JP2017228772A - 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射を特定の領域に高効率で出射する端面発光型半導体レーザ及び半導体レーザの動作方法を提供する。
【解決手段】端面発光型半導体レーザ１は、半導体積層体３内の活性ゾーン３０と応力層６とを備える。活性ゾーンは、半導体積層体の成長方向Ｇに直交する長手ストリップ３３内のみで通電されるように構成されている。半導体積層体の厚さは、長手ストリップの領域全体に亘って一定であるように構成され、半導体レーザは利得導波型である。応力層により半導体積層体は、長手ストリップに直交する方向及び成長方向に直交する方向に局所的に応力を受ける。したがって、動作中に発生したレーザ放射Ｌの、半導体積層体の平面視において長手ストリップに隣接する領域内の屈折率は、少なくとも２×１０^−４、最大でも５×１０^−３低下する。
【選択図】図２

Description

本発明は、端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法に関する。

本発明の目的は、放射を特定の領域に高効率で出射する端面発光型半導体レーザを特定することである。

本発明の目的は特に、本独立特許請求項の特徴を有する端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法によって解決される。好ましい発展形態が従属請求項の主題である。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、半導体積層体内に活性ゾーンを有する。活性ゾーンは、ｐｎ接合および／または単一量子井戸構造もしくは多重量子井戸構造を有する。半導体積層体は好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料をベースにしている。この半導体材料は例えば、Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮ等の窒化物化合物半導体材料、Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＰ等のリン化物化合物半導体材料、またはＡｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＡｓもしくはＡｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ａｓ_ｋＰ_１−ｋ等のヒ化物化合物半導体材料であり、いずれの場合も０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１、０≦ｋ＜１となる。好ましくは、半導体積層体の少なくとも１層または全ての層について、０＜ｎ≦０．８、０．４≦ｍ＜１、ｎ＋ｍ≦０．９５、０＜ｋ≦０．５が当てはまる。半導体積層体は、ドーパントおよび追加の構成成分を含むことができる。しかしながら、半導体積層体の結晶格子の基本的な構成成分（すなわち、Ａｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、またはＰ）は、ある程度まで少量の他の物質によって補われることができおよび／または置換されることができるが、簡潔にするために、これら構成成分のみが示されている。半導体積層体は好ましくは、ＡｌＩｎＧａＡｓ材料系をベースにしている。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、端面発光型レーザである。これは、レーザにおけるレーザ放射の導波および／またはレーザの出射方向が半導体積層体の成長方向に直交しているまたは実質的に直交していることを意味する。具体的には、半導体積層体の平面視において半導体レーザの比較的小さな領域のみにおいてレーザ放射を発生させることができる。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、１層以上の応力層を備える。少なくとも１層の応力層は、半導体積層体における目標の材料応力を実現するように構成されている。

少なくとも一実施形態によれば、本活性ゾーンは、半導体積層体の成長方向に直交する長手ストリップ（longitudinal strip）においてのみ通電されるように構成されている。長手ストリップは例えば、活性ゾーンへの電流の入力のためのメタライゼーションによって画定されている。長手ストリップは好ましくは、レーザ放射の共振器に一致している。長手ストリップおよび／または共振器は、直線状に延びていることも、屈曲または屈折していることも、台形または矩形の構成であることもできる。

説明を簡単にするために、本明細書においては、成長方向に直交する方向において長手ストリップから活性ゾーンへの明らかな電流拡散は無いものとする。これは特に、活性ゾーンの主な通電が、あるいは活性ゾーンの大部分の通電が長手ストリップの下方でおよび／または長手ストリップに一致して行われることを意味する。具体的には、レーザ放射の大部分は、長手ストリップにカバーされる領域において発生する。ここで、「大部分」とは、少なくとも５０％、８０％または９０％を意味する。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体積層体の厚さは、長手ストリップの領域全体に亘って均一かつ一定である。「長手ストリップの領域」とは、平面視において全体で長手ストリップの２倍、４倍、８倍、または１０倍の広さの領域であって、長手ストリップが中心に配置されている領域を意味し得る。換言すれば、長手ストリップは、半導体積層体のエッチングおよび／または半導体積層体の薄化によっては画定されていない。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体レーザは、利得導波型レーザである。これは、共振器の境界がストリップ状導波路によってではなく、活性ゾーンの通電領域によって画定されていることを意味する。

少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体には、応力層によって長手ストリップに直交する方向および成長方向に直交する方向に応力、特に引張応力がかかる。成長方向における応力は好ましくは、平面視において長手ストリップに隣接する領域のみに限定的に作用する、または成長方向における応力のほぼ全てが長手ストリップに隣接する領域のみに作用する。換言すれば、通電領域において活性ゾーンは好ましくは、応力層による応力を受けないか、または有意には応力を受けない。

少なくとも一実施形態によれば、応力層によって半導体積層体の屈折率は、少なくとも２×１０^−４もしくは５×１０^−４および／または最大でも５×１０^−３もしくは２×１０^−３低下する。これは特に、平面視において長手ストリップに隣接した領域に当てはまる。換言すれば、応力層によって長手ストリップの下方の半導体積層体の領域の屈折率は、僅かに増加している。したがって、応力層によって、動作中に発生するレーザ放射の僅かな屈折率導波が長手ストリップの領域において実現される。そのため、半導体積層体自体の幾何学的形状を変更せずに応力層によってレーザ放射を少なくとも僅かに導波することができる。

少なくとも一実施形態では、本端面発光型半導体レーザは、半導体積層体内の活性ゾーンと、応力層とを備える。活性ゾーンは、半導体積層体の成長方向に直交する長手ストリップにおいてのみ通電されるように構成されている。半導体積層体は、長手ストリップの領域全体に亘って厚さが一定であるように構成されており、したがって半導体レーザは、利得導波型である。半導体積層体には、応力層によって長手ストリップに直交する方向および成長方向に直交する方向に応力、好ましくは引張応力が局所的にかかる。したがって、半導体積層体の平面視において長手ストリップに隣接した領域における、動作中に発生するレーザ放射の屈折率は、少なくとも２×１０^−４、また最大でも５×１０^−３低下する。その結果、長手ストリップに沿ったレーザ放射の屈折率導波が実現される。

ファイバレーザのポンピングに使用される半導体レーザダイオードのような、ファイバ結合の用途等のための高出力レーザダイオードは多くの場合、実現可能な光出力や信頼性によってではなく、ビーム品質およびビームの輝度によって主に制限される。すなわち、光出力は、光ファイバ内に結合されることができるように所定の立体角の範囲内で出射されなければならない。ファイバ内の有効出力を高めるために、出射角度、および、半導体レーザの放射取出し端面における発光面を小さくしなければならない。特に、いわゆるビームパラメータ積（beam parameter product；略してＢＰＰ）を小さくすることが望ましい。ビームパラメータ積は、出射角と発光面との積として定義される。

従来のブロードエリアレーザや端面エミッタの場合、具体的な制限要因は、層平面に平行な方向、すなわち半導体積層体の成長方向に直交する方向（遅軸ともいう）におけるビーム品質である。特に利得導波型レーザの場合、発光幅は、パターン形成されたコンタクト幅によって正確に決まるのではなく、例えば熱の影響および電流拡散の影響によっても決まる。概して、発光面の幅は、電荷担体が横方向に広がることができるため、電気コンタクト自体のコンタクト幅より大きい。このように発光面の幅が大きくなると、用途によっては問題がある場合もある。一方ではビームパラメータ積が大きくなり、他方では、例えばポンピング電流が増大する場合に発光面の幅が安定しないからである。

半導体積層体を帯状コンタクトの外側でエッチングすることによって、光屈折率導波を実現することにより、発光幅を安定化することができるが、これにより望ましくない出射角の増大がもたらされる。本明細書に記載の半導体レーザでは、半導体積層体のエッチングを行なわずに、目標の応力を引き起こす応力層によって、望ましくない発光幅の増大が回避される。

本明細書に記載の半導体レーザでは、半導体積層体が応力層によって目標の応力を受ける結果、屈折率勾配が形成され、この屈折率勾配によって半導体積層体のエッチングを必要とせずに僅かに屈折率導波型の、ある種の導波が行われる。したがって、半導体レーザの光電場の、相対的に強い横方向の導波を実現することができるため、発光面の境界は、より強力に横方向において定められている。その結果、放射取出し端面における相対的に狭い発光面が得られ、コンタクト面が同一である場合にはビーム品質が向上し、特にビームパラメータ積が小さくなる。

少なくとも一実施形態によれば、本半導体積層体において応力層によって引き起こされる応力、特に引張応力は、少なくとも５０ＭＰａ、１００ＭＰａまたは２００ＭＰａである。代替的または追加的に、この応力は、最大でも１ＧＰａ、０．５ＧＰａまたは０．３ＧＰａである。これは特に、平面視において長手ストリップに隣接した領域に当てはまる。

少なくとも一実施形態によれば、成長方向に関して長手方向における応力層と活性ゾーンとの間隔は、少なくとも０．１μｍ、０．５μｍまたは１μｍである。代替的または追加的に、この間隔は、最大でも１０μｍ、５μｍ、３μｍ、２μｍまたは１．５μｍである。換言すれば、応力層は、相対的に活性ゾーンに近接している。

少なくとも一実施形態によれば、応力層と通電領域との横方向の間隔は、２つの端面間で異なる。例えば、上記間隔は、後側端面よりも放射取出し端面において小さいか、またはその逆（大きい）である。

少なくとも一実施形態によれば、長手ストリップ自体には、応力層は存在しない。換言すれば、応力層は或るパターンで、特に半導体積層体への電力の入力が行われない領域のみにおいて形成されている。

少なくとも一実施形態によれば、応力層の厚さは、少なくとも４０ｎｍ、７０ｎｍまたは１００ｎｍである。代替的または追加的に、応力層の厚さは、最大でも０．５μｍ、０．３μｍまたは０．１５μｍである。

少なくとも一実施形態によれば、応力層の厚さは、応力層が形成された領域において均一、一定、および／または不変である。上記とは異なり、応力層は、厚さ勾配を有するように形成されることもできる。例えば、応力層の厚さは、外側から長手ストリップの方向に大きくなることもできる。代替的または追加的に、応力層の厚さは、後側端面から放射取出し端面に向かって大きくなることもでき、または、好ましさは劣るが、小さくなることもできる。

少なくとも一実施形態によれば、少なくとも１層のパッシベーション層が応力層と半導体積層体との間に位置している。これにより、応力層と半導体積層体とを接触させないことができる。パッシベーション層は好ましくは、電気絶縁性である。さらに、パッシベーション層の厚さは、パッシベーション層が形成されている領域において均一であることができる。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、半導体積層体上に直接的に位置している。応力層は、半導体積層体の所々に、または半導体積層体の全表面に亘って直接的に形成されることができる。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、半導体積層体の一部を成している。例えば、応力層は、半導体積層体の外層の内側または半導体積層体の外層において、定められた格子不整合を伴って作られている。応力層は好ましくは、成長方向において活性ゾーンより後の層であるが、代替的に、成長方向において活性層より前に位置していることもできる。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、複数の部分層から構成されている。様々な種類の材料の部分層を互いに組み合わせることができる。例えば、誘電材料と金属材料とを組み合わせることができる。部分層は好ましくは、互いに直に接した層であり、互いに直接的に積層されて配置されている。部分層は平面視において、互いに一致して形成されていることも、横方向に変位されていることもでき、かつ／または、大きさが異なることもできる。

少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、複数の応力層を有する。応力層は、さらなる層によって互いに分離されることができるため、応力層は互いに接触し合わない。応力層は平面視において、互いに部分的にまたは完全に重なり合っていることも、互いに完全に隣接して配置されていることもできる。各応力層は、機能的に異なる複数の領域（例えばパッシベーション層、電気コンタクト層もしくは電気コンタクト構造部の領域、および／または電流拡散層もしくは導体トラックの領域）に形成または収容されることができる。

少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは、電気コンタクト構造部を有する。コンタクト構造部は好ましくは、半導体積層体のうち、成長方向において活性ゾーンの後に続く面に位置している。電気コンタクト構造部は好ましくは、１層以上の金属層から形成されている。代替的または追加的に、コンタクト構造部は、非金属の導電性材料、特にＩＴＯ等の透明導電性酸化物の１層以上の導電層を備えることができる。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、導電性である。その場合、応力層は好ましくは、金属、金属合金、透明導電性酸化物または半導体材料から形成されている。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、１種類以上の金属酸化物を含むか、または１種類以上の金属酸化物からなる。金属酸化物は、電気絶縁性であることも、導電性であることもできる。金属酸化物は例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、および／または酸化ハフニウムである。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、部分的にまたは完全にエピタキシャル成長によって形成されている。その場合、応力層は好ましくは、１種類以上の半導体材料から形成されている、または１種類以上の半導体材料を含む。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、１種類以上の誘電性の窒化物および／または酸化物から形成されているか、または１種類以上のそのような窒化物もしくは酸化物を含む。応力層の材料は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、酸窒化シリコン、または窒化シリコンである。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は、１種類以上の有機材料から形成されているか、または１種類以上の有機材料を含む。上記有機材料の例としては、ポリイミドまたはベンゾシクロブテン（benzocyclobutene；略してＢＣＢ）が挙げられる。

少なくとも一実施形態によれば、応力層は好ましくは、半導体積層体側が粗面化表面となっている。特に粗面化表面には、例えば半導体積層体の方向において応力層に当接する材料に応力層を機械的に噛み合わせて係合させる効果がある。粗面化表面によって、応力層の上記当接材料への接着を幾何学的構造化によって強化することができる。

少なくとも一実施形態によれば、粗面化表面の平均粗さは、少なくとも２０ｎｍまたは４０ｎｍである。代替的または追加的に、上記平均粗さは、最大でも２００ｎｍ、１００ｎｍまたは５０ｎｍである。平均粗さは特に、λ／ｎ、λ／２ｎ、またはλ／４ｎである（λは、レーザ放射の最大強度の波長を示し、ｎは、応力層に当接する材料の、および／または応力層の材料の平均屈折率を示す）。

少なくとも一実施形態によれば、応力層による屈折率の低下は、特に長手ストリップに隣接した狭小領域に集中している。これは例えば、最大でも長手ストリップの平均幅の３０％、５０％または７０％の幅の領域において、屈折率の変化の少なくとも５０％、７０％、または９０％が引き起こされることを意味する。換言すれば、屈折率の相対的急増が応力層によって実現される。上記以外の箇所の屈折率には、応力層による緩やかな変化、または有意な緩やかな変化を引き起こさないことができる。すなわち、他の領域（特に長手ストリップの真下の領域または長手ストリップから遠く離れた領域）では、屈折率は、一定または略一定であることができる。

少なくとも一実施形態によれば、トレンチが、半導体積層体において長手ストリップに平行に、かつ、好ましくは長手ストリップの両側に形成されている。トレンチは好ましくは、傾斜した側面を有する。これは、トレンチの側面が成長方向に平行でないことを意味する。側面の成長方向に対する角度は好ましくは、少なくとも１０°、１５°もしくは３０°であり、および／または最大でも６０°、４５°もしくは３５°である。

少なくとも一実施形態によれば、長手ストリップとトレンチとの間隔は、それぞれ、少なくとも１０μｍ、１５μｍまたは２０μｍであり、および／または最大でも２００μｍ、１００μｍまたは５０μｍである。具体的には、トレンチは、十分に長手ストリップから遠いため、意図したとおり側面においてレーザ放射は強度を有しない、または有意には強度を有しない。これは例えば、トレンチおよびトレンチの側面がレーザ放射を長手ストリップに平行な方向に導波するようには構成されておらず、放射を長手ストリップに平行に導波することに寄与しない、または有意には寄与しないことを意味する。

少なくとも一実施形態によれば、応力層の幅は好ましくは、平面視において、レーザ放射の放射取出し面の方向に単調増加または単調減少する、または厳密に単調増加または単調減少する。応力層が単一の材料片から形成されている場合、応力層の幅は好ましくは、放射取出し面に向かって減少する。応力層が２つの材料片から形成されている場合、応力層の幅は好ましくは、放射取出し面に向かって増加する、すなわち、両材料片間の間隔が小さくなる。

さらに、半導体レーザの動作方法を特定する。半導体レーザは、上述の実施形態の１つ以上に関連して示されたように構成されている。したがって、本動作方法の特徴はまた、本半導体レーザのものとしても開示され、その逆も同様である。

本動作方法の少なくとも一実施形態では、応力層による半導体積層体への応力は、意図した動作温度での半導体レーザの動作中または意図した動作温度に近づく半導体レーザの動作中にのみ有意な程度に生じる。これは、特に室温、すなわち約２３℃では、応力層は半導体積層体に応力、または有意な応力を生じないことを意味し得る。半導体積層体における応力は例えば、応力層と半導体積層体との異なる熱膨張係数によって生じる。意図する動作温度は例えば、低くとも３０℃、４０℃もしくは５０℃であり、および／または高くとも１５０℃、１３０℃もしくは１００℃である。動作温度は特に、半導体レーザの、半導体積層体内のまたは半導体積層体に近接した、動作中は安定している温度に関する。

応力層によって半導体積層体に引き起こされる応力が半導体層の温度とは実質的に無関係に永続的に存在していることも代替的に可能である。具体的には、最後に言及した形態では、応力層によって半導体積層体に引き起こされる応力は、応力層の少なくとも１種類の材料および／または応力層が半導体積層体に作られるときのコンディションによって引き起こされることができる。

以下、本明細書に記載の半導体レーザを、例示的実施形態に基づきかつ図面を参照しながら詳細に説明する。個別の図の中で、同一の要素を同一の参照番号で示すが、各要素は正しい縮尺では示されない。むしろ、個々の要素の大きさは、より良い理解のために誇張して示されうる。

図１Ａは、半導体レーザの構成の概略断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの半導体レーザの光学特性を表す概略図であり、図１Ｃは、図１Ａの半導体レーザの光学特性を表す概略図である。 図２Ａは、本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図であり、図２Ｂは、本半導体レーザの光学特性を表す概略図であり、図２Ｃは、本半導体レーザの光学特性を表す概略図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略斜視図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略断面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略平面図である。 本明細書に記載の半導体レーザの概略平面図である。

図１は、端面発光型半導体レーザの構成を示す。この半導体レーザは、活性ゾーン３０を有する半導体積層体３を有する。半導体積層体３は、電気コンタクト層８が形成された基板２の上に位置している。半導体積層体３の基板２とは反対側には、電気絶縁性のパッシベーション層４、および電気コンタクト構造部５が位置している。電気コンタクト構造部５は、半導体積層体３上に直接的に位置する第１の部分層５１、および平面状の第２の部分層５２を有する。長手ストリップ３３は、第１の部分層５１およびパッシベーション層４によって画定されている。近似的な表現では、活性ゾーン３０は、長手ストリップ３３においてのみ、またはｘ方向において長手ストリップ３３を超えた非常に小さな幅に亘ってのみ通電される。したがって、レーザ放射Ｌは、実質的に長手ストリップ３３の領域のみにおいて発生する。

さらに、長手ストリップ３３から相対的に大きく間隔を置いたトレンチ７が存在している。トレンチ７はそれぞれ、電気コンタクト層８の方向にある底面７０を有する。傾斜して伸長する側面７１が長手ストリップ３３の方向にある。半導体積層体３の成長方向Ｇに平行な方向において、トレンチ７は、基板２の中まで伸長することができる。長手ストリップ３３の領域においては、半導体積層体３にも基板２にもパターン形成は行われていない。

図１Ｂは、出射されたレーザ放射Ｌについてｘ方向に沿った強度Ｉのプロファイルを示す。一方では、長手ストリップ３３の領域において、強度Ｉは変調されている。また、他方では、強度の有意な部分が長手ストリップ３３の外側で出射されている。したがって、レーザ放射Ｌは、長手ストリップ３３に比して有意に広がっている。したがって、レーザ放射Ｌは、比較的悪いビームパラメータ積で出射されている。

最後に、図１Ｃは、ｘ方向に沿った屈折率ｎのプロファイルを示す。特に活性ゾーン３０の屈折率ｎは、長手ストリップ３３における領域および長手ストリップ３３の周囲の領域の全体で一定である。図１Ｃでは、熱による影響は詳細には考慮されていない。具体的には、屈折率プロファイルが横方向の温度勾配によって変えられうることが考慮されていない。

図２は、図１と類似した例示によって、端面発光型半導体レーザ１の例示的実施形態を示す。半導体レーザ１は、追加的に応力層６を有する。長手ストリップ３３以外の全体に亘って形成された応力層６は、半導体積層体３上に直接的に位置しており、また、任意選択的にトレンチ７の領域では基板２上にも直接的に位置している。応力層６は、パッシベーション層４によって完全に電気コンタクト構造部５から分離されている。応力層６は例えば、厚さが約１００ｎｍの二酸化チタン層によって形成されている。

応力層６によって、長手ストリップ３３の領域において屈折率を高めることができる（図２Ｃを参照）。長手ストリップ３３の縁部では、屈折率ｎは、長手ストリップ３３の外側の他の領域における屈折率より低い値まで比較的急激に低下する。屈折率は、応力層６が始まる箇所において低下し始める。この低下し始める箇所は、好ましくは長手ストリップ３３のｘ方向の幅の最大でも２５％、１０％または５％の公差を有する。

そのように長手ストリップ３３の領域において屈折率が高まることによって、レーザ放射Ｌの屈折率導波が行われる。その結果、レーザ放射Ｌは、より良好に画定され、かつ、ｘ方向においてより狭小な領域において出射されている（図２Ｂを参照）。したがって、より小さいビームパラメータ積が実現される。

図２の例示的実施形態は、他の点では図１の構成に対応している。トレンチ７は、全領域に亘る電気コンタクト層８や多層構造の電気コンタクト構造部５と同様に任意選択のものである。

レーザ放射Ｌの発光幅を小さくする、あり得る代替的な方法が、長手ストリップ３３の形態の帯状コンタクトをより狭小にすることにある。しかしながら、この方法は特に、電流に依存する発光幅に関連し、また、通常はビーム広がりの増大に関連する。さらに、電流密度および出力密度が高まるため、部品の信頼性が低下し得る。半導体積層体にエッチングを行うこともでき、それによりリッジ導波によってより強力な屈折率導波が実現される。その結果、発光幅をｘ方向においてより狭小にすることができるが、他方、これによりビーム広がりが増大するため、ビームパラメータ積に逆効果となる。

図３の例示的実施形態では、長手ストリップ３３がｘ方向および成長方向に直交するｙ方向に伸長していることが分かる。レーザ放射Ｌの出射面の領域がハッチングで示されている。

図２の形態とは異なり、図３の応力層６は、パッシベーション層４の半導体積層体３とは反対側の面に位置している。電気コンタクト構造部５に近接している応力層６は任意選択的に、半導体積層体３まで伸長することができる。電気コンタクト構造部５は、応力層６を部分的に被覆しており、断面視においてＴ字形状になっている。

図３の例示とは異なり、電気コンタクト構造部５を図２のように構成することができる（他のいずれの例示的実施形態においても図２の構成とすることができる）。具体的には、応力層６を完全にまたは略完全に被覆する第２の部分層５２が存在することができる。さらに、特に図２Ａに例示されるように、好ましくはトレンチ７が存在する。

図４の例示的実施形態では、応力層６の厚さが電気コンタクト構造部５に向かって大きくなっている。応力層６の厚さは好ましくは、長手ストリップ３３に対して左右対称に大きくなるように構成されている。コンタクト構造部５、パッシベーション層４、および応力層６は、互いに面一の終端を成すことができる。コンタクト層８は任意選択的に、基板２の半導体積層体３とは反対側の面のいくつかの領域のみに形成されている。

図５に例示されるような半導体レーザ１の例示的実施形態では、応力層６は、粗面化表面６６を有する。図５では、粗面化表面６６は、応力層６とパッシベーション層４との間に位置している。

上記のような応力層６の厚さの変化（図４参照）および上記のような粗面化表面６６（図５参照）は、他の例示的実施形態において存在していてもよい。応力層６とパッシベーション層４との相対的位置は、各形態で交換可能である。さらに、厚さの変化および粗面化表面６６を単一の例示的実施形態において互いに組み合わせることもできる。図５の例示とは異なり、粗面化表面６６を半導体積層体３に直接的に形成することもできる。

図６の例示的実施形態では、応力層６は、半導体積層体３上に直接的に位置しており、長手ストリップ３３を画定することに役立っている。応力層６は例えば、金またはチタン等の金属で形成されており、これは、他の全ての例示的実施形態においても可能である。したがって、応力層６は導電性であることができ、電気コンタクト構造部５の一部を成すこともできる。

パッシベーション層４および応力層６の厚さは、図６に示されるように同じであることもでき、互いに異なることもできる。具体的には、応力層６をパッシベーション層４より厚くすることができ、応力層６は任意選択的に、パッシベーション層４を所々で被覆することができる。反対に、パッシベーション層４を応力層６より厚くすることができ、および／または、応力層６は、パッシベーション層４によって部分的に被覆されている。

図７の例示的実施形態では、応力層６は、電気コンタクト構造部５の部分層の形態である。応力層６は、コンタクト構造部５の他の部分層５１および／または部分層５２よりも、半導体積層体３のより広い領域に形成されることができる。

図８の例示的実施形態では、応力層６が部分層６ａ，６ｂから構成されていることが例示されている。部分層６ａ，６ｂは好ましくは、互いに異なる材料から、例えば金属と組み合わせた半導体材料から、または誘電材料もしくは金属酸化物と組み合せた金属から作られている。部分層６ａ，６ｂは平面視において、互いに異なる基面を有することができる。図８とは異なり、部分層６ａ，６ｂを互いに一致させて配置することができる。

さらに、例えば、図２〜図５または図８の例示的実施形態の応力層６を図６または図７の例示的実施形態の応力層６と組み合わせることができる。したがって、単一の半導体レーザ１に複数の応力層６が存在することができる。

応力層６による屈折率ｎの変更は例えば、半導体レーザ１の端面における顕微フォトルミネセンス測定（microphotoluminesence measurements）によって証明可能である。顕微フォトルミネセンスによって、異なる屈折率ｎに関連する結晶格子の歪みが計測可能になる。

図９および図１０は、半導体レーザ１のさらなる例示的実施形態の平面図である。各応力層６は、共振器内の光場の幅に合致している。特に、熱レンズ効果が理由で、応力層６の有効幅は、放射取出し側において小さくなっている。応力層６は、平面視において長手ストリップ３３に部分的に重なることができる。そのような重なりは例えば、応力層６が導電性であることによって、および／または応力層６が電気コンタクト構造部５の部分層５１，５２の間の領域に位置していることによって可能である。

図９によれば、応力層６の大部分は、長手ストリップ３３に隣接している。応力層６を構成する２つの材料片の間の間隔は、放射取出し面の直近でのみ小さくなっている。そのため、これら材料片の間の間隔は、放射取出し面の直近で最小である。図９の例示とは異なり、材料片は、長手ストリップに重ならずに、完全に長手ストリップ３３の隣に配置されることができる。

応力層６の材料片が長手ストリップ３３に重なり、および／または各材料片の互いの間隔が小さくなる領域の、放射取出し面からの広がりは例えば、少なくとも２μｍ、１０μｍまたは５０μｍであり、および／または最大でも２００μｍ、１００μｍまたは４０μｍである。材料片と長手ストリップとの間の平均間隔であって、より広い重なり合わない部分領域における平均間隔は例えば、少なくとも１μｍ、５μｍまたは２０μｍであり、および／または最大でも１００μｍ、３０μｍまたは５μｍである。放射取出し面に近接する各材料片の間の間隔は特に、２次関数に従って延びている。

図１０では、応力層６は、単一の材料片で形成されている。図１０の材料片は、図９とは反対の形態である。このことを考慮すると、図９に関連して応力層６に関してなされた説明は、図１０に同様に該当する。

例示的実施形態を参照してなされた、本明細書に記載の発明の説明によって、本発明は当該例示的実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、任意の新規な特徴および特徴の組合せ（特に請求項中の特徴の任意の組合せを含む）を、当該特徴または特徴の当該組合せ自体が請求項または例示的実施形態に明示的に特定されていないとしても包含するものである。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１６１１１２５５．０号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。

１ 半導体レーザ
２ 基板
３ 半導体積層体
４ パッシベーション層
５ 電気コンタクト構造部
６ 応力層
７ トレンチ
８ 電気コンタクト層
３０ 活性ゾーン
３３ 長手ストリップ
５１，５２ コンタクト構造部の部分層
６６ 粗面化表面
７０ 基面
７１ 側面
Ｇ 成長方向
Ｉ 強度
Ｌ レーザ放射
ｎ 屈折率
ｘ 方向
ｙ 方向

Claims (17)

1. − 半導体積層体内の活性ゾーンと、
   − 応力層と、を有する端面発光型半導体レーザであって、
   − 前記活性ゾーンは、前記半導体積層体の成長方向に直交する長手ストリップにおいてのみ通電されるように構成され、
   − 前記半導体積層体の厚さは、前記長手ストリップの領域全体に亘って一定であり、したがって前記半導体レーザは、利得導波型であり、
   − 前記応力層によって、前記半導体積層体が、前記長手ストリップに直交する方向および前記成長方向に直交する方向に機械的に応力を受ける結果、動作時に発生するレーザ放射の、平面視において前記長手ストリップに隣接する領域の屈折率は、少なくとも２×１０^−４、また最大でも５×１０^−３低下し、したがって前記レーザ放射の屈折率導波が実現される、
   端面発光型半導体レーザ。
2. 前記応力層によって引き起こされる引張応力は、少なくとも５０ＭＰａであり、かつ最大でも０．５ＧＰａであり、
   前記成長方向の長手方向における前記応力層と前記活性ゾーンとの間隔は、少なくとも０．１μｍであり、かつ最大でも３μｍである、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
3. 前記長手ストリップには、前記応力層が存在しておらず、
   前記応力層の厚さは、４０ｎｍ以上であり、かつ、０．３μｍ以下であり、
   前記応力層の厚さは、変化しない、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
4. 前記応力層が前記半導体積層体に接触しないように、少なくとも１層のパッシベーション層が前記応力層と前記半導体積層体との間に配置されている、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
5. 前記応力層は、前記半導体積層体上に直接的に配置されている、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
6. 前記応力層は、複数の部分層から構成されている、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
7. 電気コンタクト構造部をさらに備え、
   前記応力層は、前記電気コンタクト構造部の一部であり、
   前記応力層は、導電性である、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
8. 前記応力層は、金属酸化物からなる、
   請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
9. 前記応力層は、ＴｉＯ_２で作られている、
   請求項８に記載の端面発光型半導体レーザ。
10. 前記応力層は、半導体材料からなり、
    前記応力層は、少なくとも部分的にエピタキシャル成長によって形成されている、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
11. 前記応力層は、誘電性の窒化物または酸化物からなる、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
12. 前記応力層のうち前記半導体積層体に対向する側が粗面化表面となっていることにより、前記粗面化表面によって、前記応力層は、前記半導体積層体の方向において前記応力層に当接している材料と噛み合って係合され、かつ、前記応力層と前記材料との接着が幾何学的形状によって強化されており、
    前記粗面化表面の平均粗さは、少なくとも０．０２μｍであり、かつ最大でも０．２μｍである、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
13. 前記応力層によってもたらされた前記屈折率の前記低下は、前記長手ストリップの両側のそれぞれにおいて、前記長手ストリップの幅の最大でも３０％の幅の領域に亘って生じており、
    前記屈折率は、他の箇所では一定である、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
14. 傾斜した側面を有するトレンチが前記半導体積層体において、前記長手ストリップに平行に、かつ、前記長手ストリップの両側に形成されており、
    前記長手ストリップと前記トレンチとの間隔はそれぞれ、少なくとも２０μｍであり、
    前記トレンチは、前記長手ストリップに平行な方向における前記レーザ放射の導波には寄与しない、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
15. 前記応力層は、厚さ勾配を伴って形成されており、
    前記応力層の厚さは、前記長手ストリップに直交する断面視において、外側から前記長手ストリップの方向に増大している、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
16. 前記応力層は、前記レーザ放射の放射取出し面の方向に絶えず増大する幅、または、絶えず減少する幅を有する、
    請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ。
17. 請求項１に記載の端面発光型半導体レーザの動作方法であって、
    前記応力層による前記半導体積層体における前記引張応力は、前記半導体レーザの動作中にのみ、意図した動作温度に近づくと生じる、
    端面発光型半導体レーザの動作方法。

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