JP6752883B2 - 半導体レーザ - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザに関する。

本発明の目的は、高効率、高出力の半導体レーザを提供することである。

この目的は、とりわけ特許独立請求項の特徴を備える半導体レーザによって達成される。好適な発展形態は、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、半導体レーザは半導体積層体を備えている。半導体積層体は、ｎ伝導性ｎ領域を含んでいる。さらに半導体積層体は、ｐ伝導性ｐ領域を含んでいる。

活性領域がｎ領域とｐ領域との間に位置している。活性領域は、電界発光に基づいてレーザ放射を発生するように設計されている。つまり、ｎ領域、活性領域、およびｐ領域は、半導体積層体の成長方向に沿ってあるいはその反対に連続しており、好ましくは直接順に重なっている。

半導体積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系であることが好ましい。半導体材料は、例えばＡｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮなどの窒化物化合物半導体材料、Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＰなどのリン化物化合物半導体材料、またはＡｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＡｓなどのヒ化物化合物半導体材料である（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）。

ここで、半導体積層体は、ドーパントおよび追加の構成成分を含みうる。しかしながら簡素化のため、たとえ少量の他の物質で部分的に置換および／または付加されていても、半導体積層体の結晶格子の基本構成成分、つまり、Ａｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、またはＰだけが特定されている。

少なくとも一実施形態によれば、レーザ放射の最大強度の波長が近紫外スペクトル領域にある。近紫外スペクトル領域とは、特に２００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下、または３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長を示す。

あるいは半導体レーザは、例えば青色レーザ放射または赤色レーザ放射などの可視レーザ放射を発するように設定される。青色光は、４２０ｎｍ以上および／または４９０ｎｍ以下の主波長と合致することが好ましい。赤色光としては、特に６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の主波長が考えられる。

さらに、レーザ波長が近赤外放射、つまり最大強度の波長が例えば７００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の放射であることも可能である。４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の緑色または黄色スペクトル領域のレーザ放射を発生させることも可能である。

少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザはｐコンタクト層を含んでいる。ｐコンタクト層は、ｐ領域に直に接して位置していることが好ましい。さらに、ｐコンタクト層は電流を印加するためにｐ領域に直接載置されている。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層は、レーザ放射に対して透過性の材料で製造されている。ｐコンタクト層は、透明導電性酸化物（略してＴＣＯｓ）類の材料から製造されることが特に好ましい。

ＴＣＯｓは、透明かつ導電性の材料、一般的には、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウム、または酸化インジウムスズ（略してＩＴＯ）などの金属酸化物である。

ＴＣＯｓ類には、例えばＺｎＯ、Ｓｎ_２Ｏ、またはＩｎ_２Ｏ_３などの金属／酸素二元化合物に加えて、例えばＺｎ_２ＳｎＯ_４、ＣｄＳｎＯ_３、ＺｎＳｎＯ_３、ＭｇＩｎ_２Ｏ_４、ＧａＩｎＯ_３、Ｚｎ_２Ｉｎ_２Ｏ_５、またはＩｎ_４Ｓｎ_３Ｏ_１２などの金属／酸素三元化合物、または異なる透明導電性酸化物の混合物も属する。

さらに、ＴＣＯｓは必ずしも化学量論組成に対応する必要はなく、ｐドープまたはｎドープされていることも可能である。

少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザはｐコンタクト構造を含んでいる。ｐコンタクト構造は、ｐコンタクト層に直に接して位置していることが好ましい。ｐコンタクト層には、ｐコンタクト構造を介して電流が供給される。ｐコンタクト構造はしたがって導電性である。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト構造は金属または金属合金からなる。ｐコンタクト構造は、複数の部分的な層からなりうる。ｐコンタクト構造は、混合して、または部分的な層に、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＴｉの少なくとも１つの金属を含む、またはこれらの金属の少なくとも１つからなることが好ましい。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層は半導体レーザのクラッド層の一部である。つまりｐコンタクト層は、レーザ放射を半導体レーザ内で誘導するように設計されている。

「クラッド層」とは、この層のレーザ放射の光屈折率が、クラッド層に隣接する導波路層よりも低いことを意味する。つまりクラッド層は、全反射によってレーザ放射を活性領域において誘導する働きをする。ｐコンタクト層の屈折率はしたがって、活性領域におけるレーザ放射の実効屈折率よりも低い。

少なくとも一実施形態によれば、半導体積層体は２つまたは２つより多くの面（ｆａｃｅｔｓ）を有している。これらの面は、レーザ放射を発生し誘導する共振器の端面を形成していることが好ましい。特に、面の１つはこの面でのレーザ放射の反射率が好ましくは９０％以上、９５％以上、９９％以上、または９９．８％以上であるように高反射性にコーティングされている。

さらなる面の１つは、半導体レーザからレーザ放射が出射するように設計されていることが好ましい。このような面におけるレーザ放射の反射率は比較的低く、例えば５０％以下、７０％以下、または８５％以下である。つまり、好ましくは半導体積層体の反対側の端部に位置するこれら２つの面は、レーザ放射のための共振器の２つの端面を形成し、共振器はこれら端面の間に位置している。

少なくとも一実施形態によれば、半導体レーザは電流防護領域を含んでいる。電流防護領域は、上記面の少なくとも１つに直に接して位置している。電流防護領域は、レーザ放射が到達する面のそれぞれに存在していることが好ましい。電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐ領域への電流の印加が抑制されている。

電流防護領域における電流の印加は、例えばｐ領域の他の領域と比べて１／１０、１／１００、または１／５００以下に低減されている。ｐ領域の導電率は活性領域に平行な方向においてのみ低く、したがって電流が活性領域にちょうど上記面において供給されることを防止することが可能である。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の寸法は、関連づけられた面に垂直な方向においてゼロを超え、特にその寸法は０．５μｍ以上、５μｍ以上、または１０μｍ以上である。あるいは、またはさらに、電流防護領域の寸法は１００μｍ以下、３０μｍ以下、または２０μｍ以下である。また、電流防護領域の寸法はレーザ放射のための共振器長の２０％以下、１０％以下、５％以下、または２％以下であることが可能である。

少なくとも一実施形態において、半導体レーザは半導体積層体を備えている。半導体積層体は、ｎ伝導性ｎ領域と、ｐ伝導性ｐ領域と、レーザ放射を発生する中間活性領域とを含んでいる。

電流を印加するために、レーザ放射に対して透過性であるｐコンタクト層がｐ領域に直に接して位置している。導電性かつ金属製のｐコンタクト構造が、ｐコンタクト層に直接取り付けられている。

ｐコンタクト層は、レーザ放射を誘導するためのクラッド層の一部である。半導体積層体の２つの面が、レーザ放射のための共振器端面を形成している。上記面の少なくとも１つに直に接している電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐ領域への電流の印加が抑制されている。

関連づけられた面に垂直な方向において、電流防護領域の寸法は、０．５μｍ以上１００μｍ以下で、かつレーザ放射のための共振器長の２０％以下である。

比較的堅調に成長する、例えば映写、照明、または素材加工など、レーザを基礎とする用途の市場において、従来のレーザダイオードでは最大出力、効率、および耐用年数の点で限界がある。

本明細書に記載の半導体レーザでは、低光損失で効率のよい導波路が、透明なｐコンタクト層によって低動作電圧で達成されうる。さらに、電流防護領域のために、端面光学損傷（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ、略してＣＯＤ）とも言及される、上記面への光学損傷による自然故障（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｆａｉｌｕｒｅ）率が低減される。

また、ｐコンタクト層が関連づけられたクラッド層の一部であるので、半導体積層体のｐ領域をさらに薄くできる。この結果、動作電圧が低減されうる。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層および／またはｐコンタクト構造は、活性領域に平行な方向において、少なくとも１つの、または好ましくは全ての面および／または共振器端面と同一平面で終端している。

少なくとも一実施形態によれば、レーザ放射は、半導体レーザの動作時に、意図してｐコンタクト層に入射する。つまりｐコンタクト層は、半導体レーザにおける導波系の一部である。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、電気絶縁層がｐコンタクト層とｐ領域との間に位置している。絶縁層は、電気的絶縁性を有するか、または、電気的導電性が低い。電気的導電性が低い絶縁層の場合には、この絶縁層の導電率は、ｐコンタクト層の導電率の１／１０以下、１／１００以下、または１／１０００以下である。

絶縁層は、例えばセラミック材料、ガラス、誘電体、窒化物、および／または酸化物からなる。絶縁層は、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＳｉＣ、またはダイヤモンドライクカーボン（略してＤＬＣ）などの材料の１つ以上からなる、またはこれらの材料の１つ以上を含む。

絶縁層は原子層堆積（略してＡＬＤ）で製造されることが好ましい。あるいは、絶縁層をスパッタリング、化学気相成長、または熱蒸着で製造することも可能である。

少なくとも一実施形態によれば、絶縁層の厚さは、電流防護領域全体にわたって一定である。つまり絶縁層には所定の厚さ変動は設定されていない。

少なくとも一実施形態によれば、絶縁層の厚さは、ｐコンタクト層の厚さの７５％以下、５０％以下、２０％以下、または５％以下である。あるいは、またはさらに、絶縁層の厚さは、２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、または１００ｎｍ以上、および／または１μｍ以下、５００ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下である。あるいは、絶縁層はｐコンタクト層とちょうど同じ厚さでもあることも可能である。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐ領域はｐコンタクト層に直に接して改質されている。改質の結果、ｐ領域への電流注入が電流防護領域において防止されている、または大幅に低減されている。例えば、電流防護領域におけるｐ領域に粗面部が作られる、または半導体積層体の結晶品質および／または半導体積層体のｐ伝導率が低下されている。

これは、例えばバックスパッタリング、エッチング、または半導体積層体へのプラズマ損傷によって達成されうる。つまり改質によってｐコンタクト層とｐ領域との間の接触抵抗が増す。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐコンタクト層はちょうどｐ領域において改質されている。ｐコンタクト層の改質によって、ｐ領域への電流注入が電流防護領域において低減される。

ｐコンタクト層のための透明導電性酸化物では、例えば、接触抵抗および／またはｐ領域への電流伝導度（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）が、適応型温度処理（ａｄａｐｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）と選択的な被覆との組み合わせで設定されうる。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層およびｐコンタクト構造は、電流防護領域の少なくとも１つから除去、好ましくは完全に除去されている。このような電流防護領域において、ｐコンタクト層およびｐコンタクト構造は、半導体レーザの他の部品で置き換え替えられていないことが好ましい。例えば凹部または空洞が、電流防護領域におけるｐコンタクト層および／またはｐコンタクト構造の位置に形成されている。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域においてｐコンタクト層が除去され、この電流防護領域に追加層が少なくとも１つ配置されている。１つ以上の追加層は電気絶縁性であり、ｐ領域に直接載置されていることが好ましい。さらに、追加層の少なくとも１つは、ｐ領域および／またはｐコンタクト層より高い所定の熱伝導率であることが好ましい。追加層は絶縁層と同じ材料からなりうる。したがって、追加層の材料に関しては絶縁層に関する記述を参照されたい。

少なくとも一実施形態によれば、ｐ領域は、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、半導体積層体における残りの領域よりも厚い。ｐコンタクト層は、電流防護領域に存在しないことが好ましい。電流防護領域の外側のｐ領域は例えば、エッチングによって除去され、後にｐコンタクト層で充填されている。この場合、ｐコンタクト層は、活性領域から離れる方向において、少なくとも半導体積層体の電流防護領域と残りの領域との間の境界で、ｐ領域と同一平面で終端しうる。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層が部分的にのみ除去されている電流防護領域が存在する。特にこのようなｐコンタクト層のために、電流防護領域において屈折率が徐々に変化している。このような電流防護領域におけるｐコンタクト層のレーザ放射の実効屈折率は、関連づけられた面に向かう方向に、および／または活性領域から離れる方向に低下することが好ましい。この結果、電流防護領域に接する面での光損失が低減されうる。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層は、ちょうど関連づけられた面で完全に除去されている。ｐコンタクト層が完全に除去された領域の寸法は、関連づけられた面に垂直な方向において、０．５μｍ以上、２μｍ以上、または５μｍ以上、あるいは、またはさらに、関連づけられる電流防護領域の寸法、つまりここではｐコンタクト層が少なくとも部分的に除去された領域の７０％以下、５０％以下、または２０％以下であることが好ましい。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐコンタクト層は部分的に除去されており、ｐコンタクト層が除去された領域は、レーザ放射に対して透明であり、かつ電気絶縁性である、または導電性が十分でない保護材料で充填されている。

導電性が十分でないとは、保護材料の導電率がｐコンタクト層の導電率と比べて１／１０以下、１／１００以下、または１／１０００以下に低減されていることを意味しうる。保護材料は絶縁層と同じ材料からなりうる。保護材料と共に、ｐコンタクト層は全体として、対向し平面平行である境界面を有し、一定で変動のない厚さの層を形成することが好ましい。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域の少なくとも１つにおいて、ｐコンタクト層の材料は混合材料と混合されている。混合材料は電気絶縁性を有し、かつレーザ放射に対して透明であることが好ましい。混合材料の割合は、各面に向かって、および／または活性領域から離れる方向に徐々に、または段階的に増加している。

少なくとも一実施形態によれば、ｐコンタクト層の側面は、保護材料で、絶縁層の材料で、および／またはｐコンタクト構造の材料で完全に覆われている。側面は、関連づけられた面と平行、またはほぼ平行であることが好ましい。

少なくとも一実施形態によれば、面に向かって活性領域と平行な方向において、ｐコンタクト層、ｐコンタクト構造、および追加層が順に重なって、特に直接順に重なって配置されている。ｐ領域とｐコンタクト構造との間の接触抵抗に応じて、電流防護領域は追加層の領域のみから、または追加層およびｐコンタクト構造の領域から形成されている。

少なくとも一実施形態によれば、追加層は、電流防護領域および関連づけられた面の両方に載置されている。追加層は積層体であり、積層体によって関連づけられた面の反射率が設定されうる。追加層は、例えば反射防止層または高反射性ミラーとして設計される。追加層は、レーザ放射のための交互に高屈折率および低屈折率である積層体を含みうる。

少なくとも一実施形態によれば、追加層は、電流防護領域の少なくとも１つに近接するｐコンタクト層に載置されている。この場合、追加層はｐコンタクト構造と直に接触しうる。電流防護領域は特に、追加層がｐ領域に直に接触している領域のみである。

少なくとも一実施形態によれば、電流防護領域において、追加層はｐコンタクト構造で部分的にまたは完全に覆われている。ｐコンタクト構造は特に、関連づけられた面と同一平面で終端しうる。

少なくとも一実施形態によれば、追加層の厚さは、ｐコンタクト層の厚さと等しい。あるいは、追加層の厚さがｐコンタクト層とｐコンタクト構造との合計厚さと等しいことも可能である。さらに、追加層の厚さがｐコンタクト層の厚さよりは大きいがｐコンタクト構造の厚さよりは小さいことも可能である。

少なくとも一実施形態によれば、追加層は、活性領域と平行な方向において、ｐコンタクト層および／またはｐコンタクト構造から間隔をあけている。活性領域と平行な方向において、追加層と、ｐコンタクト層および／またはｐコンタクト構造との間に空洞が形成されうる。

本明細書に記載の半導体レーザは、以下に図面を参照しながら例示的な実施形態に基づいてより詳細に説明される。同一の参照符号は、各図において同じ要素を示す。しかしながら、縮尺関係は示しておらず、より理解が深まるように個々の要素は拡大サイズで図示されうる。

図１は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図２は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図３は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図４は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図５は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図６は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図７は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図８は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図９は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１０は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１１は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１２は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１３は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１４は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１５は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１６は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１７は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１８は、本明細書に記載の半導体レーザの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 図１９は、半導体レーザの変形例の概略的な断面図である。

図１は、半導体レーザ１の例示的な実施形態を示す。半導体積層体２が基板７上に配置されている。

半導体積層体２は、ｎ伝導性ｎ領域２１と、活性領域２２と、ｐ伝導性ｐ領域２３とを含んでいる。ｎ領域２１、活性領域２２、およびｐ領域２３は、基板７から離れる方向に直接連続して配置されている。

半導体積層体２への電流の印加は、一方では基板７および／またはｎ領域２１の方向から、他方ではｐコンタクト層３およびｐコンタクト構造４の方向から行われる。

ｐコンタクト構造４は、少なくとも１つの金属からなる。半導体レーザ１は特に、例えばはんだ付けまたはボンディングワイヤによって、ｐコンタクト構造４を介して外部と電気的に接続されうる。

ｐコンタクト層３は、特にＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、またはこれらの組み合わせからなる透明導電層である。

ｐコンタクト層３は、半導体レーザ１のクラッド層の一部である。したがって、活性領域２２で発生するレーザ放射の有限強度Ｉが意図して、ｐコンタクト層３においても現れる。例えば導波路は、本質的には活性領域２２に限定されており、導波のためのクラッド層が、一方ではｎ領域２１によって、他方ではｐコンタクト層３と共にｐ領域２３によって形成されている。

活性領域２２に平行な方向において、半導体積層体２は、面２５によって境界が定められている。発生したレーザ放射の反射または出射が面２５において行われる。このため、高反射性層または反射防止層が面２５に載置されていることが好ましい（図示していない）。全ての例示的な実施形態において、パッシベーション層（図示していない）がさらに半導体積層体２に設けられていることが好ましい。

面２５に近接して、絶縁層６が、電流防護領域５内のｐ領域２３とｐコンタクト領域３との間に直接挟まれて配置されている。絶縁層６は、電流がｐコンタクト層３からｐ領域２３にちょうど面２５において印加されるのを防止する。

面２５から離れる方向において、電流防護領域５の寸法は、５μｍから４０μｍ、または１０μｍから２０μｍであることが好ましい。

他の全ての実施形態と同様に、ｐ領域２３はｐコンタクト層３と共に、金属製のため比較的吸収性の高いｐコンタクト構造４からレーザ放射を隔離するために十分な厚さを有する。

つまりコンタクト構造４での強度Ｉは、ｐコンタクト層３自体における強度と比べて、無視できるほどである。好ましくは均一な厚さであるｐコンタクト層３の厚さは、例えば５ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、および／または１μｍ以下、０．５μｍ以下、または２５０ｎｍ以下であり、例えば１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。

ｐコンタクト層３をクラッド層の一部として使用することで、残りのｐ領域は相対的に薄く設計されうる。このため、半導体レーザ１の順方向における電圧を低減することができる。

他の例示的な実施形態において、強度Ｉの曲線および基板７は図面には示していない。しかしながらこの点に関して、図１に関連して説明したことが、別段の記述がない限り他の例示的な実施形態にも当てはまる。

図２の例示的な実施形態においては、電流防護領域５が、ｐ領域２３の局所的な改質部６１によって形成されている。例えば、電流防護領域５において半導体積層体２への電流印加がない、または実質的にないように、半導体積層体２とｐコンタクト層３との間の接触抵抗は、バックスパッタリング、エッチング、またはｐ領域２３へのプラズマ損傷などによって局所的に増大されている。

図３の例示的な実施形態では、電流防護領域５において、ｐコンタクト層３自体に改質部６２が形成されている。ｐコンタクト層３は例えば、ｐ領域２３への接触抵抗が増大する、または改質部６２の導電率がｐコンタクト層３の残りの領域と比べて低下するように、温度処理、特に熱処理を改質部６２に受けている。

図１から図３の例示的な実施形態では、ｐコンタクト層３およびｐコンタクト構造４の両方が、半導体積層体２の面２５と同一平面で終端している。これに対して図４の例示的な実施形態では、ｐコンタクト構造４およびｐコンタクト層３の両方が、電流防護領域５から完全に除去されている。

図５の例示的な実施形態では、追加層６３が電流防護領域５に載置されている。追加層６３は、レーザ放射に対して透明で比較的屈折率の低い材料から製造されていることが好ましい。さらに、追加層６３の屈折率が、ｐコンタクト層３の屈折率とは０．２以下、０．１以下、または０．０５以下だけ異なることも可能である。追加層によって、面２５の領域でのレーザ放射の導波が可能である。

追加層６３の厚さは、ｐコンタクト層３の厚さより大きいことが可能である。あるいは、追加層６３の厚さは、ｐコンタクト層３の厚さと等しい、または小さいことさえ可能である。追加層６３は例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、またはＡｌＮなどの導電性が十分でない材料からなる。

あるいは、面２５に近接している領域から高熱伝導性のｐコンタクト構造４への熱結合を確実にするために、追加層６３が非導電性かつ高熱伝導性材料からなることも可能である。この場合、追加層６３の材料は、特にダイヤモンドライクカーボン、ＳｉＣ、またはＡｌＮである。ここで、追加層６３の材料の所定の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、または１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。

図６を参照する、次の例示的な実施形態では、ｐ領域２３が構造化されている。電流防護領域５の外側では、ｐ領域２３の厚さが低減されている。このように、ｐ領域２３において電流防護領域５の外側に凹部が形成されている。凹部の深さは、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、または１００ｎｍ以上、および／または１μｍ以下、０．５μｍ以下、または２５０ｎｍ以下であることが好ましい。このような凹部は、ｐコンタクト層３で完全に、または部分的に充填されている。

図６によれば、電流防護領域５において、ｐコンタクト層３は、活性領域２２から離れる方向でｐ領域２３と同一平面で終端している。あるいは、ｐコンタクト層３は、ｐ領域２３の凹部での厚さがより小さいか、またはより大きくてもよい。つまり、ｐコンタクト層３は、ｐ領域２３から突出しているか、またはその逆でもよい。

図７によれば、ｐコンタクト層３は、電流防護領域５において面２５に向かって連続的に薄くなっている。この結果、面２５に向かってレーザ放射のための漸進的な屈折率の変化を達成することができ、光損失が低減されうる。ちょうど面２５の領域には、ｐコンタクト層３が全く存在しないことが好ましい。図示とは異なり、ｐコンタクト層３は、面２５に向かって直線的だけではなく曲線状にも減少しうる。

ｐコンタクト層３の内部構造化によって、活性領域から離れる方向で、屈折率が電流防護領域において低下することが可能である。これは、例えば活性領域２２から離れる方向で体積が増すｐコンタクト層３の凹部によって、可能である。

図８の例示的な実施形態では、全体として一定の層厚となるように、ｐコンタクト層３から除去された領域が、面２５までも延在する保護材料６４で充填されている。絶縁層６で用いられる材料と同じ材料を、保護材料６４にも用いることが可能で、また、保護材料６４は追加層３の材料と同じ材料からなることも可能である。

図９の例示的な実施形態では、ｐコンタクト層３の材料は、電流防護領域５において混合材料６５と混合されている。ここで、混合材料６５の割合は、面２５に向かう方向で単調に、かつ緩やかに増加している。面２５に向かう方向では例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ，および／またはＺｎの割合、特にＩＴＯの組成が変化しうる。

図１０の例示的な実施形態では、ｐコンタクト層３の側面３４がｐコンタクト構造４で完全に覆われている。このように、ｐコンタクト構造４は、断面視でＬ形である。したがって、例えば面２５の製造時または他の処理工程時に、金属製のｐコンタクト構造４がｐコンタクト層３を保護することが可能である。選択的に、ｐコンタクト層３から離れた方向でｐコンタクト構造４に直に隣接する追加層６３がさらに存在している。

図１１の例示的な実施形態では、追加層６３が、ｐコンタクト層３の延長として、また面２５上に載置されている。ここで追加層６３は、活性領域２２で発生するレーザ放射の反射防止層または高反射性層として具現化されていることが好ましい。この場合、追加層６３の面２５上での厚さは、ｐコンタクト層３の延長としてのｐ領域２３での厚さと等しくなりうる。

さらに、断面視でＬ形の追加層６３の異なる脚の厚さは、互いに異なりうる。さらに図１１とは異なり、面２５が追加層６３で部分的にのみ覆われていることが可能である。また、図１１の図示とは対照的に、保護追加層６３がｐコンタクト構造４を部分的に覆うことも可能である。

図１２の例示的な実施形態では、追加層６３が活性領域２２から離れる方向でｐコンタクト層３と同一平面で終端している。ｐコンタクト層３とｐコンタクト構造４とは、面２５に垂直な方向で互いに同一平面で終端している。これと対応する追加層６３の構成は、図５、１０、または１１にも存在しうる。

図１３に示す例示的な実施形態によれば、ｐコンタクト層３は、面２５に向かう方向でｐコンタクト構造４から突出している。追加層６３がｐコンタクト構造４と共に、ｐコンタクト層３を完全に覆っている。追加層６３は、ｐコンタクト層３に載置される領域では、ｐコンタクト層３より薄いことが好ましい。

図１３とは異なり、図１４では、活性領域２２から離れる方向において、追加層６３がｐコンタクト層３上で比較的厚く、特にｐコンタクト層３自体よりも厚く設計されている。

図１４の図示からは逸脱するが、図５および図１０から図１３とは異なり、追加層６３が面２５までずっと延在しないことも可能である。同じことが図１５から１７に関しても当てはまる。

図１５の例示的な実施形態では、ｐコンタクト層３の側面３４を完全に覆う追加層６３は、ｐコンタクト構造４によって部分的に覆われている。図示とは対照的に、ｐコンタクト構造４の側方境界面は、面２５に平行に配置されているのみではなく、面２５に直角にまたは曲線的に配置されることも可能である。

図１５とは対照的に、図１６によれば、ｐコンタクト構造４は追加層６３を完全に覆っている。

図１７に示す例示的な実施形態では、活性領域２２と平行な方向においてｐコンタクト層３と追加層６３との間に、中間の空間、特に空洞が存在している。ｐコンタクト構造４およびｐコンタクト層３は、面２５に向かう方向に階段状に延びている。

図１８は、半導体積層体２の構造をさらに詳細に示している。このような構造は他の全ての例示的な実施形態にも存在していることが好ましい。ｎ領域２１は、基板７から離れる方向にｎクラッド層２１ａおよびｎ導波路２１ｂからなる。

ｐ領域２３には、活性領域２２から離れる方向に、ｐ導波路２３ａおよび２３ｃ、ｐクラッド層２３ｄ、ならびにｐ型半導体コンタクト層２３ｅが位置している。ｐ領域全体が、同じ材料系であることが好ましい。選択的に、ｐ導波路は２つの部分的な層２３ａおよび２３ｃに分かれており、その間に電子障壁層２３ｂが位置しうる。

図１８によれば、電気絶縁性または導電性が十分でない追加層６３が金属製のｐコンタクト構造４を部分的に覆っている。

全ての例示的な実施形態において、絶縁層６、追加層６３、および／または保護材料６４が、複数の部分的な層からなることが可能であり、これら部分的な層は直接連続していることが好ましい。さらに、例えば図７に関連して、図１０から図１７などにそれぞれ示す追加層６３が存在するように、例示的な実施形態は互いに組み合わせうる。全ての実施形態において、面２５が追加層６３で、さもなければ保護材料６４および／または絶縁層６で部分的にまたは完全に覆われることも可能である。

半導体レーザ１はそれぞれ、特に互いに平行で互いに対向する面２５を有している。面２５にはそれぞれ、電流防護領域５が設けられていることが特に好ましく、両面が類似の電流防護領域５で形成されうる、または図１から１８に関連して説明したような異なる電流防護領域５が単一の半導体レーザ１において互いに組み合わせうる。

図１９は、半導体レーザの変形例を示す。ここでは、透明ｐコンタクト層が存在せずｐ領域２３が比較的厚くなるので、直列抵抗および／または順電圧の増加、したがって効率が制限される原因となりうる。

一方、図１から図１８の半導体レーザ１は、ｐコンタクト層３でクラッド層を置換することで直列抵抗が低減される。さらに、ちょうど面２５においてキャリアの再結合が起こらないので、面２５の安定性が増す。面２５から電流を引き離すことで、面２５を介した漏れ電流の発生も回避される。また、全ての金属が面領域から排除されているので、金属による面２５の汚染が防止される。さらに、例えば面２５と同一平面で終端するｐコンタクト構造４によって、面２５の領域からの熱消散が高熱伝導性材料によって向上する。
ここで記述した本発明は、例示的な実施形態に基づく記述に限定されない。むしろ本発明はいかなる新たな特徴およびいかなる特徴の組み合わせを包含し、たとえこれらの特徴またはその組み合わせ自体が本願特許請求項または例示的な実施形態に明示的に記述されていなくても、本発明は特に本願特許請求項におけるいかなる特徴の組み合わせも包含する。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１１６３３５．７号の優先権を主張するものであり、この文書の開示内容は参照により本明細書に援用される。

１ 半導体レーザ
２ 半導体積層体
２１ ｎ領域
２２ 活性領域
２３ ｐ領域
２５ 面
３ 透明ｐコンタクト層
３４ ｐコンタクト層の側面
４ 金属製ｐコンタクト構造
５ 電流防護領域
６ 絶縁層
６１ ｐ領域の改質部
６２ ｐコンタクト層の改質部
６３ 追加層
６４ 保護材料
６５ 混合材料
７ 半導体積層体用基板
Ｉ レーザ放射強度

Claims (14)

1. ｎ伝導性ｎ領域（２１）と、ｐ伝導性ｐ領域（２３）と、レーザ放射を発生する中間活性領域（２２）とを含む半導体積層体（２）と、
   前記レーザ放射に対して透過性であり、透明導電性酸化物からなり、かつ前記ｐ領域（２３）に直接電流を印加するように設計されたｐコンタクト層（３）と、
   前記ｐコンタクト層（３）に直に接して位置する導電性かつ金属製のｐコンタクト構造（４）と、を備える半導体レーザ（１）であって、
   前記ｐコンタクト層（３）は、前記半導体レーザ（１）の動作時に前記レーザ放射が意図して前記ｐコンタクト層（３）に入射するように、レーザ放射を誘導するクラッド層の一部であって、
   前記半導体積層体（２）は、前記レーザ放射のための共振器端面を形成する２つの面（２５）を有しており、
   前記面（２５）の少なくとも１つに直に接している電流防護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐ領域（２３）への電流の印加が抑制されており、
   関連づけられた前記面（２５）に垂直な方向における、前記電流防護領域（５）の寸法は、０．５μｍ以上１００μｍ以下で、かつ前記レーザ放射のための共振器長の２０％以下であり、
   前記電流防護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐコンタクト層（３）における前記レーザ放射の実効屈折率が、該電流防護領域（５）において関連づけられた前記面（２５）に向かう方向に低下するように、前記ｐコンタクト層（３）は、その厚さが前記面（２５）に向かって連続的に減少するように部分的に除去されており、かつ、前記面（２５）において完全に除去されている、
   半導体レーザ（１）。
2. 前記ｐコンタクト層（３）は、その厚さが前記面（２５）に向かって曲線的に減少している、請求項１に記載の半導体レーザ（１）。
3. 前記電流防護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐコンタクト層（３）は、前記ｐ領域（２３）に直接載置されている、請求項１または２に記載の半導体レーザ（１）。
4. 前記電流防護領域（５）において、前記ｐ領域（２３）は、全体として対向し平行な平面である境界面を有し、かつ、厚さが一定の層を形成している、請求項１から３の何れか一項に記載の半導体レーザ（１）。
5. 前記ｐコンタクト構造（４）は、前記電流防護領域（５）において、完全に除去されている、請求項１から４の何れか一項に記載の半導体レーザ（１）。
6. 前記電流防護領域（５）において、追加層（６３）が少なくとも１つ前記ｐ領域（２３）に直接載置されており、
   前記追加層（６３）は電気絶縁性である、請求項１から４の何れか一項に記載の半導体レーザ（１）。
7. 前記追加層（６３）は、前記ｐ領域（２３）より高い所定の熱伝導率である、請求項６に記載の半導体レーザ（１）。
8. 前記電流防護領域（５）において、前記ｐコンタクト層（３）における前記レーザ放射の実効屈折率が、関連づけられた前記面（２５）に向かう方向に、および前記活性領域（２２）から離れる方向に低下する、請求項１から７の何れか一項に記載の半導体レーザ（１）。
9. ｐコンタクト層（３）が完全に除去された領域の寸法は、前記面（２５）に垂直な方向において、２ｕｍ以上、かつ、前記電流防護領域（５）の寸法の２０％以下である、請求項１から８の何れか一項に記載の半導体レーザ（１）。
10. 前記追加層（６３）は前記電流防護領域（５）および関連づけられた前記面（２５）の両方に載置されている、請求項６または７に記載の半導体レーザ（１）。
11. 前記追加層（６３）は、前記電流防護領域（５）に近接して前記ｐコンタクト層（３）に載置され、かつ、前記ｐコンタクト構造（４）と直に接触している、請求項６または７に記載の半導体レーザ（１）。
12. 前記追加層（６３）は、前記電流防護領域（５）において、前記ｐコンタクト構造（４）で完全に覆われており、
    前記追加層（６３）の厚さは、前記ｐコンタクト層（３）の厚さと等しい、請求項６または７に記載の半導体レーザ（１）。
13. 前記電流防護領域（５）において、前記追加層（６３）は、前記面（２５）に垂直な方向において、前記ｐコンタクト層（３）から間隔をあけている、請求項６または７に記載の半導体レーザ（１）。
14. ｎ伝導性ｎ領域（２１）と、ｐ伝導性ｐ領域（２３）と、レーザ放射を発生する中間活性領域（２２）とを含む半導体積層体（２）と、
    前記レーザ放射に対して透過性であり、透明導電性酸化物からなり、かつ前記ｐ領域（２３）に直接電流を印加するように設計されたｐコンタクト層（３）と、
    前記ｐコンタクト層（３）に直に接して位置する導電性かつ金属製のｐコンタクト構造（４）と、を備える半導体レーザ（１）であって、
    前記ｐコンタクト層（３）は、前記半導体レーザ（１）の動作時に前記レーザ放射が意図して前記ｐコンタクト層（３）に入射するように、レーザ放射を誘導するクラッド層の一部であって、
    前記半導体積層体（２）は、前記レーザ放射のための共振器端面を形成する２つの面（２５）を有しており、
    前記面（２５）の少なくとも１つに直に接している電流防護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐ領域（２３）への電流の印加が抑制されており、
    関連づけられた前記面（２５）に垂直な方向における、前記電流防護領域（５）の寸法は、０．５μｍ以上１００μｍ以下で、かつ前記レーザ放射のための共振器長の２０％以下であり、
    前記電流防護領域（５）の少なくとも１つにおいて、前記ｐ領域（２３）は残りの領域より厚くなっており、かつ前記ｐコンタクト層（３）は該電流防護領域（５）から完全に除去されており、
    前記ｐコンタクト層（３）は、前記中間活性領域（２２）から離れる方向において、前記ｐ領域（２３）と同一面上で終端している、
    半導体レーザ（１）。
    

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