CN104319625B - 边发射半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和用于产生激光辐射(17)的、设置在第一波导层(2A)和第二波导层(2B)之间的有源层(3)，波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿半导体本体(10)的生长方向在波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，在半导体本体(10)中，构成有用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的横模的相结构(6)，其中相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从半导体本体(10)的表面(5)延伸到第二包层(1B)中，由与第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到第二包层(1B)中，并且凹槽(7)从半导体本体(10)的表面(5)至少部分地延伸至第一中间层(11)中。

Description

边发射半导体激光器
本发明申请是申请日期为2010年8月25日、申请号为“201080049541.3”、发明名称为“边发射半导体激光器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有用于选择激光横模的相结构区域的边发射半导体激光器。
本申请要求德国专利申请10 2009 051 348.5和10 2009 056 387.3的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
用于高输出功率的边发射半导体激光器通常构成为宽接触条形激光器，其中有源区能够具有例如100μm或更大的宽度。由于有源区的相对大的横向伸展，在这种半导体激光器中通常能够起振多个激光横模。边发射半导体激光器的多模工作尤其使得将所述发射的激光耦合到后续的光学元件中，例如耦合到光导中。
为了抑制较高阶的激光横模，尤其为了实现以基横模工作，从参考文献WO 01/97349 A1中已知，将相结构构成在边发射半导体激光器的波导中。相结构为半导体本体的如下区域，在这些区域中有效折射率与该半导体本体的横向上邻接的区域的有效折射率不同，并且这些区域构成为使得半导体激光器的较高阶激光模式相比于基横模在激光谐振器中经受更大的循环损耗(Umlaufverluste)。相结构例如可以在边发射半导体激光器中通过如下方式产生：从半导体本体的表面起将结构刻蚀到半导体本体中，所述结构延伸至第二包层中或者甚至延伸至波导区域中。结构例如能够通过模拟优化为使得所述结构对于基横模相比于较高阶激光模式产生更小的损耗，使得促进基横模中的激光起振。
对于在可见光谱范围中发射的半导体激光器自身已知的相结构不能够容易地传输到在红外光谱范围中发射的半导体激光器中。这基于：相比于在可见光谱范围中的半导体激光器中，激光辐射在红外光谱范围中的半导体激光器中的更强地聚集到波导区域上并且较为不强地穿入到包层中。此外，在红外光谱范围中的半导体激光器中的包层由于相对大的波长而是相对厚的。由于该原因，具有在第二包层中的低刻蚀深度的相结构的作用极其小。另一方面，当刻蚀至波导区域附近时，其表现出相结构作用与刻蚀深度的强烈相关性。因此，为了实现在红外光谱范围中的半导体激光器的相结构所必需的是，在半导体本体中产生相对深的、深度及其精确限定的刻蚀结构。但是，很难能够同时满足两个要求。
发明内容
因此，目的存在于，提供一种边发射半导体激光器，其具有简化相结构制造的半导体层序列，使得尤其也能够实现用于在红外光谱范围中的半导体激光器的相结构。
该目的通过具有本发明的特征的边发射半导体激光器来实现。本发明的有利的扩展方案和改进形式是下面描述的对象。
根据本发明的至少一个实施形式，边发射半导体激光器包含具有波导区域的半导体本体，其中波导区域具有第一波导层、第二波导层和用于产生激光辐射的、设置在第一波导层和第二波导层之间的有源层。在半导体本体的有源层中，在半导体激光器的工作中产生并且放大电磁辐射。例如，有源层包括一个或多个量子阱、量子线或者量子点。
波导区域设置在第一包层和在半导体本体的生长方向上在波导区域之后的第二包层之间。第一和第二包层有利地具有比波导层低的折射率。由于在波导区域和包层之间的折射率差，模式特性强烈地集中到波导区域上。然而，激光模式至少少量地穿入到包层中。
在半导体本体中有利的是，构成用于选择由有源层所发射的激光辐射的横模的相结构，其中相结构包括至少一个凹槽，所述凹槽从半导体本体的表面延伸到第二包层中。相结构优选构成为，使得激光辐射的基横模相比于较高阶激光模式的辐射经受较小的损耗。在波导区域中传播的激光辐射由于相结构而经受循环损耗，其中结构化的区域构成为，使得较高阶激光模式相比于基横模更强地衰减。以这种方式尤其能够达到，在半导体激光器的工作中仅起振一个或者少量优选的激光模式，尤其仅起振基横模。
通过抑制激光辐射的较高阶模式并且优选仅起振基横模，实现了边发射半导体激光器的高的辐射质量。特别地，基横模的射束特性适于借助光学元件进行射束成型并且尤其适用于高效率地耦合输入到光导纤维中。
根据至少一个实施形式，由与第二包层半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层嵌入到第二包层中。构成相结构的至少一个凹槽从半导体本体的上侧至少部分地延伸至中间层中。
通过在半导体本体中构成一个或多个凹槽来产生相结构尤其能够借助刻蚀工艺来进行，其中部分地去除第二包层。刻蚀工艺能够为湿化学刻蚀工艺或者干刻蚀工艺。嵌入到第二包层中的中间层有利地作用为用于达到所希望的刻蚀深度的指示层并且以这种方式简化了具有限定深度的凹槽的目的明确并且可重复的制造。嵌入到第二包层中的中间层能够在半导体本体的湿化学刻蚀中，尤其在第二包层的湿化学刻蚀中用作为刻蚀停止层。在这种情况下，下述半导体材料用于中间层，所述半导体材料对于所使用的刻蚀溶液具有比第二包层低的刻蚀率。
当例如等离子体刻蚀的干刻蚀工艺用于制造半导体本体中的一个或多个凹槽时，借助于在刻蚀工艺期间监控在工艺室内的等离子体的光学发射可以推断出达到中间层并且在该处停止刻蚀工艺。为了实现尤其均质并且限定的刻蚀深度，在该情况下有利的是：在等离子刻蚀工艺中，中间层具有小于第二包层的刻蚀率。
在优选的实施形式中，中间层的半导体材料是III-V族半导体材料，所述III-V族半导体材料包含元素周期表的第三或者第五主族中的至少一种元素，所述元素没有包含在第二包层中，第二包层优选包括尤其如AlxGa1-xAs的III-V族半导体材料，其中0≤x≤1，优选0<x<1。除了一种或多种掺杂材料或者可能的杂质之外，第二包层的半导体材料优选除Al、Ga和As之外不包括其他的主组成部分。中间层优选包含包括In和/或P的半导体材料。
至少一个中间层的半导体材料优选选择成，使得其晶格匹配于周围的半导体层。此外有利的是：对于中间层的导电类型重要的能带边缘，即在有源区带的p侧上的价带和在n侧上的导带在很大程度上与周围的第二包层一致。
根据优选的实施形式，中间层具有10nm和100nm之间的厚度，其中包括边界值。尤其优选的是，中间层的厚度为20nm和50nm之间，其中包括边界值。在这种小的厚度中，中间层对于在半导体本体中传播的激光模式仅具有小的影响。因此，可以有利地将折射率不必匹配于周围的第二包层的折射率的半导体材料用于中间层。
根据另一优选的实施形式，至少一个其他中间层嵌入到第二包层中，其中凹槽至少部分地延伸至第二中间层中。从半导体本体的表面来看，第二中间层以与第一中间层不同的深度来设置。第二中间层有利地起对于达到与第一刻蚀深度不同的第二刻蚀深度的指示层的作用，而第一中间层用作第一刻蚀深度的指示层。因此，第二包层优选在至少一个点上去除直到第一中间层中并且在至少一个其他点上去除直到第二中间层中。
在优选的扩展方案中，凹槽在至少一个第一点上延伸至第一中间层中并且在至少一个第二点上延伸至第二中间层中，在此，凹槽在第一点和第二点之间具有空间变化的深度。至少一个凹槽的深度以及由此第二包层的厚度例如能够在第一点和第二点之间连续地，优选线性地增加或者减小。替选地，凹槽的深度还能够分级地在多个级中上升或者下降。由于凹槽的空间变化的深度，减少了折射率在半导体本体的相结构和主区域之间的突然变化。以这种方式，降低在激光辐射从主区域转入到半导体本体的相结构区域中时能够出现的耦合损耗，由此有利地改进了半导体激光器的效率。
在另一有利的扩展方案中，第二包层具有邻接于波导区域的第一子层和邻接于第一子层的第二子层，其中第一子层具有大于第二子层的折射率。在此，嵌入到第二包层中的至少一个中间层不视为包层的第一或者第二子层。因此，在由两个子层组成第二包层的情况下，至少一个中间层嵌入到第一或者嵌入到第二子层中。
优选的是，至少一个中间层嵌入到第二包层的第一子层中。第二包层的第一子层具有位于第二波导层和第二包层的第二子层的折射率之间的折射率。因此，除了至少一个嵌入的中间层之外，折射率从第二波导层到后续的第二包层的第一子层和到第二包层的第二子层分级地下降。以这种方式能够实现，相比于具有第二子层的折射率的第二包层直接邻接第二波导层的情况，从第二波导层到第二包层的折射率跳跃不太突然。
通过第二包层的第一子层具有位于第二波导层的折射率和第二包层的第二子层的折射率之间的折射率而实现：相比于折射率从第二波导层的折射率跳变到第二包层的第二子层的折射率的情况，激光辐射的较大部分至少进入到第二包层的第一子层中。以这种方式，有利地提高相结构对具有与第二包层相对大的交叠的激光横模的作用。这尤其易化了将相结构使用在具有相对厚的第二包层的半导体激光器中，尤其在红外光谱范围中发射的半导体激光器中。
还可能的是，第二包层具有多于仅两个子层。特别地，第二包层具有多个子层，其折射率在半导体本体的生长方向上从第二波导层起分级下降。替选地，第二包层还能够具有折射率梯度，其中折射率在生长方向中连续地下降。
此外还可能的是，在半导体本体的生长方向中设置在波导区域之下的第一包层也由两个或多个子层组成。例如，第一包层可以包含具有小于第一波导层的折射率的、邻接第一波导层的第一子层和具有小于第一子层的折射率的第二子层。因此，折射率从第一波导层朝着第一包层的第二子层分级下降。
在另一优选的扩展方案中，相结构设有盖层。构成相结构的凹槽例如完全地或者部分地由盖层材料所填充。尤其还可能的是，相结构的凹槽由盖层完全地平坦化。
盖层尤其能够为钝化层，所述钝化层例如能够包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、硒化锌、锗或者苯并环丁烯(BCB)。盖层优选具有小于第二包层折射率的折射率。通过盖层具有在空气折射率和第二包层的半导体材料的折射率之间的折射率，在凹槽的边界层上的折射率跳跃相对于仅借助空气填充的凹槽而减小。以这种方式，减少了在凹槽的边界面上的耦合损耗。
但是，替选还可能的是，相结构设有具有大于半导体材料的折射率的盖层。在该情况下，盖层例如能够包含锗。
在有利的扩展方案中，将至少一个接触条带施加到半导体激光器的表面上。接触条带优选设置在半导体本体的上侧。接触条带能够为电极，经由所述电极能够将电流注入到半导体本体中。所述电极例如能够作为条带状的金属化部施加到半导体本体的上侧上。此外还可能的是，接触条带借助于在钝化层中的条带形的裂口限定在半导体本体的上侧上。在该钝化部上能够大面积地施加金属层。金属层于是仅在裂口的区域中接触半导体本体。
借助于所注入的电流在半导体本体的有源层中产生电磁辐射。因此边发射半导体激光器为电泵浦的半导体激光器。
电磁辐射产生在接触条带之下的有源区中。那里于是有半导体激光器的发射区域。如果半导体激光器在半导体本体的上侧具有多个接触条带，则在每个接触条带之下产生激光辐射。半导体激光器于是具有多个发射区域，所述发射区域的数量符合在上侧上的接触条带的数量。至少一个接触条带优选沿着在有源区中产生的电磁辐射的主辐射方向延伸。接触条带的主延伸方向于是平行于与接触条带相关联的发射器的主辐射方向。例如，接触条带作为宽度均匀的条带沿着在半导体本体中所产生的电磁辐射的主辐射方向延伸。
边发射半导体激光器的至少一个接触条带有利地具有10μm和500μm之间的宽度，其中包括边界值。因此，特别地，边发射半导体激光器为所谓的宽接触条形激光器。
在优选的实施形式中，边发射半导体激光器在表面上具有多个接触条带。多个接触条带优选彼此平行地设置在半导体本体的表面上并且优选相对于彼此以总是相同的间隔来设置。边发射半导体激光器在该情况下为所谓的激光棒。
优选地，半导体激光器的接触条带具有间隔d和宽度b，其中适用：0.01≤b/d≤0.5。因此在这种情况下，接触条带彼此间的间隔至少为接触条带宽度的两倍。在这种半导体激光器中尤其有利的是，借助于相结构实现以基横模工作和小的射束发散度，以便彼此间隔地发射的激射束能够耦合输入到一个或多个光导纤维中。例如，激光器系统可以包括在此描述的边发射半导体激光器和至少一个光导纤维，其中半导体激光器发射一个或多个激光束，所述激光束借助于设置在半导体激光器和光导纤维之间的一个或多个光学元件耦合输入到光导纤维中。
半导体激光器尤其能够为在红外光谱范围中发射的半导体激光器。优选的是，半导体激光器具有780nm和1500nm之间的发射波长。
附图说明
下面根据实施例结合附图1至5详细阐明本发明。
其中：
图1A示出边发射半导体激光器的实施例的横截面的示意图，
图1B示出在图1A中示出的实施例的示意俯视图，
图2A示出边发射半导体激光器的另一实施例的横截面的示意图，
图2B示出在图2A中示出的实施例的示意俯视图，
图3A示出示出边发射半导体激光器的另一实施例的横截面的示意图，
图3B示出在图3A中示出的实施例的示意俯视图，
图4示出边发射半导体激光器的另一实施例的示意俯视图，和
图5示出在边发射半导体激光器的另一实施例中的在半导体本体中的竖直方向z上的折射率n的变化曲线的示图。
相同的或者起相同作用的组成部分在附图中设有相同的附图标记。所示出的组成部分以及组成部分彼此间的大小比例不视为按照尺寸的。
具体实施方式
在图1A和1B中示出边发射半导体激光器的第一实施例。图1A示出沿着在图1B中示出的俯视图的线A-B的横截面。
边发射半导体激光器具有半导体本体10，在所述半导体本体中包含波导区域4。波导区域4包括第一波导层2A和第二波导层2B，在所述波导层之间设有设置用于产生激光辐射的有源层3。
边发射半导体激光器的有源层3尤其能够为单或多量子阱结构。
具有嵌入在其之间的有源层3的波导层2A、2B构成波导区域4。波导区域4设置在第一包层1A和在半导体本体10的生长方向上在波导区域1B之后的第二包层1B之间。第一包层1A设置在朝向半导体本体10的衬底13的侧上，并且第二包层1B设置在半导体本体10的从有源层3来看背离衬底13的侧上。
在半导体本体10的衬底13和第一包层1A之间能够设置一个或多个其他层，例如缓冲层14。例如，边发射半导体激光器的电接触例如通过在半导体本体10的上侧5的第一电接触层8和在衬底13的背侧上的第二接触层9来进行。在第二包层1B和第一电接触层8之间能够设置一个或多个其他的半导体层(没有示出)。
包层1A、1B有利地具有小于波导层2A、2B的折射率，由此在横向上传播的激光辐射基本在波导区域4中进行引导。但是，由于在波导层2A、2B和包层1A、1B之间有限的折射率差，激光模式也至少部分地传播至包层1A、1B中。因此可能的是，通过包层1A、1B的特性变化影响在波导区域4中传播的激光模式。
半导体本体10具有构成在第二包层1B中的相结构6。相结构6包括从半导体本体10的上侧5延伸到第一包层1B中的两个凹槽7。相结构6位于在第二包层1B的没有第一接触层8的区域中。但是替选地还可能的是，相结构6至少部分地设置在第一接触层8之下。
通过相结构6能够目的明确地影响激光模式的传播，其中尤其能够实现，半导体激光器的较高阶横模相比于基横模具有在设置在半导体本体的侧腔面之间激光谐振器中的更强的循环损耗。因此，通过适当地构成相结构6尤其能够实现半导体激光器以一个或多个优选模式工作，尤其仅以基横模工作。此外，通过相结构6还可能的是，成型基横模的射束剖面。特别地，能够实现，基横模的辐射具有低的射束发散度。这对于如下应用是尤其有利的，在所述应用中由半导体激光器所发射的辐射应耦合输入到光导纤维中。
将相结构6的三维结构计算为使得实现对于横模光谱的所希望的影响就其自身而言从参考文献WO 01/97349A1中已知，其公开内容通过引用结合于此。可以在考虑半导体层序列的材料参数、几何尺寸和所发射辐射的波长的情况下将相结构6事先计算为，使得相比于半导体激光器的较低阶横模、尤其是基横模，较高阶激光横模在通过侧腔面16所构成的激光谐振器中经受更大的循环损耗。例如，在半导体激光器的相应的侧腔面16和在第二包层1B中的构成相结构6的凹槽7之间的间隔能够采用在第二包层1B的平面中的波形走向，如其在图1B的俯视图中示出。
从半导体本体5的上侧延伸到第二包层1B中的凹槽7有利地通过刻蚀工艺构成在半导体本体10中。在此会需要的是，将相对深的凹槽7刻蚀到半导体本体10中，以便实现对横模特性的所希望的影响。特别地，在红外光谱范围中发射的半导体激光器中会需要的是，将凹槽7在半导体本体10中刻蚀得深为使得所述凹槽伸至波导区域4附近，其中这种半导体激光器的特征在于激光模式强烈集中到波导区域4上和/或第二包层1B相对厚。在此，必须尽可能准确地达到所希望的刻蚀深度并且其能够良好地重复。
为了使精确地并且可重复地在第二包层1B中制造凹槽7变得容易，有利地将中间层11嵌入到第二包层1B中，所述中间层由与第二包层1B的半导体材料不同的半导体材料组成。中间层11在其化学成分方面不同于第二包层1B并且尤其具有元素周期表的第三或者第五主族的材料，所述材料没有包含在第二包层1B中。第二包层1B尤其能够是由具有0<x<1的AlxGa1-xAs所组成的层。在这种情况下，中间层11优选由III-V族半导体材料所形成，所述III-V族半导体材料包含与Al、Ga或者As不同的第三或者第五主族的其他材料。中间层11优选具有In或者P。例如，中间层11的材料能够包含InGaP、InGaAs或InGaAlP。在这种情况下，第二包层1B优选既不包含In也不包含P。
在刻蚀工艺中，中间层11有利地起对于达到所希望的刻蚀深度的指示层的作用。因此，中间层11在第二包层1B生长时以直至相结构6的凹槽7将达到的深度嵌入到第二包层1B中。刻蚀能够借助湿化学刻蚀工艺或者借助干刻蚀工艺来进行，或者可以使用湿化学和干刻蚀工艺的组合。特别地，在湿化学刻蚀工艺中，中间层11能够作用为刻蚀停止层，其中使用对于第二包层1B的材料而具有比对于中间层11的材料大的刻蚀率的刻蚀溶液。在干刻蚀工艺中，中间层11的未包含在第二包层中的元素的检测有利地用作实现所希望的刻蚀深度的指示器。因此，在刻蚀工艺期间使用可以检测仅包含在中间层11中的化学元素的出现的测量装置。例如，在等离子体刻蚀工艺中，可以借助于在刻蚀期间监控工艺室中的等离子体的光学发射来检测元素并且于是确定达到中间层11。因此，在该处能够目的明确地停止刻蚀工艺。
凹槽7至少延伸至中间层11中。优选地，凹槽7终止于中间层11中。但是还可能的是，凹槽相比于延伸至中间层11中而稍微更深地延伸至半导体本体10中。该情况于是尤其会在中间层11相对薄并且在检测到包含在其中的特征元素与停止刻蚀工艺之间出现至少少量的时延时出现。
优选相比较于第二包层1B将极其薄的层用作中间层11。中间层11的厚度优选为10nm和100nm之间，尤其优选在20nm和50nm之间。相反于此，第二包层1B能够具有例如1μm或更大的厚度。由于中间层小的厚度，激光模式的传播仅稍微被中间层11所影响。因此可能的是，将在其折射率方面不同于第二包层1B的材料用于中间层11。
相结构6可以至少部分地设有盖层15。如在图1A中示出，凹槽7的侧面和底面被盖层15所覆盖。替选地还可能的是，凹槽7部分地或者完全地由盖层15所填充。盖层7优选具有例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者苯并环丁烯(BCB)的电绝缘材料。
半导体本体10的第一接触层8优选构成为接触条带。接触条带8以其纵向方向垂直于半导体激光器的侧腔面16走向并且限定下述区域：在所述区域中将用于产生激光辐射的电流注入到半导体本体10中。如在图1B中示出，相结构6例如能够构成在半导体本体10的侧腔面16附近的边缘区域中，其中接触条带8位于相结构6之间。但是还可能的是，接触条带8在相结构6之上延伸。这于是尤其在凹槽7被盖层15填充时会是这种情况。不同于在图1A和1B中，相结构还能够延伸至半导体激光器的侧腔面16。
接触条带8能够是在半导体本体10的上侧5上的条形金属化部。但是，替选地还可能的是，半导体本体的上侧5设有钝化层，其中钝化层具有限定接触条带8的开口(没有示出)。在这种情况下，钝化层能够大面积地借助例如金层的金属化部来覆盖，其中对半导体本体10的接触仅在限定接触条带8的开口的区域中建立。
接触条带8优选具有10μm至500μm之间的宽度。特别地，因此，边发射半导体激光器能够为宽接触条带形激光器。
在图2B中以俯视图和在图2A中以沿着俯视图的线C-D的横截面示出的边发射半导体激光器的第二实施例与第一实施例的不同在于，第二包层1B由第一子层1C和第二子层1D所组成。第一子层1C邻接于波导区域4并且第二子层1D设置在第一子层1C之上。在该实施例中，第二包层1B的第一子层1C具有大于第二子层1D的折射率。第一子层1C的折射率于是位于第二波导层2B和第二子层1D的折射率之间。
通过第二包层1B的第一子层1C具有位于第二波导层2A的折射率和第二包层1B的第二子层1D的折射率之间的折射率而实现：相比于折射率从第二波导层2A的折射率突变为第二包层1B的第二子层1D的折射率的情况，激光辐射较大部分至少进入到第二包层1B的第一子层1C中。以这种方式有利地提高相结构对具有与第二包层1B相对大的交叠的激光横模的作用。这尤其使相结构在具有相对厚的第二包层1B的半导体激光器中、尤其在红外光谱范围中发射的半导体激光器中的使用变得容易。
如在第一实施例中用于限定地设置相结构6的凹槽7的深度那样，中间层11优选设置到第二包层1B的第一子层1C中。以这种方式能够制造延伸至邻接于波导区域4的第一子层1C中的凹槽7。但是，替选地还能够考虑，将中间层11嵌入到第二子层1D中或者设置在第一子层1C和第二子层1D之间。
除此之外，第二实施例在其作用方式和有利扩展方案方面符合于第一实施例。
在图3B中以俯视图和在图3A中以沿着俯视图的线E-F的横截面示出的边发射半导体激光器中，在第二包层1D中，除了第一中间层11之外将第二中间层12嵌入到第二包层1B中。第二中间层12在其作用方式和有利的扩展方案方面符合于结合第一实施例所描述的第一中间层11。如第一中间层1，第二中间层12有利地还为厚度在10nm和100nm之间、优选在20nm和50nm之间的层，所述层由与第一包层半导体材料不同的半导体材料所组成，该半导体材料具有没有包含在第二包层1B中的第三或者第五主族的至少一个元素。
将附加的第二中间层12嵌入到第二包层1B中使相结构6的制造变得容易，所述相结构在第二包层1B中具有空间变化的深度。在图3A中的横截面中示出的实施例中，凹槽7在其侧面71处延伸至第二中间层12中并且在其基面73处延伸至第一中间层11中。在侧面71和基面73之间，凹槽7具有倾斜的侧面72。在倾斜的侧面72的区域中，凹槽7的深度连续地、尤其线性地变化。
例如能够通过如下方式制造凹槽7：首先应用产生陡峭的并且优选垂直的侧面71的第一刻蚀工艺，直到达到设置在第二包层1B中的第一中间层11之上的第二中间层12。随后借助产生陡峭的侧面72的第二刻蚀工艺继续刻蚀至第二中间层12。特别地，湿化学刻蚀工艺用能够作为第一刻蚀工艺并且干刻蚀工艺能够用作为第二刻蚀工艺。替选地，还能够考虑其他的变形形式，例如具有不同的刻蚀溶液的两个相继的湿化学刻蚀工艺或者两个相继的干刻蚀工艺。
有这种方式能够有利地产生相结构6，其中在相结构6和剩余的半导体本体10之间的折射率差相比于在具有恒定深度的凹槽中是较不突然的。由此，会在激光辐射从半导体本体10的主区域转入到相结构6时出现的耦合损耗降低，由此有利地改进半导体激光器的效率。
除此之外，第三实施例在其作用方式和有利扩展方案方面符合于第一实施例。
在图4中示意地以俯视图示出的实施例中，边发射半导体激光器是在半导体本体10的上侧5具有多个接触条带8的激光棒。接触条带8彼此平行并且以其纵向垂直于半导体激光器的侧腔面16延伸。例如，接触条带8设置在半导体本体10的相结构6和侧面16之间。半导体本体10和包含在其中的相结构6能够如在之前所描述的实施例中那样构成并且因此不再详细阐明。
分别通过多个接触条带8将用于对半导体激光器的有源层进行电泵浦的电流引导到半导体本体10中。因此，激光棒的有源层具有多个分别设置在接触条带8之下的发射区域。在所示出的实施例中，接触条带8的数量和发射区域的数量为五个。
接触条带8优选分别具有相同的宽度b和彼此间相同的间隔d。接触条带8的宽度b例如能够在10μm和500μm之间。优选0.01≤b/d≤0.5适用于接触条带的中间的距离。例如当接触条带具有100μm的宽度时，间隔d至少为200μm。具有接触条带8的宽度b与间隔d这种比例的激光棒尤其良好地适用于将多个所发射的激光束17耦合到光导纤维18中。将激光束17耦合输入到光导纤维18中能够借助一个或多个光学元件19、20来进行。例如，第一光学元件19能够为微透镜阵列，其中每个发射区域均与引起相应激光束17的射束成型的微透镜相关联。多个射束例如能够借助例如透镜20的其他的光学元件聚束并且耦合输入到光导纤维18中。
对于这种将半导体激光器的辐射耦合输入到光导纤维18中的应用，设有相结构6的半导体本体10是尤其适合的，因为通过相结构6可以既在竖直辐射方向中还在水平辐射方向中实现低的射束发散度。因此，能够使用如例如球面透镜的相对简单的光学元件19、20来代替耗费的非球面光学元件，或者甚至能够弃用一个或甚至全部光学元件19、20。
在图5中在沿着位置坐标z示出的边发射半导体激光器的另一实施例中的折射率n的示意变化曲线，所述位置坐标从半导体本体1的上侧朝衬底延伸。
边发射半导体激光器具有第一包层1A、第二包层1B和设置在其之间的波导区域4。波导区域4包括为量子阱层的有源层3以及第一波导层2A和第二波导层2B。
如从折射率的分级变化中得知那样，波导层2A、2B和包层1A、1B分别由多个子层组成。例如，第一包层1A包括两个子层，第一波导层2A包括三个子层并且第二波导层2B包括两个子层。第一包层1B具有三个子层1C、1D、1E。在波导层和包层的子层中，折射率从半导体本体的上侧朝着有源层分级上升并且从有源层3朝着衬底分级下降。
两个中间层11、12嵌入到第二包层1B中，所述中间层由具有第三或第五主族的至少一个元素组成的半导体材料组成，所述至少一个元素没有包含在第二包层1B的子层1C、1D和1E中。例如，第二包层1B的子层1C、1D、1E具有带有0<x<1的AlxGa1-xAs，其中中间层11、12包含例如InGaAs、InGaP或者InGaAsP的包含In和/或P的半导体材料。
中间层11、12由于包含在其中的不同的化学元素而不视为第二包层1B的子层。第二包层的子层1C、1D、1E相反地具有相同的组成部分，但是，所述组成部分当前能够处于不同的浓度中。因此，第二包层1B的子层1C、1D、1E例如能够具有带有0<x<1的AlxGa1-xAs，其中子层具有不同的铝含量x。特别地，铝含量能够从第二包层1B的上侧朝着有源层3下降，使得折射率在该方向上从子层到子层而上升。
第一中间层11嵌入到第二包层1B的第一子层1C中。第二中间层12设置在第一子层1C和第二子层1D之间。如之前结合图3A和3B所描述，嵌入到第二包层1B中的两个中间层11、12使制造具有深度变化的凹槽的相结构变得容易。
此外，对于在边发射半导体激光器中、尤其在红外半导体激光器中使用相结构，证实有利的是，将第二波导层2B薄于第一波导层2A构成。优选地，第二波导层2B仅具有第一波导层2A一半的厚度，尤其优选仅具有第一波导层2A厚度的五分之一甚至仅十分之一。
本发明不通过根据实施例的描述来进行限制。更确切地说，本发明包括任何新的特征以及特征的任意组合，这尤其是包含在实施例中的特征的任意的组合，即使该特征或者该组合本身没有明确地在实施例中说明时也如此。
根据本公开的实施例，还公开了以下附记：
1.具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中
-所述波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和设置在所述第一波导层(2A)和所述第二波导层(2B)之间的、用于产生激光辐射的有源层(3)，
-所述波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿所述半导体本体(10)的生长方向在所述波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，
-在所述半导体本体(10)中，构成有用于选择由所述有源层(3)发射的所述激光辐射的横模的相结构(6)，其中所述相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从所述半导体本体(10)的上侧(5)延伸到所述第二包层(1B)中，
-由与所述第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到所述第二包层(1B)中，并且
-所述凹槽(7)从所述半导体本体(10)的所述上侧(5)至少部分地延伸至所述第一中间层(11)中。
2.根据附记1的边发射半导体激光器，其中所述中间层(11)的所述半导体材料包含III主族或V主族的至少一个元素，所述元素没有包含在所述第二包层(1B)中。
3.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中所述第二包层(1B)具有AlxGa1-xAs，其中0≤x≤1，并且所述中间层(11)包含In和/或P。
4.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中所述中间层(11)具有10nm和100nm之间的厚度，其中包括边界值。
5.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中在所述第二包层(1B)中嵌入有第二中间层(12)，并且所述凹槽(7)至少部分地延伸至所述第二中间层(12)中。
6.根据附记5的边发射半导体激光器，其中所述凹槽(7)在至少一个第一点上延伸到所述第一中间层(11)中，并且在至少一个第二点上延伸到所述第二中间层(12)中，其中所述凹槽(7)在所述第一点和所述第二点之间具有空间变化的深度。
7.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中所述第二包层(1B)包含邻接所述波导区域(4)的第一子层(1C)和邻接所述第一子层(1C)的第二子层(1D)，其中所述第一子层(1C)具有比所述第二子层(1D)大的折射率。
8.根据附记7的边发射半导体激光器，其中所述至少一个中间层(11、12)嵌入到所述第二包层(1B)的所述第一子层(1C)中。
9.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中所述相结构(6)至少部分地设有盖层(15)。
10.根据附记9的边发射半导体激光器，其中所述盖层(15)包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、硒化锌、锗或者苯并环丁烯。
11.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中在所述半导体本体(10)上施加有至少一个接触条带(8)。
12.根据附记11的边发射半导体激光器，其中所述接触条带(8)具有10μm和500μm之间的宽度b，其中包括边界值。
13.根据附记11或12的边发射半导体激光器，其中所述边发射半导体激光器具有多个接触条带(8)。
14.根据附记13的边发射半导体激光器，其中这些接触条带(8)具有间隔d和宽度b，其中适用：0.01≤b/d≤0.5。
15.根据上述附记之一的边发射半导体激光器，其中所述半导体激光器在工作中发射具有780nm和1500nm之间的红外光谱范围中的激光辐射(17)。

Claims (13)

1.具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中
-所述波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和设置在所述第一波导层(2A)和所述第二波导层(2B)之间的、用于产生激光辐射的有源层(3)，
-所述波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿所述半导体本体(10)的生长方向在所述波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，
-在所述半导体本体(10)中，构成有用于选择由所述有源层(3)发射的所述激光辐射的横模的相结构(6)，其中所述相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从所述半导体本体(10)的上侧(5)延伸到所述第二包层(1B)中，
-由与所述第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到所述第二包层(1B)中，并且
-所述凹槽(7)从所述半导体本体(10)的所述上侧(5)至少部分地延伸至所述第一中间层(11)中，
-所述第二包层(1B)包含邻接所述波导区域(4)的第一子层(1C)和邻接所述第一子层(1C)的第二子层(1D)，其中所述第一子层(1C)具有比所述第二子层(1D)大的折射率，并且
-至少一个所述第一中间层(11)嵌入到所述第二包层(1B)的所述第一子层(1C)中。
2.根据权利要求1所述的边发射半导体激光器，其中所述第一中间层(11)的所述半导体材料包含III主族或V主族的至少一个元素，所述元素没有包含在所述第二包层(1B)中。
3.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中所述第二包层(1B)具有AlxGa1- xAs，其中0≤x≤1，并且所述第一中间层(11)包含In和/或P。
4.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中所述第一中间层(11)具有10nm和100nm之间的厚度，其中包括边界值。
5.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中在所述第二包层(1B)中嵌入有第二中间层(12)，并且所述凹槽(7)至少部分地延伸至所述第二中间层(12)中。
6.根据权利要求5所述的边发射半导体激光器，其中所述凹槽(7)在至少一个第一点上延伸到所述第一中间层(11)中，并且在至少一个第二点上延伸到所述第二中间层(12)中，其中所述凹槽(7)在所述第一点和所述第二点之间具有空间变化的深度。
7.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中所述相结构(6)至少部分地设有盖层(15)。
8.根据权利要求7所述的边发射半导体激光器，其中所述盖层(15)包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、硒化锌、锗或者苯并环丁烯。
9.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中在所述半导体本体(10)上施加有至少一个接触条带(8)。
10.根据权利要求9所述的边发射半导体激光器，其中所述接触条带(8)具有10μm和500μm之间的宽度b，其中包括边界值。
11.根据权利要求9所述的边发射半导体激光器，其中所述边发射半导体激光器具有多个接触条带(8)。
12.根据权利要求10所述的边发射半导体激光器，其中这些接触条带(8)具有间隔d和宽度b，其中适用：0.01≤b/d≤0.5。
13.根据权利要求1或2所述的边发射半导体激光器，其中所述半导体激光器在工作中发射具有780nm和1500nm之间的红外光谱范围中的激光辐射(17)。
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