JP2015228494A - 半導体レーザ、および帰還素子を含む半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性領域の対応する空間的な制限による電流拡散をまったく示さず、対応する光帰還素子によってレーザおよびレーザ放射の効果的なモード選択を可能にし、スペクトル的にシングルモードレーザの最大可能なパーセント歩留りを実現するインターバンドカスケードレーザを提供する。
【解決手段】多層構造は基板０２上に配置され、層広がり面は基板の表面によって規定され、リッジは１つの活性領域１０を有し、活性領域はリッジと層広がり面の１つの寸法内の材料除去領域との間の移行部によって空間的に制限され、活性領域はインターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を有し、材料除去領域内には、絶縁層２８および重なった回折格子構造層３０が設けられ、絶縁層および回折格子構造層は、回折格子構造層が活性領域の底部端の下方であるが、１００ｎｍを超えない下方に配置されるように材料除去領域内に配置され、回折格子構造層が金属を含む。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の半導体レーザ、および請求項１０に記載の半導体レーザの製造方法に関する。

既知の半導体レーザおよびその製造方法では、半導体材料、絶縁体材料、および適用可能であれば金属からなる多層構造は、対応する析出処理および層成長方法によって通常形成され、リソグラフィプロセスまたはエッチング技術などの一般に知られた方法によって構築される。すべての半導体レーザは、誘導放出が起きる少なくとも１つの活性領域を有する点で共通し、これによりレーザの機能を実現できる。

活性領域の形成については、活性領域の空間的広がりに関して知られた半導体レーザにおいて２つの差異が実質的に存在している。半導体レーザダイオードにおいて、例えば、活性領域は、２次元であることが通常でありかつ多層構造の全域に存在し、そしてレーザ放射の局所化が導波路および／またはリッジなどの要素によって実現され、当該要素は、活性領域の上方および／または下方に配置され、対応する空間構造を有する。また、この種の半導体レーザでは、光帰還素子を活性領域の上方および／または下方に配置することが知られており、当該光帰還素子がレーザ放射のモード選択を可能する。そして、理想的なケースにおいて、放出されるレーザ放射を半導体レーザによってシングルレーザモードに制限する。

この種の半導体レーザはさておき、活性領域の空間制限が必要であるまたは少なくとも適切である構造も知られている。空間制限の当該必要性は、通常、活性領域内でポンピング電流を拡散させる電流拡散の問題によって生じるが、空間的にあまり局所化されず、その結果として非効率的なレーザ放射の発生を与えるに過ぎない。活性領域内におけるこの種の電流拡散を防止するために、この種の半導体レーザでは、多層構造の構造を作る過程において材料が通常除去される。ここで、当該材料は、半導体レーザの基板の表面に一般的に垂直である材料除去方向に除去される。そして、少なくとも十分な材料または十分な層が、活性領域に対して除去されることで、少なくとも材料除去方向に沿った領域内で完全に除去される。したがって、活性領域が、当該層広がり面に垂直な１つの次元において空間的に制限されるようになる。

この種の半導体レーザにおいてもまた、好ましくは活性領域の空間的に近くに光帰還素子を配置し、それにより光帰還と、その結果もたらされる活性領域内でのレーザ放射のモード選択とを可能にすることを目指した構造を作る試みが行われてきている。いわゆる垂直回折格子を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この種の構造は、複数の点で不利であることが証明されている。第一に、これらの製造および対応する製造プロセスは複雑である。それに加えてまたはそれだからこそ、スペクトル的にシングルモードである所望の仕様を有するレーザのパーセント歩留りは、ただ非常に低くなる。

その上、ユニポーラレーザに関して、個々のスペクトルの重ね合せによってモード選択を実現するように、列を成して複数のレーザ空胴を配置することが知られている（特許文献２参照）。回折格子構造の異なる配置を、本プロセスにおいて使用することが可能である。

さらにその上、ＤＦＢ半導体レーザは、半導体材料によって形成される回折格子構造を有することが知られている（特許文献３参照）。半導体回折格子構造の上部端を、レーザの活性ゾーンの上部端の高さに配置することが可能である。

回折格子構造層が導波路リッジの領域内におよび隣接する材料除去領域内に配置されるＤＦＢレーザが、やはり知られている（特許文献４および特許文献５参照）。

米国特許出願公開第２００６／００５６４７２号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２７６２９８号明細書 米国特許第５９８２８０４号明細書 米国特許出願公開第２００１／００３６２１３号明細書 特開昭６２−２９５４８０号公報

したがって、インターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を含む活性領域を有する半導体レーザおよびその製造方法を提案することが本発明の目的である。本半導体レーザにおいて、また本製造方法によって、活性領域の対応する空間的な制限による電流拡散をまったく示さず、かつ対応する光帰還素子によってレーザおよびレーザ放射の効果的なモード選択を可能にし、さらにスペクトル的にシングルモードレーザの最大可能なパーセント歩留りを実現するインターバンドカスケードレーザが提供される。

上記目的は、請求項１に記載の半導体レーザによって、および請求項１０に記載の対応する製造方法によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明による半導体レーザは、リッジ、および加えて、リッジに隣接する両側に２つの材料除去領域を含む多層構造を有し、多層構造が基板上に配置され、層広がり面が基板の表面によって規定される。リッジは、インターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を有する少なくとも１つの活性領域を含み、この少なくとも１つの活性領域が、リッジと層広がり面の１つの次元において材料除去領域との間の移行部によって空間的に制限される。本発明により、絶縁層および重なった回折格子構造層が、少なくとも材料除去領域内に設けられ、絶縁層および回折格子構造層は、回折格子構造層が活性領域の底部端の下方であるが１００ｎｍを超えない下方に配置されるように材料除去領域内に配置されることになる。かかる距離は、層広がり面に垂直でかつ成長方向または除去方向に測定され、活性領域の底部端と回折格子構造層との間の最小距離を表す。

回折格子構造層が金属、特にクロムを含む本発明に従って、回折格子構造層と活性領域のレーザ光との間の光カップリングを、特に効果的に実現することが可能である。

この方法で回折格子構造層を配置することによって、活性領域の外の領域にも広がるレーザ放射の波の少なくともエバネッセント部は、回折格子構造層と光カップリングを行うことが可能であり、これが帰還素子として実現されるしたがって、当該帰還素子は、活性領域の空間的制限によって電流拡散を回避することに関する必要条件およびシングルモード半導体レーザを提供するための効果的なモード選択に関する必要条件の両者に特に有利な方法で適応する。

本明細書では、次の言葉の定義を明確にするために適用する。提案した半導体レーザに関して、および記述した方法に関して、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」という用語は、半導体レーザの基板に関して、当該基板の方に向くまたは当該基板の方向に面する面または方向を明示する。言い換えると、これは、活性領域の底部端が基板に面する活性領域の境界を意味することを表す。したがって、基板の表面によって形成される層広がり面に実質的に垂直に延びる方向に沿って、すなわち、材料除去方向に沿って下に向かって行う材料の除去によって、材料除去領域が作られると仮定する。したがって、材料除去方向は多層構造の層成長の成長方向に平行に延びる。したがって、「上部（ｔｏｐ）」という用語は、基板から遠くに面する面または方向を意味する。

回折格子構造層と活性領域のレーザ光との間の効果的な光カップリングを実現可能とするためには、回折格子構造層の上部端が活性領域の底部端と少なくとも同じ高さである場合が、特に有利であることが証明された。さらに、回折格子構造層が活性領域の底部端の上方にも延びるまたは活性領域の上部端の上方にさえあり得る場合には、やはり有利であり得る。

有利な実施形態によれば、可能な限り薄い絶縁層が少なくとも材料除去領域内に配置され、かつ回折格子構造層がその上に配置される丁度その点まで層厚の観点から減らされる活性領域に関して、移行部が丁度良い深さであるように設計されること、すなわち、丁度良い材料が材料除去領域内で除去されることを、提供することができる。設けた絶縁層の代わりに、回折格子構造層の下方に酸化によって自然に形成される絶縁層は、回折格子構造層に対する絶縁のために同様に適している。材料除去領域内でのエッチング深さまたは材料除去量が理想的である場合には、このような自然絶縁層または自己形成絶縁層の使用が有利であり得る。

多層構造が少なくとも１つの導波路層を含む場合には、活性領域内でのレーザ光の拡散にとって特に有利である。第１および第２の導波路層が設けられ、１つの導波路層が活性領域の上方に配置され、１つの導波路層が活性領域の下方に配置される場合には、特に有利であり得る。導波路層が活性領域の上方に配置されるケースでは、導波路層は、半導体レーザのリッジ内にだけ存在する。これは、材料の除去およびリッジとリッジの両側の材料除去領域との間の移行部が層広がり面の１つの次元において活性領域の上方のすべての層を必ず空間的に制限するためである。これは、製造プロセスの過程で材料の除去に先立って活性領域の上方に設けられているすべての層に対して少なくとも当てはまる。

言い換えると、これは、活性領域の上方に配置された導波路層が半導体レーザのリッジに空間的に制限されることを意味する。同じことが、必ずというわけではないが、活性領域の下方に配置された導波路層に対して同じ程度に当てはまり得る。その理由は、リッジと材料除去領域との間の移行部が活性領域を空間的に制限するために少なくとも十分に遠く延びるためである。活性領域の下方に配置された多層構造の層は、除去される材料の量に応じてリッジまでのこの種の空間的な制限によって影響を受けることがなくまたは影響を与えない。

しかしながら、除去される活性領域に対して丁度良い深さに移行部を設ける上述の実施形態では、活性領域の下方に配置することができる層、例えば、導波路層に空間的な制限がない。

多層構造が少なくとも１つのクラッド層を有する場合には、さらに特に有利である。多層構造内で、活性領域から遠くに面する各ケースにおいて、当該クラッド層を、活性領域の上方にまたは下方に、特に導波路層の上方にまたは下方に配置することもやはり可能である。リッジの領域に対するまたは移行部および材料除去領域に対するクラッド層の空間的な制限に関して、導波路層に関する上記関係が、活性領域の上方および下方のクラッド層の配置に応じて当てはまる。クラッド層が活性領域の上方および活性領域の下方の両方に配置される場合には、半導体レーザの動作にとって特に有利となりうる。

層の順番が活性領域に関して鏡面対称であるように多層構造が構成される場合には、半導体レーザの動作および半導体レーザの製造の両方にとって特に望ましいことが証明された。

しかしながら、最上層として高濃度にドープした上部コンタクト層またはキャップ層を多層構造が有することにより、半導体レーザの電気的なコンタクトを容易にすることを、さらに提供することができる。好ましくは、キャップ層は、層広がり面に垂直にクラッド層に隣接する。

さらにその上、基板に面するある部分内に、すなわち端部部分内に、移行部が延伸部を有する半導体レーザをも設計することが可能であり、移行部と層広がり面との間の角度が移行部に隣接する材料除去領域に向かって実質的に連続的に小さくなるように当該延伸部を実現する。

延伸部が活性領域の底部領域内に配置される場合、および活性領域の底部端が移行部の延伸部の領域内に位置する場合には、さらに有利である。回折格子構造層の一般的に有利な配置によれば、絶縁層および回折格子構造層を、移行部の延伸部の領域内にも配置することができる。これに関連して、回折格子構造層および絶縁層の配置が、層堆積面内の方向の観点で解釈される。言い換えると、回折格子構造層が少なくとも材料除去領域内に配置され、移行部内へと延びる場合、特に移行部における延伸部の領域内へと延びる場合に、有利である。さらに、層広がり面に対して垂直に、回折格子構造層および絶縁層を上述したように設計することが可能である。したがって、回折格子構造層を、活性領域およびその底部端の１００ｎｍを超えない下方に配置することが可能である。しかしながら、回折格子構造層をやはり、少なくとも活性領域の底部端の高さのところ、または底部端の上方に配置することが可能である。

加えて、リッジと材料除去領域との間の移行部の少なくとも一部分が側面によってそれぞれ形成されることが特に望ましい。当該側面は、材料の除去によって形成される。それにも拘らず、当該側面は、移行部の特別な実施形態になると考えるべきであり、材料除去領域に付随するものではない。言い換えると、材料除去領域は、特に除去方向における層広がり面に対して垂直に、材料の一様な除去によってそれらが生成されることによって画定される。したがって、上記の延伸部は、移行部の一部としても理解されるべきであり、且つ、材料の除去によって生成されるものの本明細書の意味するところの材料除去領域にのみ隣接する側面の部分として理解されるべきである。

当該側面の少なくとも一部分が、層広がり面と１０°から９０°の角度、特に７０°から９０°の角度を形成する傾斜した側面として実現される場合には、半導体レーザの製造にとっておよび半導体レーザの動作にとって特に有利である。特に良い効果および帰還素子へのレーザ光の特に良いカップリングを実現するために、側面の角度を、所与のケースにおいて使用される活性領域の機能として特に選択することが可能である。

さらにその上、絶縁層および／または回折格子構造層が、少なくとも部分的に、移行部の領域内におよび／または側面の領域内に配置され、加えて、特に側面の領域内で側面に実質的に平行に延びる場合には、特に望ましい。例えば、方向性でない、すなわち、塗布または堆積にとって好ましい方向がない絶縁層を設けるための方法が選択されるように、絶縁層も側面の領域内に配置されるケースを実現することが可能である。このように、側面に実質的に平行に延びる絶縁層を、側面の領域内において同様に生成する。側面の領域内の絶縁層は、例えば、これらの領域において半導体レーザを被膜保護するように働く。

一方で、側面の領域内に少なくとも部分的に、特に当該側面に実質的に平行に、回折格子構造層が同時に配置される場合には、回折格子構造層を絶縁層によって活性領域とは電気的に分離し、これによって回折格子構造層を通る電流の望ましくない漏れを回避する特に有利な方法で実現する。他方では、同様に側面の領域内に回折格子構造層を設けることは、絶縁層および回折格子構造層を上に設けた材料除去領域の開始高さ、ならびに層広がり面に沿ったおよび材料除去方向に沿った両方の必要条件を満足しつつ、ほとんど無視される材料除去方向の材料除去の正確な深さを与え、回折格子構造層を、活性領域に十分に近くに配置することを可能にして、回折格子構造層と活性領域内でのレーザ放射との間の光帰還を可能にする。

インターバンドカスケードレーザに関して、層広がり面と側面との間の角度を、可能な限り小さく選択すべきである。約７０°の角度が、現在実行可能であり信頼性があると証明された。しかしながら、当該角度をさらに小さくすることがやはり考えられ、当該角度を小さくすることが望ましい。一般に、約１０°まで角度を小さくすることは、技術的に可能であり、同様に望ましい。

対照的に、活性領域が量子カスケードレーザを形成するように働く層構造を含むケースでは、可能な限り長方形となる移行部が、リッジと移行部または側面との間に存在することが望ましい。言い換えると、この種の活性領域に関して、側面は、好ましくは層広がり面と約９０°の角度を形成する。さらに、このケースでは、また、わずかに小さな角度が、より有利となるように続き、製造することおよび実現することが著しく容易である。したがって、８０°と９０°との間の角度を、量子カスケードレーザを形成するように働く活性領域に対して形成することがやはり可能である。

この点に関して、回折格子構造層が、金属、特にクロムから作られた２つの別々の平行なウェブを有することを提供することができ、回折格子構造層の当該ウェブが、多層構造のリッジの向きに垂直に配置され、その結果、活性領域内でのレーザ放射との光帰還が生じる。

本発明に係る半導体レーザの製造方法は、下記の方法ステップを含むが、これは、すべての方法ステップの全体を明示的には表さない。

代わりに、本発明による効果を実現するように働く実質的な方法ステップを示し、特許請求する。複数の追加の処理ステップは、これらが一般的な半導体レーザおよび一般的な回折格子構造層の製造方法から知られるので、半導体レーザを製造するための全数の方法ステップのうちの大部分を純粋に数値的に表すことが可能である。

しかしながら、本発明の概念を実現するために、最初に多層構造を基板上に設け、多層構造の層を基板の表面によって規定される層広がり面に平行に延ばし、少なくともインターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を含む活性領域の製造を含むように多層構造を設けることが重要である。

本発明係る別の方法ステップでは、少なくとも２つの別々の材料除去領域において多層構造の材料の除去が行われ、これによって材料が層広がり面に対して実質的であって垂直かつ材料除去方向に除去される。これにより、材料が除去されない領域内、すなわち材料除去領域間にリッジが形成され、層広がり面の１つの次元において少なくとも活性領域が移行部によって空間的に制限されるように、当該リッジが移行部によって材料除去領域とは分離される。

少なくとも直後ではないが続いて、絶縁層が、少なくとも材料除去領域に設けられ、回折格子構造層が、少なくとも材料除去領域の領域内に引き続いて設けられる。

本発明による基本概念は、特に、回折格子構造層が活性領域の底部端の下方であるが１００ｎｍを超えない下方に配置されるように材料除去の方法ステップならびに絶縁層および／または回折格子構造層を設ける方法ステップが調整される本法において実現される。

本発明によれば、金属、特にクロムが、回折格子構造層を作るように少なくとも堆積されかつ構造が作られることが、さらに行われる。

電子線リソグラフィプロセスを行うサブ方法の過程で、これは起こり得る。このプロセスでは、最初に塗布したレジストを、露光し、現像し、引き続いて金属、このケースではクロムを堆積し、続いてレジストが露光されなかった領域を除去する。このように、レーザ光とのカップリングを補助する少なくとも回折格子構造層の領域内に、帰還素子の別々のリッジを生成する。例えば、リッジを、多層構造のリッジの広がりに垂直に配置することが可能である。さらにその上、少なくとも部分的に、リッジは、別々の領域内で規則性を示すことが可能である。

下記の説明では、本発明に係る半導体レーザのおよび本発明に係る製造方法の個々の有利な実施形態を、概略的に過ぎない図面を用いて例として図説するであろう。

提案した半導体レーザの製造方法によって、一方では、電流拡散を活性領域内で防止することが実現され、これは、活性領域の最大高さをやはり少なくとも取り囲みかつ活性領域をリッジに制限する材料の除去によって可能にされる。他方では、例えば、ＤＦＢ構造によって実現される回折格子構造層によるレーザ放射のモード選択は、回折格子構造層の配置に関するより大きなプロセス許容誤差が方法の間中可能とされるように本発明による製造方法によって実現される。これは順に、シングルモード半導体レーザのより高いパーセント歩留りを、その結果より低い製造コストをもたらす。

言い換えると、材料除去、絶縁層を設けること、および回折格子構造層を設けることの３つの方法ステップは、最後には回折格子構造層が活性領域の底部端の１００ｎｍを超えない下方に配置されるように、除去深さと、設けた絶縁層および回折格子構造層の層厚とに関して調整されることが可能である。まとめると、記述した方法ステップのうちの１つにおける精度および不確実さを、２つの他の方法ステップによって補償することが可能であり、その結果、最終的に、活性領域の底部端に対する回折格子構造層の相対的な配置を実現することが可能であることを、これは意味する。

半導体レーザが、それぞれ活性領域の上方および下方に少なくとも１つの導波路層および／または１つのクラッド層を有する場合には、製造される半導体レーザにとって特に有利である。したがって、提案した方法の有利な実施形態は、多層構造の製造、すなわち、多層構造を設けることが、少なくとも１つの導波路層を設けることおよび／または少なくとも１つのクラッド層を設けること含むことを提供する。

例えば、導波路層を活性領域の直ぐ上および下に配置し、クラッド層を上部導波路層の直ぐ上および底部導波路層の直ぐ下に配置することを、行うことができる。製造方法の好ましい実施形態では、材料の除去が、移行部の端部部分内である基板に面する部分内に延伸部を形成し、この延伸部は、移行部と層広がり面との間の角度が移行部に隣接する材料除去領域に向かって連続的に小さくなるように設計される。

加えて、少なくとも部分的に、リッジと材料除去領域との間の移行部が材料除去によって側面の形に形成されると共に、側面が少なくとも部分的に傾斜した側面として形成され、基板の層広がり面と１０°から９０°、特に７０°と９０°との間の角度を形成するような態様で材料が特に除去されるように、提案した製造方法を設定することが可能である。開示した半導体レーザである開示したデバイスを参照して前に説明したように、リッジと材料除去領域との間に移行部を形成するための側面と層広がり面との間の角度の選択は、形状および活性領域の機能に依存することがあり、ここでは、特にインターバンドカスケードレーザを形成するように働く活性領域のケースでは、最小の可能な角度、特に１０°と７０°との間の角度が形成されかつ望まれ、そして、量子カスケードレーザを形成することを可能にするこの種の層組織を有する活性領域のケースでは、層広がり面に対して直角を有する側面が、好ましく作られる、すなわち、側面が、基板の層広がり面に対して約８０°と９０°との間の角度を有する。

提案した方法のもう１つの特に有利な実施形態では、絶縁層および／または回折格子構造層は、塗布の最中に配置される、または、層を設けることは、絶縁層および／または回折格子構造層が、移行部の領域内におよび／または側面の領域内に少なくとも一部が配置され、かつ側面の領域内では側面に実質的に平行に延びるように制御される。

このようにして、絶縁層によって被膜保護することならびに移行部および側面の電気的絶縁を実現する。

その上、特に良く効果的なカップリングを、活性領域内でのレーザ放射と回折格子構造層との間で実現することが可能である。

本発明による半導体レーザの製造方法の例示的なステージおよび本発明によって実質的に完成した半導体レーザを示す図である。 本発明による半導体レーザの製造方法の例示的なステージおよび本発明によって実質的に完成した半導体レーザを示す図である。 本発明による半導体レーザの製造方法の例示的なステージおよび本発明によって実質的に完成した半導体レーザを示す図である。 第１の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面を示す図である。 第２の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面を示す図である。 第３の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面を示す図である。 第４の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面の詳細を示す図である。 第５の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面の詳細を示す図である。 第６の代替実施形態における本発明による半導体レーザの断面の詳細を示す図である。

図１Ａは、本発明に係る半導体レーザ０１を製造するための本発明に係る製造方法の間の処理過程または方法過程を示す。図１Ａでは、多層構造０４が、一般に知られた方法ステップ、すなわちエピタキシャルステップによって基板０２上にあらかじめ設けられている。多層構造０４は、設けた層の順番で底部から上部へと、第１のクラッド層０６、すなわち底部クラッド層０６、第１の、すなわち底部導波路層０８、活性領域１０、ならびに第２の、すなわち上部導波路層１２、および最後に第２の、すなわち上部クラッド層１４を含む。活性領域１０自体については、例えば、注入層を含むことが可能な複数の個別の層から構成することが可能である。

図１Ｂは、材料を除去した後の、本発明による半導体を製造するための中間製品を表す処理過程または方法過程を示す。図１Ｂからわかるように、図１Ａと比較して、底部クラッド層０６を除いて、あらかじめ設けた層を、材料除去領域１６、１８内で完全に除去しており、底部クラッド層０６も同様に、部分的に除去されている。そのようにすることによって、リッジ２０が材料除去領域１６および１８間に形成され、リッジは、活性領域１０が層広がり面２６の空間方向に空間的に制限され、かつ活性領域１０内での電流拡散が克服されるように、移行部２２および２４によって材料除去領域とは分離される。

図１Ｂでは、本発明を、多層構造のすべてはない層が材料除去の過程で完全に除去されるが、それぞれの底部層、すなわち基板に隣接する層が部分的に残るような方法で以降説明する。しかしながら、このような内容、当該説明の目的のために生じるに過ぎないのに対して、多層構造のすべての層を、材料除去によって完全に除去し、かつ基板、すなわち基板表面を、当該除去によって材料除去領域１６および１８内での材料除去の後に露出することを、本発明の実施形態として同様に行うことができる。他方では、少なくとも活性領域１０を空間的に制限し、かつ活性領域の下方に配置された１つまたは複数の層を材料除去によって影響を受けずに残すまたは部分的にだけ除去する点まで、材料を単に除去することを、同様に行うことができる。また、すべての図は、層の順番に関して、活性領域１０に関する多層構造０４の対称的な構成を示す。これは有利な設計であり、一方で当該順番からずれたさらに別の層配列順を、有利に提供することができる。

図１Ｃは、本発明による製造方法の完了後の半導体レーザ０１の模式的斜視図を示す。図１Ｂの処理過程または方法過程と比較して、絶縁層２８および回折格子構造層３０が、少なくとも図１Ｃにおける材料除去領域１６および１８内に設けられているまたは生成されている。図１Ｃからわかるように、回折格子構造層３０の上部端は、実質的に活性領域１０の底部端の高さのところにある。これが、活性領域１０内でのレーザ放射と回折格子構造層３０との間の特に効果的なカップリングを可能にし、これによって半導体レーザ０１の非常に正確なモード選択につながる。

しかしながら、特に図２および図６に関するさらなる説明から明らかになるように、図１Ｃの活性領域１０に対する回折格子構造層３０のこの配置は、唯一の可能なまたは適切な実施形態ではない。一般的に、活性領域に対する回折格子構造層の位置が、層広がり面に対して垂直に回折格子構造層３０および活性領域１０が重なることを可能にするか、または回折格子構造層３０が活性領域１０およびその底部端の１００ｎｍを超えない下方に少なくとも配置されるかのいずれかとなるように、回折格子構造層を配置することが可能である。

図１Ｃから容易にわかるように、活性領域に対する回折格子構造層の対応する配置は、比較的簡単な方法で実現または作製することができる。その理由は、材料除去、絶縁層２８を設けること、および引き続いて回折格子構造層３０を設けることの連続する方法ステップによってこれをもたらすことが可能であるためである。言い換えると、これは、絶縁層２８のまたは回折格子構造層３０の層厚を、材料除去によって材料をどれだけ除去するかに応じて調節することが可能であり、このように回折格子構造層の対応する配置または要求される配置を、少なくとも活性領域１０の底部端の高さのところに容易に実現することが可能であることを意味する。絶縁層２８を追加で設ける代わりに、材料除去によって露出している表面を酸化することによって、絶縁層を同様に生成することが可能である。ここで、絶縁層を生成するとは、酸素が接触すると、絶縁層２８がそれ自身で、すなわち自然に形成されることをむしろ意味する。

図２は、本発明に係る半導体レーザの断面を示す。材料除去領域１６および１８ならびにリッジ２０はさておき、図２は、リッジとそれぞれの材料除去領域１６および１８との間の２つの移行部２２および２４を示し、移行部２２および２４は、側面３２および３４によって形成され、側面３２、３４は、角度αの表示によって図２に示すように、層広がり面２６と約８０°の角度をそれぞれ形成する。

図２からやはりわかるように、半導体レーザ０１の図示した実施形態では、絶縁層２８および構造層３０は、材料除去領域１６および１８の領域内にもっぱら配置されるだけでなく、移行部２２および２４の領域内にもやはり配置されるが、回折格子構造層３０は、移行部２２および２４の領域内で層広がり面２６に対して実質的に平行にさらに延びる。また図２に図示したものは有利な実施形態であり、これによれば、回折格子構造層３０、より正確にはその上端が、活性領域１０の底部端と同一平面ではなく、活性領域の底部端の上方にも広がりまたは配置される。したがって、活性領域１０のレーザ放射と回折格子構造層３０との間のカップリングを、図１Ｃの説明図と比較してさらに改善することが可能である。

図３は、図２と比較した半導体レーザ０１の変形例を示し、これは、絶縁層２８が材料除去領域１６および１８の領域内に配置されるだけでなく移行部２２および２４の全体の領域内ならびにリッジ２０の領域内にも配置されることが異なる。絶縁層２８を設けることに先立って、半導体レーザ０１を製造するための方法は、材料の除去の後で、自然に形成するまたは自然に形成した被膜保護層または酸化物層の別の除去を、露出した表面全体に実行し、そして絶縁層２８を、引き続いてすべての領域の表面全体にわたって設けることによる方法ステップを最初に行う。図３に図示したように、回折格子構造層３０もまた、移行部２２および２４の全体の領域内に設けられ、加えて側面３２および３４に実質的に平行に配置される。回折格子構造層が絶縁層２８によって活性領域１０とは分離されることをこれが意味する場合でさえ、図３に図示した半導体レーザ０１の設計は、回折格子構造３０の底部端３１が活性領域１０の底部端の下方である状態で設置された回折格子構造３０が、材料除去方向の方向に活性領域の全高さにわたり延び、したがって特に効果的な光カップリングを、活性領域１０内でのレーザ放射と回折格子構造層との間で実現することが可能であるという効果を依然として有する。

図３の説明図から、本設計のもう１つの実質的な利点が明らかになる。側面３２、３４の領域内に回折格子構造層を配置することによって、回折格子構造層３０と活性領域との間の本発明による相対的な配置は、ある材料除去深さに達したときに自動的に実現される。言い換えると、これは、大量の材料が材料除去領域１６および１８において除去される場合でさえ、そして材料除去領域１６、１８が対応して深い位置にある場合でさえ、活性領域１０に対する回折格子構造層３０の所望の配置が、絶縁層の配置および回折格子構造層の配置によって側面３２、３４の領域内に必然的にも実現されることを意味する。その理由は、側面３２、３４の領域内の回折格子構造層３０の部分に起因して、材料除去の深さと絶縁層２８の厚さを加えたものが活性領域の底部端の少なくとも１００ｎｍ下方になるとすぐに、活性領域の１００ｎｍを超えない下方における回折格子構造３０の配置が常に実現されるためである。しかし、これは、移行部２２、２４または側面３２、３４の領域内に回折格子構造層３０を配置するケースにおいて、材料除去領域の除去深さを無視することが可能であり、これが半導体レーザの著しく単純化した製造を可能にすることを正確に意味する。

図４は、設けた絶縁層２８および回折格子構造層３０が上部クラッド層１４の領域内でかつリッジ２０の幅にわたり再び除去されている図３からの変形例を示す。クラッド層１４上の高濃度にドープした上部コンタクト層またはキャップ層（図４には図示せず）を露出させるために、当該除去を実行することが可能である。

図５は、本発明による半導体レーザ０１の断面の詳細を示す。上側部分における移行部２２は、側面３２として実現される。基板０２に面する移行部２２の一部分では、移行部２２は、延伸部２３を有する。角度α₁およびα₂によって示したように、移行部と層広がり面２６との間の角度は、移行部に隣接する材料除去領域１６に向かって連続的に小さくなる。しかしながら、このケースでは、厳密に数学的感覚よって連続的を理解すべきではない。言い換えると、延伸部２３は、移行部が丸みを帯びた領域を通り材料除去領域１６へと進むように設計される。図５では材料は、活性領域の底部端の最小限下方に配置されるように材料除去領域１６にとって丁度良い深さで除去されている。したがって、回折格子構造層の底部端３１および活性領域１０の底部端が水平の破線２５によって示された同じ高さになるように、絶縁層２８が実現される。

図５は、絶縁層２８および回折格子構造層３０が、材料除去領域１６内、移行部２２の延伸部２３の領域内および移行部２２の側面３２の領域内に配置されることを示す。

図６は、図５の変形例を示す。図６においても、移行部２２は、移行部２２の上側領域内では側面３２によって形成され、基板に面する移行部２２の部分内では延伸部２３によって形成される。しかしながら、図５とは対照的に、より多くの材料が、図６では材料除去領域内で除去されている。回折格子構造層３０は、絶縁層２８の最上部上に設けられる。さらに、絶縁層２８は、活性領域１０の底部端の下方に配置されるために回折格子構造層３０に対して十分に厚くなっている。層広がり面２６に垂直である、活性領域１０の底部端と回折格子構造層３０との間の距離は、距離ｄによって概略示される。活性領域１０内でのレーザ放射と回折格子構造層３０との間のカップリングのためには、距離ｄは１００ｎｍを超えないことが必要である。

図７では、図６と比較して、より小さなまたは深くない材料除去が材料除去領域１６内で行われている設計を、さらに図示する。したがって、絶縁層２８および回折格子構造層３０は、図６におけるよりも、層広がり面２６に対して垂直に高く配置される。図７に破線の水平線によって示したように、活性領域１０の底部端と回折格子構造層３０との間に重なり部３５がある。言い換えると、これは、回折格子構造層が、活性領域１０の底部端の高さでかつ延伸部２３の領域内で上方に配置されることを意味する。この配置であっても、回折格子構造層３０に対して活性領域１０内のレーザ光の効果的なカップリングを可能にし、効果的なモード選択をもたらす。

Claims (14)

1. リッジ（２０）および前記リッジ（２０）の両側に隣接する２つの材料除去領域（１６、１８）を備え、基板（０２）上に配置された多層構造（０４）を有し、
   層広がり面（２６）が前記基板（０２）の表面によって規定され、前記リッジ（２０）が少なくとも１つの活性領域（１０）を有し、かつ少なくとも前記活性領域（１０）が前記リッジ（２０）と前記材料除去領域（１６、１８）との間の移行部（２２、２４）によって前記層広がり面（２６）の１つの次元において空間的に制限され、前記活性領域（１０）がインターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を有し、
   少なくとも前記材料除去領域（１６、１８）内には、絶縁層（２８）および重なった回折格子構造層（３０）が設けられ、前記絶縁層（２８）および前記回折格子構造層（３０）は、前記回折格子構造層（３０）が前記活性領域（１０）の底部端の下方であるが、１００ｎｍを超えない下方に配置されるように前記材料除去領域（１６、１８）内に配置され、前記回折格子構造層（３０）が金属を含む、半導体レーザ（０１）。
2. 前記多層構造（０４）が、少なくとも１つの導波路層（０８、１２）を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ（０１）。
3. 前記多層構造（０４）が、少なくとも１つのクラッド層（０６、１４）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ（０１）。
4. 高濃度にドープした上部コンタクト層が、前記層広がり面（２６）に対して垂直に、クラッド層（１４）に対して隣接することを特徴とする、請求項３に記載の半導体レーザ（０１）。
5. 前記移行部（２２、２４）が、前記基板（０２）に面する部分内に延伸部（２３）をそれぞれ有し、前記移行部（２２）と前記層広がり面（２６）との間の角度が、前記延伸部（２３）によって前記移行部（２２）に隣接する前記材料除去領域（１６）に向かって連続的に小さくなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザ（０１）。
6. 前記リッジ（２０）と前記材料除去領域（１６、１８）との間の前記移行部（２２、２４）の少なくとも一部分が、側面（３２、３４）によってそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ（０１）。
7. 前記側面（３２、３４）の少なくとも一部分が、傾斜した側面によって形成され、かつ前記層広がり面（２６）と１０°から９０°の、特に７０°から９０°の角度を形成することを特徴とする、請求項６に記載の半導体レーザ（０１）。
8. 前記絶縁層（２８）および／または前記回折格子構造層（３０）が、前記移行部（２２、２４）の領域内および／または前記側面（３２、３４）の領域内の少なくとも一部に配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ（０１）。
9. 前記回折格子構造層（３０）が、少なくとも部分的に周期的である回折格子ウェブによって形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ（０１）。
10. 半導体レーザ（０１）の製造方法であって、
    基板（０２）上に多層構造（０４）を設けるステップであって、前記多層構造（０４）の層が前記基板（０２）の表面によって規定される層広がり面（２６）に平行に延び、かつインターバンドカスケードレーザを形成するための層構造を有する活性領域（１０）の少なくとも形成が前記多層構造（０４）を設けることに含まれるステップと、
    ２つの別々の材料除去領域（１６、１８）内の前記多層構造（０４）の材料を除去するステップであって、前記材料が前記層広がり面（２６）に実質的に垂直に除去され、少なくとも前記活性領域（１０）が前記層広がり面（２６）の１つの次元において移行部（２２、２４）によって空間的に制限されるように、当該除去によって形成されるリッジ（２０）が移行部（２２、２４）によって前記材料除去領域（１６、１８）から分離されるステップと、
    少なくとも前記材料除去領域（１６、１８）上に絶縁層（２８）を生成するステップと、
    前記材料除去領域（１６、１８）の少なくとも領域内に回折格子構造層（３０）を設けるステップであって、前記回折格子構造層（３０）が前記活性領域（１０）の下方であるが、１００ｎｍを超えない下方に配置されるように調整され、金属が前記回折格子構造層を生成するために少なくとも堆積されかつ構造が作られるように、材料の前記除去ならびに前記絶縁層（２８）をおよび／または前記回折格子構造層（３０）を設けることがなされるステップと、有する製造方法。
11. 前記多層構造（０４）を設けることは、少なくとも１つの導波路層（０８、１２）を設けることおよび／または少なくとも１つのクラッド層（０６、１４）を設けることを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記材料を除去するステップにより、前記基板に面する前記移行部（２２、２４）の一部分内に延伸部が形成され、
    前記延伸部は、前記移行部（２２）と前記層広がり面（２６）との間の角度が前記移行部（２２）に隣接する前記材料除去領域（１６）に向かって連続的に小さくなるように形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の製造方法。
13. 前記材料を除去することにより、前記リッジ（２０）と前記材料除去領域（１６、１８）との間の前記移行部（２２、２４）の少なくとも一部が、側面（３２、３４）の形状にそれぞれ形成され、
    前記側面（３２、３４）の少なくとも一部が、傾斜した側面として形成され、かつ前記基板（０２）の前記層広がり面（２６）と１０°から９０°の、特に７０°から９０°の角度を形成するように、前記材料が除去されることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 前記絶縁層（２８）および／または前記回折格子構造層（３０）が、前記移行部（２２、２４）の前記領域内および／または前記側面（３２、３４）の前記領域内の少なくとも一部に配置されることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の製造方法。

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