者】

【氏名】ヴェアナー ベルクバウアー

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ アイヒラー

(72)【発明者】

【氏名】アルフレート レル

(72)【発明者】

【氏名】ゲオルク ブリューダール

(72)【発明者】

【氏名】マティアス ペーター

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AG13

5F173AG14

5F173AG17

5F173AH22

5F173AP82

5F173AR68

5F173AR99

(57)【要約】

ここに示されているのは、第１導波層（３Ａ）と第２導波層（３Ｂ）との間に配置された活性層（４）を有する導波領域（３）を含む、窒化物系化合物半導体材料ベースの半導体積層体（１０）を備えた端面発光半導体レーザ（１００）であり、・半導体積層体（１０）は、導波領域（３）の外部に配置されておりかつ導波領域（３）におけるファセット欠陥を低減するための層系（２０）を有し、・層系（２０）は、材料組成Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１かつｘ＋ｙ≦１、を有する１つまたは複数の層（２１、２２）を有し、・層系（２０）の少なくとも１つの層（２１、２２）は、アルミニウムの割合ｘ＞０．０５またはインジウムの割合ｙ≧０．０２を有し、・層系（２０）における層応力は、少なくとも部分的に少なくとも２ＧＰａである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導波層（３Ａ）と第２導波層（３Ｂ）との間に配置された活性層（４）を有する導波領域（３）を含む、窒化物系化合物半導体材料ベースの半導体積層体（１０）を備えた端面発光半導体レーザ（１００）であって、
・前記半導体積層体（１０）は、前記導波領域（３）の外部に配置されておりかつ前記導波領域（３）におけるファセット欠陥を低減するための層系（２０）を有し、
・前記層系（２０）は、材料組成Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１かつｘ＋ｙ≦１、を有する１つまたは複数の層（２１、２２）を有し、前記層系（２０）の少なくとも１つの層（２１、２２）は、アルミニウムの割合ｘ≧０．０５、またはインジウムの割合ｙ≧０．０２を有し、
・層応力は、少なくとも部分的に少なくとも２ＧＰａである、端面発光半導体レーザ（１００）。

【請求項2】

前記層系（２０）は、少なくとも１０ｎｍの厚さを有する１つまたは複数の層（２１、２２）を有するか、複数の前記層（２１、２２）から構成される、請求項１記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項3】

前記層系（２０）と前記活性層（４）との間の間隔は、少なくとも５００ｎｍである、請求項１または２記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項4】

前記層系（２０）と前記活性層（４）との間の間隔は、少なくとも１μｍである、請求項１から３までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項5】

前記導波領域（３）に広がるレーザビームは、最大強度Ｉ_ｍａｘを有し、前記層系（２０）における前記レーザビームの強度は、０．２×Ｉ_ｍａｘよりも大でない、請求項１から４までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項6】

前記導波領域（３）は、ｎ型クラッド層（２）とｐ型クラッド層（６）との間に配置されており、前記層系（２０）は、前記半導体レーザの基板（１）と前記ｎ型クラッド層（２）との間に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項7】

前記層系（２０）は、インジウムの割合ｙ≧０．０３を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層（２１）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項8】

前記層系（２０）は、アルミニウムの割合ｘ≧０．１を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層（２２）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項9】

前記層系（２０）は、前記インジウムの割合および／または前記アルミニウムの割合の勾配を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層（２１、２２）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項10】

前記層系（２０）は、圧縮応力を生成する少なくとも１つのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（２１）と、引張応力を生成する少なくとも１つのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（２２）とを有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項11】

前記Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（２１）および前記Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（２２）は、互いに直接に隣接している、請求項１０記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項12】

前記層系（２０）における前記層応力は、少なくとも部分的に前記導波領域（３）よりも大きい、請求項１から１１までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項13】

前記層系（２０）は、前記層応力が２ＧＰａよりも大きく変化する少なくとも１つの境界面（２３）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項14】

前記層系（２０）は、前記層応力が、圧縮応力から引張応力に、または引張応力から圧縮応力に変化する少なくとも１つの境界面（２３）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項15】

前記層系（２０）は、交互に重なる複数のＩｎＧａＮ層（２１）およびＡｌＧａＮ層（２２）を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項16】

前記層系（２０）は少なくとも３個かつ最大で１００個の層（２１、２２）を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項17】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、前記導波領域（３）にファセット欠陥を有しない第１レーザファセットおよび第２レーザファセットを有する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項18】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、前記層系（２０）の前記領域にファセット欠陥を有する第１レーザファセットおよび第２レーザファセットを有する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項19】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、隣り合って配置された複数のエミッタを有するレーザバーである、請求項１から１８までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項20】

前記層系（２０）は、ＧａＮ層に隣接し、前記層系全体によって生じる曲げはゼロに等しい、請求項１から１９までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、端面発光半導体レーザに関する。

【0002】

本特許出願は、ドイツ国特許出願第１０２０１８１２９０５１．９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。

【0003】

端面発光半導体レーザは、半導体積層体の層平面に対して平行に延在するレーザ共振器を有し、ここではレーザファセットが半導体積層体の側端によって形成される。レーザファセットの作製は、一般にスクライブおよびブレイクによって行われる。

【0004】

スクライブおよびブレイクによってレーザファセットを作製する際には、異なる応力を有する、エピタキシャル成長させられた半導体層の境界面においてファセット欠陥（Facettenstoerung）が発生してしまうリスクがある。特にレーザファセットを構成するブレイク端面において、いわゆるファセット転位（Querfacette）が生じてしまうことがある。これは、層平面に対して所望のように正確に垂直に延在しない、ブレイク端面の領域のことである。例えば、このようなファセット転位により、ブレイク端面に段が構成されてしまうことがある。特にファセット転位のようなファセット欠陥により、レーザファセットの品質が低下してしまう。これは、レーザファセットの温度の上昇と、端面発光半導体レーザの効率および安定性の低下とに結び付いてしまうことがある。さらに、ファセット欠陥により、半導体レーザの遠方場において不均一性が生じてしまうことがあり、この不均一性は、特にレーザベースのプロジェクション応用には不都合である。

【0005】

したがって、解決すべき課題は、レーザファセットの品質を改善する点において優れている端面発光半導体レーザを提供することである。

【0006】

この課題は、独立請求項１に記載された端面発光半導体レーザによって解決される。本発明の有利な実施形態および発展形態は、従属請求項の対象である。

【0007】

少なくとも１つの実施形態において、端面発光半導体レーザは、窒化物系化合物半導体材料ベースの半導体積層体を有する。本発明の関連において「窒化物系化合物半導体材料ベース」とは、半導体積層体またはその少なくとも１つの層が、ＩＩＩ族窒化物・化合物半導体材料、好適にはＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１、を有することを意味する。この材料は、必ずしも上記の式にしたがう数学的に正確な組成を有しなくもよい。むしろ１つまたは複数のドーピング材料および付加的な構成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、上記の式には、少量の別の材料によって部分的に置き換えられることがあるとしても、結晶格子の重要な構成成分（Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ）だけ含まれている。窒化物系化合物半導体ベースのレーザダイオードは、材料組成に応じて、特に、紫外光、青色光または緑色光のスペクトル領域におけるビームの発光に適している。

【0008】

一実施形態によれば、端面発光半導体レーザには、第１導波層と第２導波層との間に配置された活性層を有する導波領域が含まれている。導波領域は、第１クラッド層と第２クラッド層との間に配置可能であり、これらのクラッド層は、導波層よりも屈折率が小さく、したがって活性層内で生成されるレーザビームの導波が導波領域において行われる。第１導波層および第２導波層は、例えばＩｎＧａＮを有していてよい。導波層におけるインジウムの割合により、バンドギャップが減少しかつ屈折率が増大する。このことは、例えばＡｌＧａＮまたはＧａＮを有するクラッド層に対して大きな屈折率コントラストを達成するために有利である。

【0009】

活性層は、例えば、ｐｎ接合部として、ダブルヘテロ構造として、単一量子井戸構造もしくは多重量子井戸構造として構成されていてよい。量子井戸構造という用語には、荷電粒子が、閉じ込め（コンファインメント）により、そのエネルギ状態が量子化される任意の構造が含まれる。特に、量子井戸構造という語には、量子化の次元について記述は含まれない。したがって量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線および量子ドットおよびこれらの構造の任意の組み合わせが含まれる。

【0010】

少なくとも１つの一実施形態によれば、半導体積層体は、導波領域の外部に配置されておりかつ導波領域におけるファセット欠陥を低減するための層系を有する。この層系は、材料組成Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１かつｘ＋ｙ≦１、を有する１つまたは複数の層、好適には少なくとも１つの層、ただし０＜ｘ≦０．３かつ／または０＜ｙ＜０．１、を有する。材料系Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎでは、アルミニウムの割合ｘを増大させると、格子定数が減少し、これによりＡｌを含有するＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層により、引張応力を生成可能である。さらに、材料系Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎでは、インジウムの割合ｙを増大させると、格子定数が増大し、これによりＩｎを含有するＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層により、圧縮応力を生成可能である。

【0011】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系の少なくとも１つの層は、アルミニウムの割合ｘ≧０．０５またはインジウムの割合ｙ≧０．０２を有する。これにより、この層系では、引張応力または圧縮応力が生成される。

【0012】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系における層応力は、少なくとも部分的に少なくとも２ＧＰａである。層応力は、プラスまたはマイナスの符号を有することができ、すなわち圧縮応力または引張応力であってよい。ここで説明される端面発光半導体レーザは特に、導波領域よりも大きな層応力が存在するように材料組成が選択されている層系を導波領域の外部に配置するという着想を利用している。ここで判明したのは、スクライブおよびブレイクによってレーザファセットを作製する際、特にファセット転位のようなファセット欠陥が、大きな層応力が存在する境界面に生じ得ることである。特に、このようなファセット欠陥は、層応力が最大である、半導体積層体の境界面に生じる。本発明で提案される原理によれば、少なくとも２ＧＰａでありかつ好適には導波領域における最大層応力よりも大きな層応力を、導波領域の外部に意図的に生成する。スクライブおよびブレイクの際に半導体積層体内にファセット欠陥が発生する場合、これは、極めて高い確率で、導波領域の外部に配置されている、層系の領域において生じる。これにより、有利には、レーザビームが端面発光半導体レーザから出射する領域においてレーザファセットの品質を低下させてしまうファセット欠陥が導波領域に生じてしまうリスクが低減される。むしろ、層系に生成される層応力は、導波領域の外部に配置されている領域に、このようなファセット欠陥のリスクを移動させる。

【0013】

さらに層系は、大きな層応力に起因して、この層系により、半導体積層体に広がる結晶欠陥、特にファセット欠陥が広がるのを阻止することできるという特性を有する。このようなファセット欠陥は、大きな層応力を有する境界面において、境界面に対して平行な方向に折れ曲がり、したがって垂直方向にはもはや広がらないことが可能である。これにより、このようなファセット欠陥が、導波領域まで広がってしまうリスクが低減され、特に、活性層の領域において水平方向に延在するファセット欠陥が回避される。

【0014】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、それぞれ少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも２０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも３０ｎｍの厚さの１つまたは複数の層を有する。層系は好ましくは、それぞれ少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも２０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも３０ｎｍの厚さの１つまたは複数の層から構成される。これらの厚さは、所望の大きな層応力、特に少なくとも２ＧＰａの層応力を達成するために有利である。というのは、層応力は層厚の増大に伴って増大するからである。層系の層は、例えば、それぞれ１０ｎｍ～１μｍの、好ましくは２０ｎｍ～５００ｎｍの、特に好ましくは３０ｎｍ～２００ｎｍの厚さを有する。

【0015】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系と活性層との間の間隔は、少なくとも５００ｎｍである。特に好ましくは、層系と活性層との間の間隔は、少なくとも１μｍである。層系と活性層との間の可能な限りに大きな間隔により、ファセット欠陥が、端面発光半導体レーザの光学的な活性領域に生じてしまうリスクが低減される。

【0016】

少なくとも１つの実施形態によれば、導波領域に広がるレーザビームは、最大強度Ｉ_ｍａｘを有し、層系におけるレーザビームの強度は、０．２×Ｉ_ｍａｘよりも大でない。好ましくは、層系におけるレーザビームの強度は、０．１×Ｉ_ｍａｘよりも大でなく、特に好ましくは０．０５×Ｉ_ｍａｘよりも大でない。この場合に層系は、有利には、レーザビームの強度が、最大値の２０％だけ、１０％だけ、または５％だけになるように導波領域から離れている。したがって層系の領域にファセット欠陥が生じる場合、このファセット欠陥は、半導体レーザの効率には極めてわずかな影響しか及ぼさない。

【0017】

少なくとも１つの実施形態によれば、導波領域は、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に配置されている。特にｎ型クラッド層と、第１導波層と、活性層と、第２導波層と、ｐ型クラッド層とは、ここに挙げた順序で半導体積層体内に配置されている。このことは、上記の層の間に１つまたは複数の別の層が配置されることを除外しない。クラッド層、導波層および活性層はそれぞれ、個別層によって形成されるか、または複数の部分層を有していてよい。好適にはｎ型クラッド層は、半導体レーザの基板側を向いている。半導体レーザの基板は好適にはＧａＮ基板である。導波領域におけるファセット欠陥を低減する層系は好適には、基板とｎ型クラッド層との間に配置されている。層系をこの領域に、特にｎ型クラッド層の外部に配置する際には、層系におけるレーザビームの強度は特に小さく、これにより、場合によって起こり得るファセット欠陥は、半導体レーザの効率に極めてわずかな影響しか及ぼさない。

【0018】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系には、インジウムの割合ｙ≧０．０３を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層が含まれている。好ましくはｙ≧０．０５、特に好ましくはｙ≧０．０７である。層におけるインジウムの割合が大きければ大きいほど、より大きな圧縮応力を生成可能である。しかしながら結晶格子にインジウムを組み入れることによって結晶品質が過度に損なわれないようにするために、インジウムの割合は大きすぎないようにすべきであり、したがって好適にはｙ≦０．１である。好適にはインジウムを含有する層においてｘ＝０であり、すなわちこの層は、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層である。

【0019】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系には、アルミニウムの割合ｘ≧０．１を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層が含まれている。好ましくはｘ≧０．１５、特に好ましくはｘ≧０．２である。層におけるアルミニウムの割合が大きければ大きいほど、より大きな引張応力を生成可能である。好適にはアルミニウムを含有する層においてｙ＝０であり、すなわちこの層は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層である。

【0020】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、インジウムの割合および／またはアルミニウムの割合の勾配を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層を有する。このような勾配により、層応力を連続して増大または減少させることが可能である。

【0021】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、ｘ＞０を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層と、ｙ＞０を有するＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層とを有する。少なくとも１つのＡｌＧａＮ層および少なくとも１つのＩｎＧａＮ層を組み合わせることにより、特に、反対の符号を有する応力を層系に生成可能である。好ましい一実施形態では、ＡｌＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層は互いに、直接に隣接している。これにより、特に、層応力の急峻な変化を層系に生成可能である。層応力が急峻に変化する境界面では、ファセット欠陥が境界面に対して平行に誘発される確率が特に高い。

【0022】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、層系における層応力が導波領域よりも大きくなるような材料組成を有する。これにより、導波領域におけるファセット欠陥のリスクが低減される。

【0023】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、層応力が２ＧＰａよりも大きく変化する少なくとも１つの境界面を有する。層応力が、少なくとも２ＧＰａは変化するこのような境界面は、ファセット欠陥を誘発するのに特に良好に適している。

【0024】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、層応力が、圧縮応力から引張応力に、または引張応力から圧縮応力に変化する少なくとも１つの境界面を有する。この境界面は、例えば、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との間の境界面であってよい。

【0025】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、交互に重なり合う複数のＡｌＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層を有する。層系は、特に、交互に重なり合うＡｌＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層から成る複数の層対を有する超格子を有していてよい。交互に重なり合うＡｌＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層から成るこのような層系では、応力状態が変化する複数の境界面が存在する。このような層系は、ファセット欠陥を誘発するのに特に良好に適している。

【0026】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は少なくとも３個かつ最大で１００個の層を有する。大きな応力が生じる境界面の個数を増大させることにより、ファセット欠陥が誘発される確率を増大させることができる。

【0027】

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、導波領域にファセット欠陥を有しない第１レーザファセットおよび第２レーザファセットを有する。半導体レーザが導波領域にファセット欠陥を有しないようにすることは、本発明で説明される端面発光半導体レーザにおいて、特に、導波領域におけるファセット欠陥を低減する上で説明した層系によって実現される。

【0028】

少なくとも１つの実施形態によれば、第１レーザファセットまたは第２レーザファセットは、層系の領域にファセット欠陥を有する。このファセット欠陥は、層系に生成される層応力によって引き起こされ得る。このファセット欠陥は、この場合、導波領域の外部に存在し、導波領域の領域におけるファセット欠陥を阻止するために容認される。

【0029】

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、隣り合って配置された複数のエミッタを有するレーザバーである。レーザバーでは、導波領域の領域においてファセット欠陥を回避することが特に重要である。というのは、レーザバーでは、ただ１つのエミッタの故障が、レーザバー全体の故障に結び付き得るからである。

【0030】

少なくとも１つの実施形態によれば、層系は、ＧａＮ層に隣接する。ＧａＮ層は、特に成長方向に層系に直接に続いている。層系の材料は、好適には、層系全体によって生じる曲げがゼロに等しくなるように選択されている。

【0031】

以下では図１～２６に関連し、実施例に基づき、端面発光半導体レーザを詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】一実施例による端面発光半導体レーザの概略断面図である。

【図2】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示する線図である。

【図3】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示する別の線図である。

【図4】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図5】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図6】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図7】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図8】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図9】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図10】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図11】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図12】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図13】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図14】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図15】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図16】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図17】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図18】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図19】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図20】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図21】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図22】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図23】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図24】端面発光半導体レーザの種々異なる実施例における層系の応力σの経過（それぞれ下側の曲線）および曲げＢの経過（それぞれ上側の曲線）を略示するさらに別の線図である。

【図25】端面発光半導体レーザの一実施例における半導体積層体のレーザビームの強度Ｉおよび屈折率ｎの経過を示す線図である。

【図26】別の一実施例による端面発光半導体レーザの概略断面図である。

【0033】

同じ構成要素または同じ作用を有する構成要素には、複数の図面においてそれぞれ同じ参照符号が付されている。図示された構成要素および構成要素相互の大きさの比は、縮尺通りとみなしてはならない。

【0034】

図１には、端面発光半導体レーザ１００の一実施例が断面図で示されている。端面発光半導体レーザ１００は、基板１の成長方向ｚに成長させられた半導体積層体１０を有する。半導体積層体１０は、窒化物系化合物半導体ベースであり、すなわち半導体積層体１０の半導体層は、特にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１、を有する。基板１は、窒化物系化合物半導体を成長させるのに適した基板、好適にはＧａＮ基板である。

【0035】

レーザビームを生成するために、端面発光半導体レーザ１００には、好適には単一井戸構造または多重井戸構造として構成されている活性層４が含まれている。活性層４は、複数の部分層、特に複数のバリア層および１つまたは複数の量子井戸層の列を有していてよく、これらの量子井戸層は、図１では簡略化のために詳細には示されていない。端面発光半導体レーザ１００は、成長方向ｚに対して垂直方向に、すなわち活性層４の層平面に対して平行にレーザビームを発光する。

【0036】

活性層４は、第１導波層３Ａと第２導波層３Ｂとの間に配置されており、第１導波層３Ａはｎ側が、また第２導波層３Ｂはｐ側が活性層４に隣接している。導波層３Ａ、３Ｂはそれぞれ１つの個別層であってよいか、または複数の部分層を有してもよい。活性層４に直接に隣接する第１導波層３Ａおよび第２導波層３Ｂは、それぞれＧａＮまたは好適にはＩｎＧａＮを有する。導波層３Ａ、３Ｂにおけるインジウムの割合により、バンドギャブが減少しかつ屈折率が増大する。第１導波層および第２導波層は、特にＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ、ただし０．００５≦ｙ≦０．１、好ましくはＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ、ただし０．０２≦ｙ≦０．０７、特に好ましくは、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ、ただし０．０３≦ｙ≦０．０５を有していてよい。

【0037】

活性層４および導波層３Ａ、３Ｂは、導波領域３を構成する。導波領域３はｎ型クラッド層２とｐ型クラッド層６との間に配置されている。導波領域３においてレーザビームをガイドするためにｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６は、導波層３Ａ、３Ｂよりも小さな屈折率を有する。これは、例えば、クラッド層２、６が、少なくとも部分的に、導波層３Ａ、３Ｂよりも大きなアルミニウムの割合を有しかつ／または小さなインジウムの割合を有し、このことから、結果的に電子的なバンドギャップがより大きくなりかつ屈折率がより小さくなることによって実現される。ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６はそれぞれ、個別層であってよいかまたは複数の部分層を有していてよい。

【0038】

図１の実施例では第２導波層３Ｂとｐ型クラッド層６との間には選択的な電子バリア層５が配置されている。電子バリア層５は好適には、ｐ型クラッド層６よりも大きなアルミニウムの割合を有し、さらにこれに対応して大きなバンドギャップを有する。電子バリア層５は特にＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮを有していてよく、アルミニウムの割合ｘは、０．０５～０．４、好ましくは０．１～０．３、特に好ましくは０．１５～０．２５である。電子バリア層５は、隣接する第２導波層３Ｂよりも大きなバンドギャップＥ_ｇを有する。このことにより、電子が導波領域３を離れることが阻止される。さらに、大きなバンドギャップにより、有利には導波層３Ａ、３Ｂに比べて小さな屈折率が結果的に得られる。これにより、導波領域３における導波が改善される。

【0039】

ｐ型クラッド層６は、活性層４とは反対側を向いた面においてｐコンタクト層７に続いている。ｐコンタクト層７は、特に、ＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層であってよい。ｐコンタクト層７は、有利には高濃度にドーピングされているｐドープ層である。ｐコンタクト層７におけるドーパント濃度は、有利には少なくとも５×１０^１９ｃｍ^－３、好ましくは少なくとも１×１０^２０ｃｍ^－３である。ｐコンタクト層７は、特にｐコンタクト層７がより高いドーパント濃度を有することにより、ｐ型クラッド層６と区別することができる。

【0040】

ｐコンタクト層７にはｐ接続層８が配置されている。さらに端面発光半導体レーザ１００は、例えば基板１の背面におけるｎ接続層９を有する。ｐ接続層８およびｎ接続層９は、例えば金属または金属合金を有していてよい。

【0041】

半導体積層体１０は、導波領域３におけるファセット欠陥を低減するかまたは好適には完全に回避するように構成された層系２０を有する。このために層系２０は、導波領域３の外部に配置されている。図１の実施例において、層系２０は、例えばＧａＮ基板である基板１とｎ型クラッド層２との間に配置されている。層系２０では、場合によっては生じるファセット欠陥が半導体積層体１０の隣接領域に広がることを阻止するのに適した応力が、材料組成の変化によって生成される。層系２０は、ファセット欠陥が、大きな応力を有する境界面において発生するかまた広がるという知識を利用している。層系２０では、材料組成を用いて、特に２ＧＰａよりも大きな応力が生成される。

【0042】

したがって、特に、スクライブおよびブレイクによってレーザファセットを作製する際に生じ得る、半導体積層体１０の機械的な負荷の際にファセット欠陥が生じる場合、このファセット欠陥は、高い確率で、層系２０における大きな応力を有する境界面に生じ、かつ／または大きな応力を有するこのような境界面では、境界面に対して平行に誘発され得る。したがって層系２０の導波領域３の外部に所期のように層応力を形成することにより、有利には導波領域３におけるファセット欠陥を回避可能である。

【0043】

図１の実施例において層系は、ＧａＮ基板１に続くＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１と、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１に配置されたＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２とを有する。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１およびＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２はそれぞれ、勾配層として実施されており、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１におけるインジウムの割合ｙは、成長方向ｚにｙ＝０からら＝０．０５に上昇し、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２におけるアルミニウムの割合ｘは、成長方向にｘ＝０．１８からｘ＝０に下降する。

【0044】

層系２０における材料組成によって生じる応力σおよびこのような応力から結果的に生じる曲げＢは、図２において、成長方向に延在する座標ｚに依存して示されている。図２の線図および後続の線図において、線図の最初の１００ｎｍおよび最後の１００ｎｍはそれぞれ、層系２０の外部の領域に関係している。すなわち図２においてｚ＝１００ｎｍ～ｚ＝５００ｎｍの領域は、層系２０の領域を表す。

【0045】

図２の層系２０では、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１は、約２００ｎｍの厚さを有し、成長方向に上昇するインジウムの割合より、増大する圧縮応力σおよび増大する曲げＢが生じる。同様に厚さ約２００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２との境界面２３において、大きなアルミニウムの割合ｘ＝０．１８により、引張応力への変化が行われる。この場合に成長方向における応力σおよび曲げＢは、アルミニウムの割合の下降に伴って再び減少し、これにより、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２を成長させた後には応力σ＝０および曲げＢ＝０になる。

【0046】

この層系では、隣接する層２１、２２間の境界面２３の領域おいて半導体層２１、２２のドーピング、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、ＯまたはＭｇによるドーピングを行うことが可能である。ドーピングスパイク（Dotierspike）とも称される、境界面２３における薄いドーピング領域により、境界面２３において圧電場によって生じ得る電圧降下を回避可能である。

【0047】

一般に圧縮層応力を生成するためにインジウム含有層２１を使用し、引張層応力を生成するためにアルミニウム含有層２２を使用することが可能である。さらに、層応力を生成するかまたは強化するためにドーピングを使用することができ、例えばＳｉドーピングにより、引張層応力を生じさせることが可能である。

【0048】

図３には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１を有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０５に上昇している。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１には、厚さ７３０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２が配置されており、アルミニウムの割合は、成長方向にｘ＝０．０５からｘ＝０に下降している。層２１、２２の境界面２３では、応力が最大であり、全体応力はゼロに等しい。

【0049】

図４には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１を有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０５に上昇している。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１には、厚さ７２ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２が配置されており、アルミニウムの割合ｘ＝０．２５である。層２１、２２の境界面２３では、応力が最大であり、全体応力はゼロに等しい。

【0050】

図５には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１を有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降している。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１には、厚さ２００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２が配置されており、アルミニウムの割合は、成長方向にｘ＝０からｘ＝０．１８に上昇している。層２１、２２間の境界面２３では、層応力の符号が変化し、すなわち層応力が、圧縮応力から引張応力に変化している。全体応力はゼロに等しい。

【0051】

図６には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２を有し、アルミニウムの割合は、成長方向にｘ＝０．１８からｘ＝０に下降している。基板１とＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２との間の境界面２３において応力が最大である。前の複数の実施例とは異なり、この層系の全体応力はゼロに等しくなく、むしろこの層系には全体として引張応力が加えられている。このような引張力の全体応力は、レーザファセットを背面からブレイクさせる場合に有利になり得る。

【0052】

図７には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２を有し、アルミニウムの割合は、成長方向にｘ＝０からｘ＝０．１８に上昇している。基板とは反対側を向いた、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２の境界面２３において応力が最大である。前の実施例の場合と同様にこの層系には全体として引張応力が加えられている。このような引張力の全体応力は、レーザファセットを背面からブレイクさせる場合に有利になり得る。

【0053】

図８には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ１５０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２を有し、アルミニウムの割合は、成長方向にｘ＝０からｘ＝０．１８に上昇している。Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２には、厚さ５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１が配置されており、インジウムの割合は成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降している。層２１、２２の境界面２３では、応力が最大であり、この層系には、前の２つの実施例と同様に全体として引張応力が加えられている。

【0054】

図９には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さく５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１を有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０７に上昇している。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１には、厚さ１５０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２が配置されており、アルミニウムの割合は成長方向にｘ＝０．２からｘ＝０に下降している。層２１、２２の境界面２３では応力が最大であり、この層系には、前の３つの実施例と同様に全体として引張応力が加えられている。

【0055】

図１０には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ１００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ａを有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０７に上昇している。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ａには、厚さ１００ｎｍの別のＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｂが配置されており、インジウムの割合は成長方向にｙ＝０．０７からｙ＝０に下降している。前の複数の実施例とは異なり、この層系には全体として圧縮応力が加えられている。このような圧縮力の全体応力は、レーザファセットを前面からブレイクさせる場合に有利になり得る。

【0056】

図１１には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ１００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ａを有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０４に上昇している。これには、厚さ１００ｎｍの、一定のインジウムの割合ｙ＝０．０４を有するＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１Ｂが続いている。Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１Ｂには、厚さ１００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｃが配置されており、インジウムの割合は成長方向にｙ＝０．０４からｙ＝０に下降している。前の実施例の場合と同様にこの層系には全体として圧縮応力が加えられている。

【0057】

図１２には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。この層系は、ＧａＮ基板１に続く厚さ２００ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１を有し、インジウムの割合は、成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降している。基板１とＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１との間の境界面２３において応力が最大である。前の実施例の場合と同様にこの層系には全体として圧縮応力が加えられている。

【0058】

図１３、図１４および図１５には、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されており、これらの実施例はそれぞれ、交互に重なり合うＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１とＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２とから成る超格子構造を有する。図１３の実施例において、層系は、厚さ２０ｎｍおよびインジウムの割合ｙ＝０．０５を有するＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１と、厚さ２０ｎｍおよびアルミニウムの割合ｘ＝０．１５を有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２とが交互に重なり合う層系を有する。図１４の実施例において、層系は、厚さ２５ｎｍおよびｙ＝０．０８からｙ＝０に下降するインジウムの割合を有するＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１と、厚さ２５ｎｍおよびｘ＝０からｘ＝０．２に上昇するアルミニウムの割合を有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２とが交互に重なり合う層系を有する。図１５の実施例において、層系は、厚さ２５ｎｍおよびｙ＝０．０４からｙ＝０に下降するインジウムの割合を有するＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１と、厚さ２５ｎｍおよびｘ＝０からｘ＝０．２２に上昇するアルミニウムの割合を有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２とが交互に重なり合う層系を有する。超格子構造は、これが、場合によって生じ得るファセット欠陥の広がりを阻止可能な多数の境界面を有するという利点を有する。

【0059】

次の図１６、図１７および図１８には、大きな応力を有するそれぞれ２つの境界面が接近して隣り合っており、これにより、ファセット欠陥の広がりが、可能な限りに小さく定められた領域において阻止される、層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。

【0060】

図１６の実施例において、層系は、ＧａＮ基板１から出発して、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０５に上昇するインジウムの割合を有する厚さ５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ａと、成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降するインジウムの割合を有する厚さ３０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｂと、成長方向にｘ＝０からｘ＝０．２２に上昇するアルミニウムの割合を有する、厚さ３０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２Ａと、成長方向にｘ＝０．２２からｘ＝０に下降するアルミニウムの割合を有する、厚さ３０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２Ｂと、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０５に上昇するインジウムの割合を有する、厚さ３０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｃと、成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降するインジウムの割合を有する、厚さ５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｄと、を有する。

【0061】

図１７の実施例において、層系は、ＧａＮ基板１から出発して、成長方向にｙ＝０からｙ＝０．０５に上昇するインジウムの割合を有する、厚さ５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ａと、ｘ＝０．２５のアルミニウムの割合を有する、厚さ１０ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２と、成長方向にｙ＝０．０５からｙ＝０に下降するインジウムの割合を有する、厚さ５０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ勾配層２１Ｂと、を有する。

【0062】

図１８の実施例において、層系は、ＧａＮ基板１から出発して、成長方向にｘ＝０からｘ＝０．１２に上昇するアルミニウムの割合を有する、厚さ１００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２Ａと、ｙ＝０．０５のインジウムの割合を有する、厚さ３０ｎｍのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１と、成長方向にｘ＝０．１２からｘ＝０に下降するアルミニウムの割合を有する、厚さ１００ｎｍのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ勾配層２２Ｂと、を有する。

【0063】

次の図１９、図２０および図２１には、それぞれ交代し合うＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２およびＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１を有する層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。図１９の実施例では、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２のアルミニウムの割合が、１つの層から別の１つの層へと減少するのに対し、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１は、それぞれ同じインジウムの割合を有する。図２０の実施例では、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２のアルミニウムの割合が、１つの層から別の１つの層へと減少し、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１のインジウムの割合は、１つの層から別の１つの層へと増大する。図２１の実施例では、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２のアルミニウムの割合も、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１のインジウムの割合も共に１つの層から別の１つの層へと減少する。

【0064】

図２２、図２３および図２４には、それぞれ交代し合うＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２およびＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１を有する層系の別の実施例における応力σおよび曲げＢの経過が示されている。これらの実施例においてＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２はそれぞれ同じアルミニウムの割合を有し、Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１はそれぞれ同じインジウムの割合を有する。しかしながらこれらの層系において、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層２２およびＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層２１の厚さが変化する。

【0065】

図２５には、端面発光半導体レーザの一実施例におけるレーザビームの強度Ｉおよび屈折率ｎの経過が（共に任意単位で）表面から測定した深さｔに応じて略示されている。レーザビームは、活性層４の領域において最大強度を有する。層系２０の位置において、強度は、最大強度の２０％よりも小さく、好ましくは１０％よりも小さく、特に好ましくは５％よりも小さい。これは、特に層系２０と活性層４との間の十分に大きな間隔によって実現可能であり、この間隔は、少なくとも５００ｎｍ、好ましくは少なくとも１μｍである。

【0066】

図２６には、端面発光半導体レーザ１００の別の一実施例が断面図で略示されている。半導体積層体１０の層の配置は、図１の実施例に対応し、したがって再度詳しく説明しない。図１の実施例との相違は、ここで示された端面発光半導体レーザ１００が、隣り合って配置された複数のエミッタを有するレーザバーであることである。レーザバーの表面には、隣り合って配置された複数のリッジ導波体１１が構成されており、リッジ導波体１１にはそれぞれ１つのｐ接続層８が配置されている。ｐ接続層８はそれぞれリッジ導波体１１の上面に接触接続されており、それ以外ではパッシベーション層１２によって半導体積層体１０から電気的に絶縁されている。導波領域３におけるファセット欠陥を低減する層系２０は、図１の実施例の場合と同様に、例えば、基板１とｎ型クラッド層２との間に配置可能である。ファセット欠陥を低減する層系２０は、レーザバーにおいて特に有利である。というのは、ただ１つのエミッタのファセット欠陥が、レーザバー全体の故障に結び付き得るからである。

【0067】

本発明は、実施例に基づく説明には限定されない。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明示的に示されていない場合であっても含まれるものである。

【符号の説明】

【0068】

１ 基板
２ ｎ型クラッド層
３Ａ 第１導波層
３Ｂ 第２導波層
４ 活性層
５ 電子バリア層
６ ｐ型クラッド層
７ ｐコンタクト層
８ ｐ接続層
９ ｎ接続層
１０ 半導体積層体
１１ リッジ導波体
１２ パッシベーション層
２０ 層系
２１ ＩｎＧａＮ層
２１Ａ ＩｎＧａＮ層
２１Ｂ ＩｎＧａＮ層
２１Ｃ ＩｎＧａＮ層
２１Ｄ ＩｎＧａＮ層
２２ ＡｌＧａＮ層
２２Ａ ＡｌＧａＮ層
２２Ｂ ＡｌＧａＮ層
１００ 端面発光半導体レーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【手続補正書】

【提出日】2021-06-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導波層（３Ａ）と第２導波層（３Ｂ）との間に配置された活性層（４）を有する導波領域（３）を含む、窒化物系化合物半導体材料ベースの半導体積層体（１０）を備えた端面発光半導体レーザ（１００）であって、
・前記半導体積層体（１０）は、前記導波領域（３）の外部に配置されておりかつ前記導波領域（３）におけるファセット欠陥を低減するための層系（２０）を有し、
・前記層系（２０）は、材料組成Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１かつｘ＋ｙ≦１、を有する１つまたは複数の層（２１、２２）を有し、前記層系（２０）の少なくとも１つの層（２１、２２）は、アルミニウムの割合ｘ≧０．０５、またはインジウムの割合ｙ≧０．０２を有し、
・層応力は、少なくとも部分的に少なくとも２ＧＰａであり、
・前記層系（２０）は、前記インジウムの割合および／または前記アルミニウムの割合の勾配を有する少なくとも１つのＡｌ _ｘ Ｉｎ _ｙ Ｇａ _{１－ｘ－ｙ} Ｎ層（２１、２２）を有する、端面発光半導体レーザ（１００）。

【請求項2】

前記層系（２０）は、少なくとも１０ｎｍの厚さを有する１つまたは複数の層（２１、２２）を有するか、複数の前記層（２１、２２）から構成される、請求項１記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項3】

前記層系（２０）と前記活性層（４）との間の間隔は、少なくとも５００ｎｍである、請求項１または２記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項4】

前記層系（２０）と前記活性層（４）との間の間隔は、少なくとも１μｍである、請求項１から３までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項5】

前記導波領域（３）に広がるレーザビームは、最大強度Ｉ_ｍａｘを有し、前記層系（２０）における前記レーザビームの強度は、０．２×Ｉ_ｍａｘよりも大でない、請求項１から４までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項6】

前記導波領域（３）は、ｎ型クラッド層（２）とｐ型クラッド層（６）との間に配置されており、前記層系（２０）は、前記半導体レーザの基板（１）と前記ｎ型クラッド層（２）との間に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項7】

前記層系（２０）は、インジウムの割合ｙ≧０．０３を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層（２１）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項8】

前記層系（２０）は、アルミニウムの割合ｘ≧０．１を有する少なくとも１つのＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ層（２２）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項9】

前記層系（２０）は、圧縮応力を生成する少なくとも１つのＩｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（２１）と、引張応力を生成する少なくとも１つのＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（２２）とを有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項10】

前記Ｉｎ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（２１）および前記Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層（２２）は、互いに直接に隣接している、請求項９記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項11】

前記層系（２０）における前記層応力は、少なくとも部分的に前記導波領域（３）よりも大きい、請求項１から１０までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項12】

前記層系（２０）は、前記層応力が２ＧＰａよりも大きく変化する少なくとも１つの境界面（２３）を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項13】

前記層系（２０）は、前記層応力が、圧縮応力から引張応力に、または引張応力から圧縮応力に変化する少なくとも１つの境界面（２３）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項14】

前記層系（２０）は、交互に重なる複数のＩｎＧａＮ層（２１）およびＡｌＧａＮ層（２２）を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項15】

前記層系（２０）は少なくとも３個かつ最大で１００個の層（２１、２２）を有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項16】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、前記導波領域（３）にファセット欠陥を有しない第１レーザファセットおよび第２レーザファセットを有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項17】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、前記層系（２０）の前記領域にファセット欠陥を有する第１レーザファセットおよび第２レーザファセットを有する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項18】

前記端面発光半導体レーザ（１００）は、隣り合って配置された複数のエミッタを有するレーザバーである、請求項１から１７までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【請求項19】

前記層系（２０）は、ＧａＮ層に隣接し、前記層系全体によって生じる曲げはゼロに等しい、請求項１から１８までのいずれか１項記載の端面発光半導体レーザ。

【国際調査報告】