JP6033902B2 - レーザー光源 - Google Patents

Description

本願発明は、半導体層列と、フィルタ構造部とを含み、前記半導体層列は、活性領域とビーム出力結合面を備え、前記ビーム出力結合面は第１の部分領域と、該第１の部分領域とは異なる第２の部分領域を有している、レーザー光源並びに該レーザー光源の製造方法に関している。なお本願は、独国特許出願１０ ２００７ ０６１ ９２３．７号明細書及び独国特許出願第１０ ２００８ ０１２８５９．７号明細書の優先権を主張するものであり、これによってこれらの開示内容が含まれているものとする。以下の明細書ではレーザー光源とこのレーザー光源の製造方法を説明する。

半導体レーザーの分野においてはその技術的進歩に基づいて多くの新しい適用分野が可能になってきている。これらの適用分野の多くは横方向の基本モードで動作する卓越したビーム品質を備えたレーザーを必要としている。

本発明による実施形態の少なくとも１つの課題は、ビーム品質の改善された半導体層列を備えたレーザー光源を提供することであり、さらには、そのような半導体層列を備えたレーザー光源の製造方法を提供することである。

前記課題は、独立請求項の特徴部分に記載された本発明の対象及び方法によって解決される。

本発明による対象及び方法の有利な実施形態と改善例は従属請求項に記載されており、以下の明細書の記載と図面に基づいてそれらの説明を続ける。

少なくとも１つの実施形態によるレーザー光源は、
半導体層列と、
フィルタ構造部とを含み、
前記半導体層列は、活性領域とビーム出力結合面を備え、前記ビーム出力結合面は第１の部分領域と、該第１の部分領域とは異なる第２の部分領域を有し、
前記活性領域は、動作モード中に、第１の波長領域のコヒーレントな第１の電磁ビームと、第２の波長領域のインコヒーレントな第２の電磁ビームとを発生し、
前記第２の波長領域は第１の波長領域を含んでおり、
前記コヒーレントな第１の電磁ビームは、第１の部分領域から放射方向に沿って放射され、
前記インコヒーレントな第２の電磁ビームは、第１の部分領域と第２の部分領域から放射され、
前記フィルタ構造部は、活性領域から放射されたインコヒーレントな第２の電磁ビームを放射方向に沿って少なくとも部分的に減衰するように構成されている。

以下の明細書において“光”又は“電磁ビーム”とは、特に赤外線波長領域から紫外線波長領域の少なくとも１つの波長若しくは波長領域を備えた電磁ビームを意味している。この場合特に前記第１及び第２の波長領域は、紫外線波長領域及び／又は可視の波長領域、すなわち約３５０ｎｍ〜７００ｎｍの間の１つ以上の波長を有する赤から青までの波長領域波を含んでいる。

コヒーレントな第１の電磁ビームはこの場合特に１０ｎｍ、有利には５ｎｍよりも小さいスペクトル幅の第１の波長領域の第１スペクトルによって特徴付けられ、大きな値のコヒーレンス長を有している。このことは特に前記コヒーレントな第１の電磁ビームが、数メートルから数百メートルの規模のコヒーレンス長を有し得ることを意味している。これにより、コヒーレントな第１の電磁ビームは、拡散性が少なくビーム断面のより小さな１つのビームに平行化及び／又は収束可能になる。そのために半導体層列のビーム出力結合面に対しては、収束若しくは平行化のための光学系、例えば歪像レンズや円筒状レンズなどを後方に配置してもよい。そのような光学系の配置によりコヒーレントな第１の電磁ビームは平行化された及び／又は収束された１つのビーム束にまとめられ、それによって理想的なガウスビーム束に近似したビーム特性を有し得る。

コヒーレントな第１の電磁ビームがレーザー光源の作動中に活性領域において固定の位相関係で狭幅に制限された立体角の誘導放出によって生成されるのに対して、インコヒーレントな第２の電磁ビームは例えば第１の電磁ビームに対して同時に生じる自然発生的な放出によって生成される。誘導放出からの電磁ビームとは異なってこの自然放出された電磁ビームは、方向依存性は持たず、それ故等方的に生成される。それにより、インコヒーレントな第２の電磁ビームは、コヒーレントな第１の電磁ビームよりも広い角度範囲でビーム出力結合面から放射され、この放射に関してはさらにビーム出力結合面の第１の部分領域からも第２の部分領域からも放出されている。さらにまたインコヒーレントな第２の電磁ビームの第２の波長領域は、コヒーレントな第１の電磁ビームの第１の波長領域よりもスペクトル分布が広い。

それ故にインコヒーレントな第２の電磁ビームはコヒーレントな第１の電磁ビームとは別の結像特性を有し、特に僅かな集束性及び／又は僅かな平行性しか持たない。そのためコヒーレントな第１の電磁ビームもインコヒーレントな第２の電磁ビームも含む電磁ビームのビーム品質は、コヒーレントな第１の電磁ビームのみのビーム品質に比べて著しく悪化している。

例えばレーザー照射の分野においてはインコヒーレントな第２の電磁ビームは、外部の観察者にとっては極めて障害的な結果しかもたらさない。レーザー照射分野では、例えばレーザー光源によって生成される光点は、例えば１つ若しくはそれ以上の偏向ミラーを介して表面領域上方で可動であり、その強度も変調可能である。この光点が全表面領域上方で例えば毎秒５０回から６０回動くと、外部観察者にとっては表面上は直喩的な光の印象になり得る。なぜなら肉眼は、動いている個々の交点はもはや時間的に分解できなくなり、その代わりに照らし出された表面領域を捉えるようになる。多色性の照射分野では、異なる波長領域、例えば赤、緑、青の波長領域の複数のレーザー光源が互に隣接して用いられる。有利には、照射の際にできるだけシャープな描写と高いコントラストを達成するためには、光点がコヒーレントな第１の電磁ビームの結像だけによって表面に形成されるべきであろう。肉眼は、光強度の知覚に関しては高い動特性領域を有しているので、インコヒーレントな第２の電磁ビームは、シャープさに欠ける結像品質と低いコントラスト比を伴う発光現象の印象となる。

ここに記載するレーザー光源は、活性領域から放射されたインコヒーレントな第２の電磁ビームを放射方向に沿って少なくとも部分的に減衰するように構成されているフィルタ構造部を含んでいることによって、レーザー光源から放射された電磁ビームのビーム品質が例えば当業者に周知の形態、例えば回折インデックスＭ²の形態で測定可能となり、従来のレーザーに比べて著しく向上する。特にこのフィルタ構造部は、インコヒーレントな第２の電磁ビームを半導体層列からの出射の際に少なくとも放射方向で阻止、偏向、又は吸収するのに適したものであってもよい。

さらにここで説明するレーザー光源は、例えばデータ蓄積や印刷技術のために有利に使うことができる。なぜなら放射方向におけるインコヒーレントな第２の電磁ビームの少なくとも部分的な低減によって、レーザー光源から照射された電磁ビームの前述したような集束性及び／又は平行化の改善に基づいて、従来のレーザー素子よりも高い分解能が可能になるからである。それにより、このような適用ケースにおいて例えばより高い蓄積密度ないし印刷分解能が達成可能となる。

このように改善されたビーム品質に基づけば、簡素で低コストの小型の結像光学系を上述したようなレーザー光源との組み合わせに用いることが可能になる。

コヒーレントな第１の電磁ビームは第１の強度を有し、インコヒーレントな第２の電磁ビームは第２の強度を有し得る。その場合第１の強度は第２の強度に比べて、少なくとも２倍大きく、有利には少なくとも１０倍大きく、さらに有利には少なくとも１００倍大きい。ここでのこれらの強度は以下の明細書においても、単位面積当たりの電磁ビームの輝度又はエネルギーを意味する。特に前記第１及び第２の強度は、ビーム出力結合面における強度を表している。

半導体層列は、エピタキシャル層列として若しくはエピタキシャル層列を備えたビーム発光半導体チップ、すなわちエピタキシャル成長された半導体層列として形成され得る。その場合これらの半導体層列は例えばＩｎＧａＡｌＮをベースに実施されてもよい。このＩｎＧａＡｌＮベースの半導体チップと半導体層列とは次のようなものを指す。すなわちエピタキシャル成長によって作成された半導体層列とは、通常は、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料系Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ≦１．０≦ｙ≦１、及びｘ＋ｙ≦１からなる材料を有している少なくとも１つの個別層を含んだ様々な個別層からなる層列である。例えばこのＩｎＧａＡｌＮをベースとした少なくとも１つの活性層を有する半導体層列は有利には、紫外線領域から緑の波長領域までの電磁ビームを放射する。

代替的に若しくは付加的に、前記半導体層列または半導体チップは、ＩｎＧａＡｌＰベースのものであってもよい。すなわち、様々な個別層を有し得る半導体層列であって、この場合少なくとも１つの個別層は、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料系Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＰ、０≦ｘ≦１．０≦ｙ≦１、及びｘ＋ｙ≦１からなる材料を有している。このＩｎＧａＡｌＰベースの少なくとも１つの活性層を有している半導体チップと半導体層列は有利には、１つまたは複数のスペクトル成分を含んだ緑〜赤色の波長領域の電磁ビームを発する。

代替的若しくは付加的に前記半導体層列ないし半導体チップは、その他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料系、例えばＡｌＧａＡｓベースの材料か、又はＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体材料系を有していてもよい。特にＡｌＧａＡｓベースの材料を有している活性層は、赤〜赤外線波長領域の１つまたは複数のスペクトル成分を有する電磁ビームＩＩ−ＶＩ族を放射するのに適している。

さらに前記半導体チップ層列は前述したようなＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料系若しくはＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体材料系が析出されている基板を有している。この基板は、この場合例えば前述したような化合物半導体材料系を含み得る。特にこの基板は、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、Ｓｉ及び／又はＧｅを含んでいてもよいし、そのような材料系から作成されたものであってもよい。特にこの基板はコヒーレントな第１の電磁ビームとインコヒーレントな第２の電磁ビームにとって透過性のものであり得る。

前記半導体層列は、活性領域として例えば従来のｐｎ接合部、ダブルヘテロ接合構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有し得る。ここで量子井戸構造とは、本願の枠内では特につぎのような構造を含むものである。すなわち電荷担体の閉込め（“confinement”）によってそのエネルギー状態の量子化が強いられるような構造である。特にこの量子井戸構造という用語には、とりわけ量子トラフ、量子線及び量子点、あるいはこれらの構造の組合わせを含んでいる量子化の次元数に関する情報は何も含まれない。半導体層列は、活性領域の他にも、さらに別の機能層や機能領域、例えばほぼＰ型ドープされるか又はほぼｎ型ドープされた電荷担体移送層、すなわち電子移送層または正孔移送層や、ドープされない若しくはｐ型ないしｎ型ドープされた閉込め層、外被層、導波路層、バリア層、平坦化層、バッファ層、保護層、及び／又は電極層、並びにこれらの組合わせが含まれる。そのような構造、活性領域、さらなる機能層、機能領域は、当業者にとってはそれらの構造、機能、構成に関して公知でありそれ故ここでの詳細な説明は省く。

その上さらに付加的な層、例えばバッファ層、バリア層及び／又は保護層は、半導体層列の成長方向に対して横方向で、例えば半導体層列を取り囲むように配設してもよい。つまり半導体層列の側面に配置してもよい。

例えば半導体層列若しくは半導体チップは、縁部から発光するレーザーダイオードであってもよい。このことは特に次のようなことを意味している。すなわちビーム出力結合面が半導体層列若しくは半導体チップの側面によって形成されることを意味する。この場合ビーム出力結合面は基板の側面も含み得る。さらにビーム出力結合面は例えば複数の側面を含み得る。有利には半導体層列は、第１及び第２の導波路層を有し得る。これらの導波路層の間には活性領域が配設されている。半導体層列の動作を横の基本モードで可能にさせるために、半導体層列の複数の層が活性領域の少なくとも一方の側に配設され、例えばブリッジ状及び／又は台形状に構造化されてもよい。この種の層は、ブリッジ状導波路、リブ状導波路、リッジ状構造部、台形状構造部、テーパー状構造部として公知の半導体層列構造であり、当業者にとっては周知なことなのでここでの詳細な説明は省く。

代替的に半導体層列または半導体チップは垂直発光型レーザーダイオード（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。それによりビーム出力結合面は半導体層列若しくは半導体チップの主要表面によって形成され得る。

さらにレーザー光源は複数の半導体層列若しくは半導体チップを含むか、または複数の活性領域を備えた１つの半導体層列若しくは半導体チップを含む。特にレーザー光源は幅広ないわゆるストライプ型レーザーとして実施されてもよい。

さらに例えば第１の活性領域において１つの電磁ビームを生成し、第２の活性領域において例えば光学的ポンピング作用により第１の電磁ビームを生成するようにすることも可能である。また第１のビーム光源は周波数混合または周波数倍増のための要素を有していてもよい。そのような要素は半導体層列内に集積するか、半導体層列に被着させるか、又は外部から半導体層列に被着されてもよい。特に半導体層列はコヒーレントな第１の電磁ビームのための光学的な共振器を有し得る。この共振器は特にビーム出力結合面として第１のミラーを含むか、又はビーム出力結合面に第１のミラーを有し、第２のミラーをビーム出力結合面に対向する側の半導体層列表面に含み、それらの間に活性領域が配設される。さらに前記半導体層列はいわゆる分布帰還型レーザー（以下では単にＤＦＢレーザーとも称する）として実現されてもよいし、ショートタイプのＤＦＢレーザーとして実現されてもよい。この種のＤＦＢレーザーは、放射方向において周期的に構造化される活性領域を有している。この周期的に構造化される活性領域は、周期的に配列される、屈折率の入れ替わる領域を有しており、それらは干渉格子ないしは干渉フィルタを形成し得る。このフィルタは波長の選択される反射を引き起こす。このような共振器構造については当業者にとっては周知事項なのでここでのこれ以上の説明は省く。

フィルタ構造部は少なくとも１つの第１のフィルタ素子を有しており、この第１のフィルタ素子は放射方向でみて半導体層列の後方に配設される。このことは、第１のフィルタ素子ビーム出力結合面に被着されるかその上方に配設されることを意味する。

１つの層若しくは１つの素子が別の層若しくは別の要素に、あるいはそれらの上方に配設ないし被着されること、または２つの異なる層若しくは要素の間に配設ないし被着されることとは、本願明細書の中では、１つの層若しくは素子が直接、別の層若しくは別の素子に機械的及び／又は電気的に接触して配設されることを意味する。さらにまた１つの層若しくは１つの素子が間接的に別の層若しくは別の素子に配設されること、ないしはそれらの層ないし素子の上方に配設されることも意味し得る。この場合さらなる層及び／又は素子が１つの層と別の層の間に配設されていてもよい。

さらに第１のフィルタ素子は前述した共振器ミラーに配設されてもよいし、共振器ミラーの一部として実現されてもよい。それに対して代替的に第１のフィルタ素子は半導体層列から分離されてもよいし、特に分離させてビーム出力結合面から離して配設してもよい。例えばレーザー光源は１つのケーシングを有し、このケーシング内に半導体層列が配設され、さらにビーム出力結合窓を有し、該窓は第１のフィルタ素子を有し、または第１のフィルタ素子によって形成される。

特に第１のフィルタ素子はビーム出力結合面の第１の部分領域及び／又は第２の部分領域をカバーするか又はそれらのうちの少なくとも１つに後置接続されるとよい。

少なくとも１つの第１のフィルタ素子は電磁ビームに対し、例えば角度依存性及び／又は波長依存性の透過率ないし透過性を有する。その場合有利には照射角度（以下では単に“角度”とも称する）がコヒーレントな第１の電磁ビームの放射方向に相対的に定義されてもよい。これにより例えば０°の角度とは放射方向に平行する方向を意味する。角度及び／又は波長依存性の透過率とは、この場合電磁ビームが角度、すなわち電磁ビームが第１のフィルタ素子に入射するいわゆる入射角度に依存して、及び／又は波長に依存して、異なる強度で伝送されることを意味する。特に角度及び／又は波長に依存した伝送は第１のフィルタ素子の角度及び／又は波長に依存した反射性及び／又は吸収性に関係する。この場合公知の基本原則が当てはまる。すなわち伝送強度、反射強度、吸収強度の和が第１のフィルタ素子に入射した電磁ビームに相応することである。

角度依存性の透過率または透過性は例えば角度の増加と共に減少する。０°の角度に対しては透過率若しくは透過性は例えば最大値を有し得る。０°よりも大きい角度に対しては透過率若しくは透過性は、最大値よりも小さい値を有し得る。０°の際の最大値は、この場合、角度依存性を特徴付ける透過的作用の局所的な極大値または大域的な最大値であり得る。

さらに代替的若しくは付加的に波長依存性の透過率又は透過性が第１の波長領域からの偏差ないしはずれの増加と共に減少する。このことは次のことを意味する。すなわち、少なくとも１つの第１のフィルタ素子がコヒーレントな第１の電磁ビームの第１の波長領域に対して最大の透過率ないし透過性を有し、この第１の波長領域とは異なる波長領域に対してはそれよりも少ない透過率ないし透過性を有していることである。この場合の最大透過率とは、波長依存性の透過性を特徴付ける機能の局所的若しくは大域的な極大値であってもよい。

前述してきたようにコヒーレントな第１の電磁ビームは狭幅に制限された角度範囲で活性領域から出射されるのに対して、インコヒーレントな第２の電磁ビームは等方的な放射特性またはランベルトの放射特性を備え、それに伴って幅広な角度範囲で放射され得る。それによりフィルタ構造部なしのレーザー光源の遠視野においては、比較的大きな角度のもとでインコヒーレントな第２の電磁ビームが知覚されやすく、ビーム品質の悪化と発光特性の低下を招きやすい。角度依存性の透過性を有する第１のフィルタ素子によって特に次のようなことも可能である。すなわち、限界角度よりも小さい角度で半導体層列から放射される電磁ビームの方が、限界角度よりも大きい角度で放射される電磁ビームよりも、反射性及び／又は吸収性が少なく、透過性は大きくなるようにすることである。この場合の限界角度は４０°以下、有利には３０°以下、特に有利には２０°以下であってもよい。限界角度は特にコヒーレントな第１の電磁ビームの発散角度に相応し得る。さらに第１のフィルタ素子の透過性は、限界角度よりも大きな角度の場合、２０％以下、有利には１０％以下、特に有利には５％以下である。

例えば第１のフィルタ素子はブラッグミラーを有するか又はそのようなブラッグミラーとして実現され得る。このブラッグミラーは、それぞれが異なった屈折率を有するそれぞれ２つの層からなる複数の層対を有し得る。これらの層は、それぞれがコヒーレントな第１の電磁ビームの光学的波長の約１／４の厚さを有し得る。この場合に適した材料は例えば金属酸化物、半金属酸化物及び／又は金属窒化物、半金属窒化物であり得る。金属酸化物または半金属酸化物は、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウムを有し得る。さらに窒化物は前述した金属若しくは半金属の少なくとも１つを有し得る。例えば窒化珪素など。特に有利には金属酸化物若しくは半金属酸化物は少なくとも１つの以下の材料、すなわち酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムを含み得る。

この種のブラッグミラーを有するかそのようなブラッグミラーとして実現される第１のフィルタ素子によって、材料及び層の厚みの選択並びに、層対の数、（例えば５以上２０以下など）の選択によって、角度依存性の透過性が前述したように設定できる。ブラッグミラーの角度依存性の透過性に基づいて、インコヒーレントな第２の電磁ビームは（これは前述したように限界角度よりも大きな角度で第１のフィルタ素子に入射する）第１のフィルタ素子から半導体層列の方向へ戻され、反射される。それにより活性領域から放射されるインコヒーレントな第２の電磁ビームは放射方向に沿って減衰されるようになる。

同時に前記ブラッグミラーは波長依存性の透過性ないしは波長依存性の反射性も有し得る。この場合の反射性は波長に依存して、すなわち典型的には大域的な主要最大値とその他の複数の局所的な極大値を伴う波長依存性の作用によって特徴付けられてもよい。特に有利には、ブラッグミラーは波長依存性の反射性の局所的極大値が第１の波長領域に存在するように構成される。コヒーレントな第１の電磁ビームの第１の波長領域は、例えば波長依存性の反射性の第１の局所的極大値の波長領域に相応し、特に大域的主要最大値の短波側の第１の局所的極大値に相応し得る。

第１のフィルタ素子（これはブラッグミラーを含み、又は含み得るか、又は以下に説明するその他の実施形態のように構成され得る）に対して付加的若しくは代替的に、フィルタ構造部が少なくとも第２のフィルタ素子を有し得る。この第２のフィルタ素子は、ビーム出力結合面に対向する半導体層列側に配設若しくは被着され得る。

この場合第２のフィルタ素子は電磁ビームに対して角度依存性の透過性を有し得る。この場合の透過性は放射方向に対する角度の増加と共に増加し得る。このことは、第２のフィルタ素子が角度依存性の透過性を備え、その透過性ないし反射性に関しては基本的に前述した角度依存性の透過性を備えた第１のフィルタ素子とは逆に作用し得る。角度依存性の透過性を備えた第２のフィルタ素子によって、特に次のことが可能となり得る。すなわち、限界角度よりも小さい角度で半導体層列から放射される電磁ビームが、限界角度よりも大きい角度で放射される電磁ビームよりも反射性が大きくかつ透過性は少なくなることである。この場合の限界角度は４０°以下、有利には３０°以下、特に有利には２０°以下であり得る。特に第２のフィルタ素子の透過性は、限界角度よりも大きな角度の場合、２０％以下、有利には１０％以下、特に有利には５％以下である。さらに第２のフィルタ素子の反射性は、限界角度以下の角度の場合、５０％以上、有利には９０％以上、特に有利には９９％以上である。

それにより、第２のフィルタ素子は特にインコヒーレントな第２の電磁ビームを（これは限界角度よりも大きな角度で第２のフィルタ素子に入射する）第２のフィルタ素子とビーム出力結合面の対向側表面とを通って放射することが可能であってもよい。それに対してコヒーレントな第１の電磁ビームは第２のフィルタ素子から半導体層列内部へ入り、さらに放射方向に戻るように反射され得る。

代替的に第２のフィルタ素子は第１のフィルタ素子と同じように角度依存性も有し得る。そのためインコヒーレントな第２の電磁ビームは第２のフィルタ素子において反射され、コヒーレントな第１の電磁ビームの一部、例えば１０％以下、有利には５％以下、特に有利には１％以下は第２のフィルタ素子を通って放射され得る。この種の実施形態においては例えば次のような構成も有利である。すなわちビーム出力結合面に対向する側の半導体層列表面に例えばフォトダイオードなどのビーム検出器を後置接続し、この検出器によってフィルタ素子を通って放射されたコヒーレントな第１の電磁ビームを検出する構成である。このビーム検出器は例えばレーザー光源の放射強度を制御するための出力制御装置内の構成要素であってもよい。また第２のフィルタ素子はビーム検出信号の信号雑音比が高い場合に有利である。

特に第２のフィルタ素子はブラッグミラーとして実現してもよい。これはビーム出力結合面に対向する表面に被着され、前述したブラッグミラー用の材料の少なくとも１つを有し得る。

ブラッグミラーを備えた第１のフィルタ素子か又は第２のフィルタ素子のケースにおいては、フィルタ構造部が前述したようなコヒーレントな第１の電磁ビームのための共振器の一部として実現されてもよい。このことは、第１及び／又は第２のフィルタ素子がそれぞれ共振器ミラーの一部か若しくはそれぞれが共振器ミラーとして実現されることを意味する。

さらに第１のフィルタ素子は波長依存性の透過性を備えた第１のフィルタ素子を有し得る。これはエタロンとして、あるいはファブリーペロー干渉計として実現されてもよい。さらに第１のフィルタ素子は例えば面平行な２つの主要面を備えたガラスプレートを有していてもよい。さらにそれらの主要面は、それぞれ反射性を増減させるコーティング部分、例えば前述したようなブラッグミラー用の材料の１つからなるコーティング部分を有していてもよい。特にエタロンは半導体層列のビーム出力結合面に配設され得る。また代替的に有利には、エタロンが半導体層列に直接配設されるのではなく、半導体層列とは別個の構成素子として実現される。その場合にはエタロンは有利にはケーシング窓の一部として、あるいはケーシング窓として実現され得る。

エタロンの波長依存性の透過性は、材料の選択と光学的共振器の厚みの選択、及び主要面の少なくとも１つのコーティングの選択によって次のように選択可能となる。すなわちコヒーレントな第１の電磁ビームの第１の波長領域が、エタロンの伝送最大値の波長領域に相当するように選択可能である。このようなエタロンはこの場合光学的なバンドパスフィルタと理解されたい。インコヒーレントな第２の電磁ビームの第２の波長領域が第１の波長領域を含むことによって、つまり第１の波長領域よりも大きいことによって、第１の波長領域を超える第２の波長領域の一部が放射方向に沿ってエタロンにより少なくとも部分的に減衰され得る。特にインコヒーレントな第２の電磁ビームはエタロンによって反射される。その場合有利には、エタロンが次のように放射方向において配置される。すなわちエタロンの面平行な主要面が放射方向と、９０°よりも小さい角度を形成するように配置される。なぜならそれによって例えばインコヒーレントな第２の電磁ビームの半導体層列内への逆反射が沮止されるか少なくとも低減されるからである。

特にブラッグミラーかまたはエタロンを有している第１のフィルタ素子は、前述したようなＤＦＢ構造部を有している半導体層列と組み合わせ可能である。なぜならＤＦＢ構造部の波長依存性の特性がブラッグミラー及び／又はエタロンの波長依存性の特性によって容易に調整できるからである。その際特に有利には、第１のフィルタ素子が直接半導体層列に配設される。

さらに第１のフィルタ素子は光学的バンドエッジフィルタ、すなわち光学的なハイパスフィルタ若しくはローパスフィルタを有し得る。この光学的なバンドエッジフィルタの限界周波数は次のように選択可能である。すなわち、コヒーレントな第１の電磁ビームは有利には減衰なしで第１のフィルタ素子を通って伝送されるが、インコヒーレントな第２の電磁ビームの第２の波長領域の一部、すなわち第１の波長領域の短波側若しくは長波側でそれを超えた部分は、放射方向において減衰されるように選択可能である。この場合光学的なバンドエッジフィルタは例えばブラッグミラー若しくは吸収性のカラーフィルタを有し得る。さらに付加的に前記光学的バンドエッジフィルタは以下で説明するような飽和特性を有していてもよい。

光学的なバンドエッジフィルタは直接半導体層列に設けられてもよいし、別個の素子として放射方向でみて半導体層列の後方に配設してもよい。特に吸収性のバンドエッジフィルタの場合には、別個の素子としての配置構成によって半導体層列のビーム出力結合面の加熱が回避される。これにより半導体層列の寿命と最大出力が高められる。さらに第１のフィルタ素子は電磁ビームに対して非透過性の材料を含んだ層を有し得る。この場合の非透過性の材料は、珪素、ガリウム、ゲルマニウム、アルミニウム、クロム、チタン、あるいはそれらの組み合わせを有し得る。非透過性の材料を備えた層は、この場合少なくとも部分的にビーム出力結合面の第２の部分領域に直接か若しくはその上方に配設される。特に有利には非透過性材料を備えた層は第２の部分領域全体に直接か若しくはその情報に配設され得る。さらに非透過性材料は、ビーム出力結合面の全体が第１の部分領域まで非透過性材料で覆われるように構造化されビーム出力結合面に被着される。それに対して非透過性材料を備えた層はビーム出力結合面の第１の部分領域上方に開口部を有していてもよい。その場合例えば当該層は孔部絞りとして実現され得る。

それにより、インコヒーレントな第２の電磁ビームがもはやビーム出力結合面の第２の部分領域を介して放射されることは不可能となる。非透過性材料を備えた層の構造化された被着は、この場合例えば熱的被着手段、電子的被着手段またはイオン支援された被着手段、例えば蒸着、電子的若しくはイオン支援された気相堆積手段、又はスパッタリングを用いて実現され得る。その際非透過性材料は例えばマスクを用いて構造化されて被着される。

マスクを用いた被着に代えて、非透過性材料を備えた層が前述したような手法の１つを用いてビーム出力結合面の第１及び第２の部分領域に大規模に被着されてもよい。適切な雰囲気、例えば酸素雰囲気及び／又は窒素雰囲気の中で第１の部分領域の層が光化学的に変換され得る。例えば前述したような材料の少なくとも１つを有し得る非透過性材料が光制御を用いて雰囲気に応じて透過性の酸化物、窒化物又は酸窒化物に光化学的に変換され得る。

光制御はこの場合例えば外部からのビーム光源、例えばレーザーを用いて行われ、さらにマスクを用いて構造化された照明によって行われる。

代替的に若しくは付加的に光化学的な変換のための光制御はコヒーレントな第１の電磁ビームによって行われてもよい。それに対しては方法ステップＡ）において半導体層列が準備され、さらなる方法ステップＢ）において非透過性材料を備えた層を前述したように大規模にビーム出力結合面の第１及び第２の部分領域上に被着させる。その後でこの半導体層列を方法ステップＣ）において動作させる。前述したようにコヒーレントな第１の電磁ビームはインコヒーレントな第２の電磁ビームよりも何倍も高い強度を有し得る。それにより、コヒーレントな第１の電磁ビームは非透過性材料を備えた層において、透過的な酸化物、窒化物又は酸窒化物のために光化学的な反応をトリガし得る。それにより光化学的な反応は第１の部分領域においてのみトリガされ、そこではコヒーレントな第１の電磁ビームがビーム出力結合面から放射される。

前述した光化学的反応に対して代替的若しくは付加的に、非透過性材料においても光化学的反応をトリガし得る。その場合は非透過性材料は外部のビーム光源によって、若しくはビーム出力結合面の第１の部分領域からのコヒーレントな第１の電磁ビームにより、例えば蒸着される。

光化学的及び／又は光熱的反応の後では、第２の部分領域を介して非透過的でかつ第１の部分領域を介して透過的となるように作成された層がさらなる方法ステップにおいて、さらなる層、例えばブラッグミラーとの関連で上述したさらなる金属酸化物若しくは半金属酸化物または金属窒化物若しくは半金属窒化物からなる不活性層を有するさらなる層がコーティングされる。それにより非透過性材料を備えた層が永久的に保護される。

少なくとも１つの第１のフィルタ素子はさらに電磁ビームに対し強度依存性の透過性を有し得る。既に前述したようにコヒーレントな第１の電磁ビームは、インコヒーレントな第２の電磁ビームの第２の強度よりも大きい第１の強度を有し得る。このことは、第１のフィルタ素子が第２の強度と同じかそれ以上の強度を有する電磁ビームに対して非透過的になることを意味する。しかしながら第１のフィルタ素子は、第１の強度と同じ強度の電磁ビームに対しては透過的であってもよい。それにより、第１のフィルタ素子はコヒーレントな第１の電磁ビームに対しては透過的であるが、インコヒーレントな第２の電磁ビームに対しては透過的ではなくなる。

この場合第１のフィルタ素子は、ビーム出力結合面の第１及び第２の部分領域に大規模に被着され得る。それに対して代替的に第１のフィルタ素子は、放射方向で見て別個の素子として第１及び第２の部分領域を介して半導体層列に後置接続され得る。第１のフィルタ素子は例えば共振器ミラーに被着されてもよい。

さらに第１のフィルタ素子の強度依存性の透過性は次のことによって特徴付けられる。すなわち強度の増加と共に透過性が増大することによってである。その際透過性は限界強度から飽和特性を有し得る。このことは、限界強度から第１のフィルタ素子の透過性がもはや強度に依存しなくなることを意味し、第１のフィルタ素子の透過性は限界強度と同じかそれ以上の強度のもとで最大値を有することを意味する。有利にはその場合限界強度は、第２の強度よりも大きく第１の強度よりも小さいものであってもよい。

例えば第１のフィルタ素子はコヒーレントな第１の電磁ビームのエネルギーよりも小さいバンドギャップを備えた半導体材料を有し得る。この場合ある波長領域を有する電磁ビームのエネルギーとしてその波長領域の平均波長に相応するエネルギーが挙げられる。

さらに前記バンドギャップはインコヒーレントな第２の電磁ビームのエネルギーより小さくてもよい。

バンドギャップがコヒーレントな第１の電磁ビーム及び／又はインコヒーレントな第２の電磁ビームのエネルギーよりも小さいことによって、コヒーレントな第１の電磁ビーム及び／又はインコヒーレントな第２の電磁ビームは、半導体材料内で誘起された電子状態においてコヒーレントな第１の電磁ビームないしはインコヒーレントな第２の電磁ビームの吸収によって生成され得る。有利には励起された電子状態の逆励起ないしは下方遷移の際には半導体材料において再び自由なエネルギーが熱、格子振動として出力される。

電子状態の励起に結びつく吸収によって、コヒーレントな第１の電磁ビーム及び／又はインコヒーレントな第２の電磁ビームは、減衰される。半導体材料に対して照射される強度に依存して、励起された電子状態の寿命は半導体材料において限界強度のもとで１つの状態が達成される。すなわち半導体材料が入射した電磁ビームを引き続き吸収できない状態である。それにより半導体材料はここで透過的となる。この半導体材料の特性は飽和特性とも称する。

この場合透過的な状態は特に半導体材料に入射する局所的な強度に依存し得る。このことは、第１のフィルタ素子が少なくとも１つの第１のフィルタ領域において透過的であり、入射する電磁ビームの強度が、透過的状態を引き起こすのに十分であり、限界強度以上であることを意味する。同時に第１のフィルタ素子は第２のフィルタ領域において、入射する電磁ビームの強度が限界強度以下にあり、まだ吸収的でそれ故当該領域においては非透過的であるか少なくとも完全には透過的でない。

それ故に限界強度は、半導体材料の選択によって設定される。すなわち第２の強度が限界強度よりもまだ小さく、それによって第１のフィルタ素子２は、ビーム出力結合面の第２の部分領域を介して非透過的である。この限界強度は第１の強度よりも小さい。そのため第１のフィルタ素子は、ビーム出力結合面の第１の部分領域を介して透過であり、コヒーレントな第１の電磁ビームは第１のフィルタ素子によって放射され得る。

この場合半導体材料のバンドギャップと、インコヒーレントな第２の電磁ビームの平均エネルギーとの間の差分が、少なくとも第２の波長領域の１／２の幅に相応する。それによりインコヒーレントな第２の電磁ビームの少なくとも８０％、有利には９０％、特に有利には９９％が第１のフィルタ素子によって吸収され得る。その際の差分は例えば１０ｍｅＶ以上でかつ１５ｍｅＶ以下であり得る。

強度依存性の透過性の設定と限界強度は例えば厚みと結晶品質と半導体材料の選択によって行われる。第１のフィルタ素子の半導体材料によって伝送され得る電磁ビームの成分は、この場合相互指数関数的に半導体材料の厚みないしは半導体材料を有する層に依存する。その際厚みは例えば次のように選択される。すなわち限界強度以下の強度によって第１のフィルタ素子に対して入射される電磁ビームによって第１のフィルタ素子を通って伝送される成分が１／ｅ以下、有利には１／ｅ²以下となるように選択される。この場合前記ｅはオイラーの数である。

第１のフィルタ素子は例えばＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料系からなる１つまたはそれ以上の材料、例えばＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ及びＩｎＧａＡｌＮ、ＩＩ−ＶＩ族の半導体材料系、例えばＺｎＳｅ、ＺｎＳ、又はＳｉ、Ｇｅなどのような半導体材料を有し得る。さらに１つ又はそれ以上の、Ｃ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｆｅ，Ｃｒ及びＯからなる材料半導体材料がドープされてよい。

第１のフィルタ素子は例えば半導体材料を含んだ１つの層を有し得る。さらに第１のフィルタ素子は２つの誘電層を有し得る。これらの誘電層の間には半導体材料を備えた層が配設される。誘電層の間に半導体材料を備えた層の埋込みは、層列の堆積を用いて行われ得る。その際半導体材料は、エピタキシャル成長している層または多重結晶、アモルファス層を形成し得る。これらの誘電層は例えば前述したブラッグミラーとの関係で酸化物材料または窒化物材料を有し得る。代替的若しくは付加的に半導体材料を有する層は、マトリックス材料、有利には誘電性酸化物材料、または窒化物材料を有し得る。その際半導体材料はアモルファスに埋め込まれていてもよい。例えばマトリックス材料として半導体材料ＳｉＮを有する層を有し、その際アモルファスＳｉが埋め込まれる。

半導体材料に対して代替的若しくは付加的に、第１のフィルタ素子は波長変換材料を有し得る。それは第２の波長領域を有するインコヒーレントな第２の電磁ビームを、第２のスペクトルとは異なる第３の波長領域を有する電磁ビームに変換するのに適している。この波長変換材料はこの場合半導体材料のように限界強度と飽和特性を有し得る。波長変換材の限界強度は材料の選択によって設定され、さらに厚みが次のように設定される。すなわちインコヒーレントな第２の電磁ビームが第１のフィルタ素子をまだ飽和できず、それに対してコヒーレントな第１の電磁ビームは限界強度よりも大きい。それにより第１のフィルタ素子は、ビーム出力結合面の第１の部分領域を介して飽和され、故にコヒーレントな第１の電磁ビームの少なくとも一部に対して透過的である。付加的に若しくは代替的に前述した半導体材料は、励起した電子状態の逆励起の際には、第３のスペクトルを有する電磁ビームが放射され、それに伴って少なくとも部分的に前記波長変換材料のように作用する。

その場合有利には第３の波長領域が例えば赤外線波長領域にあり、肉眼にとっては知覚不能である。代替的に若しくはふかてきにフィルタ構造部は第３のフィルタ素子を有し得る。この第３のフィルタ素子は第１のフィルタ素子に後置接続され、第３の波長領域の電磁ビームに対して非透過的である。この場合第３のフィルタ素子は特にコヒーレントな第１の電磁ビームに対しても透過的であり得る。例えば第３のフィルタ素子は吸収性のカラーフィルタを含み得る。

第３のフィルタ素子は例えば別個の素子として、あるいはケーシング窓若しくはその一部として放射方向で見て第１のフィルタ素子の後方に接続してもよい。それにより例えばビーム出力結合面における熱的負荷が低減され、これによって半導体層列の寿命が延びる。

波長変換材料は１つ又は複数の次のような材料を有し得る。すなわち希土類元素のグレネード、アルカリ希土類金属、例えばＹＡＧ：Ｃｅ³⁺、窒化物、ケイ酸塩窒化物、シオネ（Sione）、シアローネ（Sialone）、アルミン酸塩、酸化物、ハロゲン化リン酸塩、オルト珪酸塩、クロロシリケート。さらに波長変換材料は付加的に若しくは代替的に有機材料も含み得る。これは例えば次のようなグループすなわち、ベリレン、ベンゾピレン、クマリン、ローダミン、アゾ染料から選択されてもよい。波長変換層は適切な化合物及び／又は前記は超変換材料の組合わせを有し得る。

さらに第１のフィルタ素子は透過性のマトリクス材料を含み得る。この透過性マトリクス材料は波長変換材料を囲繞するか含有し得る。あるいは１つ若しくはそれ以上の波長変換材料と化学的に結合されていてもよい。透過性マトリクス材料は、例えばシロキサン、エポキシド、アクリラート、メタクリル酸メチル、イミド、カーボネート、オレフィン、スチロール、ウレタン、またはそれらから派生した例えばモノマー、オリゴマー、ポリマーなどの形態の誘導体、さらに混合物、例えばコーポリマーや化合部物を有し得る。またマトリクス材料は例えば、エポキシ樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチロール、ポリカーボネート、ポリアクリラート、ポリウレタン、シリコン樹脂、あるいはポリシロキサンまたはそこからの混合物などを含んでいてもよい。

コヒーレントな第１の電磁ビームの第１の強度に基づいて、第１のフィルタ素子の第１のフィルタ領域においては第１の温度が発生し得る。それに対して第１のフィルタ素子の第２のフィルタ領域においては、第２の温度がインコヒーレントな第２の電磁ビームの第２の強度に基づいて発生し得る。第２の強度は第１の強度よりも低いものであり得るので、第２の温度は第１の温度よりも低い可能性がある。このことは、第１のフィルタ素子が第１のフィルタ領域（これはビーム出力結合面の第１の部分領域に直接か若しくはその上方に配置され得る）において、第２のフィルタ領域（これはビーム出力結合面の第２の部分領域に直接か若しくはその上方に配置され得る）の温度よりも高い温度を有し得ることを意味する。

第１のフィルタ素子は電磁ビームに対してさらに温度依存性の透過性を有し得る。その場合第１のフィルタ素子は限界温度を有し得る。この限界温度以下では第１のフィルタ素子は非透過的となる。特にこの限界温度は第２の温度よりも高くかつ第１の温度よりは低い。このことは、第１のフィルタ素子が第１のフィルタ領域においてのみ透過的であることを意味する。そのためビーム出力結合面の第２の部分領域から放射されるインコヒーレントな第２の電磁ビームは、第１のフィルタ素子を通って放射されない。

第１のフィルタ素子は例えば温度に依存して原子レベル若しくは分子レベルの近距離秩序が変化し得る材料を有し得る。例えば第１のフィルタ素子は単一の層若しくは複数の層からなる積層構造で実現されてもよい。この積層構造は例えば表面プラズモンモードを有し、限界温度以下ではコヒーレントな第１の電磁ビームとインコヒーレントな第２の電磁ビームに結合し得るものである。この場合プラズモンとして自由電荷担体、例えば電子の周期的に振動する粗密度振動が第１のフィルタ素子若しくは第１のフィルタ素子の層において現われる。特にこの場合の表面ないし境界面プラズモンとは自由電荷の粗密波の縦の振動を表し、この振動は当該表面において第１のフィルタ素子の層表面の延在方向に対して平行な方向に表われる。この表面プラズモンは、第１のフィルタ素子の少なくとも１つの層の原子若しくは分子の近距離秩序に依存し得る。表面プラズモンは、特に半導体層列に向いた側の第１のフィルタ素子の層表面において発生し得る。第１のフィルタ素子における表面プラズモンとの電磁ビームの結合によって、（この結合結果自体も表面プラズモンと称される）、電磁ビームのエネルギーが第１のフィルタ素子に対して伝送され、それによって当該電磁ビームのエネルギーの少なくとも一部が吸収され得る。第１のフィルタ素子はそれによって、電磁ビームが第１のフィルタ素子に入射する領域内で加熱され得る。

第１のフィルタ素子のフィルタ領域内の温度が限界温度以下に維持される限り、表面プラズモンは第１のフィルタ素子の当該フィルタ領域内に存在し得る。そこでは電磁ビームが結合されている。少なくとも１つのフィルタ領域内での第１のフィルタ素子の限界温度以上の温度までの加熱によって、第１のフィルタ素子の少なくとも１つの層の原子若しくは分子の近距離秩序が次のように変更される。すなわち電磁ビームが結合し得る箇所において表面プラズモンがもはや存在しないように変更される。それにより第１のフィルタ素子は当該フィルタ領域において透過的となる。その際原子若しくは分子の近距離秩序は例えば温度依存性の祖密度変化及び／又は位相変化によって、例えば微細なブリスタリングなどが第１のフィルタ素子の少なくとも１つの層においてなされ得る。

限界温度は第１のフィルタ素子の少なくとも１つの層の材料を用いて設定可能である。例えば少なくとも１つの層は、例えばアンチモン、銀、プラチナ、パラジウム、亜鉛などで形成されるグループからの材料を有していてもよい。特に第１のフィルタ素子は、前述した材料グループのうちの少なくとも１つを有する積層構造部を有していてもよい。例えば青色波長領域のコヒーレントな第１の電磁ビームとインコヒーレントな第２の電磁ビームのために、第１のフィルタ素子は有利には、アンチモンを備え、次の材料、Ｎ，Ｔｅ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｉｎのうちの１つ若しくは複数を有する層、例えばＳｂＮ_x，ＳｂＴｅ，ＧｅＳｂＴｅ及び／又はＡｇＩｎＳｂＴｅであってもよい。さらに第１のフィルタ素子は。２つの窒化ケイ素層の間に配置された１つの層内に前述したような材料を有する積層部を有していてもよい。また代替的若しくは付加的に第１のフィルタ素子はＺｎＳ−ＳｉＯ₂層を備えた積層部を２つのＰｔＯｘ層の間に有していてもよい。赤色の第１及び第２の波長領域のために第１のフィルタ素子は例えばＡｇＯ_x，ＰｔＯ_x及び／又はＰｄＯ_xを含んだ層を有していてもよい。この種の層若しくは積層部は“超高解像度近視野構造（Super-RENS）”とも称されている。

さらに前記フィルタ構造部は第４のフィルタ素子を有し得る。この第４のフィルタ素子は半導体層列の１つの表面と成り得る平面に配置されている。この第４のフィルタ素子を備えた表面は、ビーム出力結合面と、該ビーム出力結合面に対向する側の表面とは異なるものであってもよい。特にこの第４のフィルタ素子は、コヒーレントな第１の電磁ビームの放射方向に平行する延在面を備えた表面に配置され得る。この種の平面は例えばビーム出力結合面から当該ビーム出力結合面に対向する側の表面まで延在している半導体層列の側面であってもよい。

さらに前記平面は反動地層列の１つの層の境界面であってもよい。この場合は半導体層列が前述したような複数の層を有し得る。特に前記平面はこの場合半導体層列の２つの層の間の境界面であってもよい。

また第４のフィルタ素子は、非透過性材料を備えた層を有していてもよい。この非透過性材料は、特にインコヒーレントな第２の電磁ビームに対して吸収性の材料であり得る。非透過性材料を備えた層は、例えば活性領域とは反対側の基板表面に被着されてもよいし、活性領域に向いた側の基板表面に被着されてもよい。さらに非透過性材料を備えた層は、活性領域とは反対側の導波路層、例えば非透過性の外被層として設けられていてもよいし、活性領域と電気的なコンタクト層、例えば電極との間の部分として設けられてもよいし、あるいは活性領域と基板との間に被着されてもよい。この種の第４のフィルタ素子の配置構成は、インコヒーレントな第２の電磁ビームの半導体層列内の特に電極方向及び／又は基板方向への拡張を阻止若しくは少なくとも低減させ得る。このことは、透過性の基板、例えばＧａＮのような半導体層列において特に有利となる。それにより、放射方向に放射されたインコヒーレントな第２の電磁ビームがビーム出力結合面の第２の部分領域を介して低減されるようになる。

非透過性の材料、例えば吸収性の材料は、有利には導電性であってもよいし、ケイ素、ガリウム、ゲルマニウム、アルミニウム、クロム、チタンなどの材料の１つを有するか若しくはそれらの組合わせを有するものであってもよい。

代替的若しくは付加的に、第４のフィルタ素子は、半導体層列の電気的なコンタクト形成のために設けられる電極を含んでいてもよい。この電極は反射性及び／又は伝送性の低い有利には吸収性の材料、例えばクロム及び／又はチタンなどを含み得る。

さらに第４のフィルタ素子は、複数の層を有していてもよい。これらの層は半導体層列の複数の表面、すなわちビーム出力結合面とは異なる表面か若しくはビーム出力結合面における少なくとも第１の部分領域とは異なる表面であり得る。

さらに第４のフィルタ素子は表面構造部を有するか含むものであってもよい。この表面構造部は例えば半導体層列のビーム出力結合面とは異なる少なくとも１つの表面の凹部構造及び／又は凸部構造であってもよい。特に半導体層列は、当該半導体層列の複数の層が上下に成長した場合の成長方向を有している。それによりこの半導体層列は、成長方向に対して垂直方向に配置された少なくとも１つの表面を有し得る。この表面は例えば活性領域とは反対側の基板表面若しくは活性領域に向いた側の基板表面であってもよいし、あるいは電気的なコンタクト層、例えば電極であってもよい。

例えば半導体層列の１つ若しくは複数の層は、前述したようなリッジ構造部又は台形状構造部において基板とは反対側の活性領域側面にパス状若しくはブリッジ状に形成されていてもよい。表面構造部を備えた表面は、有利にはブリッジ状に形成された層を横方向にずらして、あるいは隣接させるように及び／又は接するようにした表面であってもよい。これらの表面ではその表面構造部が活性領域に対して横方向にずらされている。

さらに前記表面構造部は、凹凸状に形成された表面構造部が半導体層列内に延在するように形成されている。このことは、当該の表面構造部が半導体層列の少なくとも１つの層内に若しくは複数の隣接する層内に向けて延在し得ることを意味している。特に有利には、活性領域外の表面構造部も当該半導体層列内に延在し得る。

例えば前記表面構造部は、１つの突起若しくは少なくとも１つの溝を有し得る。これらは側方において活性領域からずらされて、半導体層列の導波路層内まで侵入し得る。この表面構造部は側方において少なくとも数百ｎｍ、有利には少なくとも１ミクロメータ、特に有利には数ミクロメータ、活性領域及び／又はリッジ構造部又は台形状構造部からずらされて配置されていてもよい。

表面構造部は例えば第１及び／又は第２の波長領域の約１／１０の平均周期を有する凸部を有し、半導体層列内部に侵入する凹部が活性領域を含む半導体層列の層内に向けて有利には前記凸部から突き破られないように形成されていてもよい。前記凸部は例えばドライエッチング若しくはウエットエッチングによって形成され得る。

さらに表面構造部は少なくとも１つのトレンチ若しくは規則的に配置された凹部を有していてもよい。前記トレンチ若しくは規則的に配置された凹部は半導体層列の層の延在方向に対して平行な延在方向を有し、さらにコヒーレントな第１の電磁ビームの放射方向と、０°以上でかつ９０°以下の角度を形成し得る。

０°の角度とは特に少なくとも１つのトレンチ若しくは規則的に配置された凹部が放射方向に対して平行に配向されていることを意味しており、それに伴い活性領域の活性領域に対しても平行に配向されていることを意味する。代替的若しくは付加的に第４のフィルタ素子は、少なくとも１つのトレンチを有し、その延在方向は放射方向と０°よりも大きく９０°よりも小さい角度を、すなわち有利には３０°以上でかつ６０°以下の角度、特に有利には４５°の角度を形成していてもよい。このことは、特に前記トレンチが放射方向において活性領域に近似することを意味する。

前記トレンチ若しくは規則的に配置された凹部は、次のような深さを有し得る。すなわち当該トレンチ若しくは凹部が、導波路層を越えて２００ｎｍ以内の間隔をあけるまで半導体層列内へ延在するような深さである。さらにこの種の表面構造部は、導波路層内まで、若しくは基板に対向する側の半導体層列の表面から基板内まで延在していてもよい。

その場合前記トレンチ又は凹部は、半導体層列の成長方向に対して平行な側面を有する断面、又は前記成長方向に対して４５°の角度まで傾斜した側面を有する断面を有し得る。このことは、前記トレンチ又は凹部がＵ字形状またはＶ字形状の断面を有し得ることを意味する。傾斜した側面によって半導体層列内を伝播するインコヒーレントな第２の電磁ビームに偏向が生じ、例えば前述したような吸収性の材料を備えた層に向けられるようになり得る。さらに付加的に前記トレンチ又は凹部は、少なくとも部分的に前記吸収性の材料を備えていてもよいし、超高解像度の近視野構造材料をコーティング又は充填されていてもよい。

特に有利には前述の表面構造部は対でリッジ構造部又は台形状構造部に対して対称的に配置され、リッジ又は台形状の構造部に隣接する表面上に配設されていてもよい。

さらに複数のトレンチ若しくは規則的に配置された凹部を互いに平行に延在させて隣接するように配置してもよい。その場合複数のトレンチ若しくは規則的に配置された凹部は、第１及び第２の波長領域の平均波長に等しいかそれよりも小さい間隔、特に有利には平均波長の約１／４の間隔を有し得る。このような間隔での複数のトレンチ若しくは凹部の連続によって、当該表面構造部は一次元若しくは二次元の光学的結晶に等しい作用または類似の作用を有するようになる。

半導体層列の少なくとも１つ若しくは複数の層におけるリッジ状構造部又は台形状構造部のブリッジ状の構成によって、屈折率の変化は典型的には０.００１〜０.０１の範囲に収まる。それにより、ブリッジ状の構造部は導波路を形成し得る。それと共に半導体層列内の導波路層によって、インコヒーレントな第２の電磁ビームは当該半導体層列内部でビーム出力結合面の方向に誘導される。ここでの第４のフィルタ素子によって、半導体層列の層の延在方向に平行な方向での半導体層列内部のインコヒーレントな第２の電磁ビームの広がりは、効果的に低減されるか阻止される。それにより、ビームの出力結合面の第２の部分領域からのインコヒーレントな第２の電磁ビームの伝播は低減されるようになる。

前記フィルタ構造部はこれまでに説明してきた第１、第２、第３及び第４のフィルタ素子の１つだけを有していてもよい。さらに前記フィルタ構造部は、これまでに説明してきた第１、第２、第３及び第４のフィルタ素子の複数を組合わせて形成されていてもよい。これにより、照射特性及び使用される材料並びに半導体層列の実施形態に関するフィルタ構造部の所望のフィルタ特性が適合できるようになる。例えばフィルタ構造部は、前述した第１のフィルタ素子の１つが半導体層列に直接配置されている構造を有し、さらに別の第１のフィルタ素子が半導体層列の一部として放射方向でみて後置接続されたケーシング窓であってもよい。さらに第１及び／又は第２及び／又は第３のフィルタ素子が例えば第４のフィルタ素子と組合わされたフィルタ構造を形成するものであってもよい。

本発明のさらなる利点及び有利な実施形態及び改善構成は、以下の明細書で図面１Ａ〜１７に基づいて詳細に説明する。

本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 本発明によるレーザー光源の実施例を概略的に示した図 前記レーザー光源の放射特性を表した図 本発明によるレーザー光源のさらに別の実施例を示した図 本発明によるレーザー光源のさらに別の実施例を示した図 本発明によるレーザー光源のさらに別の実施例を示した図 本発明によるレーザー光源のさらに別の実施例を示した図 本発明によるレーザー光源のさらに別の実施例を示した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例による第１及び第２のフィルタ素子の波長ないし角度依存性の透過性を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図 さらなる実施例によるレーザー光源を表した図

以下の実施例及び図面において同じ構成要素若しくは機能の同じ構成要素には同じ符号が付されている。但し図に示されている構成要素とそれらのサイズ比は基本的には必ずしも縮尺通りに表わされているわけではない。むしろ個々の構成要素、例えば個々の層や部材、素子、領域などは分かり易くするために及び／又は理解を促すためにあえて太く若しくは大きく描写している。

図１Ａ〜図１Ｆには１つのレーザー光源に対する実施例が描写されている。以下の説明はこれらの実施例に関するものであり、特にことわりのない限り図１Ａ〜図１Ｆの全てに対して共通している。

図１Ａは半導体層列１０を伴ったレーザー光源を概略的に空間的に表している。図１Ｂはこのレーザー光源を図１Ａにおける符号ＢＢの付された断面に沿って示したものである。また図１Ｃは、当該レーザー光源を図１Ａにおける符号ＣＣの付された方向に沿ってみた場合の平面図である。図１Ｄ〜図１Ｆには、図１Ａにおける符号ＣＣの断面に沿って見た断面図が示されている。

図１Ａ〜図１Ｆでは主にここで説明するレーザー光源に基づいた考察を描写するために、フィルタ構造部５は示されていない。しかしながらこれらの図面に示されるレーザー光源においても、全般的にあるいはさらなる実施例において示されるフィルタ構造部５は有し得るものである。

このレーザー光源は基板１を備えた半導体層列１０を有している。前記基板１上にはエピタキシャル成長された複数の機能的な層４が被着されている。

前記半導体層列１０は、図示の実施例においてはＧａＮ基板１によって形成されている。このＧａＮ基板１上にはケイ素のドープされたＡｌＧａＮ外被層４１とその上の同じくケイ素のドープされたＧａＮ導波路層４２が配置されている。さらに半導体層列１０はその上さらに、１〜５個のＧａＩｎＮ量子薄膜とＧａＮバリア層を備えた多重量子井戸構造部（ＭＱＷ構造部）を備えた活性層を有している。この活性層上にはマグネシウムドープされたＧａＮ導波路層４３とマグネシウムドープされたＡｌＧａＮ外被層４４が被着される。さらにこの外被層４４には、複数のコンタクト層、例えばマグネシウムドープされたＧａＮ層が被着されてもよい。これに対して基板１と外被層４１との間には１つ又はそれ以上の介在層が配置されていてもよい（図示せず）。半導体層列１０は前述したような材料系に基づいて、紫外線から緑色まで、有利には青色までの波長領域の電磁ビームを生成するのに適している。

前記半導体層列１０は、ここで説明する窒化物ベースの半導体材料に代えてリン化物および砒化物ベースの半導体材料も有し得る。それにより例えばＧａＡｓ基板１と、さらにＩＩＩ属材料の基における約４０％のＡｌ成分を伴うＡｌＧａＡｓ及び／又はＩＩＩ属材料の基における約５０％のＩｎ成分を伴うＩｎＧａＰからなる１００ｎｍの厚さの介在層４１と、２μｍの厚さのＩｎＡｌｐ導波路層４２と、約５０％のＩｎ成分及び約２５％のＡｌ成分を伴う１００ｎｍの厚さのＩｎＧａＡｌｐ／ＩｎＧａＰ量子薄膜／バリア層ＭＱＷ構造部と、２μｍの厚さのＩｎＡｌＰ導波路層４３と、１００ｎｍの厚さのＩｎＧａＰ介在層４４と、３００ｎｍの厚さのＧａＡｓコンタクト層（図示せず）とを有し得る。この種の半導体層列１０は、緑色から赤外線領域までの電磁ビームを生成するのに適しており、特に有利には赤色波長領域の電磁ビームの生成に適している。

この場合基板１は成長基板であり得る。この基板上には複数の機能層がエピタキシャル成長される。それに対して代替的に半導体層列１０は薄膜技術を用いて製造されてもよい。このことは、複数の機能層が１つの成長基板上に成長され、後に半導体層列１０の基板１を形成する支持体基板上に遷移することを意味する。この場合は成長技法に応じて半導体層列１０のｎ導電型の層か又はｐ導電型の層が基板１に向けられる。図１Ｄでは、さらに波線９３によって、半導体層列１０の機能層４の延在面が示されている。これは当該機能層４の成長方向に対して垂直な方向である。

半導体層列１０の電気的なコンタクト形成は、基板１の機能層４側とは反対側表面にある電極２と、基板１とは反対側の機能層４表面にある電極３とを介して行われる。電極２及び３はこの場合それぞれＡｇ，Ａｕ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒ，Ｎｉ及び／又はＧｅを含む１つ若しくは複数の層を有し得る。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ〜図１Ｆによる、基板１を貫通する電気的なコンタクト形成に代えて、電気的なコンタクト２を基板１の機能層４と同じ側に配置し、図１Ｂ−１に示されているようにしてもよい。このようなコンタクト形成手法は、とりわけ複数の機能層４が電気的に非導電性の基板１に配置されている場合に、それらを基板１側から電気的にコンタクトさせるのに適している。

さらに半導体層列１０はビーム出力結合面１２とそれに対向している裏側として形成される表面１３（以下では対向表面１３とも称する）を有しており、これらはそれぞれ反射性のコーティング部分を備えている（図示せず）。それによりビーム出力結合面１２と裏側１３は、光学的な共振器を形成する。それぞれの反射性のコーティング部分は例えばブラッグミラー層列及び／又は反射性の金属層を含み得る。

ビーム出力結合面とは異なっている半導体層列の表面に若しくは表面上方にはさらに不活性層が半導体層列の保護のために被着されていてもよい（図示せず）。

外被層４４は図示の実施例においては、部分的にブリッジ形状に被着され、いわゆる一般部材として説明されるようなリッジ構造部若しくはブリッジ構造部１１を形成する。図示のリッジ構造部１１に対しては代替的に又は付加的に、半導体層列１０は、拡幅されたリッジ部分を有する台形状の構造部も有し得る。図１Ｄではリッジ構造部１１の縁部が波線９２によって強調されている。

リッジ構造部１１によって、活性層４０内ではコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の形成が横波の基本モードで可能となる。それに引き替え不所望なさらなるレーザーモードは抑圧される。これにより、活性層４０はとりわけリッジ構造部１１の幅によって定められる活性領域４５を有するようになる。この活性領域４５は図示の実施例においては活性層４０内で斜線によって強調されている。この活性領域４５は、この場合ビーム出力結合面１２と裏側の対向表面１３によって形成される共振器の中で、活性層４０全長に亘って延在している。活性領域４５内では半導体層列１０は動作中において誘導放出によってコヒーレントな第１の電磁ビーム５１が生成される。この第１の電磁ビーム５１はビーム出力結合面１２の第１の部分領域１２１を介して放出され得る。共振器構造部と導波路層４２，４３と、誘導放出の基礎として公知の機構とによって、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１が放射方向９０に沿って通常のビーム束若しくは先太のビーム束として放射される。

さらに動作中は半導体層列１０はコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の他にインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２も生成する。このインコヒーレントな第２の電磁ビームは活性領域４５内の自然発生的な放射によって生成されるが、例えば活性領域４５外の活性層４０内の動作中に漏れ電流の存在し得る周縁領域においても生成され得る。さらに前記自然発生的な放出は、活性領域からの光学的なポンピングによっても励起され得るし、あるいはでこぼこした層縁部における電磁ビームの散乱によっても励起され得る。全般的に説明したように、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２は、等方的に生成される。導波路層４２，４３によってインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２もビーム出力結合面１２の第１の部分領域１２１に誘導され、この第１の部分領域１２１から放射される。その他にもインコヒーレントな第２の電磁ビームはビーム出力結合面１２のさらなる部分領域に向けて例えば半導体層列１０内の散乱によって偏向され、そこから放出され得る。それにより、第１の部分領域１２１以外のビーム出力結合面１２を介してインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２が第２の部分領域１２２を介して放射される。この第２の部分領域１２２は、ビーム出力結合面１２における半導体層列１０の活性領域４５には接していない領域を含んでいる。このことは図１Ｅと図１Ｆに示されている。この場合図１Ｅにおいてはビーム出力結合面１２の一部を形成し、さらに第２の部分領域１２２を形成している透過的な基板１表面からのインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の典型的な放射が描写されている。基板１の表面を介したインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の放射は、半導体層列１０内の屈折率の経過特性と基板１の透過性によって促進され得る。

インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２はこの場合図１Ｅにおいて強調されているようにワイドな角度範囲で放射される。以下の明細書では、電磁ビームに対するビーム出力結合面１２からの放射角度を、図１Ｄで示しているように放射方向９０との間で形成される角度９１、すなわち「放射方向９０に対する角度９１」として定義する。

コヒーレントな第１の電磁ビーム５１はこの場合第１の強度（光強度）を有しており、この第１の強度は半導体層列１０への通電に応じてインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の第２の強度（光強度）の約２倍から数百倍までの大きさで表される。

図２には全般的に及びさらなる実施例において説明するフィルタ構造部５なしでの図１Ａ〜図１Ｆによるレーザー光源に対する放射特性８０が描写されている。この場合横軸には、図１Ｄによる実施例での図１Ａに示した断面ＤＤにおける放射角度がプロットされている。また縦軸にはレーザー光源から放射された電磁ビームの強度に対する値が任意の単位で示されている。０°近辺のピークはこの場合実質的にコヒーレントな第１の電磁ビーム５１のガウスビームプロファイルに相応するか若しくは少なくともそれに類似している。符号８１で表されている約−２０°かそれよりも小さい角度９１に対する領域においては、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１のビームプロファイルを著しく悪化させるインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２が付加的に測定される。この場合放射特性８０は公知のレーザー構成素子の典型的な放射特性に相応する。

インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の不所望な出力結合ないし放出は、レーザー光源の垂直方向並びに水平方向での遠視野において副次的なピークを生じさせ、これはビーム品質の著しい悪化として表われ、例えば照射系、データメモリ、印刷系での利用において知覚され得るような支障をきたす。

全般的に及び以下の明細書で説明するフィルタ構造部５によって、ここで説明しているレーザー光源の放射特性は著しくかつ有意に改善され得る。以下の実施例の説明では、図１Ａ〜図１Ｆによるレーザー光源の拡張及び／又は変調に絞る。以下の実施例においては特に断りなしでは、純粋な一例として、コヒーレントな第１の電磁ビームとインコヒーレントな第２の電磁ビームは約４５０ｎｍの平均波長を有する第１ないし第２の波長領域を備えたものとみなす。それによりこのコヒーレントな第１の電磁ビームとインコヒーレントな第２の電磁ビームは、以下の実施例においては純粋な一例としてそれぞれ青色の波長領域を有するものとみなされる。

図３Ａには、フィルタ構造部５を備えたレーザー光源の１実施例が示されている。この場合フィルタ構造部５は第１のフィルタ素子６を有しており、この第１のフィルタ素子６はビーム出力結合面１２全体に亘って大規模に直接被着されており、特に図１Ｆによれば第１及び第２の部分領域１２１，１２２に直接被着されている。

この場合第１のフィルタ素子６は、２つの窒化ケイ素層の間にアンチモンを含有する層を有した積層部分を有している。全般的に説明したようにこの種の積層部分は、電磁ビームに対して温度依存性の透過性を有している。なぜなら温度依存性の原子レベル及び／又は分子レベルの近距離秩序を用いてほぼ表面プラズモンの共鳴を介すことにより、第１のフィルタ素子の限界温度以下でかつ電磁ビームの限界強度以下の電磁ビームは非透過性であり得るからである。その場合第１のフィルタ素子６は次のように形成される。すなわちインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の第２の強度が第１のフィルタ素子６を限界温度以下の温度までしか加熱できないからである。それ故に図３Ａにおいて強調されているようにインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２は、第１のフィルタ素子６によって伝送されない。しかしながらコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の第１の強度は、第１のフィルタ素子６を第１の部分領域１２１に亘るフィルタ領域において限界温度を超える温度まで加熱するのに十分である。それにより第１のフィルタ素子６はこのフィルタ領域内においてのみ透過的となるため、インコヒーレントな第２の電磁ビームをレーザー光源の第２の部分領域から放射方向に放射させることなく、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１だけをレーザー光源から照射させるようになる。

この第１のフィルタ素子６は、代替的若しくは付加的に、飽和可能な半導体材料を有していてもよい。この飽和可能な半導体材料は全般的な説明でも述べたように電磁ビームに対して強度依存性の透過性を有するものである。

図３Ｂには、フィルタ構造部５を備えたレーザー光源が示されている。このフィルタ構造部５は波長変換材料を備えた第１のフィルタ素子６を有している。この場合の波長変換材料はインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２を第３の波長領域５３を有する電磁ビームに変換する。この第３の波長領域５３は、赤色の波長領域を含んでいる。このような波長変換材料を備えた第１のフィルタ素子は、強度依存性の飽和特性を有しており、そのためコヒーレントな第１の電磁ビーム５１は僅かな変換損失のみで第１のフィルタ素子６を透過し得る。

フィルタ構造部５はさらに第３のフィルタ素子８を有しており、この第３のフィルタ素子８は、別個の素子として放射方向でみて第１のフィルタ素子６の後方に配置されている。この素子は赤色光のためのカラーフィルタを含んでいる。この赤色光用のカラーフィルタは、図示の実施例では赤色の波長領域において非透過的となる吸収性フィルタである。それにより、青色のコヒーレントな第１の電磁ビーム５１は第３のフィルタ素子８を通って伝送されるが、赤色波長領域の第３の波長領域５３を有するインコヒーレントな第２の電磁ビームは第３のフィルタ素子８によって吸収され、もはやレーザー光源から放射されることはない。これによりインコヒーレントな第２の電磁ビームの吸収は低減され得る。

図４にはフィルタ構造部５を備えたレーザー光源のさらに別の実施例が示されている。ここでのフィルタ構造部５は、第２の部分領域１２２の一部を形成している基板１表面に第１のフィルタ素子６を有している。この第１のフィルタ素子６は、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２に対して非透過的な特性と珪素を含んだ吸収層を有している。これによりビーム出力結合面１２によって包囲されるその表面によるインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の吸収が妨げられ得る。

付加的にフィルタ構造部５はビーム出力結合面１２の対向側の基板表面に第２のフィルタ素子７を有しており、この第２のフィルタ素子７は第１のフィルタ素子６のように形成されている。さらに付加的にフィルタ構造部５は他の全ての基板表面において、半導体層列１０（図１Ｄ参照）の層の延在面９３に対して垂直方向にさらにこの種のさらなるフィルタ素子を有していてもよい。それによりさらに付加的に、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の当該表面からの放射が可否されるようになる。

図５には、フィルタ構造部５を備えたレーザー光源のさらに別の実施例が示されており、このフィルタ構造部５はこれまでの実施例とは異なって、孔部絞りとして形成された第１のフィルタ素子６を有している。この第１のフィルタ素子６は、半導体層列１０のビーム出力結合面１２に直接被着されており、さらに非透過性の材料も含んでいる。特に図示の実施例において非透過性の材料とは、クロム、アルミニウム、チタンのような金属である。

第１のフィルタ素子６は開口部を有しており、この開口部はビーム出力結合面１２の第１の部分領域１２２の上に配置されている。そのため、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１は、半導体層列１０から放射可能である。インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の放射が可能な第２の部分領域１２２全体は非透過性の材料によって覆われる。それにより、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の放射方向への放射は、大幅に最小化される。

孔部絞りとして形成された第１のフィルタ素子６は、マスクによる金属層の蒸着によって被着される。そのため開口部は第１の部分領域１２１の上方に設けられている。それに対して代替的に孔部絞りは大規模な金属層の被着とそれに続く非透過性材料の光熱的蒸着によって製造されてもよい。特にこの場合には、全般的な説明で述べたように半導体層列１０自体のコヒーレントな第１の電磁ビーム５１が用いられてもよい。

さらに図示の実施例のように開口部を備えた孔部絞りに対して付加的に第１のフィルタ素子６は、第１の部分領域１２１上方に透過性の金属酸化物層、金属窒化物層、又は酸窒化物層を有しており、これは全般部分で説明したように、事前に被着された大規模の眷属層が製造可能である。

図６にはレーザー光源のさらに別の実施例が示されており、この実施例はビーム出力結合面１２に第１のフィルタ素子６を有し、ビーム出力結合面１２に対向する側の半導体層列１０の表面、すなわち裏側に第２のフィルタ素子７を有している。これらのフィルタ素子６及び７はここではそれぞれブラッグミラーの形態で波長依存性及び角度依存性の透過性を備えたフィルタ素子として実現されている。特にこのフィルタ構造部５は、図示の実施例では半導体層列１０の光学的共振器の一部として構成されている。

その場合第１のフィルタ素子６はインコヒーレントな第２の電磁ビームに対して高い反射性を有している。このインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２は、ビーム出力結合面１２から限界角度よりも大きな角度９１で放射される。それに対して第２のフィルタ素子７はインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２に対して低い反射性を有しており、これは限界角度よりもおおきな角度で半導体層列１０を通って裏側１３に入射する。ブラッグミラーに対して付加的若しくは代替的に第１のフィルタ素子６がエタロンを有していてもよい。

図７Ａから図９Ｂにおいては適切なブラッグミラーとして実現された第１及び第２のフィルタ素子６，７に対する実施例が示されている。これらの第１及び第２のフィルタ素子６，７に対して示されている構成の全ては、第１ないし第２の波長領域に対して平均波長４５０ｎｍ近辺で最適化された単なる例示に過ぎない。コヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長は、図７Ａ，図７Ｃ、図８Ａ、図９Ａにおいては符号５１の付された垂直方向のラインで表されている。図７Ａ，図７Ｃ、図８Ａ、図９Ａにおいて示されている波長依存性の透過性６１ないし反射性６２は、照射角度０度に、つまり図１Ｄの放射方向に相当するものである。この場合水平方向の横軸には、波長がｎｍ単位でプロットされており、垂直方向の縦軸には、透過性ないし反射性が任意の単位で標準化されてプロットされている。図７Ｂ、図７Ｄ、図８Ｂ及び図９Ｂは、角度依存性の透過性６１ないし反射性６２がそれらの波長のもとで示されている。この場合それぞれの極座標において角度依存性の透過性６１及び反射性６２が任意に標準化された単位で放射型座標としてプロットされ、また照射角度９１は−９０°〜＋９０°の角度座標としてプロットされている。

図７Ａ及び図７Ｂは２０の層対を備えたブラッグミラーを有し得射る第１のフィルタ素子６に関するものである。この場合１つの層対には屈折率ｎ₁＝１.８で厚さλ_D／４ｎ₁の第１の層と、屈折率ｎ₂＝２．１で厚さλ_D／４ｎ₂の第２の層が含まれており、その場合λ_D＝４８７ｎｍでこれはいわゆる設計波長である。１つの層対の第１の層と第２の層は、当該の実施例のみならずその他の実施例においても全般的に説明したように複数の材料若しくは材料の組み合わせから形成されてもよい。それらは相応の屈折率を有している。

このように実施されるブラッグミラーは、放射方向において、つまりコヒーレントな第１のビームの４５０ｎｍの平均波長（中心波長）に対して０°の照射角度の際には４６％の反射性を有する。このブラッグミラーは約３０°の限界角度を超えると、その反射性は９５％を上回る。そのため特に限界角度以上の角度９１のもとでビーム出力結合面１２から放射されるインコヒーレントな第２の電磁ビームは、第１のフィルタ素子６によって伝送されない。これと同じことはマイナス側の負の限界角度を下回る角度に対しても当てはまる。

その際第１のフィルタ素子６は次のように構成される。すなわちコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の第１の波長領域が、反射性６２の大域的な主要最大値の短波側における局所的な第１の極大値に相当するように構成される。反射性６２は放射方向で見て、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１を中心として＋−約５ｎｍの範囲の波長に対して少なくなるので、活性領域４５においてはコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長は有利に変動し、それに伴って第１のフィルタ素子６はコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の波長安定化も可能にする。

図７Ｃ及び図７Ｄは第２のフィルタ素子７に関しており、これは図７Ａ及び図７Ｂによる第１のフィルタ素子６の層構造に相当しており、この場合は第２のフィルタ素子７に対して設計波長λ_D＝４２９ｎｍが選択されている。それにより第２のフィルタ素子７は約５％の僅かな伝送性６１を有し、ないしは放射方向に並行にコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長に対して約９５％の高い反射性６２を有している。約２０°の限界角度よりも大きい角度９１か、ないしは約−２０°よりもさらに小さい角度９１に対しては、第２のフィルタ素子７は高い伝送性ないし透過性６１を有する。それによりインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２（これはとりわけこの種の角度のもとでは半導体層列の裏側１３へ入射する）は、第２のフィルタ素子７によって伝送され、半導体層列１０から離れてゆき、それに伴ってもはやビーム出力結合面を介して放射方向には照射されない。

この場合第２のフィルタ素子７のためのブラッグミラーは、次のように形成される。すなわちコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の第１の波長領域が、反射性６２の大域的な主要最大値の長波側縁部近傍に存在するように形成され、特に大域的な主要最大値によってカバーされる長波側の３０％の範囲内に形成される。

放射方向に対して平行に、すなわち０°の角度のもとで、第２のフィルタ素子７の反射性６２が、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長よりも大きな波長に対しては少なくなり、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長よりも小さい波長に対しては、平均波長における反射性にほぼ同じであることによって、第２のフィルタ素子７によってもコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の波長安定化が可能となる。

それにより、図７Ａ〜図７Ｄによるフィルタ素子６，７によって形成されるフィルタ構造部５は、ビーム出力結合面１２を介して照射されるインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２を低減させると同時に、コヒーレントな第１の電磁ビーム５１の第１の波長領域の波長安定化も図っている。この波長の安定化はレーザー光源の演色性も向上させ、複数のレーザー光源の色調整も容易になる。

図７Ｃ及び図７Ｄに基づいて説明してきた第２のフィルタ素子７に対して代替的に、この第２のフィルタ素子７が、例えば１．５と２．１の屈折率を交互に備えた８つの層対を有するものであってもよい。それにより、反射性６２と透過性６１の類似の波長依存性と角度依存性が達成できる。さらにブラッグミラーの積層構造も前述したような２つの層を備えた層対に代えて、例えば屈折率のそれぞれ異なる３つ以上の層を備えた多層型の積層構造であってもよい。

図８Ａと図８Ｂはブラッグミラーを備えたさらに別の第１のフィルタ素子６に関するものである。層対の数及び／又は層対における層間の屈折率の差を変更することによって、透過性６１と反射性６２の波長依存性と角度依存性のさらなる整合調整が可能になる。図８Ａ及び図８Ｂによる透過性６１と反射性６２を備えたブラッグミラーは１．５と２．１の屈折率を備えた約２０の層対を有しており、これによって限界角度は約１５°まで低減させることが可能になる。そのためインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２は限界角度よりも大きな角度のもとでは９０％以上が反射を被る。それにより、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２は広い角度範囲に亘ってビーム出力結合面１２から放射されなくなる。

図９Ａと図９Ｂは、１５の層対を有し、層対の第１層と第２層の屈折率が１．５と２．１であるブラッグミラーを備えたさらに別の第１のフィルタ素子６に関するものである。この場合は層の厚さに対して５０５．４ｎｍの設計波長が選択されている。このように設計されたブラッグミラーは放射方向においてコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の平均波長に対しほぼ１００％の透過性を有する。一方、放射方向からずれている照射角度９１に対する透過性と、平均波長からずれている波長に対する透過性については急速に低下し、それに応じて反射性６２が増加する。特に透過性６１の大域的な最大値の短波側における局所的な第１の極大値はコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の第１の波長領域に相当している。

図９Ａと図９Ｂによるブラッグミラーは、特に半導体層列１０に対して別個に設けられている第１のフィルタ素子６に対して適している。例えば図１０に示されているように半導体層列１０が設けられているケーシング９９の非反射性窓である。この場合フィルタ構造部５は図示の実施例のように第１のフィルタ素子６がケーシング窓として含まれているだけである。それに対して代替的若しくは付加的にフィルタ構造部５は先の実施例のようにさらに第１第２及び第３のフィルタ素子６，７，８を別個に被着された構成素子若しくは層として、又は半導体層列１０に直接被着された構成素子若しくは層として有していてもよい。

図１１にはケーシング９９のケーシング窓として実施されたフィルタ構造部５が放射方向９０に対して傾いた第１のフィルタ素子６を有している。このような１０°以下の角度の傾斜は、第１のフィルタ素子６によって反射された電磁ビームが半導体層列１０内へフィードバックされるのを防いでいる。これによりコヒーレントな第１の電磁ビーム５１の放射の安定性が高められる。

これまでに説明してきたフィルタ構造部５のフィルタ素子に対してはさらに代替的若しくは付加的に、以下の実施例による第４のフィルタ素子９が設けられてもよい。

図１２Ａ及び１２Ｂには、図１Ｃに平面図で及び図１Ｂに断面図で示されているレーザー個婦源に対する実施例が示されている。ここでのフィルタ構造部５はリッジ構造部１１に対して平行に延在する２つのトレンチの形態で表面構造部を第４のフィルタ素子９として有している。この場合この表面構造部は、基板１とは反対側の半導体層列１０表面１４において、側方ないし横方向にずらされて活性領域４５に被着されている。これらのトレンチは約１μｍ〜４μｍだけリッジ構造部１１から離間されて配置されており、さらに機能層４を貫通して基板１まで達している。それにより機能層の延在面の方向でインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の活性領域から半導体層列１０側面までの導波が沮止されている。特にトレンチの面は、非透過性の吸収材料、例えば前述したようなクロム及び／又はゲルマニウムなどを用いてコーティングしてもよいし、吸収性の非透過性材料で充填してもよい。

図示の実施例のトレンチは、半導体層列１０のほぼ全長に亘って延在している。代替的にこれらのトレンチは半導体層列１０のただ１つの部分領域のみを延在していてもよい。

図示の実施例においてはこれらのトレンチの側面が半導体層列の延在方向に対して垂直に形成される。さらにこれらのトレンチの側面は傾斜していてもよいし、半導体層列１０の成長方向で０°以上４５°未満の角度を含み得る。それと共にこれらのトレンチはＵ字形状若しくはＶ字形状の断面を有していてもよいし、それらの組み合わされた断面を有していてもよい。傾斜した側面によって、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の少なくとも一部は、導体層列１０の延在面に沿って拡幅している活性層４０から基板１方向へ反射可能である。この種の傾斜したトレンチとの接続において図１６ないし１７記載の実施例による吸収層若しくは凹凸のある層は、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の半導体層列１０内へのさらなる伝播とビーム出力結合面１２を介した放射方向への放射が沮止されるか若しくは少なくとも低減される。さらに基板１は非透過性の少なくとも部分的に吸収性に実現され得る。

前記トレンチは例えばエッチング処理によって形成されてもよい。活性領域の性能劣化をできるだけ回避するために、図示の実施例に対して代替的に、有利には、導波路層４２と４３の間で導波がもはや不可能になる程度の深さまでしかエッチングしない。但し活性層４０はできるだけ貫通しないようなエッチング処理を施してもよい。

図１３にはフィルタ構造部５を備えたレーザー光源が示されており、これは第４のフィルタ素子９として複数の規則的でかつリッジ構造部１１に平行に延在する凹部の配置構成を先行する実施例によるトレンチの代わりに備えている。

この場合凹部は、インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の第２の波長領域と等しいかそれよりも小さい相互間隔と直径を有している。それにより第４のフィルタ素子９は半導体層列１０の延在面に沿ってフォトニック結晶として作用し得る。第４のフィルタ素子９の凹部は図示の実施例では四角形状の断面を有している。代替的若しくは付加的にこの凹部は例えば円形状、楕円形状、矩形状、六角形状の断面を有するものであってもよい。さらにこの凹部は傾きを持った側面を有し、その断面に関して半導体層列１０の内方へ向けて縮小していてもよい。代替的若しくは付加的に第４のフィルタ素子９は複数のトレンチを有していてもよい。

図１４による実施例では、フィルタ構造部５が放射方向９０に対して約４５°の角度で延在するトレンチ形態の第４のフィルタ素子９を有している。このトレンチのエッジも半導体層列１０の成長方向に向かって０°〜４５の角度を有しており、例えば非透過性の吸収材料でもってコーティングされていてもよい。リッジ構造部１１との間隔は少なくとも４μｍである。図１４に示されている第４のフィルタ素子９によって、ビーム出力結合面からのインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の出力結合は効果的に低減される。

図１５Ａと１５Ｂにも第４のフィルタ素子９が示されており、この素子の表面構造は表面１４の粗面形態である。この粗面構造部はこの場合インコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の第２の波長領域の平均波長の約１／１０の平均周期を有している。この粗面処理はリッジ構造部１１に直接接するまで行うのではなく、リッジ構造部１１から数μｍ離間した所までである。ウエットエッチング若しくはドライエッチング処理によって製作可能である粗面構造部は、この場合活性領域の減損を回避するために活性層４０を貫通エッチングすることなく上方の導波路層４３まで達する。全般的な説明で述べてきたようにこの種の第４のフィルタ素子９によれば、半導体層列１０の延在面に沿った方向へのインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の拡張が低減されるか若しくは沮止される。

図１２Ａ〜図１５Ｂに示された第４のフィルタ素子９は、代替的若しくは付加的に活性領域に対向する側の基板１表面か若しくは外被層４１に配置されていてもよい。

図１６及び図１７には第４のフィルタ素子９に対するさらなる実施例が示されている。それらは半導体層列１０の複数の層の境界面に粗面構造部及び／又は非透過性材料を備えた層を有している。

図１６の例では、基板１と下方の電極２の間に、Ｃｒ及び／又はＴｉを含んだ非透過性の層を備えた第４のフィルタ素子９が示されている。代替的若しくは付加的に電極２にそのような層を含ませることによって非透過性を実現してもよい。さらに代替的若しくは付加的に第４のフィルタ素子９において電極２表面側及び／又は基板１表面側における粗面処理を施していてもよい。

図１７では外被層４１と導波路層４２の間に非透過性の層が第４のフィルタ素子９として示されている。それに対してこの第４のフィルタ素子９の非透過性層はインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２に対する吸収性の半導体材料を有している。

前記図１６及び図１７に単なる一例として示されている第４のフィルタ素子９は特に半導体層列１０内でのインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の広がりを低減させるのに適していると共に、ビーム出力結合面１２からの放射方向へのインコヒーレントな第２の電磁ビーム５２の放射を低減若しくは回避するのに適している。

本発明は前述のように複数の実施例に基づいて説明してきたが、これらの実施例に限定されるものではない。それどころか本発明はあらゆる新規な特徴やそれらのあらゆる組み合わせも含むものである。これはたとえこれらの特徴又はそれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲や明細書の実施例に詳細に示されていなくとも、それらの種々の特徴の組み合わせは、特許請求の範囲には含まれていることを意味する。

１ 基板
２ 電極
３ 電極
４ 機能層
５ フィルタ構造部
６ 第１のフィルタ素子
８ 第３のフィルタ素子
１０ 半導体層列
１１ リッジ構造部
１２ ビーム出力結合面
４０ 活性層
４５ 活性領域
５１ コヒーレントな第１の電磁ビーム
５２ インコヒーレントな第２の電磁ビーム
９０ 放射方向
１２１ 第１の部分領域
１２２ 第２の部分領域

Claims (26)

1. 半導体層列（１０）と、
   フィルタ構造部（５）とを含み、
   前記半導体層列（１０）は、活性領域（４５）とビーム出力結合面（１２）とを備え、
   前記ビーム出力結合面（１２）は、第１の部分領域（１２１）と、該第１の部分領域とは異なる第２の部分領域（１２２）とを有している、レーザー光源において、
   前記活性領域（４５）は、動作モード中に、第１の波長領域のコヒーレントな第１の電磁ビーム（５１）と、第２の波長領域のインコヒーレントな第２の電磁ビーム（５２）とを生成し、
   前記コヒーレントな第１の電磁ビーム（５１）は、第１の部分領域（１２１）から放射方向（９０）に沿って放射され、
   前記インコヒーレントな第２の電磁ビーム（５２）は、第１の部分領域（１２１）と第２の部分領域（１２２）から放射され、
   前記第２の波長領域は前記第１の波長領域を含んでおり、
   前記フィルタ構造部（５）は、前記活性領域から放射されたインコヒーレントな第２の電磁ビーム（５２）を、前記放射方向（９０）に沿って少なくとも部分的に減衰し、
   前記フィルタ構造部（５）は、放射方向（９０）で見て前記半導体層列（１０）の後方に配置された少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）を含み、
   前記少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）は、電磁波ビームに対して角度依存性及び／又は波長依存性の透過性（６１）を有しており、
   前記少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）の前記透過性（６１）は、前記放射方向（９０）に対する角度（９１）の増加と共に、及び／又は、前記第１の波長領域からの偏差の増加と共に、減衰し、
   前記少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）は、ブラッグミラーを含み、
   前記ブラッグミラーは、大域的な主要最大値と少なくとも１つの局所的な極大値とを有する波長依存性の反射性を有し、
   前記局所的な極大値は、前記第１の波長領域にあるように構成されていることを特徴とするレーザー光源。
2. 前記少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）は、エタロンかまたは光学的バンドエッジフィルタを含んでいる、請求項１記載のレーザー光源。
3. 前記半導体層列は、分布帰還型レーザーとして構成されている、請求項１または２記載のレーザー光源。
4. 前記少なくとも１つの第１のフィルタ素子（６）は、電磁ビームに対して非透過性の材料を有する少なくとも１つの層を有し、
   前記非透過性の材料は、少なくとも部分的に前記第２の部分領域（１２２）に配置されている、請求項１または２記載のレーザー光源。
5. 前記少なくとも１つの層は、開口部を備えた孔部絞りとして構成されており、
   前記開口部は、前記第１の部分領域（１２１）上に配置されている、請求項４記載のレーザー光源。
6. 前記フィルタ構造部（５）は、少なくとも１つの第２のフィルタ素子（７）を含み、該第２のフィルタ素子（７）は、前記半導体層列（１０）の前記ビーム出力結合面（１２）とは反対側の表面（１３）に配置されている、請求項１または２記載のレーザー光源。
7. 前記少なくとも１つの第２のフィルタ素子（７）は、電磁ビームに対して角度依存性の透過性（６１）を有し、
   前記第２のフィルタ素子（７）の透過性（６１）は、前記放射方向（９０）に対する角度（９１）の増加と共に増加している、請求項６記載のレーザー光源。
8. 前記少なくとも１つの第２のフィルタ素子（７）は、ブラッグミラーを含んでいる、請求項６記載のレーザー光源。
9. 前記フィルタ構造部（５）は、活性領域（４５）が配置されている、コヒーレントな第１の電磁ビーム（５１）に対する光共振器の少なくとも一部を形成している、請求項１または２記載のレーザー光源。
10. 前記フィルタ構造部（５）は、少なくとも１つの第４のフィルタ素子（９）を有し、該第４のフィルタ素子は、前記半導体層列（１０）における放射方向（９０）に対して平行な延在方向を有する面に配置されている、請求項１または２記載のレーザー光源。
11. 前記半導体層列（１０）は、複数の層を有し、該複数の層のうちの１つの境界面が前記面である、請求項１０記載のレーザー光源。
12. 前記少なくとも１つの第４のフィルタ素子（９）は、前記半導体層列（１０）の複数の層のうちの２つの層の間に配置されている、請求項１０記載のレーザー光源。
13. 前記少なくとも１つの第４のフィルタ素子（９）は、前記半導体層列（１０）の外被層（５）として形成されている、請求項１２記載のレーザー光源。
14. 前記面は、前記半導体層列（１０）におけるビーム出力結合面（１２）とは異なる表面（１４）である、請求項１０記載のレーザー光源。
15. 前記面は、前記半導体層列（１０）の側面である、請求項１４記載のレーザー光源。
16. 前記少なくとも１つの第４のフィルタ素子（９）は、非透過性材料を備えた少なくとも１つの層を含んでいる、請求項１０記載のレーザー光源。
17. 前記少なくとも１つの第４のフィルタ素子（９）は、表面構造部を含んでいる、請求項１０記載のレーザー光源。
18. 前記半導体層列（１０）は成長方向を有しており、表面構造部を備えた表面が、前記成長方向に対して垂直方向に配置されており、さらに前記表面構造部は活性領域（４５）に対して横方向にずらされて配置されている、請求項１７記載のレーザー光源。
19. 前記表面構造部は、少なくとも１つの凹部若しくは凸部を有している、請求項１７記載のレーザー光源。
20. 前記表面構造部を備えた表面は、活性領域に向いた側か若しくは活性領域とは反対側の、基板（１）表面であるかまたは活性領域に向いた側若しくは活性領域とは反対側の、半導体層列（１０）の電気的コンタクト層（２）の表面である、請求項１９記載のレーザー光源。
21. 前記少なくとも１つの凹部は、トレンチとして形成されている、請求項１９記載のレーザー光源。
22. 前記トレンチは、延在方向を有しており、前記延在方向は、放射方向（９０）と共に０°以上かつ９０°以下の角度を形成している、請求項２１記載のレーザー光源。
23. 前記表面構造部は、少なくとも部分的に非透過性材料で覆われる、請求項１７記載のレーザー光源。
24. 前記半導体層列（１０）は、２つの導波路層（４２，４３）を有し、該２つの導波路層（４２，４３）の間に活性領域（４５）が設けられており、さらに表面構造部が表面から前記導波路層のうちの少なくとも１つ（４３）へ延在している、請求項１７記載のレーザー光源。
25. 前記半導体層列（１０）は、エッジ発光型半導体レーザーとして構成されている、請求項１または２記載のレーザー光源。
26. 前記半導体層列（１０）は、垂直発光型半導体レーザーとして構成されている、請求項１または２記載のレーザー光源。

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