DE10048443B4 - Oberflächenemittierender Halbleiter-Laser (VCSEL) mit erhöhter Strahlungsausbeute - Google Patents

Oberflächenemittierender Halbleiter-Laser (VCSEL) mit erhöhter Strahlungsausbeute Download PDF

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Abstract

VCSEL mit einem Halbleiterkörper (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, wobei auf der ersten Hauptfläche eine erste Kontaktfläche (2) ausgebildet ist, und mit einer aktiven Schicht (4), die zwischen einem ersten Spiegel (5) und einem zweiten Spiegel (6) angeordnet ist, wobei die erzeugte Strahlung zumindest teilweise durch den zweiten Spiegel (6) und die zweite Hauptfläche ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Hauptfläche eine zweite Kontaktfläche (3) angeordnet ist, die dem zweiten Spiegel (6) in Emissionsrichtung nachgeordnet ist, die zweite Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent ist und die zweite Kontaktfläche als leitfähige Glasschicht ausgebildet ist.

Description

  • Oberflächenemittierende Laser mit senkrecht stehendem Resonator (VCSEL, vertical cavity surface emitting laser) sind beispielsweise aus IEEE Communications Magazine, May 1997, pp. 164-170 bekannt. Diese Laser beinhalten einen Halbleiterkörper mit einer strahlungserzeugenden aktiven Schicht und weisen das gemeinsame strukturelle Merkmal auf, daß die Resonatorachse und damit auch die Lichtemission senkrecht zu einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers erfolgt.
  • Der Pumpstrom wird üblicherweise über Kontaktflächen in den Halbleiterkörper eingeleitet. Bekannt ist hierbei die Möglichkeit, auf der auskoppelseitigen Hauptfläche des Halbleiterkörpers die Kontaktfläche in Form eines Ringkontaktes anzuordnen, wobei die Laserstrahlung durch die Ringöffnung hindurch aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelt wird.
  • Von dem Ringkontakt aus wird der Pumpstrom zu der aktiven Schicht geleitet. Um eine hohe Pumpdichte zu erzielen bzw. den Schwellenstrom gering zu halten, wird der Pumpstrom mit Hilfe einer Stromeinschnürungsschicht auf ein kleines Volumen der aktiven Schicht, im folgenden als "aktives Volumen" bezeichnet, konzentriert. In diesem aktiven Volumen findet die Generation und Verstärkung der Laserstrahlung statt.
  • Zur effizienten Einleitung des Pumpstroms in das aktive Volumen wird für den Innendurchmesser des Kontaktrings eine Größe gewählt, die dem Durchmesser der Stromeinschnürungsschicht bzw. des aktiven Volumens entspricht. Da die Größe des aktiven Volumens auch die Ausdehnung des erzeugten Laserstrahlungsfeldes festlegt, weist das Strahlungsfeld und die Ringkontaktöffnung etwa denselben Durchmesser auf. Dies führt dazu, daß der Ringkontakt die Außenbereiche des erzeugten Strahlungsfeldes zu einem gewissen Teil abschattet und so die Strahlungsausbeute reduziert.
  • Aus US 5,068,868 ist weiterhin bekannt, die auskoppelseitige Kontaktfläche eines VCSEL als semitransparente Metallschicht auszubilden, die zugleich als Auskoppelspiegel dient.
  • Beschrieben ist hier beispielsweise ein Silberkontakt mit einer Dicke von 35 nm, der einerseits eine ausreichend hohe Reflektivität als Resonatorspiegel aufweist und andererseits einen genügend hohen Auskoppelgrad bzw. Transmissionskoeffizienten besitzt. Da ein Metallspiegel einen Teil der Strahlung absorbiert, treten an einem teildurchlässigen Metallspiegel deutliche Transmissionsverluste auf. Bei dem in US 5,068,868 gezeigten Beispiel sind Transmission und Absorption etwa von gleicher Größe.
  • VCSEL werden weiterhin in der DE 199 08 425 A1 , EP 1 035 621 A1 und der EP 0 987 800 A1 sowie in dem Artikel Michalzik, R. et al., "Vertikallaserdioden – zukunftsträchtige Bauelemente für die optische Verbindungstechnik", Laser und Optoelektronik 30 (3), S. 78–85, (1998) beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen VCSEL mit erhöhter Strahlungsausbeute zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen VCSEL gemäß Patentanspruch 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12 bzw. 14 bis 25.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche auszubilden, wobei die erste Hauptfläche mit einer ersten Kontaktfläche und die zweite Hauptfläche mit einer zweiten Kontaktfläche versehen ist und die im Betrieb erzeugte Strahlung zumindest teilweise durch die zweite Hauptfläche ausgekoppelt wird.
  • Weiterhin ist in dem Halbleiterkörper eine aktive Schicht gebildet und zwischen einem ersten und einem zweiten Spiegel angeordnet. Die beiden Spiegel begrenzen den Laserresonator, in dem im Betrieb durch stimulierte Emission in der aktiven Schicht ein Strahlungsfeld erzeugt bzw. verstärkt wird. Ein Teil des Strahlungsfeldes wird durch den zweiten Spiegel, der auf der der zweiten Hauptfläche zugewandten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist, aus dem Laserresonator ausgekoppelt.
  • Die auf der zweiten Hauptfläche angeordnete zweite Kontaktfläche ist dem zweiten Spiegel in Emissionsrichtung nachgeordnet, für die erzeugte Strahlung semitransparent und gemäß einer ersten Ausführungsform als elektrisch leitfähige Glasschicht ausgebildet. Unter einer semitransparenten Kontaktfläche ist dabei eine Kontaktfläche zu verstehen, die zumindest einen Teil der auftreffenden Stahlung transmittiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent und ringförmig gebildet.
  • Mit Vorteil kann die erzeugte Strahlung durch die zweite Kontaktfläche hindurch ausgekoppelt werden kann. Zugleich ist bei dem so gebildeten VCSEL eine effiziente Zuleitung des Pumpstroms in das aktive Volumen gewährleistet.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Charakteristik des Laserresonators selbst weitgehend unabhängig von den Eigenschaften der transparenten Kontaktfläche ist, da die zweite Kontaktfläche dem zweiten Spiegel nachgeordnet ist und somit hinsichtlich Transparenz und Stromzuführung optimiert ausgeführt werden kann.
  • Bevorzugt ist die zweite Kontaktfläche als dünne Metallschicht ausgebildet. Die Schichtdicke ist dabei so gering gewählt, daß die Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent ist. Hinsichtlich dieser Transparenz ist eine möglichst geringe Schichtdicke vorteilhaft. Die optimale Schichtdicke ergibt sich daraus mit der zusätzlichen Maßgabe, daß ein ausreichender Stromtransport gewährleistet ist, also der von der Kontaktfläche gebildete elektrische Widerstand (Serienwiderstand) hinreichend gering ist. Ferner ist die Kontaktflächendicke so zu wählen, daß die Kontaktfläche mit vertretbarem technischem Aufwand und reproduzierbar hergestellt werden kann. Typischerweise liegt die Schichtdicke in einem Bereich zwischen 2 nm und 30 nm.
  • Durch eine ringförmig gebildete, semitransparente zweite Kontaktfläche wird die Strahlungsausbeute des VCSEL weiter erhöht, da der VCSEL im Innenbereich der Ringöffnung eine hohe Strahlungsausbeute wie ein VCSEL nach dem Stand der Technik mit Ringkontakt aufweist. Zusätzlich ist auch am Innenrand des Kontaktrings die Abschattung des Strahlungsfeldes vorteilhaft reduziert, da der Ringkontakt semitransparent ausgeführt ist.
  • Bevorzugt ist die auskoppelseitige zweite Kontaktfläche als Metallfläche ausgebildet, die eine Gold-Zink-Legierung (AuZn) oder Gold-Beryllium-Legierung (AuBe) enthält. Diese Metallverbindungen gewährleisten mit Vorteil zugleich eine gute Stromeinleitung bei geringem elektrischem Serienwiderstand der Kontaktfläche und eine ausreichend hohe Transparenz. Besonders bevorzugt ist hierbei eine zweite Kontaktfläche, die im wesentlichen aus einer AuZn-Legierung besteht und eine Dicke von 6 nm aufweist.
  • Alternativ kann die auskoppelseitige zweite Kontaktfläche als sogenannte leitfähige Glasschicht ausgebildet sein, die insbesondere Indiumoxid, Zinnoxid oder Indiumzinnoxid (ITO, indium tin oxide) enthält. Die genannten Verbindungen werden häufig in der Halbleiterindustrie als Kontaktmaterial eingesetzt und können daher ohne besonderen Aufwand bei der Herstellung der Erfindung verarbeitet werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die zweite Kontaktfläche ringförmig zu bilden, wobei in axialer Projektion der innere Randbereich der zweiten Kontaktfläche mit dem aktiven Volumen überlappt. Dadurch wird der Pumpstrom weitgehend parallel zur Resonatorachse auf direktem Weg dem aktiven Volumen zugeführt. Dies gewährleistet mit Vorteil einen besonders effizienten direkten Stromtransport in das aktive Volumen und zugleich eine hohe Strahlungsausbeute, da die zweite Kontaktfläche und damit auch der mit dem aktiven Volumen überlappende Bereich der zweiten Kontaktfläche semitransparent ausgeführt ist.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der zweiten Hauptfläche und der aktiven Schicht eine ringförmige Stromeinschnürungsschicht angeordnet. Mit Vorteil wird damit der Pumpstrom im Zentrum der aktiven Schicht konzentriert und so eine hohe Pumpstromdichte beziehungsweise eine niedrige Pumpschwelle des VCSELs erreicht.
  • Vorzugsweise grenzt die Stromeinschnürungsschicht an die zweite Hauptfläche des Halbleiterkörpers. Dies erlaubt eine einfache Herstellung der Stromeinschnürungsschicht, beispielsweise durch Ionenimplatation, und einen kompakten Aufbau des VCSELs. Mit besonderem Vorteil kann bei der Erfindung die auf der zweiten Hauptfläche angeordnete zweite Kontaktfläche zumindest teilweise innerhalb der Apertur der Stromeinschnürungsschicht angeordnet sein, da die zweite Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent ist und daher eine Strahlungsauskopplung durch die zweite Kontaktfläche hindurch möglich ist.
  • Eine solche Anordnung der zweiten Kontaktfläche gewährleistet eine einfache und effiziente Zuleitung des Pumpstroms in das aktive Volumen. Bevorzugt ist dabei die Kontaktfläche ebenfalls ringförmig gebildet, wobei die Apertur der Kontaktfläche kleiner ist als die Apertur der Stromeinschnürungsschicht.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den 1 bis 4.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen VCSEL
  • 2 die Abhängigkeit des Transmissionskoeffizienten und des elektrischen Serienwiderstandes der zweiten Kontaktfläche in Abhängigkeit der Kontaktflächendicke,
  • 3 die optische Ausgangsleistung des Ausführungsbeispiels im Dauerbetrieb in Abhängigkeit des Pumpstroms im Vergleich zu einem VCSEL nach dem Stand der Technik und
  • 4 die optische Ausgangsleistung des Ausführungsbeispiels im Pulsbetrieb in Abhängigkeit des Pumpstroms im Vergleich zu einem VCSEL nach dem Stand der Technik.
  • Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Halbleiterkörper 1 mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche auf, wobei die erste Hauptfläche mit einer ersten Kontaktfläche 2 und die zweite Hauptfläche mit einer zweiten Kontaktfläche 3 versehen ist. Weiterhin ist in dem Halbleiterkörper 1 eine aktive Schicht 4 ausgebildet, die zwischen einem ersten Spiegel 5 und einem zweiten Spiegel 6 angeordnet ist. Die Spiegel enthalten nach Art eines Bragg-Spiegels eine Mehrzahl von Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex.
  • Die Spiegel 5 und 6 bilden den Resonator des VCSEL, wobei der Spiegel 6 auf der Seite der zweiten Hauptfläche bzw. der zweiten Kontaktfläche 3 den Auskoppelspiegel des Resonators darstellt.
  • Zwischen der auskoppelseitigen Kontaktfläche 3 und der aktiven Schicht 4 ist eine ringförmige Stromeinschnürungsschicht 7 mit einem elektrisch leitfähigen Zentrum und einem nichtleitenden, ringförmigen Außenbereich angeordnet. Diese Stromeinschnürungsschicht 7 konzentriert im Betrieb den Pumpstrom im Zentrum der aktiven Schicht 4, in dem sich so das aktive Volumen 8 ausbildet. Durch diese Stromkonzentration wird eine hohe Pumpstromdichte in der aktiven Schicht 4 bzw. entsprechend ein niedriger Schwellenstrom des VCSEL erreicht.
  • Die auskoppelseitige zweite Kontaktfläche 3 ist als dünne, ringförmige Metallschicht aus einer AuZn-Legierung mit einer Dicke von 6 nm gebildet und weist bei der Emissionswellenlänge des Lasers im Bereich von 900 nm eine Transmission von etwa 50% auf. Die Ringöffnung besitzt einen Durchmesser von 15 μm, die Stromeinschnürungsschicht einen Innendurchmesser von 19 μm, so daß die Kontaktfläche 3 und die Apertur der Stromeinschnürungsschicht 7 auf einer 2 μm breiten ringförmigen Fläche überlappen (in 1 nicht maßstabgetreu dargestellt).
  • Dieser Überlapp gewährleistet bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine effiziente Einleitung des Pumpstroms von der Kontaktfläche 3 durch den Innenbereich der Stromeinschnürungsschicht 7 in das aktive Volumen 8. Da die Kontaktfläche 3 semitransparent gebildet ist, wird auch die in den Randbereichen des aktiven Volumens 8 generierte Laserstrahlung teilweise ausgekoppelt und so die Strahlungsausbeute des VCSEL erhöht.
  • In 2 ist die Transmission 9 der zweiten Kontaktfläche 3 und ihr elektrischer Serienwiderstand 10 in Abhängigkeit der Kontaktflächendicke dargestellt. Aufgetragen sind jeweils drei Meßpunkte für die Kontaktdicken 3 nm, 6 nm und 12 nm. Die durchgezogenen Linien zwischen den Meßpunkten dienen lediglich der Veranschaulichung.
  • Der Transmissionskoeffizient 9 sinkt mit abnehmender Dicke im wesentlichen linear, so daß allein demnach eine möglichst geringe Schichtdicke zur Erhöhung der Strahlungsausbeute vorteilhaft ist. Der elektrische Widerstand 10 hingegen variiert für Schichtdicken zwischen 12 nm und 6 nm kaum, steigt aber bei geringeren Schichtdicken stark an. Entsprechend steigt auch die elektrische Verlustleistung. Aus diesen beiden Zu sammenhängen ergibt sich eine optimale Schichtdicke im Bereich von 6 nm für AuZn-Kontakte. Für andere Materialien kann die optimale Schichtdicke in analoger Weise leicht ermittelt werden.
  • Alternativ zu einer dünnen Metallschicht als semitransparenter Kontaktfläche 3 ist auch die Ausbildung einer leitfähigen Schicht möglich, die aufgrund ihrer Zusammensetzung und den daraus resultierenden spektralen Eigenschaften für die erzeugte Strahlung durchlässig ist. Hierfür eignen sich beispielsweise leitfähige Gläser, die Zinnoxid, Indiumoxid oder ITO enthalten. Diese Materialien sind im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich weitgehend transparent und zeichnen sich durch gute elektrische Leitfähigkeit aus.
  • In 3 ist die optische Ausgangsleistung 11 des Ausführungsbeispiels im Dauerbetrieb gegen den Pumpstrom im Vergleich zur Ausgangsleistung 12 eines VCSEL nach dem Stand der Technik mit vergleichbarer Struktur dargestellt. Beide VCSEL besitzen eine ringförmige Stromeinschnürungsschicht 7 mit einem Innenradius von 15 μm sowie eine ringförmige Kontaktfläche, die, wie oben ausgeführt, auf einem 2 μm breiten Ringbereich mit der Apertur der Stromeinschnürungsschicht 7 überlappt. Bei dem VCSEL nach dem Stand der Technik ist die der zweiten Kontaktfläche 3 entsprechende Kontaktfläche als strahlungsabsorbierende bzw. -reflektierende Kontaktfläche ausgeführt, die im wesentlichen aus einer Chrom-Platin-Gold-Legierung besteht.
  • Bei beiden VCSEL beträgt der Schwellenstrom etwa 3,5 mA. Bis zu einem Pumpstrom von 6 mA weisen beide VCSEL etwa dieselbe Dauerausgangsleistung auf. Für größere Ströme ist die optische Ausgangsleistung 11 bei der Erfindung deutlich größer als bei dem VCSEL nach dem Stand der Technik und übertrifft letztere um mehr als 40%.
  • Dieses Verhalten der VCSEL ist darauf zurückzuführen, daß im Bereich der Laserschwelle bis zu einem Pumpstrom von etwa 6 mA im Laserresonator nur die Grundmode anschwingt. Das elektromagnetische Feld dieser näherungsweise gaußförmigen Mode ist stark auf die Resonatormitte konzentriert, so daß eine Abschattung in den Randbereichen des Resonators bzw. deren Reduzierung die Ausgangsleistung nur geringfügig verändert.
  • Bei größeren Pumpströmen schwingen höhere Moden an, deren Feldverteilung sich weiter in die Randbereiche des aktiven Volumens erstreckt. In diesem Multimode-Betrieb bewirkt die Erfindung eine deutliche Erhöhung der Strahlungsausbeute, da durch die Ausbildung einer semitransparenten auskoppelseitigen Kontaktfläche 3 die Abschattung insbesondere im Bereich der Feldmaxima höherer Moden reduziert wird.
  • In 4 ist die Ausgangsleistung 13 des Ausführungsbeispiels im Vergleich zur Ausgangsleistung 14 eines VCSEL nach dem Stand der Technik im gepulsten Betrieb dargestellt. Wie in 3 weisen beide VCSEL etwa denselben Schwellenstrom auf, der im Pulsbetrieb 6 mA beträgt.
  • Bis zu einem Pumpstrom von 10 mA zeigen beide VCSEL eine ähnliche Abhängigkeit der Ausgangsleistung vom Pumpstrom. Bei größeren Pumpströmen ist die Ausgangsleistung 13 des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wesentlich größer als die Ausgangsleistung 14 des VCSEL nach dem Stand der Technik und übertrifft letztere maximal um etwa einen Faktor 2,8.
  • Die Erläuterung der Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen.
  • Insbesondere hinsichtlich der verwendbaren Materialien und des weiteren Aufbaus ist die Erfindung keinen prinzipiellen Beschränkungen unterworfen.
  • Als Halbleitermaterialien können beispielsweise GaAs- oder InP-basierende Systeme, insbesondere InGaAlAs, InGaN, InGaAsP oder InGaAlP verwendet werden.

Claims (25)

  1. VCSEL mit einem Halbleiterkörper (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, wobei auf der ersten Hauptfläche eine erste Kontaktfläche (2) ausgebildet ist, und mit einer aktiven Schicht (4), die zwischen einem ersten Spiegel (5) und einem zweiten Spiegel (6) angeordnet ist, wobei die erzeugte Strahlung zumindest teilweise durch den zweiten Spiegel (6) und die zweite Hauptfläche ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Hauptfläche eine zweite Kontaktfläche (3) angeordnet ist, die dem zweiten Spiegel (6) in Emissionsrichtung nachgeordnet ist, die zweite Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent ist und die zweite Kontaktfläche als leitfähige Glasschicht ausgebildet ist.
  2. VCSEL nach Anspruch 1, bei dem die erzeugte Strahlung durch die zweite Kontaktfläche hindurch aus dem VCSEL ausgekoppelt wird.
  3. VCSEL nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) ringförmig gebildet ist.
  4. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das leitfähige Glas Zinnoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) enthält.
  5. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Dicke der zweiten Kontaktfläche (3) zwischen 2 nm und 30 nm liegt.
  6. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in axialer Projektion ein Teilbereich der zweiten Kontaktfläche (3) mit dem aktiven Volumen (8) des VCSELs überlappt.
  7. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zwischen der zweiten Hauptfläche und der aktiven Schicht (4) eine ringförmige Stromeinschnürungsschicht (7) angeordnet ist.
  8. VCSEL nach Anspruch 7, bei dem die Stromeinschnürungsschicht (7) an die zweite Hauptfläche grenzt.
  9. VCSEL nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) ringförmig gebildet ist und die Apertur der Kontaktfläche (3) kleiner ist als die Apertur der Stromeinschnürungsschicht (7).
  10. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste Spiegel (5) nach der Art eines Bragg-Spiegels ausgebildet ist.
  11. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der zweite Spiegel (6) nach der Art eines Bragg-Spiegels ausgebildet ist.
  12. VCSEL nach einem der Ansprüche 1 bis 11, für den Multimode-Betrieb.
  13. VCSEL mit einem Halbleiterkörper (1) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, wobei auf der ersten Hauptfläche eine erste Kontaktfläche (2) ausgebildet ist, und mit einer aktiven Schicht (4), die zwischen einem ersten Spiegel (5) und einem zweiten Spiegel (6) angeordnet ist, wobei die erzeugte Strahlung zumindest teilweise durch den zweiten Spie gel (6) und die zweite Hauptfläche ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Hauptfläche eine zweite Kontaktfläche (3) angeordnet ist, die dem zweiten Spiegel (6) in Emissionsrichtung nachgeordnet ist, die zweite Kontaktfläche für die erzeugte Strahlung semitransparent ist und die zweite Kontaktfläche ringförmig gebildet ist.
  14. VCSEL nach Anspruch 13, bei dem die erzeugte Strahlung durch die zweite Kontaktfläche hindurch aus dem VCSEL ausgekoppelt wird.
  15. VCSEL nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) als dünne Metallschicht ausgebildet ist.
  16. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) eine Gold-Zink-Legierung, eine Gold-Beryllium-Legierung, Zinnoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) enthält.
  17. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Dicke der zweiten Kontaktfläche (3) zwischen 2 nm und 30 nm liegt.
  18. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) im wesentlichen aus einer Gold-Zink-Legierung besteht und eine Dicke von 6 nm aufweist.
  19. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem in axialer Projektion ein Teilbereich der zweiten Kontaktfläche (3) mit dem aktiven Volumen (8) des VCSELs überlappt.
  20. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem zwischen der zweiten Hauptfläche und der aktiven Schicht (4) eine ringförmige Stromeinschnürungsschicht (7) angeordnet ist.
  21. VCSEL nach Anspruch 20, bei dem die Stromeinschnürungsschicht (7) an die zweite Hauptfläche grenzt.
  22. VCSEL nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die zweite Kontaktfläche (3) ringförmig gebildet ist und die Apertur der Kontaktfläche (3) kleiner ist als die Apertur der Stromeinschnürungsschicht (7).
  23. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem der erste Spiegel (5) nach der Art eines Bragg-Spiegels ausgebildet ist.
  24. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 23, bei dem der zweite Spiegel (6) nach der Art eines Bragg-Spiegels ausgebildet ist.
  25. VCSEL nach einem der Ansprüche 13 bis 24, für den Multimode-Betrieb.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004040077A1 (de) * 2004-05-28 2005-12-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung
DE102018129575A1 (de) 2018-11-23 2020-05-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtemittereinheit mit wenigstens einem VCSEL-Chip

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5068868A (en) * 1990-05-21 1991-11-26 At&T Bell Laboratories Vertical cavity surface emitting lasers with electrically conducting mirrors
EP0987800A1 (de) * 1998-03-11 2000-03-22 Seiko Epson Corporation Oberflächenemittierender laser mit monitor und dessen herstellungsverfahren
WO2000030226A1 (en) * 1998-11-14 2000-05-25 Cielo Communications, Inc. Vertical cavity surface emitting lasers with consistent slope efficiencies
DE19908425A1 (de) * 1999-02-26 2000-09-07 Siemens Ag Vertikalresonator-Laserdiode mit kleiner Aperturöffnung
EP1035621A1 (de) * 1999-02-11 2000-09-13 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. - Recherche et Développement Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5317587A (en) * 1992-08-06 1994-05-31 Motorola, Inc. VCSEL with separate control of current distribution and optical mode
US5606572A (en) * 1994-03-24 1997-02-25 Vixel Corporation Integration of laser with photodiode for feedback control
US5903590A (en) * 1996-05-20 1999-05-11 Sandia Corporation Vertical-cavity surface-emitting laser device
GB2346258A (en) * 1999-01-30 2000-08-02 Mitel Semiconductor Ab Monitoring the light output of surface emitting lasers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5068868A (en) * 1990-05-21 1991-11-26 At&T Bell Laboratories Vertical cavity surface emitting lasers with electrically conducting mirrors
EP0987800A1 (de) * 1998-03-11 2000-03-22 Seiko Epson Corporation Oberflächenemittierender laser mit monitor und dessen herstellungsverfahren
WO2000030226A1 (en) * 1998-11-14 2000-05-25 Cielo Communications, Inc. Vertical cavity surface emitting lasers with consistent slope efficiencies
EP1035621A1 (de) * 1999-02-11 2000-09-13 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. - Recherche et Développement Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren
DE19908425A1 (de) * 1999-02-26 2000-09-07 Siemens Ag Vertikalresonator-Laserdiode mit kleiner Aperturöffnung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Laser und Optoelektronik 30, (3), (1998), S.78-85 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002027877A1 (de) 2002-04-04
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