特表 2025-505653 放射誘導素子を有する半導体レーザ

(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】2025-02-28

(54)【発明の名称】放射誘導素子を有する半導体レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0225 20210101AFI20250220BHJP

   H01S 5/02257 20210101ALI20250220BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0225

H01S5/02257

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546479

(86)(22)【出願日】2022-11-24

(85)【翻訳文提出日】2024-08-06

(86)【国際出願番号】 EP2022083179

(87)【国際公開番号】W WO2023151842

(87)【国際公開日】2023-08-17

(31)【優先権主張番号】102022201340.9

(32)【優先日】2022-02-09

(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】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】カイドラー マルクス

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AL02

5F173AL06

5F173AL10

5F173AL19

5F173AL21

5F173AQ05

5F173MC05

5F173MC15

5F173ME22

5F173ME32

5F173ME33

5F173ME85

5F173MF03

(57)【要約】

レーザダイオード（２）上に配置された放射誘導素子（３）が、レーザダイオード（２）上へレーザ放射（５）によって設けることができる物質を備える、または当該物質で構成される、半導体レーザ（１）が特定される。また、対応する物質を備える１つ以上の光学素子（３１）が基部素子（８０）上に配置される、放射透過素子（８）、より詳細には半導体レーザ（１）用の放射出口窓（８ａ）が特定される。さらに、上記放射出口窓（８ａ）を有するレーザハウジング（９）、および対応する製造方法が特定される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ放射（５）を生成するための活性領域（２０）と、放射出口領域（２２）とを有する半導体レーザダイオード（２）であって、レーザ放射は、前記放射出口領域（２２）を通って前記半導体レーザダイオード（２）から出射可能である、半導体レーザダイオード（２）と、
前記レーザダイオード（２）上の前記放射出口領域（２２）内に配置され、前記レーザダイオード（２）にモノリシックに接続される放射誘導素子（３）であって、前記放射誘導素子（３）は、前記レーザダイオード（２）上への前記レーザ放射（５）によって設けることができる物質を備える、または前記物質で構成されており、前記放射誘導素子（３）は、さらに放射結合素子（６）を備え、前記放射結合素子（６）は、前記放射誘導素子（３）にモノリシックに接続される、前記放射誘導素子（３）と、を備える、
半導体レーザ（１）。

【請求項2】

前記レーザダイオード（２）は、端面発光レーザダイオードであり、前記放射出口領域（２２）は、レーザファセット（２１）の領域であり、前記放射出口領域（２２）内の前記放射誘導素子（３）は、前記レーザファセット（２１）上に直接配置され、前記レーザファセット（２１）にモノリシックに接続される、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項3】

前記放射誘導素子（３）は、通常の大気中での前記半導体レーザ（１）の動作を可能にするように構成される、
請求項１または２に記載の半導体レーザ。

【請求項4】

前記放射結合素子（６）は、前記半導体レーザで生成され得る前記レーザ放射（５）のビーム経路に沿って、前記放射誘導素子（３）の後に位置する、
請求項１～３のいずれかに記載の半導体レーザ。

【請求項5】

前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項１～４のいずれかに記載の半導体レーザ。

【請求項6】

レーザ放射（５）を生成するための活性領域（２０）と、放射出口領域（２２）とを有する半導体レーザダイオード（２）であって、レーザ放射が、前記放射出口領域（２２）を通って前記半導体レーザダイオード（２）から出射可能である前記半導体レーザダイオード（２）を設けるステップ（Ｓ_１）と、
放射結合素子（６）を設けるステップ（Ｓ_１a）と、
前記レーザダイオード（２）の動作中において、前記レーザ放射（５）が前記放射結合素子（６）を透過するように、前記放射結合素子（６）を前記レーザダイオード（２）に対して配置するステップ（Ｓ_１b）と、
前記放射出口領域（２２）内の前記レーザダイオード（２）に放射誘導素子（３）を設けるステップ（Ｓ_２）と、を備え、前記ステップ（Ｓ_２）は、
前記レーザダイオード（２）および前記放射結合素子（６）の両方を、前記レーザ放射（５）によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝すステップ（Ｓ_２a）と、
化学反応を誘発し、前記前駆体を前記放射出口領域（２２）に前記放射誘導素子（３）をモノリシックに形成する物質に変換して、前記レーザダイオード（２）を前記放射結合素子（６）にモノリシックに接続するように、前記レーザダイオード（２）を操作するステップ（Ｓ_２b）と、を備える、
半導体レーザ（１）の製造方法。

【請求項7】

前記前駆体および前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項６に記載の方法。

【請求項8】

請求項１～４のいずれかに記載の半導体レーザ（１）が製造される、
請求項６または７に記載の方法。

【請求項9】

レーザ放射を生成するための活性領域（２０）をそれぞれ有する１つ以上の半導体レーザダイオード（２）と、
放射出口窓（８ａ）を有し、前記半導体レーザダイオード（２）が配置される、密閉レーザハウジング（９）と、を備え、
前記放射出口窓は、
放射出口窓基部素子（８０ａ）と、
前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上に配置され、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）にモノリシックに接続された１つ以上の光学素子（３１）と、を備え、
前記光学素子（３１）は、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上にレーザ放射によって設けることができる物質を備える、または前記物質で構成されており、
各レーザダイオード（２）が、動作状態において各レーザダイオード（２）のレーザ放射を通して出射できる前記光学素子（３１）のうちの１つ以上に対応するように、前記レーザダイオード（２）が放射透過素子（８）に対して配置される、
光電子デバイス（１０）。

【請求項10】

前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項９に記載の光電子デバイス。

【請求項11】

レーザ放射を生成するための活性領域（２０）を有する１つ以上の半導体レーザダイオード（２）を設けるステップ（Ｓ_３１）と、
放射出口窓基部素子（８０ａ）を有する密閉レーザハウジング（９）を設けるステップ（Ｓ３２）と、
動作状態において、前記レーザダイオード（２）のレーザ放射（５）が前記放射出口窓基部素子（８０ａ）を介して出射できるように、前記レーザダイオード（２）をレーザハウジング（９）内に配置するステップ（Ｓ_３３）と、
１つ以上の光学素子（３１）を前記放射出口窓基部素子（８０ａ）に設けるステップ（Ｓ_３４）と、を備え、前記ステップ（Ｓ_３４）は、
前記放射出口窓基部素子（８０）を、レーザ放射（５）によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝すステップ（Ｓ_３４a）と、
化学反応を誘発し、前記前駆体を、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上にモノリシックに前記光学素子（３１）を形成する物質に変換するように、前記レーザダイオード（２）を操作するステップ（Ｓ_３４b）と、を備える、
光電子デバイス（１０）の製造方法。

【請求項12】

前記前駆体および前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射誘導素子を有する半導体レーザに関し、より詳細には、光学素子または光ガイド、および対応する製造方法に関する。また、本発明は、放射透過素子、より具体的には、少なくとも１つの光学素子を有するレーザハウジング用の放射出口窓、および対応する製造方法に関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

効率的に封入、製造することができる半導体レーザを特定することを目的とする。さらに、自己調整型放射誘導素子、より詳細には光学素子または光ガイドを有する半導体レーザを特定することを目的とする。さらに、対応する放射透過素子、より具体的にはレーザハウジングのための放射出口窓を特定することを目的とする。これらの目的は、独立請求項の特徴を備えた装置および製造方法によって達成される。他の好適な形態は、従属請求項に対応する。

【課題を解決するための手段】

【0003】

一実施形態によれば、半導体レーザは、レーザダイオードを備える。レーザダイオードは、レーザ放射を発生するための活性領域と、レーザ放射をレーザダイオードから出射可能な放射出口領域とを有する。また、半導体レーザは、放射誘導素子を有する。放射誘導素子は、レーザダイオード上の放射出口領域に配置され、レーザダイオードにモノリシックに接続される。放射誘導素子は、レーザダイオード上におけるレーザ放射によって設けることができる物質を含むか、またはそのような物質で構成される。より好ましくは、放射誘導素子は、放射出口領域において、直接（中間層なしで）レーザダイオード上に、または直接誘電体ミラー上に配置される。

【0004】

したがって、放射誘導素子を設けるためのレーザダイオードを操作することによって、ビーム出射領域上に正確に自己整合的に放射誘導素子を設けることができる。

【0005】

放射誘導素子は、好ましくはレーザ放射に対して安定（「放射安定」）であり、動作状態において、半導体レーザの一般的な総動作時間内に劣化しないか、あるいは実質的に劣化しない。

【0006】

レーザダイオードは、原理的にはどのような半導体レーザダイオードであってよい。

【0007】

特に高出力密度であるため、端面発光半導体レーザダイオードでは、光ピンセット効果として知られる効果が特に顕著である。この場合、高い出力密度の結果、有機および無機の汚れや化合物が周囲の空気から拾われてレーザファセットに堆積する。レーザファセットの領域ではエネルギー密度が高いため、ファセットで粒子や分解生成物の分解や堆積や蓄積が起こる。この場合、出射された放射線との相互作用が生じ、ファセットのさらなる加熱につながる。上記の関係の結果、自己強化効果が生じ、最終的にレーザの破壊（ＣＯＤ、壊滅的な光学的損傷）につながる可能性がある。

【0008】

一実施形態によれば、放射誘導素子は、上述のような効果を低減する保護素子として構成される。すなわち、当該素子は、通常の大気中での半導体レーザの動作を可能にするように構成されてもよい。このため、当該素子は一定の最小厚さを有してもよい。ただし、後で詳しく説明するように、結合素子として、レーザと放射結合素子との間の距離をつなぐようにしてもよい。

【0009】

従って、レーザダイオードは、好ましくは端面発光レーザダイオードである。この場合、放射出口領域は、レーザファセットの領域であり、これは、放射誘導素子が、レーザファセット上の放射出口領域に、好ましくはレーザファセット上に直接配置され、レーザファセットにモノリシックに接続されることを意味する。

【0010】

しかし、上述のように、ダイオードは、原則として、任意の所望の半導体レーザダイオード、より具体的には、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはフォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）であってもよい。ＶＣＳＥＬの場合、放射誘導素子は、動作時にレーザ放射が通って出射する分散ブラッグ反射器上に、好ましくは直接設けられてもよく、または動作時にレーザ放射が通って出射する基板上に、好ましくは直接設けられてもよい。ＰＣＳＥＬの場合、放射誘導素子は、ＰＣＳＥＬのフォトニック結晶上に、好ましくは直接設けられてもよい。

【0011】

上記物質は、特に無機物質であってもよい。上記物質は、ケイ素、アルミニウム、タンタル、チタン、またはハフニウムを含んでもよく、またはそれらから構成されてもよい。

【0012】

上記物質は、例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２,酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、酸化タンタルＴａＯ、二酸化タンタルＴａＯ_２、二酸化チタンＴａ_２Ｏ_５,二酸化チタンＴｉＯ_２,ハフニウムＨｆＯ_２などの誘電体であってもよい。実験では、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２で特に良好な結果が得られた。

【0013】

放射誘導素子は、放射結合素子として構成することができる。すなわち、放射誘導素子が、他の光学素子に接続されていない放射結合面を有し、この面を介して放射線を大気中に供給することができる。

【0014】

放射結合素子は、レーザ放射を形成するように構成されていてもよく（以下「光学素子」と称する）、詳細には、屈折レンズとして構成されていてもよい。

【0015】

レンズは、通常の大気中で半導体レーザを動作させることができるように、レンズ効果によって放射を広げるように構成されていてもよい。あるいは、放射結合素子は、ビームプロファイルの最適化を実現するために、レーザビームの自己調整集束を可能にしてもよい。

【0016】

あるいは、放射誘導素子に加えて、放射誘導素子にモノリシックに接続された放射結合素子を設けてもよい。この場合、放射誘導素子は、レーザ放射をレーザダイオードから放射結合素子に誘導する結合素子（すなわち光ガイド）を構成してもよい。この実施形態の場合も同様に、ビーム結合素子を、レーザ放射を形成するように構成してもよい。ビーム結合素子は、任意の所望のレンズ、より具体的には屈折レンズ、またはレーザ放射の伝播方向を変化させるプリズムであってもよい。

【0017】

この場合、放射結合素子は、半導体レーザで発生させることができるレーザ放射のビーム経路に沿って放射誘導素子の後に位置してもよい。これは、レーザダイオードがアクティブであるときに生成されるレーザ放射が、まず放射誘導素子を透過した後、放射結合素子を透過することを意味する。半導体レーザは、半導体レーザおよび任意選択で放射結合素子が配置される支持体をさらに備えてもよい。すなわち、レーザ、および任意選択で放射結合素子を、その上に取り付けられてもよい。

【0018】

一実施形態に従って、半導体レーザは、複数のレーザダイオードを有する。同様に、個々のレーザダイオードが複数の出射点を有していてもよい。例えば、半導体レーザは、複数のレーザリッジ（レーザバー）を有するエッジエミッタまたはＶＣＳＥＬアレイを備えていてもよい。

【0019】

複数の出射点を有する複数のレーザダイオードおよび／またはレーザダイオードが設けられる場合、上述の放射誘導素子も複数設けられることが好ましく、また、レーザダイオードが出射点と全く同じ数の放射誘導素子を有することが好ましい。

【0020】

レーザダイオードは、可視スペクトル領域、より詳細には青色スペクトル領域の光を出射するように構成されてもよい。上述の半導体レーザは、好ましくは、自動車のヘッドアップディスプレイにおいて、またはレーザプロジェクタにおけるビーム源として、使用される。

【0021】

上記半導体レーザの製造方法において、ステップＳ_１で、レーザ放射を発生させるための活性領域と、放射出口領域とを有するレーザダイオードを設け、ステップＳ_２で、放射出口領域内のレーザダイオードに放射誘導素子を設ける。ステップＳ_２は、レーザ放射によって化学反応を誘発され得る前駆体、例えば、金属オルガニル、並びに任意選択で、窒素および／または酸素供与体と、レーザダイオードを大気に曝すサブステップ（Ｓ_２a）を含む。また、ステップＳ_２は、化学反応を誘発し、前駆体を、レーザダイオード上の放射出口領域内に放射誘導素子をモノリシックに形成する物質に変換するように、レーザダイオードをする操作するステップＳ_２bを含む。酸素を任意で添加することにより、ファセットへのカーボンの析出を防ぐことができる。

【0022】

先に述べたように、レーザダイオードは、端面発光レーザダイオードであってもよい。その場合、放射出口領域はレーザファセットであり、放射誘導素子は好ましくは直接レーザファセット上に配置される。さらに、レーザダイオードは、ＶＣＳＥＬまたはＰＣＳＥＬであってもよい。放射誘導素子は、放射安定であることが好ましく、保護素子であることがより好ましく、また、通常の大気中での半導体レーザの動作を可能にすることが好ましい。

【0023】

前駆体は、特に無機前駆体であってもよい。これに対応して、物質は無機物質であってもよい。前駆体は、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、またはチタンを含んでもよく、またはそれらから構成されてもよい。これに対応して、物質は、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含んでもよく、またはそれらから構成されてもよい。

【0024】

実験では、ＳｉＯ_２により特に良好な結果が得られた。ここでは、揮発性シリコン（Ｓｉ_xＨ_yＣ_z）、例えばシラン（Ｓｉ_xＨ_２x）が前駆体として用いられる。大気中の酸素Ｏ２との反応により、二酸化ケイ素ＳｉＯ_２が生成される。
Si_xH_yC_z + O_{2 ->} SiO_{2 +} H₂O (+ stable Si_x-oH_y-mC_z-n)
ここでのＳｉは、形成される酸化物の屈折率が適切となる他の金属で置き換えられてもよい。

【0025】

先に述べたように、放射誘導素子は、放射結合素子として構成してもよく、この場合、レーザ放射を形成するのに適したものとなる。あるいは、先に述べたように、放射誘導素子に加えて、放射誘導素子にモノリシックに接続された放射結合素子を設けてもよい。

【0026】

対応する製造方法は、さらに、放射結合素子を設けるステップＳ_１aと、レーザダイオードの動作時にレーザ放射が放射結合素子を透過するように、レーザダイオードに対して放射結合素子を配置するステップＳ_１bとを含む。したがって、後続のステップＳ_２aにおいて、レーザダイオードおよび放射結合素子の両方が、前駆体と大気に曝され、またステップＳ_２bにおいて、レーザダイオードの動作中、放射誘導素子は、レーザダイオードを放射誘導素子にモノリシックに接続するように、レーザダイオード上の放射出口領域内に形成される。

【0027】

先に述べたように、半導体レーザは、半導体レーザおよび任意選択で放射結合素子が配置される支持体をさらに備えてもよい。先に述べたように、半導体レーザは、複数のレーザダイオードを有していてもよく、その場合、複数の放射誘導素子が発生する可能性がある。レーザダイオードは、可視スペクトル領域、より詳細には青色スペクトル領域の光を出射するように構成されてもよい。上述の半導体レーザは、好ましくは、自動車のヘッドアップディスプレイにおいて、またはレーザプロジェクタにおけるビーム源として、使用される。

【0028】

一実施形態によれば、放射透過素子、より詳細にはレーザハウジング用の放射出口窓は、基部素子、より詳細には放射出口窓基部素子、および基部素子上に配置されかつ基部素子にモノリシックに接続された１つまたは複数の光学素子を含む。この場合も、光学素子は、基部素子上にレーザ放射によって設けることができる物質を含むか、またはそのような物質で構成される。

【0029】

基部素子は、特に、放射出口窓基部素子であってもよく、その場合には、好ましくは、レーザ放射に対して透明な平面または略平面のシートであってもよい。

【0030】

前述の放射誘導素子を有する半導体レーザと同様に、１つまたは複数の光学素子を設けるためのレーザダイオードを操作することによって、光学素子を基部素子上に自己整合的に生成してもよい。

【0031】

光学素子は、レーザ放射を形成するように構成される。この素子は、屈折レンズであってもよい。レンズ効果によってレーザ放射が広がるように、レンズを構成してもよい。上記物質は、先に述べた物質、より具体的には二酸化ケイ素であってもよい。

【0032】

一実施形態によれば、光電子デバイスは、１つまたは複数の半導体レーザダイオードを含み、これらの半導体レーザダイオードはそれぞれ、レーザ放射を発生するための活性領域と、半導体レーザダイオードが配置された密閉レーザハウジングとを有する。上述の放射出口窓は、密閉レーザハウジングの一部である。レーザダイオードは、各レーザダイオードが光学素子のうちの１つに対応するように放射出口窓に対して配置され、この光学素子を介して、それぞれのレーザダイオードのレーザ放射を動作状態において出射することができる。

【0033】

レーザダイオードは、先に述べたタイプのうちの１つのレーザダイオード、例えば、端面発光レーザダイオードまたはＶＣＳＥＬアレイであってもよいが、ヘッドアップディスプレイまたはレーザプロジェクタにおけるビーム源としての使用が好ましい。

【0034】

対応する放射透過素子、より具体的には放射出口窓の製造方法において、まず、放射透過素子がステップＳ_２１において設けられる。続いて、ステップＳ_２２において、光学素子または複数の光学素子が放射透過素子に設けられる。この場合、放射透過素子は、まず、レーザ放射によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝される（ステップＳ_２２a）。次いで、レーザ放射が生成され、化学反応がレーザ放射によって誘発されることで、前駆体が、放射透過素子上にモノリシックに光学素子を形成する物質に変換される（ステップＳ_２２b）。

【0035】

光電子デバイスの製造方法では、まず、レーザ放射を発生させるための活性領域を有する少なくとも１つの半導体レーザダイオードが設けられる（ステップＳ_３１）。また、放射出口窓基部素子（ステップＳ_３２）を有する密閉レーザハウジングも設けられる。次いで、動作状態において、レーザダイオードのレーザ放射が放射出口窓基部素子を介して出射することができるように、レーザダイオードがレーザハウジング内に配置される（ステップＳ_３３）。ステップＳ_３４における放射出口窓基部素子への光学素子の設置は、ステップＳ_３４aにおいて、放射出口窓基部素子を、レーザ放射によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝らし、次いで、ステップＳ_３４bにおいて、化学反応が誘発され、前駆体が、放射出口窓基部素子上にモノリシックに少なくとも１つの光学素子を形成する物質に変換されるように、レーザダイオードを操作することによって行われる。

【0036】

ステップＳ_３４aにおいて、レーザハウジングの内部は、好ましくは、前駆体フリーに保たれる。

【0037】

詳細には、少なくとも１つのレーザダイオードは、上述したタイプのうちの１つのレーザダイオードであってもよい。上記物質は、先に述べた物質、より具体的には二酸化ケイ素であってもよく、その場合、前駆体は揮発性シリコーンであってもよい。

【0038】

以下、添付の概略図を参照して、本発明についてより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】第１の実施形態に係る半導体レーザを示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。

【図3】第２の実施形態に係る半導体レーザを示す図である。

【図4】第３の実施形態に係る半導体レーザを示す図である。

【図5】第２および第３の実施形態に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。

【図6】実施形態に係る放射出口窓を示す図である。

【図7】図６に示す実施形態に係る放射出口窓の製造方法を示す図である。

【図8】実施形態に係る密閉レーザハウジングを示す図である。

【図9】図８の実施形態に係る密閉レーザハウジングの製造方法を示す図である。

【0040】

図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ１を示す。半導体レーザ１は、支持体４上に配置された半導体レーザダイオード２を備える。本実施形態における支持体４と半導体レーザダイオード２との間には、はんだ４０、４１（ここでははんだ層）によってレーザダイオード２および支持体４に接続されるサブマウント（組立素子）４２が設けられる。レーザダイオード２は、適切な電圧が印加されるとレーザ放射５を生成する活性領域２０を有する。レーザ放射５は、放射出口領域２２を介してレーザダイオード２から出射する。ここでは、レーザダイオード２は、端面発光型レーザダイオードである。したがって、放射出口領域２２は、レーザファセット２１の領域である。放射出口領域２２内において、レーザファセット２１上には放射誘導素子３が配置されている。あるいは、レーザダイオード２は、ＶＣＳＥＬまたはＰＣＳＥＬであってもよい。

【0041】

放射誘導素子３は、レーザダイオード２にレーザ放射５によって設けることができる物質を備える、またはそのような物質で構成される。放射誘導素子３は、通常の大気中での半導体レーザ１の動作を可能にする素子、すなわち保護素子である。

【0042】

なお、ここでは、放射誘導素子３は、屈折レンズとして形成されている。したがって、放射誘導素子３は、レーザ放射５を大気に送ることができる放射結合面を有する放射結合素子３０である。

【0043】

上述のように、放射誘導素子３は、レーザダイオード２にレーザ放射５によって設けることができる物質を備える。以下、対応する方法を、図２を参照してより詳細に説明する。

【0044】

この方法は、ステップＳ_０の「スタート」で開始する。ステップＳ_１において、レーザダイオード２が設けられる。その後、ステップＳ_２において、放射誘導素子３がレーザダイオード２上に設けられる。ステップＳ_２には、サブステップＳ_２aおよびＳ_２bが含まれる。ステップＳ_２aでは、レーザダイオード２は、レーザ放射５によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝される。ステップＳ_２bでは、レーザダイオードを操作して化学反応を誘発し、前駆体を、レーザダイオード２上の放射出口領域２２に放射誘導素子３をモノリシックに形成する物質に変換する。詳細には、前駆体は、水素化シリコーンまたは揮発性シリコーンであってもよく、物質は二酸化ケイ素であってもよい。当該方法はステップＳ_Eの「エンド」で終了する。炭化水素が存在する場合、酸素との反応によってＣＯ_２に酸化され、プロセスの反応物質としては利用できなくなる。

【0045】

図３は、第２の実施形態に係る半導体レーザ１を示す。構成は、図１に示す第１の実施形態と実質的に同じである。第２の実施形態に係る半導体レーザ１では、放射誘導素子３は、放射結合素子３０ではない。すなわち、電磁放射が放射誘導素子３を介して直接大気中に出射されない。その代わりに、放射誘導素子３は、放射出口素子６に接続される。光ガイドとして、レーザダイオード２で発生したレーザ放射５を、放射出口素子６へと透過させる。放射出口素子６は、ここでは、レーザ放射５を（本例では直角に、すなわち約９０°）偏向させるプリズム６０である。半導体レーザダイオード２と同様に、このプリズムは、はんだ４１を用いて支持体４上に配置される。

【0046】

レーザ放射５は、プリズム６０の頂部側で９０°偏向されて出射する。この種の配置は、特に、トップルッカーレーザハウジングと呼ばれるもの、すなわち、レーザ放射５がハウジングの基底面に垂直な上面から出射する半導体レーザハウジングとして使用することができる。基底面により、ハウジングを、例えば、プリント回路基板などの支持体上に接触して配置することができる。この場合、半導体レーザ１は、基底面に平行に延在するアセンブリ上に配置され、基底面に平行に（基底面の表面法線に垂直に）レーザ放射５を放出する。

【0047】

さらに、本実施形態では、プリズム６０と半導体レーザダイオード２またはサブマウント４２との間の空間に充填材７を充填して、当該空間を汚染物質から保護し、遮蔽し、および機械的に安定させる。

【0048】

図４は、第３の実施形態に係る半導体レーザ１を示す。第２の実施形態と同様の構成、すなわち、放射誘導素子３が、半導体レーザダイオード２および放射結合素子６にモノリシックに接続され、これらの素子間の光ガイドとして機能する構成を有する。ただし、放射結合素子６は、プリズム６０ではなく、レンズ６１（ここでは屈折レンズ）である。

【0049】

上述の実施形態の全てに共通しているのは、放射結合素子３０、６のうちの１つを介して大気中に結合されたレーザ放射５が、通常の大気（例えば、３００ケルビンの地上大気）中で光電子デバイスが動作可能になるように広げられることである。

【0050】

第２および第３の実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法を図５に示す。この方法は、ステップＳ_０の「スタート」で開始する。まず、ステップＳ_１において、半導体レーザダイオード２が設けられる。次に、ステップＳ_１aにおいて、レーザダイオード２の動作中、レーザ放射５が放射出口素子６を透過するように、放射結合素子６がレーザダイオード２に対して配置される。ここでは、レーザダイオード２および放射出口素子６の両方が、はんだ４０、４１、および任意でサブマウント４２によって支持体４上に配置される。

【0051】

続いて、ステップＳ_２において、レーザダイオード２を放射結合素子６にモノリシックに接続するように、放射誘導素子３がレーザダイオード２に設けられる。ステップＳ_２には、サブステップＳ_２aおよびＳ_２bが含まれる。ステップＳ_２aにおいて、レーザダイオード２および放射出口素子６の両方が、前駆体と大気に曝される。放射出口素子６とレーザダイオード２との間の間隔は、ステップＳ_１bにおいて小さい値が選択され、これによりレーザダイオード２の動作のステップＳ_２bにおいて、放射誘導素子３がレーザダイオード２上の放射出口領域２２内に形成され、レーザダイオード２が放射誘導素子３にモノリシックに接続される。当該方法はステップＳ_Eの「エンド」で終了する。

【0052】

図６は、一実施形態に係る、放射出口窓８ａとして構成された放射透過素子８を示す。放射出口窓８ａは、放射出口窓基部素子８０ａとして構成された基部素子８０を備える。放射出口窓基部素子８０ａは、レーザ放射５に対して透明な、平坦状またはシート状の素子、例えば、ガラス板であってもよい。放射出口窓基部素子８０ａ上には、放射出口窓基部素子８０ａにモノリシックに接続された複数の光学素子３１が配置される。これらの素子は屈折レンズである。これらは、レーザ放射５によって放射出口窓基部素子８０ａに設けることができる物質で構成される。

【0053】

この結果、図６の放射出口窓８ａは、図７に示される製造方法によって特に簡単に生成することができる。ここで、最初のステップであるＳ_２１は、放射出口窓基部素子８０ａを設けるものである。その後、ステップＳ_２２で、光学素子が設けられる。ステップＳ_２２aにおいて放射出口窓基部素子８０ａを、レーザ放射によって化学反応を誘発され得る前駆体５と大気に曝した後、ステップＳ_２２bにおいてレーザ放射５を生成し、前駆体が放射出口窓基部素子８０ａ上に光学素子３１を形成する物質に変換することにより、光学素子が設けられる。当該方法はステップＳ_Eの「エンド」で終了する。

【0054】

この場合、好ましくは、放射出口窓基部素子８０ａの片側のみが前駆体に曝されることで、光学素子３１が、放射出口窓基部素子８０ａの片側のみに形成される。素子は、例えば、保護ガスで充填されてもよい。

【0055】

図８は、上述の放射出口窓８ａを有する密閉レーザハウジング９を有する光電子デバイス１０を示す。密閉レーザハウジング９では、半導体レーザダイオード２が支持体４上に配置されている。また、レーザハウジング内に配置されたプリズム９０が設けられる。この結果、半導体レーザダイオード２により出射された電磁放射５が、９０度偏向されて放射出口窓８ａを介して出射される。レーザダイオード２は、各レーザダイオード２に光学素子３１の１つが対応するように、放射出口窓８ａに対して相対的に配置され、動作状態のレーザダイオード２によって出射されるレーザ放射が、対応する光学素子３１を通って出射するようになっている。

【0056】

代替の実施形態によれば、図６に係る放射出口窓８ａ、および図８に係る光電子デバイス１０の場合、１つの光学素子３１のみ、および１つの半導体レーザダイオード２のみが設けられるようにしてもよい。同様に、対応する半導体レーザダイオード２のレーザ放射５は、ビームスプリッターによって複数のレーザビームに分割されてもよく、および／またはレーザダイオードは複数の出射点を有してもよい。その場合、レーザダイオード２を、レーザ放射５が通って出射する２つ以上の光学素子３１に割り当ててもよい。

【0057】

光電子デバイス１０の製造時、原則として、対応する放射出口窓８ａに光学素子３１を設け、レーザダイオード２、サブマウント４およびプリズム９０を収容したレーザハウジング９上に配置し、レーザ放射５が光学素子３１を通って出射するように位置合わせしてもよい。

【0058】

しかし、光電子デバイス１０は、図９に示される方法に従って製造されることが好ましい。この方法は、ステップＳ_０の「スタート」で開始する。次に、ステップＳ_３１において、レーザダイオードが設けられる。次に、ステップＳ_３２において、密閉レーザハウジング９に放射出口窓基部素子８０ａを設ける。続くステップＳ_３３において、動作状態において、レーザダイオード２のレーザ放射５が放射出口窓基部素子を介して出射することができるように、レーザダイオードがレーザハウジング９に配置される。

【0059】

続くステップＳ_３４では、光学素子３１が、放射出口窓基部素子８０ａに設けられる。ステップＳ_３４には、サブステップＳ_３４aおよびＳ_３４bが含まれる。サブステップＳ_３４aでは、放射出口窓基部素子８０ａがレーザ放射５によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝され、サブステップＳ_３４bでは、最終的に、レーザダイオード２が動作され、化学反応が誘発されることで、前駆体が、放射出口窓基部素子８０ａ上にモノリシックに光学素子３１を形成する物質に変換される。当該方法はステップＳ_Eの「エンド」で終了する。

【0060】

上述した方法は、複数のレーザダイオード２に関連して説明したが、単一のレーザダイオード２を使用することも可能であり、その場合、出射点の数によっては、１つの光学素子３１のみが生成される可能性もある。

【0061】

上述した方法は、原則として、すべての放射誘導素子３、より詳細には光学素子３１を生成するために使用することができ、これは、開始するレーザ放射５のビーム形状によって実現することができる。

【0062】

密閉レーザハウジング９の内部９１は、好ましくは、光学素子がそこに形成されないように、前駆体フリーに保たれる。

【0063】

上述したすべての方法により、放射出口窓基部素子８０ａまたはレーザダイオード２は、反応室によって前駆体に曝されてもよい。全ての実施形態において、前駆体は、特に、先述した前駆体の１つであってもよく、物質は先述した物質の１つであってもよい。

【0064】

本出願は、ＤＥ１０２０２２２０１３４０．９の優先権を主張する。優先権書類は、参照によりその全体が本開示に組み込まれる。

【符号の説明】

【0065】

１ 半導体レーザ
１０ 光電子デバイス
２ 半導体レーザダイオード
２０ 活性領域
２１ レーザファセット
２２ 放射出口領域
３ 放射誘導素子
３０ 放射結合素子
３１ 光学素子
４ 支持体
４０ はんだ
４１ はんだ
４２ サブマウント
５ レーザ放射
６ 放射結合素子
６０ プリズム
６１ レンズ
８ 放射透過素子
８ａ 放射出口窓
８０ 基部素子
８０ａ 放射出口窓基部素子
９ 密閉レーザハウジング
９０ プリズム
９１ 内部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-06

【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】

レーザ放射（５）を生成するための活性領域（２０）と、放射出口領域（２２）とを有する半導体レーザダイオード（２）であって、レーザ放射は、前記放射出口領域（２２）を通って前記半導体レーザダイオード（２）から出射可能である、半導体レーザダイオード（２）と、
前記レーザダイオード（２）上の前記放射出口領域（２２）内に配置され、前記レーザダイオード（２）にモノリシックに接続される放射誘導素子（３）であって、前記放射誘導素子（３）は、前記レーザダイオード（２）上への前記レーザ放射（５）によって設けることができる物質を備える、または前記物質で構成されており、前記放射誘導素子（３）は、さらに放射結合素子（６）を備え、前記放射結合素子（６）は、前記放射誘導素子（３）にモノリシックに接続される、前記放射誘導素子（３）と、を備える、
前記放射誘導素子（３）の材料は、前記レーザ放射（５）によって前記レーザダイオード（２）に適用される、
半導体レーザ（１）。

【請求項2】

前記レーザダイオード（２）は、端面発光レーザダイオードであり、前記放射出口領域（２２）は、レーザファセット（２１）の領域であり、前記放射出口領域（２２）内の前記放射誘導素子（３）は、前記レーザファセット（２１）上に直接配置され、前記レーザファセット（２１）にモノリシックに接続される、
請求項１に記載の半導体レーザ（１）。

【請求項3】

前記放射誘導素子（３）は、通常の大気中での前記半導体レーザ（１）の動作を可能にするように構成される、
請求項１に記載の半導体レーザ。

【請求項4】

前記放射結合素子（６）は、前記半導体レーザで生成され得る前記レーザ放射（５）のビーム経路に沿って、前記放射誘導素子（３）の後に位置する、
請求項１に記載の半導体レーザ。

【請求項5】

前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項１に記載の半導体レーザ。

【請求項6】

レーザ放射（５）を生成するための活性領域（２０）と、放射出口領域（２２）とを有する半導体レーザダイオード（２）であって、レーザ放射が、前記放射出口領域（２２）を通って前記半導体レーザダイオード（２）から出射可能である前記半導体レーザダイオード（２）を設けるステップ（Ｓ_１）と、
放射結合素子（６）を設けるステップ（Ｓ_１a）と、
前記レーザダイオード（２）の動作中において、前記レーザ放射（５）が前記放射結合素子（６）を透過するように、前記放射結合素子（６）を前記レーザダイオード（２）に対して配置するステップ（Ｓ_１b）と、
前記放射出口領域（２２）内の前記レーザダイオード（２）に放射誘導素子（３）を設けるステップ（Ｓ_２）と、を備え、前記ステップ（Ｓ_２）は、
前記レーザダイオード（２）および前記放射結合素子（６）の両方を、前記レーザ放射（５）によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝すステップ（Ｓ_２a）と、
化学反応を誘発し、前記前駆体を前記放射出口領域（２２）に前記放射誘導素子（３）をモノリシックに形成する物質に変換して、前記レーザダイオード（２）を前記放射結合素子（６）にモノリシックに接続するように、前記レーザダイオード（２）を操作するステップ（Ｓ_２b）と、を備える、
半導体レーザ（１）の製造方法。

【請求項7】

前記前駆体および前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項６に記載の方法。

【請求項8】

請求項１～４のいずれかに記載の半導体レーザ（１）が製造される、
請求項６または７に記載の方法。

【請求項9】

レーザ放射を生成するための活性領域（２０）をそれぞれ有する１つ以上の半導体レーザダイオード（２）と、
放射出口窓（８ａ）を有し、前記半導体レーザダイオード（２）が配置される、密閉レーザハウジング（９）と、を備え、
前記放射出口窓は、
放射出口窓基部素子（８０ａ）と、
前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上に配置され、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）にモノリシックに接続された１つ以上の光学素子（３１）と、を備え、
前記光学素子（３１）は、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上にレーザ放射によって設けることができる物質を備える、または前記物質で構成されており、
各レーザダイオード（２）が、動作状態において各レーザダイオード（２）のレーザ放射を通して出射できる前記光学素子（３１）のうちの１つ以上に対応するように、前記レーザダイオード（２）が放射透過素子（８）に対して配置され、
前記光学素子（３１）の材料は、前記レーザ放射によって前記放射出口窓基部素子（８０ａ）に適用される、
光電子デバイス（１０）。

【請求項10】

前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項９に記載の光電子デバイス。

【請求項11】

レーザ放射を生成するための活性領域（２０）を有する１つ以上の半導体レーザダイオード（２）を設けるステップ（Ｓ_３１）と、
放射出口窓基部素子（８０ａ）を有する密閉レーザハウジング（９）を設けるステップ（Ｓ３２）と、
動作状態において、前記レーザダイオード（２）のレーザ放射（５）が前記放射出口窓基部素子（８０ａ）を介して出射できるように、前記レーザダイオード（２）をレーザハウジング（９）内に配置するステップ（Ｓ_３３）と、
１つ以上の光学素子（３１）を前記放射出口窓基部素子（８０ａ）に設けるステップ（Ｓ_３４）と、を備え、前記ステップ（Ｓ_３４）は、
前記放射出口窓基部素子（８０）を、レーザ放射（５）によって化学反応を誘発され得る前駆体と大気に曝すステップ（Ｓ_３４a）と、
化学反応を誘発し、前記前駆体を、前記放射出口窓基部素子（８０ａ）上にモノリシックに前記光学素子（３１）を形成する物質に変換するように、前記レーザダイオード（２）を操作するステップ（Ｓ_３４b）と、を備える、
光電子デバイス（１０）の製造方法。

【請求項12】

前記前駆体および前記物質が、ケイ素、アルミニウム、タンタル、ハフニウムまたはチタンを含む、
請求項１１に記載の方法。

【国際調査報告】