JP2004140375A - 光ポンピング半導体レーザ装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ装置を、比較的少ない費用と小さなコストで製造すること。
【解決手段】半導体レーザ装置を、比較的少ない費用と小さなコストで製造すること。
　基板の第１の主面上にはポンピングレーザ及びポンピングレーザによって光ポンピングされて垂直方向に放射するレーザが設けられており、基板の第１の主面は構造化されていて、比較的高い位置の第１の領域並びに比較的低い位置の第２の領域を有しており、ポンピングレーザは、基板の比較的高い位置の第１の領域上に設けられており、垂直方向に放射するレーザは、中間層を介して基板の比較的低い位置の第２の領域上に設けられており、基板の比較的高い位置の第１の領域と中間層の層厚との高さの差は、ポンピングレーザ及び垂直方向に放射するレーザが同じ高さに位置しているように選択されている。
【選択図】図１

Description

　本件特許出願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２４８７６８．５号公報の優先権を主張する。

　本発明は、第１の主面と第２の主面とを有する基板が設けられており、第１の主面上にはポンピングレーザ及び当該ポンピングレーザによって光ポンピングされて垂直方向に放射するレーザが設けられている光ポンピング半導体レーザ装置に関する。本発明は、その種の半導体レーザ装置の製造方法にも関している。

　光ポンピングされる表面放射半導体レーザ装置は、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１００２６７３４号公報から公知である。この装置では、ビーム形成量子井戸構造と、ポンピングビーム源として使われる端面放射半導体構造が、共通の基板上にエピタキシャルに順次連続して堆積されている。

　その際、ビーム形成量子井戸構造の成長及び構造化後、モノリシックポンピングビーム源が、第２のエピタキシャル層内で、その導波路ができる限り正確にビーム形成量子井戸構造の方に配向されるように成長される。個別半導体層の層厚は、エピタクシー時に正確に調整することができ、その結果、有利に、ビーム形成量子井戸構造用に端面放射半導体構造の位置決め制度を高くすることができる。そのような半導体レーザ装置の製造コストは、第２のエピタクシーによって何れにせよ相当大きくなってしまう。
ドイツ連邦共和国特許公開第１００２６７３４号公報

　本発明の課題は、冒頭に記載した形式の半導体レーザ装置を、比較的少ない費用と小さなコストで製造することができるようにすることにある。

　この課題は、基板の第１の主面は構造化されていて、比較的高い位置の第１の領域並びに比較的低い位置の第２の領域を有しており、ポンピングレーザは、基板の比較的高い位置の第１の領域上に設けられており、垂直方向に放射するレーザは、中間層を介して基板の比較的低い位置の第２の領域上に設けられており、基板の比較的高い位置の第１の領域と中間層の層厚との高さの差は、ポンピングレーザ及び垂直方向に放射するレーザとが同じ高さに位置しているように選択されている光ポンピング半導体レーザ装置によって解決される。また、比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを有する、構造化された基板を形成するステップ、端面放射する半導体層列を基板上に堆積するステップ、表面放射半導体層列に、ビーム形成活性層を堆積し、基板の第１の領域と第２の領域との高さの差を、第１の領域の端面放射する半導体層列が、第２の領域の前記表面放射半導体層列と同じ高さに位置していて、作動中、垂直方向に光を放射するレーザ用のポンピングレーザを構成するように選択するステップ、端面放射半導体層列の上側に設けられた、第１の領域内の層を除去して、当該第１の領域で、端面放射する半導体層列を露出させるステップを有する光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法によって解決される。

　公知の構成とは異なって、エピタクシーステップでの、ポンピングレーザ及び垂直方向放射レーザの本発明のような成長により、製造コストをかなり低減することができるという利点が得られる。そのために、ＧａＡｓ上でエピタキシャル層を成長する方が、ＡｌＧａＡｓ層乃至ＡｌＧａＡｓ基板上で、それ以外に必要な成長よりも簡単である。本発明の解決手段では、ＡｌＧａＡｓ層を監視しなくてよい。

　本発明のように構造化された基板により、ポンピングレーザの半導体層と垂直方向放射レーザの半導体層とを一緒に１つのエピタクシーステップで堆積することができる。

　別の実施例及び有利な実施例は、従属請求項２〜９及び１１〜１７に記載されている。

　本発明の基本的な技術思想は、構造化された成長基板を用いることによって、ポンピングレーザ及び垂直方向放射レーザの層構造が、唯一のエピタクシーステップで成長することができる点にある。基板構造の大きさ及び層厚を相互に調整することによって、作動中、ポンピングレーザのポンピングビームが垂直方向放射レーザに達して、そこで吸収されるようにすることができる。

　殊に、ポンピングレーザは、半導体層列によって構成されており、中間層は、ポンピングレーザの半導体層列を有しているようにするとよい。

　本発明の半導体装置の有利な実施例では、更に、中間層は、垂直方向に放射するレーザ用の共振器の鏡を形成する鏡層を有するようにされている。第２の共振器鏡は、例えば、垂直方向に放射するレーザを形成する層列上に堆積するか、又は、外部鏡によって形成することができる。

　基板の比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域は、有利には、突出したウェブによって相互に分離されている。突出したウェブは、ポンピングレーザによって形成されたビームに対して透過性であるようにすると目的に適っている。例えば、ＧａＡｓを基板材料として使うと、この基板ウェブは、９２０ｎｍ以上の波長に対して透過性である。

　本発明の有利な実施例では、鏡層は、ブラッグ鏡として構成されている。

　これと関連して、垂直方向に放射するレーザは、ビーム形成活性層として量子井戸構造を有しているようにすると有利である。

　作動中、ポンピングレーザによって形成されたビームは、垂直方向に放射するレーザのポンピングのために、前記垂直方向に放射するレーザの活性層に横方向に入力結合されているようにすると目的に適っている。

　本発明の半導体レーザ装置の有利な実施例では、基板はＧａＡｓ製である。

　垂直方向に光を放射するレーザと少なくとも１つのポンピングレーザとを有する光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法は、本発明によると、比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを有する、構造化された基板を形成するステップ、端面放射する半導体層列を基板上に堆積するステップ、表面放射半導体層列に、ビーム形成活性層を堆積し、基板の第１の領域と第２の領域との高さの差を、第１の領域の端面放射する半導体層列が、第２の領域の表面放射半導体層列と同じ高さに位置していて、作動中、垂直方向に光を放射するレーザ用のポンピングレーザを構成するように選択するステップ、端面放射半導体層列の上側に設けられた、第１の領域内の層を除去して、当該第１の領域で、端面放射する半導体層列を露出させるステップを有する。

　有利な実施例では、本発明の方法では、端面放射する半導体層列上にエピタキシャル層が堆積されている。それから、表面放射半導体層列が鏡層上に堆積される。

　有利には、端面放射半導体層列上に設けられた層を除去した後、第１の領域の端面放射する半導体層列上にコンタクト接続するとよい。

　構造化された基板を形成するステップは、平坦な基板をドライエッチングして、比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを形成するステップを有するようにすると有利である。

　本発明の別の有利な実施例、要件及び詳細については、従属請求項、図示の実施例から明らかである。

　以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。本発明を理解するのに大切な要素しか示していない。

　図１には、本発明の実施例の、一般的に１０で示した光ポンピング半導体レーザ装置の部分略図が示されている。

　半導体レーザ装置１０は、第１の主要面１４と第２の主要面１６とを有する基板１２を有している。基板の第１の主要面１４は構造化されており、比較的高い位置の領域２０と比較的低い位置の領域１８とを有しており、基板ウェブ２２によって相互に分離されている。基板の比較的高い位置の領域２０上には、この実施例では、２つのポンピングレーザ３０が成長されている。比較的低い位置の領域１８上には、一連の中間層５０、３０′（後で詳細に説明する）の上に垂直方向に放射するレーザ４０が成長されている。

　ポンピングレーザ３０は、図示していない別の層の他に、各々第１の導波層３２、ビーム形成活性層３４及び第２の導波層３６を有している。表面コンタクト６２及び下側コンタクト６０とは、ポンピングレーザ３０の電流給電に使われる。垂直方向に放射するレーザ４０は、ビーム形成活性層４４、例えば、２つの導波層４２及び４６間に埋め込まれた多層量子井戸構造を有している。

　比較的高い位置の基板領域２０と比較的低い位置の基板領域１８との高さの差Δは、ポンピングレーザ３０の活性層３４及び垂直方向放射レーザ４０の活性層４４とが同じ高さに調整されるように相互に位置合わせされている。それから、ポンピングレーザ３０のポンピングビームは、装置の作動中、活性層４４内に横方向に正確に入力結合されて、そこで吸収される。

　垂直方向放射レーザ４０の下側に設けられた中間層は、例えば、数１０周期でドーピングされないＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ−及びＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ−層から形成されていて、高い反射率＞９９％の分布型ブラッグレフレクター（ＤＢＲ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）５０を有している。

　ブラッグ鏡５０の下側には、ポンピングレーザ３０の各層に正確に対応している半導体層列３０′が設けられている。つまり、半導体層列３０′の各層は、ポンピングレーザ３０の各層と一緒に、構造化された基板上で成長される。

　全体として見ると、ポンピングレーザ３０及び垂直方向放射レーザ４０の構造は、唯一のエピタキシャル層で成長される図示の形態が可能となる。これについて、以下、半導体レーザ装置１０の製造時の図２及び３に示された中間ステップを用いて詳細に説明する。

　第１のステップでは、ＧａＡｓ基板１２内にドライエッチング方法によって段が埋め込みエッチングされ、その結果、比較的高い位置の領域２０及び比較的低い位置の領域１８が形成され、比較的高い位置の領域２０と比較的低い位置の領域１８とは、薄い基板ウェブ２２によって相互に分離されている。その際、段の高さΔは、ポンピングレーザ層３０′及びブラッグ鏡５０の層厚と関連して、ポンピングレーザ３０の導波層の後の配向から、垂直方向放射レーザ４０の活性層上に形成される。基板ウェブの高さＳは、後続ステップ（図３）で成長される半導体層の全厚みから形成される。この基準に従って構造化されたＧａＡｓ基板１２は、図２に示されている。

　次に、端面放射型ポンピングレーザ用の層列３０乃至３０′、プラッグ鏡用の層列５０乃至５０′、及び、垂直方向放射レーザ用の層列４０乃至４０′が順次成長され、図３に示されているようになる。その際、比較的低い位置の領域１８及び比較的高い位置の領域には、各半導体層の同じ順番で列が成長される。ポンピングレーザの層列、ブラッグ鏡の層厚、及び、高さの差Δを適切に選択すると、最適に横方向にポンピングするためのポンピングレーザ３０の導波路を、垂直方向放射レーザ４０の活性ゾーン４４に正確に調整することができるようになる。

　後続して、不必要な層４０′及び５０′が除去され、そうすることによって、比較的高い位置の基板領域２０のポンピングレーザ３０が露出される。このステップでは、基板ウェブ２２は上側領域２２′内で除去される。続いて、ポンピングレーザ３０の電流給電用のコンタクト６０及び６２が成長され、個別半導体レーザ装置が公知のように構造化されて切り離される（図１）。

　公知の構成とは異なって、エピタクシーステップでの、ポンピングレーザ３０及び垂直方向放射レーザ４０の本発明のような成長により、製造コストをかなり低減することができるという利点が得られる。そのために、ＧａＡｓ上でエピタキシャル層を成長する方が、ＡｌＧａＡｓ層乃至ＡｌＧａＡｓ基板上で、それ以外に必要な成長よりも簡単である。本発明の解決手段では、ＡｌＧａＡｓ層を監視しなくてよい。

　本発明について、殊に有利な図示の実施例を用いて説明したが、本発明の基本的な技術思想を逸脱しない範囲内で、構成及び詳細な点を変更することができる。それに応じて、本発明の開示が限定されるのではなく、請求項に記載のような本発明の開示によって、本発明の範囲が示される。本発明は、新規な各要件並びに各要件の各組み合わせを有しており、各要件の組み合わせは請求項に含まれている。

本発明の実施例の光ポンピング半導体レーザ装置の部分略図 図１の半導体レーザ装置の製造時の中間ステップの略図 図１の半導体レーザ装置の製造時の中間ステップの略図

符号の説明

　１０　半導体レーザ装置
　１２　基板
　１４　第１の主要面
　１６　第２の主要面
　１８　比較的低い位置の領域
　２０　比較的高い位置の領域
　２２　基板ウェブ
　３０　ポンピングレーザ
　３２　第１の導波層
　３４　ビーム形成活性層
　３６　第２の導波層
　４０　垂直方向放射レーザ
　４２及び４６　導波層
　４４　ビーム形成活性層
　５０、３０′　中間層
　６０　下側コンタクト
　６２　表面コンタクト

Claims (18)

1. 　第１の主面（１４）と第２の主面（１６）とを有する基板（１２）が設けられており、前記第１の主面（１４）上にはポンピングレーザ（３０）及び当該ポンピングレーザ（３０）によって光ポンピングされて垂直方向に放射するレーザ（４０）が設けられている光ポンピング半導体レーザ装置において、
   基板（１２）の第１の主面（１４）は構造化されていて、比較的高い位置の第１の領域（２０）並びに比較的低い位置の第２の領域（１８）を有しており、
   ポンピングレーザ（３０）は、前記基板（１２）の前記比較的高い位置の第１の領域（２０）上に設けられており、
   垂直方向に放射するレーザ（４０）は、中間層（５０，３０′）を介して前記基板（１２）の前記比較的低い位置の第２の領域（１８）上に設けられており、
   前記基板（１２）の前記比較的高い位置の第１の領域（２０）と前記中間層（５０，３０′）の層厚との高さの差（Δ）は、前記ポンピングレーザ（３０）及び垂直方向に放射するレーザ（４０）とが同じ高さに位置しているように選択されている
   ことを特徴とする光ポンピング半導体レーザ装置。
2. 　ポンピングレーザ（３０）は、半導体層列によって構成されており、中間層（５０，３０′）は、前記ポンピングレーザ（３０）の半導体層列（３０′）を有している請求項１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
3. 　中間層（５０，３０′）は、垂直方向に放射するレーザ（４０）用の共振器の鏡を形成する鏡層（５０）を有する請求項１又は２記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
4. 　基板の比較的高い位置の第１の領域（２０）と比較的低い位置の第２の領域（１８）は、突出したウェブ（２２）によって相互に分離されている請求項１〜３迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
5. 　突出したウェブ（２２）は、ポンピングレーザ（３０）によって形成されたビームに対して透過である請求項４記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
6. 　鏡層は、ブラッグ鏡（５０）として構成されている請求項１〜５迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
7. 　垂直方向に放射するレーザ（４０）は、ビーム形成活性層（４４）として量子井戸構造を有している請求項１〜６迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
8. 　作動中、ポンピングレーザ（３０）によって形成されたビームは、垂直方向に放射するレーザ（４０）のポンピングのために、前記垂直方向に放射するレーザの活性層（４４）に横方向に入力結合されている請求項１〜７迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
9. 　基板（１２）は、ＧａＡｓ製である請求項１〜８迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置。
10. 　垂直方向に光を放射するレーザと少なくとも１つのポンピングレーザとを有する光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法において、
    比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを有する、構造化された基板を形成するステップ、
    端面放射する半導体層列を前記基板上に堆積するステップ、
    表面放射半導体層列に、ビーム形成活性層を堆積し、前記基板の前記第１の領域と第２の領域との高さの差を、前記第１の領域の前記端面放射する半導体層列が、前記第２の領域の前記表面放射半導体層列と同じ高さに位置していて、作動中、垂直方向に光を放射するレーザ用のポンピングレーザを構成するように選択するステップ、
    前記端面放射半導体層列の上側に設けられた、前記第１の領域内の層を除去して、当該第１の領域で、前記端面放射する半導体層列を露出させるステップ
    を有することを特徴とする光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
11. 　端面放射する半導体層列と表面放射半導体層列とを、一緒に唯一のエピタキシャル層内に堆積する請求項１０記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
12. 　端面放射半導体層列上に鏡層を堆積する請求項１０又は１１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
13. 　端面放射半導体層列上に設けられた層を除去した後、第１の領域の端面放射する半導体層列上にコンタクト接続する請求項１０〜１２迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
14. 　構造化された基板を形成するステップは、平坦な基板をドライエッチングして、比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを形成するステップを有する請求項１０〜１３迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
15. 　基板の比較的高い位置の第１の領域と比較的低い位置の第２の領域とを、突出ウェブによって相互に分離する請求項１０〜１４迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
16. 　堆積される鏡層をブラッグミラーとして構成する請求項１０〜１５迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
17. 　表面放射半導体層列のビーム形成活性層を量子井戸構造として形成する請求項１０〜１６迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。
18. 　作動中、端面放射する半導体層列によって形成されるビームを、垂直方向に光を放射するレーザのポンピングのために横方向に表面放射半導体層列の活性層内に入力結合する請求項１０〜１７迄の何れか１記載の光ポンピング半導体レーザ装置の製造方法。

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