JP2008513984A - 表面発光型半導体レーザ装置、および表面発光型半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの表面発光型半導体レーザ（２１）を有し、該表面発光型半導体レーザは垂直型エミッタ（１）と少なくとも１つのポンピングビーム源（２）を備え、当該垂直型エミッタとポンピングビーム源は、並置されてモノリシックに共通のサブストレート（１３）に集積されている表面発光型半導体レーザ装置が記載されている。この表面発光型半導体レーザ装置は、前記半導体レーザ（２１）と熱接触する熱伝導エレメント（１８）と、支持体（２７）に取り付けるために設けられた取付け面とを有する。さらにこの種の表面発光型半導体レーザ装置の製造方法が記載されている。

Description

本発明は、光学的にポンピングされる表面発光型半導体レーザ装置、およびこのような半導体レーザ装置の製造方法に関する。

刊行物ＵＳ５９９１３１８には、モノリシックに集積された表面発光型半導体層構造体を有する、光学的にポンピングされる垂直共振型半導体レーザが記載されている。この公知の装置では、形成されるレーザビームの波長より短い波長の光学的ポンピングビームがエッジ発光型半導体ダイオードから送出される。エッジ発光型半導体レーザダイオードは外部に次のように配置される。すなわちポンピングビームが表面発光型半導体層構造体の増幅領域に斜め前方から入射するように配置される。刊行物ＵＳ５９９１３１８の開示内容をここに参考として取り入れる。

刊行物ＤＥ１００２６７３４Ａ１には、少なくとも１つのビーム形成型量子井戸構造体と少なくとも１つのポンピングビーム源を有する、光学的にポンピングされる表面発光型半導体レーザ装置が記載されている。ここでポンピングビーム源は量子井戸構造体を光学的にポンピングするために用いられる。ポンピングビーム源はエッジ発光型半導体構造を有する。ビーム形成型量子井戸構造体とエッジ発光型半導体構造は共通のサブストレート上でエピタキシャル成長される。刊行物ＤＥ１００２６７３４Ａ１の開示内容をここに参考として取り入れる。

本発明の課題は、とりわけ効率的に冷却される、光学的にポンピングされる表面発光型半導体レーザ装置を提供することである。本発明のさらなる課題は、このような半導体レーザ装置の製造方法を提供することである。

この課題は、請求項１による半導体レーザ装置により、また請求項１１と１３による半導体レーザ装置の製造方法により解決される。有利な構成は従属請求項に記載されている。

表面発光型半導体レーザ装置が提供される。少なくとも１つの実施形態では、半導体レーザ装置は少なくとも１つの表面発光型半導体レーザを含む。表面発光型半導体レーザは有利には垂直型エミッタを含む。垂直型エミッタは有利には、電磁ビームを形成するのに適した少なくとも１つの表面発光型構造体を有する。特に有利には、表面発光型構造体は量子井戸構造または多重量子井戸構造を有する。

本明細書において量子井戸構造の概念には、キャリアの閉じこめによってそのエネルギー状態が量子化されるあらゆる構造を含む。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まない。したがって、量子化にはとりわけ、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせが含まれる。

垂直型エミッタはとりわけ有利には共振器を含み、この共振器は少なくとも２つの共振器ミラーを有する。特に有利には垂直型エミッタはレーザビームを形成するのに適する。

表面発光型半導体レーザはさらに有利には少なくとも１つのポンピングビーム源を含み、このポンピングビーム源は垂直型エミッタを光学的にポンピングするのに適する。特に有利にはポンピングビーム源は、エッジ発光型半導体レーザ構造体である。例えばポンピングビーム源は、エッジ発光型の幅広ストライプレーザとすることができる。

ポンピングビーム源と垂直型エミッタとは共通のサブストレート上でエピタキシャル成長される。すなわちポンピングビーム源と垂直型エミッタとは有利には共通のサブストレート上に並置してモノリシックに集積される。個々の半導体層の層厚は、エピタクシー処理において非常に正確に調整することができる。従って有利にはエッジ発光型構造体を表面発光型構造体に対して高精度で位置決めすることができる。ここで有利にはポンピングビーム源は、垂直型エミッタをラテラルにポンピングするのに適する。すなわちポンピングビームは共通のサブストレートの表面に対して実質的に平行に延在する。このサブストレートの表面には半導体レーザが、垂直型エミッタにより形成されるレーザビームに対して実質的に垂直に析出される。さらに表面発光型半導体レーザ装置は有利には熱伝導エレメントを有する。この熱伝導エレメントは表面発光型半導体レーザと有利には熱接触する。すなわち、熱伝導エレメントはポンピングビーム源とも垂直型エミッタとも熱接触する。ここで熱伝導エレメントにより、表面発光型半導体レーザの駆動時に形成される熱を排熱することができる。ここで熱は有利には実質的に熱導体によって排熱される。ここで「実質的に熱導体によって」とは、熱搬送の別のメカニズムはせいぜい下位的役目しか果たさないことを意味する。

熱伝導エレメントは有利には付加的に取付け面を有する。ここで取付け面は、半導体レーザ装置を支持体に取り付けるために設けられる。特に有利には表面発光型半導体レーザの駆動時に発生する熱を熱伝導エレメントから取付け面に排熱し、さらにそこから支持体に放熱する。ここで有利には支持体はヒートシンクとして作用する。取付け面は例えば、半導体レーザに対向する熱伝導エレメントの表面に配置することができる。熱は表面発光型半導体レーザから有利には直接的経路で、すなわち側方への有意な熱伝導が行われることなく取付け面に導かれる。

少なくとも１つの有利な実施形態によれば、垂直型エミッタと少なくとも１つのポンピングビーム源とを備える少なくとも１つの表面発光型半導体レーザが提供され、垂直型エミッタと少なくとも１つのポンピングビーム源は共通のサブストレートに並置してモノリシックに集積される。さらに表面発光型半導体レーザ装置は、半導体レーザと熱接触する熱伝導エレメントと、支持体に取り付けるために設けられた取付け面とを有する。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態では熱伝導エレメントが導電性である。すなわち熱伝導エレメントは導電性の材料から形成されるか、または例えば電気絶縁性の材料を含み、その表面の少なくとも一部には導電性材料が配置される。例えば電気絶縁性材料には導電性材料を被覆することができる。

有利には熱伝導エレメントは、半導体レーザを電気的に接触接続するのに適する。このために有利には熱伝導エレメントの導電性は特に高く、熱伝導エレメントは非常に小さな電気抵抗を有する。有利には熱伝導エレメントは、表面発光型半導体レーザのポンピングビーム源と電気的に接触接続している。すなわちポンピングビーム源のｎ側接点と熱伝導エレメントとの間には有利には導電性の接続が存在する。しかしポンピングビーム源はｐ側でも熱伝導エレメントにより接触接続することができる。

特に有利には熱伝導エレメントはその取付け面で支持体と導電接続される。このようにして半導体レーザは有利には熱伝導エレメントを介して支持体と電気的に接続される。

熱伝導エレメントは少なくとも１つの実施形態によれば有利には以下の材料の１つを含む：銅、ダイヤモンド、銀、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、銅ダイヤモンド。熱伝導エレメントが例えばＢＮのような電気絶縁性材料を含むなら、この材料には導電性材料から成る導体路が取り付けられ、例えばプリントされる。この導体路により、半導体レーザを熱伝導エレメントの取付け面の側から電気的に接触接続することができる。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態では、熱伝導エレメントと半導体レーザとの間に耐熱性の接続が存在する。すなわち表面発光型半導体レーザと熱伝導エレメントとの接続は、表面発光型半導体レーザの駆動時に形成される熱に耐え、その付着作用を失うことはない。ここで特に有利には接続は特に良伝熱性である。従って形成された熱は、特段の蓄熱なしで、接続領域で熱伝導エレメントに放出することができる。

さらにこの接続は、ポンピングビーム源と熱伝導エレメントとの接続部が存在する半導体レーザの少なくとも部分領域では導電性である。

この接続は例えばハンダ接続とすることができる。ハンダはこのために以下の材料の少なくとも１つを含む：Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｎＡｇ、ＡｕＳｎ、Ｇｅ、ＡｕＧｅ。すなわち軟質ハンダも硬質ハンダも考えられる。しかし熱伝導エレメントと半導体レーザとの間にガルバニックな接続が存在することもできる。すなわち熱伝導エレメントと半導体レーザとの間に、電気メッキ析出プロセスにより形成された接続が存在することもできる。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態では、表面発光型半導体レーザが、そのサブストレートとは反対側の表面で熱伝導エレメントと接続される。すなわち表面発光型半導体レーザは、例えばアップサイドダウン取付け方法で熱伝導エレメントの表面に取り付けられる。ここで例えばレーザは熱伝導エレメントの表面をハンダ付けすることができる。特に有利には、ポンピングビーム源のビーム形成層で駆動時に形成された熱は特に短い経路を介して熱伝導エレメントに導くことができる。アクティブ層が熱伝導エレメントに接近することは有利には表面発光型半導体レーザの冷却を改善する。ここではさらに熱伝導エレメントの反対側のサブストレートを薄くするか、または完全に除去することができる。すなわちサブストレートの厚さは例えば研磨、エッチングまたはレーザ切削により、サブストレートが存在しなくなるまで低減することができる。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、サブストレートは少なくとも１つの切欠部を有し、この切欠部は熱伝導エレメントを含む。この切欠部により熱伝導エレメントはとりわけ最大の熱発生個所の近傍に配置することができる。ここで切欠部は有利には、半導体レーザの電気的接触接続が熱伝導エレメントを介して可能であるように構成される。すなわちサブストレートは、熱伝導エレメントが直接、または例えば薄いサブストレート層を介して半導体レーザと接触接続可能であるように除去される。いずれの場合でも、熱伝導エレメントと半導体レーザは有利には相互に電気的に接触接続する。

有利には切欠部は例えばサブストレートに規定してエッチングされる。しかし切欠部を別のやり方で、例えば機械的に形成することもできる。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態によれば、熱伝導エレメントはサブストレートの切欠部へ電気的に析出される。この場合、熱伝導エレメントの大きさと形状は実質的に切欠部の大きさと形状により設定される。有利には熱伝導エレメントは切欠部を完全に充填する。例えば熱伝導エレメントは、表面発光型半導体レーザとは反対側のサブストレート表面と実質的に面一につながる。しかし電気的に析出された材料から成る薄膜層がこの表面の少なくとも一部を覆うことも可能である。この実施形態の利点として、導電層を室温でサブストレートの切欠部に析出できることがある。例えばハンダ付けのように接合技術を省略することは、構成部材の熱的負荷を製造プロセス中に格段に低減する。ここで熱伝導エレメントに対して可能な材料として、電気的に析出できるすべての材料が考えられる。特に有利には熱伝導エレメントは銀、金および／または銅を含む。

表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも１つの実施形態では、ポンピングビーム源が少なくとも１つのエッチングされた共振器ファセットを有する。有利にはポンピングビーム源のレーザファセットは例えば金属により鏡面化される。レーザファセットは有利にはポンピングビームに対して、すなわちエッジエミッタの共振器に対して垂直に延在し、有利には平坦な面によって形成される。

さらに表面発光型半導体レーザ装置の製造方法が記載される。

製造方法の少なくとも１つの実施形態では、多数の表面発光型半導体レーザを有する半導体ディスクがまず作製される。有利には半導体レーザはそれぞれ１つの垂直型エミッタと少なくとも１つのポンピングビーム源を有する。垂直型エミッタとポンピングビーム源とは有利には共通のサブストレート上に並置してモノリシックに集積される。

次の方法ステップで伝熱性のディスクが作製される。有利にはこの伝熱性のディスクは以下の材料の１つを含む：銅、銅ダイヤモンド、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＢＮ、金属。

特に有利には半導体ディスクおよび伝熱性ディスクの形状と大きさは相互に適合されている。すなわち伝熱性ディスクは有利には少なくとも半導体ディスクの大きさである。特に有利には２つのディスクは同じ形状を有し、例えば円形である。

後続の方法ステップでは、半導体ディスクと熱伝導エレメントとが相互に結合される。このために表面発光型半導体レーザは、基板とは反対側のその表面で伝熱性ディスクと結合される。従って、半導体ディスクの伝熱性ディスクへの取付けはアップサイドダウン取り付けの形式で行われる。伝熱性ディスクは有利には少なくとも部分的に導電性である。従って半導体レーザを伝熱性ディスクにより電気的に接触接続することができる。

垂直型エミッタを例えば外部共振器に対して接近できるようにするため、次の方法ステップではサブストレートにトレンチエッチングが行われ、このときにそれぞれの垂直型エミッタが露出される。

後続の方法ステップでは、半導体ディスクの分離切断または有利には分離エッチングが行われる。分離線は有利にはサブストレートに垂直に、ポンピングビーム源を通って延在する。これによりエッジ発光型ポンピングビーム源のファセットが発生する。このファセットはここで有利にはポンピングビーム源の共振器に対して垂直であり、平坦である。ポンピングビーム源の効率をさらに改善するために、例えば良好な反射性金属を分離トレンチに取り付けることによってファセットは引き続き鏡面化される。

後続の方法ステップでは、半導体ディスクと伝熱性ディスクとの結合体が分離線に沿って個別化され、これにより多数の表面発光型半導体レーザ装置が発生する。

特に有利には個別化はまずそれぞれ一方向で行われる。これにより直列に接続された表面発光型半導体レーザ装置を有する複数のストライプが発生する。このストライプは、バーン・イン駆動（Burn-In-Betrieb）のために同時に駆動することができる。

製造方法の少なくとも１つの実施形態では、表面発光型半導体レーザを、伝熱性ディスクとの結合の前に個別化することができるこのようにして個別の表面発光型半導体レーザ装置は、しばしば高価な熱伝導エレメント材料の取付けの前にその機能性を検査することができる。

共振器トレンチエッチングと、例えばエッチングおよび鏡面化によるポンピングビーム源ファセットの作製は、表面発光型半導体レーザを伝熱性ディスクに取り付ける前でも後でも行うことができる。表面発光型半導体レーザはワイヤ接点により相互に接続することができ、この実施形態では共通のバーン・イン駆動が可能である。

表面発光型半導体レーザ装置の製造方法の少なくとも１つの実施形態では、まずサブストレートが作製され、この上にそれぞれ垂直型エミッタと少なくとも１つのポンピングビーム源を有する多数の表面発光型半導体レーザが並置されモノリシックに集積される。

次の方法ステップでは、半導体レーザ毎に、サブストレートの半導体レーザに対向する側に切欠部がエッチングプロセスによって形成される。ここで切欠部は有利には、半導体レーザのすべてのポンピングビーム源に接触接続のために接近できるような深さでサブストレートに伸長し、広がっている。択一的に、ポンピングビーム源毎に付加的に少なくとも１つの切欠部を形成し、この切欠部を介してポンピングビーム源に電気的な接触接続のために接近することもできる。

後続の方法ステップでは、伝熱性ディスク材料が電気的にサブストレートの切欠部に析出される。伝熱性材料は有利には熱的にも電気的に良好な伝導性を特徴とし、従って伝熱性材料によって半導体レーザを熱的にも電気的にも接続することができる。

引き続く方法ステップでは、半導体レーザと熱伝導エレメントからなる構成体が表面発光型半導体レーザ装置に個別化される。この表面発光型半導体レーザ装置はそれぞれ１つの半導体レーザ装置と少なくとも１つの熱伝導エレメントを有する。

製造方法の少なくとも１つの実施形態では有利には、共振器トレンチエッチングを省略することができる。なぜなら垂直型エミッタは、表面発光型半導体レーザのサブストレートとは反対側の表面を通して発光することができるからである。ポンピングビーム源のファセットはエッチングおよび後続の鏡面化によって形成することができる。しかしポンピングビーム源のファセットの作製は、構成体の割れ目を折り曲げ、引き続き個々の表面発光型半導体レーザ装置のファセットを鏡面化することによって行うこともできる。表面発光型半導体レーザ装置の少なくとも一部の共通のバーン・イン駆動も、上に説明したように行うことができる。

以下では、本発明による表面発光型半導体レーザ装置を実施例およびそれらに対応する図面に基づき詳細に説明する。

図１は、ここに説明した表面発光型半導体レーザの第１実施例の概略的断面図である。
図２は、ここに説明した表面発光型半導体レーザの第２実施例の概略的断面図である。
図３は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第１実施例の概略的断面図である。
図４は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第２実施例の概略的断面図である。
図５は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第３実施例の概略的断面図である。
図６は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第４実施例の概略的断面図である。
図７は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の、支持体の上にある実施例の概略的断面図である。
図８は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の、支持体の上にある別の実施例の概略的断面図である。

実施例および図面において、同一の構成要素または同じ働きをもつ構成要素にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。図示されている構成要素ならびにそれらの構成要素相互の大きさの比率は縮尺通りに示していない。むしろ図面における幾つかの細部はより良い理解のために誇張して大きく表されている。

図１に示された表面発光型半導体レーザは垂直型エミッタ１とポンピングビーム源２を有する。

垂直型エミッタ１は中央導波体３、並びにこの中央導波体３内に配置された量子井戸構造体を有する。量子井戸構造体はビームを形成し、複数の量子層５を備えている。垂直方向で中央導波体にはミラー６が後置されている。有利にはこのミラーは、屈折率が種々異なる複数の層を交互に有するブラッグミラーとして構成されている。ミラーに対向して、サブストレート１３の反対側の中央導波体３には出力結合層７が取り付けられており、この出力結合層を通って垂直型エミッタにより形成されたビーム８が出力結合される。

ミラー６は、（図示しない）外部ミラーと共に垂直型エミッタに対する外部レーザ共振器を形成する。この種の装置はＶＥＣＳＬ（Vertical External Cacity Surface Emitting Laser）と称される。択一的にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）の形式の内部共振器を形成するために、出力結合層７と中央導波体３との間に半透明出力結合ミラー、有利にはブラッグミラーを配置することができる。

さらに外部レーザ共振器には、非線形光学エレメント、例えば非線形結晶を周波数変換のために配置することができる。この構成は周波数変換に対して、とりわけ量子井戸構造体により形成されたビーム８の周波数を２倍にするような周波数倍化に対して有利である。同様に表面発光型半導体レーザのこの構成は別の非線形変換、例えば和周波数形成、差周波数形成、低調波の形成、ラマン散乱または四波混合に利用することができる。ここでは垂直型エミッタにより発生されたビーム野が例えば外部で形成された別のビーム野と非線形光学エレメントで光学的に重畳される。

側方に配置された２つのポンピングビーム源２は、それぞれ１つのアクティブ層並びに中央軸１０を備えるポンプ波導体９を有する。このポンプ波導体９にはポンピングビーム１１が案内される。図１から分るように、ポンピングビーム１１は有利には近似的にガウス状のプロフィールを有する。さらにバッファ層４を設け、これによりポンプ波導体を垂直方向に、中央導波体を基準にして適切な高さで位置決めすることができる。

量子層５は中央軸１０から所定の間隔で配置される。

有利にはポンピングレーザと垂直型エミッタはモノリシックに集積される。すなわち共通のサブストレート１３上にエピタキシャル成長される。製造後にこのサブストレート１３を薄くするか、または完全に除去することができる。択一的にミラー１６は中央導波体３の表側に設けられる。この場合、ビーム出力結合は、ミラーに対向する側でサブストレート１３を通して行われる。有利には垂直型エミッタ１の領域でサブストレート１３にトレンチエッチングをし、このトレンチエッチングによりビームの出力結合を可能にする。２つ以上のポンピングビーム源２，例えば４つまたは６つのポンピングビーム源２が垂直型エミッタ１を光学的にポンピングすることもできる。この場合、ポンピングビーム源２は十字状ないしは星状に垂直型エミッタ１の周囲に配置することができる。

動作時にはポンピングビーム源２により形成されたポンピングビームが側方で量子井戸構造体に入力結合され、量子層５で吸収され、これによりビーム８の放射が励起される（光学的ポンピング）。垂直型エミッタがレーザとして構成される場合、量子井戸構造体は光学的にポンピングされるアクティブ媒体として用いられ、この媒体でレーザビームが誘発放出により発生ないし増強される。

中央導波体３の幅Ａはこの実施例ではポンピングビーム波導体の幅Ｂより大きく、幅Ａは幅Ｂに対して、垂直型エミッタ１の量子井戸構造体が均等に有利には大面積でポンピングされるように適合されている。詳細にはこのことは、図１に示した実施例では、ポンピングビームのビーム広がりと、量子層５をポンプ波導体９の中央軸１０から間隔を置いて配置することによって達成される。

ビーム広がりは、ポンピングビーム野がポンプ波導体９から格段に広い中央導波体３へ移行した後に回折することに基づくものである。ここで中央導波体内でのモードの数は、ポンピングビームが中央導波体内で近似的に自由に伝播することを仮定できる程度の大きさである。ポンピングビームの経過は、ガウス光学系の枠内で検出することができる。

図２は、ここに説明した表面発光型半導体レーザの第２実施例の概略的断面図である。

ここにはワンステップエピタクシーで成長されたディスクレーザが示されており、このディスクレーザではポンピングビーム１１が、ポンプ波導体９の中央軸１２から見て上方へ、例えば複数の量子井戸を含む表面発光型レーザの量子井戸構造体５へ入力結合される。ここで量子井戸構造体５への入力結合は、例えばポンプ波導体９の屈折率の跳躍的変化に基づいて行われる。ポンピングビーム源２は例えば光学的に結合されたエッジエミッタである。ポンピングレーザ２のレーザファセットは有利には、サブストレート１３の結晶学的軸に沿った割れ目および折り曲げと、引き続く高反射性（Ｒ＞９０％）の鏡面化により作製される。択一的にファセットはエッチングと引き続く鏡面化により形成される。

高反射性の鏡面化に基づき、ポンピングビーム１１の僅かな成分しか側方の共振器から出力結合されない。共振器内部の表面発光型レーザ１を介して、量子井戸構造体５でのポンピングビームの九州によって光学的に効率的なポンプメカニズムが実現される。

ここでこの実施例の利点は、製造技術的に特に簡単な実施形態であることである。エピタクシーの後、ポンピングレーザ２の領域では、エッチストップ層による選択的エッチングによって規定のように導波体にエッチングされ、引き続き透明な導電性ｐ接点１４ａとｐ接点金属化部１４ｂが取り付けられる。導電性のｐ接点１４ａは例えば酸化亜鉛を含むことができる。ｐ接点金属化部１４ｂは有利には、ポンプ光１１に対する金属性反射器としても用いられる。

図３は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第１実施例の概略的断面図である。

半導体レーザ２１は、例えば図１または２で説明したようにここではディスクとして伝熱性ディスク１８に取り付けられている。この伝熱性ディスクは構成体の個別化の後に熱伝導エレメントを形成する。例えば２つのディスクはハンダ層１７によって機械的に相互に結合される。さらに半導体レーザのポンピングビーム源９はハンダ層１７を介して熱伝導ディスク１８と電気的に接触接続される。

そのために伝熱性ディスクは有利には導電性である。従ってポンピングビーム源９を伝熱性ディスク１８を介して電気的に接触接続することができる。ここで伝熱性ディスク１８は例えば導電性材料を含むか、または少なくとも部分的に導電性に被覆される。ディスク１８およびひいては熱伝導エレメントに対して可能な材料は、銅、銅−ダイヤモンドの複合材料、ダイヤモンド、銀、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮまたはこれら材料の組み合わせである。ハンダ層７は有利には以下の材料または材料組合せの少なくとも１つを含む：Ｉｎ、Ｓｎ、ＳｎＡｇ、Ａｇ、Ａｕ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ。

垂直型エミッタ１を外部共振器（図示せず）に対して接近できるようにするため、共振器トレンチエッチングが行われ、このトレンチエッチング部を通って垂直型エミッタ１のビーム８は出射することができる。

半導体レーザと伝熱性ディスク１８の結合体のライン２４に沿って個別化する際には、サブストレート１３とポンピングビーム源９を通る分離切断または分離エッチング１７が行われる。ポンピングビーム源９はレーザ駆動のために有利には分離面１５で鏡面化される。ここで有利には分離面１５はポンピングビーム源９の共振器に対して垂直であり、平坦に構成されている。これにより分離面１５はポンピングビーム源９のレーザファセットを形成する。

分離切断ないし分離エッチングはまず一方向でだけ行われる。従って半導体レーザ装置をバーン・インのために並列に駆動することができる。

共振器トレンチエッチング１９と分離面１５の鏡面化を、それぞれ１つの半導体レーザと１つの熱伝導エレメントを備える表面発光型半導体レーザ装置に結合体を個別化した後に初めて行うこともできる。

図４は、ここに説明した半導体レーザ装置の第２実施例の概略的断面図である。

先行の実施例とは異なり、半導体レーザ２１はここではディスク結合体において、伝熱性ディスク１８に取り付けられるのではなく、例えばダイ・ボンディング法によって間隔２０を以て個別の半導体レーザ２１の間に個々に配置されている。この方法の利点は、その機能性に関してすでに検査された半導体レーザ２１が伝熱性ディスク１８に取り付けられ、これにより有利には半導体レーザ装置の製造時に欠陥品を低減できることである。バーン・インを実行するために、半導体レーザ２１はディスク１８上でワイヤ接点により相互に接続される。

トレンチエッチング１９は接続の前または後で行うことができる。分離面１５にポンピングレーザファセットを形成することは伝熱性ディスク１８への取付けの前または後で行うことができる。半導体レーザ装置の共通のバーン・インは半導体レーザ装置をワイヤ接点により相互に接続することによって実行することができる。

図５は、ここに説明した半導体レーザ装置の第３実施例の概略的断面図である。半導体レーザ２１はここで分離シート１９に接着され、分離シート１９は金属層１８によって補強されている。金属層１８は例えば金を含み、２０から３０μｍの厚さである。分離シート１９は例えば接着シートによって与えられる。

図６は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第４実施例の概略的断面図である。

ここではサブストレート１３に、表面発光型半導体レーザ２１とは反対側から切欠部がエッチングされ、この切欠部に、熱伝導エレメント１８を形成する導電層が析出される。熱伝導エレメント１８は有利には金、銀または銅を含む。垂直型エミッタ１とポンピングビーム源９は構成部材の表側に存在する。これにより共振器トレンチエッチングを省略することができる。分離面１５はエッチングまたは割れ目と折り曲げによって形成することができる。続いて分離面は、共振器ミラーを作製するために被覆される。さらなる利点として、電気的析出プロセスは室温で行うことができる。これにより高い熱伝導性を有する銀層のような導電層を析出することができ、その熱膨張率はサブストレート材料、例えばＧａＡｓに適合されない。電気的析出の代わりにハンダ法を熱伝導エレメントへの取り付けに使用するならば、これにより１００℃である通常のハンダ温度でかなりに熱歪みが、約１ｍｍ×１ｍｍのエッジ寸法（０．０５ｍｍから５ｍｍまでの変化が可能）を有し、薄化により約７μｍの厚さとなる半導体レーザ２１に生じることとなる。

図７は、上に説明した表面発光型半導体レーザ装置３４の１つの概略的断面図であり、このレーザ装置は支持体２７上に取り付けられた半導体レーザ２１と熱伝導エレメント１８を備えている。支持体２７は例えば加工素材である。すなわち２次元の反復構造を有する平坦なサブストレートである。表面発光型半導体レーザ装置３１は例えばハンダのような接続技術によって支持体２７に取り付けられる。ここで支持体は、例えば光学素子３１，３２，３３または温度測定抵抗２３のような素子を含むことができる。金属２４，非金属２５、金属２６の構造を備える支持体として例えば以下の構造体が考えられる：直接ボンディングされた銅（ＤＢＣ）、Ｃｕ−ＡｌＮ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｃｕ。電気的に接触接続するために、表面発光型半導体レーザ装置３４はボンディングワイヤ２２によって支持体２７と接続することができる。

ここで有利には支持体は特に良好な熱伝導性を特徴とする。従って熱伝導エレメント１８からの熱を、取付け面２８を介して特に良好に支持体２７により吸収することができる。

図８は、表面発光型半導体レーザ装置の支持体２７上での取り付けを示し、この支持体はサンドウィッチ構造を有していない。例えば支持体は、以下の材料の１つまたは複数を含む：Ａｌ、Ｃｕ、ＣｕＷ、Ａｇ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ。

ここで支持体２７が導電性材料を含まないか、不良導電性材料を含む場合、支持体２７は例えば薄膜金属基部または厚膜金属化部３０を有することができる。金属支持体２７の上には例えば導体路基板２９または導体路基板に類似する構成体２９を取り付けることができる。図示の構成体はとりわけ光学的プリズム構造体（ＯＰＡ、光学プリズムアセンブリ）を有する。この構造体は例えば、プリズムまたはビームスプリッタ３１，周波数変換のための非線形材料３２および共振器ミラー３３を含むことができる。

なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。ここに説明した熱伝導エレメントは半導体レーザとの使用に限定されるものではなく、別の光電的半導体構成素子、例えば発光ダイオードまたはフォトダイオードをここに説明した熱伝導エレメントに、ここに説明した方法により取り付けることができる。本発明は、新たな各特徴ならびにそれらの特徴の各組合せを包含し、このことは殊にこれらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が明示的に請求項または実施例に示されていない場合であっても、請求項における特徴の各組合せを含む。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０４５９４９．５−１１を優先権として主張するものであり、その開示内容は本願に含まれるものとする。

図１は、ここに説明した表面発光型半導体レーザの第１実施例の概略的断面図である。 図２は、ここに説明した表面発光型半導体レーザの第２実施例の概略的断面図である。 図３は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第１実施例の概略的断面図である。 図４は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第２実施例の概略的断面図である。 図５は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第３実施例の概略的断面図である。 図６は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の第４実施例の概略的断面図である。 図７は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の、支持体の上にある実施例の概略的断面図である。 図８は、ここに説明した表面発光型半導体レーザ装置の、支持体の上にある別の実施例の概略的断面図である。

Claims (13)

1. 表面発光型半導体レーザ装置であって、
   ・少なくとも１つの表面発光型半導体レーザ（２１）を有し、
   該表面発光型半導体レーザは垂直型エミッタ（１）と少なくとも１つのポンピングビーム源（２）を備え、
   当該垂直型エミッタとポンピングビーム源は、並置されてモノリシックに共通のサブストレート（１３）に集積されており、
   ・さらに、前記半導体レーザ（２１）と熱接触する熱伝導エレメント（１８）と、支持体（２７）に取り付けるために設けられた取付け面（２８）とを有する、ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１記載の半導体レーザ装置であって、
   熱伝導エレメント（１８）は導電性である半導体レーザ装置。
3. 請求項１または２記載の半導体レーザ装置であって、
   熱伝導エレメント（１８）は、半導体レーザ（２１）を電気的に接触接続するのに適する半導体レーザ装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置であって、
   熱伝導エレメント（１８）は、以下の材料の１つを含む：銅、ダイヤモンド、銀、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、銅ダイヤモンド、半導体レーザ装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置であって、
   熱伝導エレメント（１８）と半導体レーザ（２１）との間には、耐熱性の付着部が存在する半導体レーザ装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置であって、
   半導体レーザ（２１）の、サブストレートとは反対側の表面は、熱伝導エレメント（１８）と接続されている半導体レーザ装置。
7. 請求項１から５までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置であって、
   サブストレート（１３）は少なくとも１つの切欠部を有し、該切欠部は熱伝導エレメント（１８）を含む半導体レーザ装置。
8. 請求項７記載の半導体レーザ装置であって、
   切欠部はサブストレート（１３）にエッチングされている半導体レーザ装置。
9. 請求項７または８記載の半導体レーザ装置であって、
   熱伝導エレメント（１８）は切欠部に電気的に析出される半導体レーザ装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項記載の半導体レーザ装置であって、
    ポンピングビーム源（２）は少なくとも１つのエッチングされた共振器ファセット（１５）を有する半導体レーザ装置。
11. 以下のステップを有する表面発光型半導体レーザ装置の製造方法であって、
    ａ） 複数の表面発光型半導体レーザ（２１）を備える半導体ディスクを作製し、
    該表面発光型半導体レーザ（２１）は、それぞれ１つの垂直型エミッタ（１）と少なくとも１つのポンピングビーム源（２）を有し、
    当該垂直型エミッタとポンピングビーム源は、並置されてモノリシックに共通のサブストレート（１３）に集積されており、
    ｂ） 伝熱性ディスク（１８）を作製し、
    ｃ） 表面発光型半導体レーザ（２１）の、サブストレート（１３）とは反対側の表面を伝熱性ディスク（１８）とハンダ法によって接続し、
    ｄ） 当該接続体を個別化する、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１１記載の方法であって、
    半導体ディスクを、ステップｃ）の前に個々の表面発光型半導体レーザ（２１）に個別化する方法。
13. 以下のステップを有する表面発光型半導体レーザ装置の製造方法であって、
    ・複数の表面発光型半導体レーザ（２１）を作製し、
    該表面発光型半導体レーザ（２１）は、それぞれ１つの垂直型エミッタ（１）と少なくとも１つのポンピングビーム源（２）を有し、
    当該垂直型エミッタとポンピングビーム源は、並置されてモノリシックに共通のサブストレート（１３）に集積されており、
    ・半導体レーザ（２１）毎に、サブストレート（１３）の、半導体レーザに対向する側に切欠部をエッチングプロセスによって形成し、
    ・熱伝導エレメント（１８）を切欠部に電気的に析出し、
    ・構成体を個別化する、ことを特徴とする方法。

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