DE102008014092A1 - Edge-emitting semiconductor laser chip with a structured contact strip - Google Patents

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Abstract

Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip angegeben, mit - einer aktiven Zone (14), in der im Betrieb des Halbleiterlaserchips (1) elektromagnetische Strahlung erzeugt wird und - zumindest einem strukturierten Kontaktstreifen (2), der derart strukturiert ist, das eine Ladungsträgerinjektion in ide aktive Zone (14) zu einer Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.An edge-emitting semiconductor laser chip is specified, with an active zone (14) in which electromagnetic radiation is generated during operation of the semiconductor laser chip (1) and - at least one structured contact strip (2) which is structured in such a way that a charge carrier injection into ide active Zone (14) decreases towards one side of the semiconductor laser chip (1), at which a Auskoppelfacette (3) of the semiconductor laser chip (1) is located.

Description

Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip angegeben.It an edge-emitting semiconductor laser chip is specified.

Die Druckschrift US 6,947,464 B2 beschreibt einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The publication US 6,947,464 B2 describes an edge-emitting semiconductor laser chip and a method for its production.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip anzugeben, bei dem die emittierte Laserstrahlung eine verringerte Strahldivergenz, insbesondere in der slow-axis Richtung, aufweist.A to be solved task is an edge-emitting Specify semiconductor laser chip, wherein the emitted laser radiation a reduced beam divergence, especially in the slow-axis Direction.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip eine aktive Zone. Die aktive Zone des Halbleiterlaserchips ist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet. Das heißt, im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips wird in der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung erzeugt und verstärkt, welche den Halbleiterlaserchip zumindest teilweise durch eine Auskoppelfacette verlässt. Die aktive Zone umfasst dazu einen oder mehrere Quantentopfstrukturen, welche bei Injektion von elektrischem Strom durch stimulierte Rekombination optische Verstärkung bereitstellen.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip The edge-emitting semiconductor laser chip comprises an active zone. The active zone of the semiconductor laser chip is for generating electromagnetic Radiation suitable. That is, in the operation of the edge-emitting Semiconductor laser chips become electromagnetic in the active zone Radiation generated and amplified, which the semiconductor laser chip at least partially by a Auskoppelfacette leaves. The active zone comprises for this purpose one or more quantum well structures, which upon injection of electrical current by stimulated recombination provide optical amplification.

Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The Designation Quantum well structure includes in particular any structure in the case of charge carriers by confinement can experience a quantization of their energy states. In particular, the term quantum well structure does not include any Statement about the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip ferner einen Kontaktstreifen. Über den Kontaktstreifen wird elektrischer Strom in Form von Ladungsträgern, welcher anschließend zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung in der aktiven Zone genutzt wird, in die aktive Zone injiziert. Das heißt, der Halbleiterlaserchip ist mittels des Kontaktstreifens elektrisch kontaktiert. Der Kontaktstreifen kann sich dabei auf der Oberseite und/oder der Unterseite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips befinden. Bevorzugt ist der Kontaktstreifen strukturiert. Das heißt, der Kontaktstreifen ist nicht homogen, beispielsweise als eine Metallschicht gleichmäßiger Breite und/oder Dicke ausgebildet, sondern der Kontaktstreifen weist Strukturen auf. Alternativ oder zusätzlich zu einem strukturierten Kontaktstreifen sind auch andere Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion wie beispielsweise Quantenwell-Intermixing oder strukturierte Implantation oder Einlegierung von Fremdatomen möglich.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip The edge-emitting semiconductor laser chip further comprises a Contact strips. About the contact strip is electrical Electricity in the form of charge carriers, which subsequently for generating electromagnetic radiation in the active zone is injected into the active zone. This means, the semiconductor laser chip is electrically conductive by means of the contact strip contacted. The contact strip can be on the top and / or the bottom of the edge emitting semiconductor laser chip are located. Preferably, the contact strip is structured. This means, the contact strip is not homogeneous, for example as a metal layer uniform width and / or thickness, but the contact strip has structures. Alternatively or in addition to a structured contact strip also other means for structured charge carrier injection such as quantum well intermixing or structured implantation or alloying of foreign atoms possible.

Das Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion, etwa der Kontaktstreifen ist dabei derart strukturiert, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu einer Seite des Halbleiterlaserchips hin abnimmt, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.The Means for structured charge carrier injection, for example the contact strip is structured such that a charge carrier injection decreases in the active zone to one side of the semiconductor laser chip, where the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located.

Mit anderen Worten erstreckt sich zum Beispiel der Kontaktstreifen beispielsweise auf der Oberseite des Halbleiterlaserchips in Emissionsrichtung der vom kantenemittierenden Halbleiterlaserchip im Betrieb erzeugten Laserstrahlung. Das heißt, die Haupterstreckungsrichtung des Kontaktstreifens ist beispielsweise parallel zur Emissionsrichtung. Der Kontaktstreifen erstreckt sich etwa von der der Auskoppelfacette abgewandten Seite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips zu der Seite des Halbleiterlaserchips, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Der Kontaktstreifen ist dabei derart strukturiert, dass in Bereichen des Kontaktstreifens in Nähe der Auskoppelfacette weniger Strom in die aktive Zone injiziert wird als in Bereichen des Kontaktstreifens, welche weit von der Auskoppelfacette entfernt sind. Die strukturierte Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone nimmt daher zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.With In other words, for example, the contact strip extends for example on the top of the semiconductor laser chip in the emission direction generated by the edge emitting semiconductor laser chip in operation Laser radiation. That is, the main extension direction of the contact strip is, for example, parallel to the emission direction. The contact strip extends approximately from the Auskoppelfacette opposite side of the edge emitting semiconductor laser chip to the side of the semiconductor laser chip, at which the Auskoppelfacette of the Semiconductor laser chips is located. The contact strip is such structured that in areas of the contact strip in the vicinity the decoupling facet injected less current into the active zone is considered to be in areas of the contact strip, which is far from the Auskoppelfacette are removed. The structured charge carrier injection in the active zone therefore increases to the side of the semiconductor laser chip from where the output coupling of the semiconductor laser chip located.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der Halbleiterlaserchip eine aktive Zone, in der im Betrieb des Halbleiterlaserchips elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Ferner umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip zumindest ein Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone, insbesondere zumindest einen strukturierten Kontaktstreifen, wobei das Mittel derart strukturiert ist, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu einer Seite des Halbleiterlaserchips hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip The semiconductor laser chip includes an active zone in operation the semiconductor laser chip electromagnetic radiation is generated. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip comprises at least a means for structured carrier injection in the active zone, in particular at least one structured contact strip, wherein the means is structured such that a charge carrier injection decreases in the active zone to one side of the semiconductor laser chip, at which a Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Das heißt, der Kontaktstreifen weist Bereiche auf, aus denen wenig Strom in die aktive Zone injiziert wird. Dabei ist es möglich, dass aus diesen Bereichen gar kein Strom in die aktive Zone injiziert wird. Diese Bereiche des Kontaktstreifens sind die Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion und damit niedriger Stromdichte. Darüber hinaus weist der Kontaktstreifen Bereiche auf, aus denen ein höherer Strom in die aktive Zone injiziert wird. Aus diesen Bereichen wird die aktive Zone beispielsweise derart bestromt, als wenn der Kontaktstreifen nicht strukturiert wäre. Diese Bereiche sind die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion und damit hoher Stromdichte.In accordance with at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip, the contact strip is structured into regions of high and regions of low charge carrier injection. That is, the contact strip has areas from which little current is injected into the active zone. It is possible that no current is injected into the active zone from these areas. These areas of the contact strip are the areas of low charge carrier injection and thus low current density. In addition, the contact strip has areas from which a higher current is injected into the active zone. From these areas, the ak tive zone, for example, energized as if the contact strip was not structured. These areas are the areas of high charge carrier injection and thus high current density.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung längs zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Beispielsweise verläuft der Kontaktstreifen von der Seite des Halbleiterlaserchips, welche der Auskoppelfacette abgewandt ist, zu der Seite des Halbleiterlaserchips, an der sich die Auskoppelfacette befindet. Die Längsmittelachse ist eine gedachte Linie, welche im Kontaktstreifen in dessen Mitte verläuft und sich ebenfalls von der Seite des Halbleiterlaserchips, welche der Auskoppelfacette abgewandt ist, zu der Seite des Halbleiterlaserchips erstreckt, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Beispielsweise ist die Längsmittelachse parallel zur Emissionsrichtung der vom Halbleiterlaserchip erzeugten Laserstrahlung. Die Längsmittelachse kann eine Symmetrieachse des Kontaktstreifens bilden. Überfährt man nun den Kontaktstreifen längs der Längsmittelachse, so ist der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Die Bereiche können dabei beispielsweise jeweils eine rechteckige oder anders geformte Grundfläche aufweisen. Die Bereiche können auf diese Weise zum Beispiel durch Streifen gebildet sein, welche die gleiche Breite wie der Kontaktstreifen aufweisen.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip is the contact strip in a direction along the longitudinal central axis of the contact stripe into areas of high and areas of low charge carrier injection structured. For example, the contact strip runs from the side of the semiconductor laser chip, which the Auskoppelfacette is turned away, to the side of the semiconductor laser chip, at the itself the decoupling facet is located. The longitudinal center axis is an imaginary line which runs in the contact strip in the middle and also from the side of the semiconductor laser chip, which is the Auskoppelfacette facing away, to the side of the semiconductor laser chip extends, at which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip located. For example, the longitudinal central axis is parallel to the emission direction of the laser radiation generated by the semiconductor laser chip. The longitudinal central axis may have an axis of symmetry of the contact strip form. Now you drive over the contact strip along the longitudinal central axis, so is the contact strip in areas of high and low charge carrier injection areas structured. The areas can be, for example each a rectangular or differently shaped base exhibit. The areas can be this way for example be formed by strips which have the same width as the Have contact strip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit kleiner werdendem Abstand zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Auf diese Weise nimmt die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip takes the area fraction of the areas of high charge carrier injection with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip down from where a Auskoppelfacette the semiconductor laser chip located. In this way, the charge carrier injection decreases into the active zone towards the side of the semiconductor laser chip, where the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located.

Der Flächenanteil der Bereiche hoher Storminjektion bezieht sich beispielsweise auf die Gesamtfläche des Kontaktstreifens.Of the Area fraction of the areas of high current injection relates For example, the total area of the contact strip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Das heißt, überfährt man den Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Richtung der Längsmittelachse, das heißt beispielsweise senkrecht zur Längsmittelachse, so überfährt man Bereiche hoher und niedriger Ladungsträgerinjektion.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip is the contact strip in a direction transverse to the longitudinal central axis of the contact stripe into areas of high and areas of low charge carrier injection structured. That is, you drive over the contact strip in a direction transverse to the direction of the longitudinal central axis, that is, for example, perpendicular to the longitudinal central axis, So you drive over areas higher and lower Charge carrier injection.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit größer werdendem Abstand zur Längsmittelachse hin zu. Das bedeutet, in der Mitte des Kontaktstreifens wird auf diese Weise wenig oder gar kein elektrischer Strom in die aktive Zone injiziert. In den Außenbereichen des Kontaktstreifens wird hingegen mehr Strom als in der Mitte des Kontaktstreifens in die aktive Zone injiziert. Bevorzugt befindet sich ein derart in Richtung quer zur Längsmittelachse strukturierter Abschnitt des Kontaktstreifens in der Nähe der Seite des Halbleiterlaserchips, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. In anderen Abschnitten des Kontaktstreifens, welche weiter von der Auskoppelfacette entfernt liegen, kann der Kontaktstreifen dann beispielsweise unstrukturiert sein, sodass dort ein hoher Strom in die aktive Zone injiziert wird. Das heißt, die Stromdichte in der aktiven Zone ist dort hoch.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip takes the area fraction of the areas of high charge carrier injection with increasing distance to the longitudinal central axis towards. That means in the middle of the contact strip will open this way, little or no electrical current in the active Zone injected. In the outer areas of the contact strip In contrast, more current than in the middle of the contact strip in injected the active zone. Preferably, such is located in Direction transverse to the longitudinal central axis structured section the contact strip near the side of the semiconductor laser chip, where the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located. In other sections of the contact strip, which further from the Auskoppelfacette lie away, the contact strip can then For example, be unstructured, so there is a high current injected into the active zone. That is, the current density in the active zone is high there.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit geringer werdendem Abstand zur Längsmittelachse sowie mit kleiner werdendem Abstand zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion durch Streifen gebildet sind, welche sich längs der Längsmittelachse des Kontaktstreifens erstrecken und sich in Richtung der Auskoppelfacette hin verjüngen .At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip takes the area fraction of the areas of high charge carrier injection with decreasing distance to the longitudinal center axis and with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip down from where a Auskoppelfacette the semiconductor laser chip located. This can be achieved, for example, by the fact that the Areas of high carrier injection are formed by stripes are, which along the longitudinal central axis of Contact strip extend and towards the Auskoppelfacette out rejuvenate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens sowie in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert ist, welche sich längs und quer zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens erstrecken.At least an embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip is the contact strip in a direction transverse to the longitudinal central axis the contact strip and in a direction parallel to the longitudinal central axis of the contact stripe into areas of high and areas of low charge carrier injection structured. This can be achieved, for example, by the fact that the contact strip in areas of high and low carrier injection is structured, which are longitudinal and transverse to the longitudinal central axis extend the contact strip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips besteht der Kontaktstreifen in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion aus einem ersten Material und in Bereichen niedriger Ladungsträgerinjektion aus einem zweiten Material. Dabei ist das erste Material derart gewählt, dass sein elektrischer Übergangswiderstand zum Halbleitermaterial des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips, auf das der Kontaktstreifen aufgebracht ist, kleiner gewählt ist als der Übergangswiderstand des zweiten Materials. Auf diese Weise ist eine Strukturierung des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und niedriger Ladungsträgerinjektion realisiert. Beispielsweise enthalten oder bestehen das erste und das zweite Material aus ersten und zweiten Metallen. Dadurch weisen sowohl die Bereiche hoher als auch die Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion in etwa die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf, da sie beide jeweils aus Metallen bestehen oder solche enthalten. Folglich variiert die Wärmeleitfähigkeit nicht räumlich und damit der Wärmeabtransport aus dem Halbleiterlaserchip über den Kontaktstreifen kaum oder gar nicht.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the contact strip in the regions of high charge carrier injection consists of a first material and in regions of low charge carrier injection of a second material. In this case, the first material is selected such that its electrical contact resistance to the semiconductor material of the edge-emitting semiconductor laser chip, to which the contact strip is applied, is selected smaller than the contact resistance of the second material. In this way, a structuring of the contact strip into areas of high and low charge carrier injection realized. For example, the first and second materials contain or consist of first and second metals. As a result, both the high and the low charge carrier regions have approximately the same thermal conductivity, since they each consist of or contain metals. Consequently, the thermal conductivity does not vary spatially and thus the heat removal from the semiconductor laser chip via the contact strip hardly or not at all.

Ferner ist es möglich, dass der Kontaktstreifen dritte, vierte, und so weiter weitere Bereiche aufweist, welche aus dritten, vierten, und so weiter weiteren Materialien gebildet sind. Die Höhe der Ladungsträgerinjektion aus diesen Bereichen kann dann zwischen der Höhe der Ladungsträgerinjektion aus den Bereichen mit dem ersten Metall und der Höhe der Ladungsträgerinjektion mit den Bereichen des zweiten Metalls liegen. Das bedeutet, der Kontaktstreifen weist dann Bereiche hoher, Bereiche niedriger und Bereiche auf, bei denen die Ladungsträgerinjektion zwischen diesen beiden Extremwerten liegt. Auf diese Weise ist eine weitere, genauere und feinere Strukturierung und damit eine noch genauere Einstellung der Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone ermöglicht.Further it is possible that the contact strip third, fourth, and so on has further areas, which consist of third, fourth, and so forth further materials are formed. The height the charge carrier injection from these areas can then between the height of the charge carrier injection the areas with the first metal and the height of the charge carrier injection lie with the areas of the second metal. That means the Contact strip then has areas high, areas lower and Areas where the charge carrier injection between these two extremes lies. In this way, another, more precise and finer structuring and thus an even more accurate Adjustment of carrier injection into the active zone allows.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich sowohl auf der Ober- als auch der Unterseite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips Kontaktstreifen, die in der hier beschriebenen Weise strukturiert sind.At least an embodiment are located both on the upper and the bottom of the edge emitting semiconductor laser chip Contact strip structured in the manner described here are.

Im Folgenden wird der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaserchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.in the The following is the edge-emitting semiconductor laser chip described here based on embodiments and the associated Figures explained in more detail.

1 zeigt aufgetragene Messwerte der Strahldivergenz in Winkelgrad gegen die Ausgangsleistung W eines kantenemittierenden Halbleiterlaserchips. 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power W of an edge-emitting semiconductor laser chip.

2 zeigt anhand einer schematischen Draufsicht die Einkopplung von Laserstrahlung in eine Faseroptik. 2 shows a schematic plan view of the coupling of laser radiation in a fiber optic.

3A zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine simulierte Temperaturverteilung in einem kantenemittierenden Halbleiterlaserchip. 3A shows a schematic perspective view of a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip.

3B zeigt einen hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip in einer schematischen Schnittdarstellung. 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip described here in a schematic sectional view.

4 bis 8 zeigen schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen hier beschriebener kantenemittierender Halbleiterlaserchips mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des Kontaktstreifen. 4 to 8th show schematic plan views of embodiments of edge-emitting semiconductor laser chips described herein with different configurations of the contact strip.

9A und 9B zeigen eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion anhand einer schematischen Schnittdarstellung. 9A and 9B show a further possibility for structuring the charge carrier injection on the basis of a schematic sectional representation.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.In The embodiments and figures are the same or like-acting components each with the same reference numerals Mistake. The illustrated elements are not to scale On the contrary, individual elements can be better Understanding shown exaggeratedly large be.

Der technische Fortschritt bei der Realisierung von Faserlasern und fasergekoppelten Lasern, die hervorragende Strahlqualität und hohe erreichbare Ausgangsleistungen ermöglichen, erlauben ihren Einsatz zum Beispiel in neuen industriellen Anwendungen wie dem "Remote"-Schweißen. Als Pumplichtquelle werden üblicherweise kantenemittierende Halbleiterlaserdioden verwenden. Sie bieten einen sehr hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der elektrisch aufgewendeten Leistung in nutzbare Strahlungsleistung bei gleichzeitig hoher optischer Ausgangsleistung. Andererseits zeigen sie jedoch eine starke Elliptizität des Fernfeldes. Eine effiziente Einkopplung der Laserstrahlung in den runden Faserquerschnitt einer Faseroptik 103 ist nur mit Hilfe teurer und aufwändig zu justierender Mikrooptiken 101 zu erreichen (siehe dazu auch die 2). Eine Vereinfachung und Verbesserung der Faserkopplung der Laserdioden würde zu kostengünstigeren und zuverlässigeren Lasersystemen führen. Der Justageaufwand der Mikrooptiken verringert sich drastisch, wenn die Strahldivergenz zumindest in der ohnehin schmäleren horizontalen Richtung – die so genannte slow axis Richtung – kleiner wäre und der Strahl für effiziente Faserkopplung nur in der vertikalen Richtung – das heißt in der Richtung senkrecht zur Ebene, in der beispielsweise die Oberseite 1a des Halbleiterlaserchips liegt – stark transformiert werden muss.The technical progress in the realization of fiber lasers and fiber-coupled lasers, which allow excellent beam quality and high achievable output powers, allow their use, for example, in new industrial applications such as "remote" welding. As the pumping light source, edge-emitting semiconductor laser diodes will usually be used. They offer a very high efficiency in the conversion of electrical power used in usable radiation power with high optical output power. On the other hand, they show a strong ellipticity of the far field. An efficient coupling of the laser radiation into the round fiber cross-section of a fiber optic 103 is only possible with the help of expensive and complex micro-optics 101 to reach (see also the 2 ). Simplifying and improving fiber coupling of the laser diodes would result in lower cost and more reliable laser systems. The adjustment effort of the micro-optics is reduced drastically if the beam divergence, at least in the already narrower horizontal direction - the so-called slow axis direction - would be smaller and the beam for efficient fiber coupling only in the vertical direction - that is in the direction perpendicular to the plane for example, the top 1a of the semiconductor laser chip is - must be heavily transformed.

Die 1 zeigt aufgetragene Messwerte der Strahldivergenz in Winkelgrad gegen die Ausgangsleistung W eines kantenemittierenden Halbleiterlaserchips. Dabei wurde die Strahldivergenz bei 95% Leistungseinschluss bestimmt. Die Strahldivergenz wurde dabei in horizontaler Richtung, das heißt in einer Ebene, die parallel zur Oberseite 1a (vergleiche dazu auch 2) verläuft, bestimmt. "95% Leistungseinschluss" bedeutet, dass für die Bestimmung der Strahldivergenz nur derjenige Bereich des Laserstrahls beachtet wurde, der 95% der Ausgangsleistung einschließt.The 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power W of an edge-emitting semiconductor laser chip. The beam divergence was determined at 95% power inclusion. The beam divergence was in the horizontal direction, that is, in a plane parallel to the top 1a (compare to that too 2 ), determined. "95% power confinement" means that only the area of the laser beam that includes 95% of the output power was considered for determining the beam divergence.

Wie aus Figur ersichtlich, wächst die horizontale Strahldivergenz mit steigender Ausgangsleistung W des Lasers stark an. Dies erschwert den oben beschriebenen Einsatz des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips für hohe Lichtleistungen, da die bevorzugt verwendeten kleinen Mikrooptiken 101 dann seitlich überstrahlt werden können und Licht verloren geht.As can be seen in figure, the horizon grows tale beam divergence with increasing output power W of the laser strong. This complicates the above-described use of the edge emitting semiconductor laser chip for high light outputs, since the preferably used small micro-optics 101 can then be outshined laterally and light is lost.

Die 2 zeigt anhand einer schematischen Draufsicht die Einkopplung von Laserstrahlung 10, welche durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1 erzeugt wird, in eine Faseroptik 103. Die 2 zeigt dabei einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1, welcher als Laserbarren mit fünf Einzelemittern ausgebildet ist. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip weist dafür an seiner Oberseite 1a fünf Kontaktstreifen 2 auf. An der Auskoppelfacette 3 werden fünf Laserstrahlen 10 ausgekoppelt, welche zunächst durch eine Mikrooptik 101 treten. Durch ein weiteres optisches Element 102, das beispielsweise eine Sammellinse ist, wird die Laserstrahlung zusammengeführt und in die Faseroptik 103 eingekoppelt.The 2 shows a schematic plan view of the coupling of laser radiation 10 , which by an edge-emitting semiconductor laser chip 1 is produced in a fiber optic 103 , The 2 shows an edge-emitting semiconductor laser chip 1 , which is designed as a laser bar with five individual emitters. The edge-emitting semiconductor laser chip has for this purpose at its top 1a five contact strips 2 on. At the Auskoppelfacette 3 become five laser beams 10 decoupled, which first by a micro-optics 101 to step. By another optical element 102 , which is for example a converging lens, the laser radiation is brought together and into the fiber optic 103 coupled.

Die 3A zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine simulierte Temperaturverteilung in einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1, welcher als Laserbarren mit 24 Einzelemittern ausgeführt ist. Aus Symmetriegründen ist in der Darstellung nur der halbe Barren mit zwölf Emittern gezeigt. Die linke Kante in der 3A entspricht der Mitte des Laserbarrens. Die dunklen Stellen in der 3A symbolisieren Bereiche 30 hoher Temperatur T9. Die Bezugszeichen T1 bis T9 markieren Temperaturbereiche, wobei T1 den Bereich geringster Temperatur und T9 den Bereich höchster Temperatur kennzeichnet.The 3A shows a schematic perspective view of a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip 1 which is used as a laser bar 24 Single emitters is executed. For reasons of symmetry, only half the bar with twelve emitters is shown in the illustration. The left edge in the 3A corresponds to the middle of the laser bar. The dark spots in the 3A symbolize areas 30 high temperature T9. The reference symbols T1 to T9 mark temperature ranges, T1 denoting the region of lowest temperature and T9 the region of highest temperature.

Die hohe Verlustleistungsdichte in hochleistungsfähigen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips erzeugt einen Temperaturgradienten im Halbleiterlaserchip. Wie aus 3A ersichtlich, bildet sich bei hohen Ausgangsleistungen von mehreren Watt und schmalen Streifenbreiten der einzelnen Emitter des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 eine inhomogene Temperaturverteilung im Resonator des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 aus. Dabei werden lokale Maxima der Temperatur T9 – die Bereiche hoher Temperatur 30 – in der Mitte der Auskoppelfacette 3 jedes einzelnen Emitters festgestellt. Dies ist auch bei kantenemittierenden Halbleiterlaserchips mit mehr oder weniger Emittern als beim Laser in der 3A oder auch bei Lasern mit nur einem einzigen Emitter der Fall. Da der Brechungsindex des Halbleitermaterials, aus dem der Halbleiterlaserchip 1 gebildet ist, temperaturabhängig ist, entsteht in jedem Emitter eine thermische Sammellinse, welche die Phasenfront des im Resonator propagierenden Laserlichts verzerrt. Dadurch wirkt das Fernfeld des Lasers in horizontaler (slow axis) Richtung gegenüber dem unverzerrten Fall aufgeweitet. Bei steigender Ausgangsleistung beziehungsweise steigendem Pumpstrom steigt damit die Strahldivergenz wegen der mit der Verlustleistung stärker werdenden Phasenfrontverzerrung an (vergleiche dazu auch 1).The high power dissipation density in high-performance edge-emitting semiconductor laser chips generates a temperature gradient in the semiconductor laser chip. How out 3A can be seen forms at high output power of several watts and narrow strip widths of the individual emitter of the edge-emitting semiconductor laser chip 1 an inhomogeneous temperature distribution in the resonator of the edge-emitting semiconductor laser chip 1 out. Here are local maxima of the temperature T9 - the areas of high temperature 30 - in the middle of the Auskoppelfacette 3 every single emitter detected. This is also true for edge-emitting semiconductor laser chips with more or fewer emitters than the laser in the 3A or even lasers with a single emitter. As the refractive index of the semiconductor material from which the semiconductor laser chip 1 is formed, is temperature-dependent, arises in each emitter, a thermal converging lens which distorts the phase front of the laser light propagating in the resonator. As a result, the far field of the laser expands in a horizontal (slow axis) direction compared to the undistorted case. As the output power increases or the pumping current increases, the beam divergence increases due to the phase front distortion becoming more intense with the power loss (cf. 1 ).

Die maximal erreichte Temperatur und damit die Stärke der thermischen Linse steigt mit der im Halbleiterlaserchip 1 erzeugten elektrischen Verlustleistung. Laser mit höherer Effizienz erzeugen bei gleicher optischer Ausgangsleistung weniger Verlustleistung im Halbleiterlaserchip und zeigen im Allgemeinen geringere horizontale Strahldivergenzen.The maximum temperature reached and thus the strength of the thermal lens increases with that in the semiconductor laser chip 1 generated electrical power loss. Higher efficiency lasers produce less power dissipation in the semiconductor laser chip with the same optical output power, and generally exhibit lower horizontal beam divergences.

Die 3B zeigt einen hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip kann in unterschiedlichen Materialsystemen gefertigt sein. Beispielsweise handelt es sich um einen Halbleiterlaserchip, der auf einem der folgenden Halbleitermaterialien basiert: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAsSb. Darüber hinaus sind auch weitere Halbleitermaterialien aus den III–V oder den II–VI Halbleitersystemen denkbar. Bevorzugt basiert der Halbleiterchip beispielsweise auf dem AlGaInAs Materialsystem. Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1 handelt es sich beispielsweise um einen Diodenlaserbarren mit einer Vielzahl von Emittern, zum Beispiel mit vier bis sechs Emittern, welcher eine Resonatorlänge größer gleich 100 μm, zum Beispiel zwischen 3 und 6 mm aufweist. Die Breite der von den einzelnen Emittern emittierten Laserstrahlung beträgt vorzugsweise zwischen 50 μm und 150 μm. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip 1 kann beispielsweise Laserstrahlung mit einer Zentralwellenlänge von 915 nm oder 976 nm erzeugen. Allerdings ist in Abhängigkeit vom verwendeten Halbleitermaterial auch die Erzeugung von kurz- oder längerwelligerem Laserlicht möglich. Zwischen den Kontaktstreifen 2 können sich Strombarrieren 4, welche die Stromeinprägung in die aktive Zone 14 in Richtungen parallel zur Emissionsrichtung des Halbleiterlaserchips 1 beschränken, befinden. Dabei ist es auch möglich, dass sich zwischen je zwei Kontaktstreifen zwei oder mehr Strombarrieren 4 befinden.The 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip described here 1 in a schematic sectional view. The edge-emitting semiconductor laser chip can be manufactured in different material systems. For example, it is a semiconductor laser chip based on one of the following semiconductor materials: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAsSb. In addition, other semiconductor materials from the III-V or II-VI semiconductor systems are conceivable. The semiconductor chip is preferably based, for example, on the AlGaInAs material system. In the edge emitting semiconductor laser chip 1 it is, for example, a diode laser bar with a plurality of emitters, for example with four to six emitters, which has a resonator length greater than or equal to 100 microns, for example between 3 and 6 mm. The width of the laser radiation emitted by the individual emitters is preferably between 50 μm and 150 μm. The edge-emitting semiconductor laser chip 1 For example, it can produce laser radiation with a central wavelength of 915 nm or 976 nm. However, depending on the semiconductor material used, the generation of short-wave or longer-wave laser light is also possible. Between the contact strips 2 can become electricity barriers 4 which the current injection into the active zone 14 in directions parallel to the emission direction of the semiconductor laser chip 1 restrict. It is also possible that between two contact strips two or more current barriers 4 are located.

Der Halbleiterlaserchip 1 umfasst ein Substrat 11, bei dem es sich beispielsweise um ein Wachstumssubstrat handeln kann und das eine p-Kontaktschicht bilden kann. Ferner umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip 1 eine aktive Zone 14, welche zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die aktive Zone 14 ist in Wellenführungsschichten 13 eingebettet, die einen höheren Bandabstand und einen geringeren Brechungsindex als die aktive Zone 14 aufweisen. An die Wellenführungsschichten grenzt jeweils eine Überzugsschicht 12, welche einen höheren Bandabstand und einen geringern Brechungsindex als die Wellenführungsschichten 13 aufweist. Auf der dem Substrat 11 abgewandten Seite des Halbleiterlaserchips 1 befindet sich auf der Überzugsschicht 12 eine abschließende Kontaktschicht 15. Auf der Kontaktschicht 15 befinden sich Kontaktstreifen 3, über welche elektrischer Strom in die aktive Zone 14 injiziert werden kann. Die Breite der Kontaktstreifen 3 beträgt vorzugsweise zwischen 10 μm und mehreren 100 μm.The semiconductor laser chip 1 includes a substrate 11 which may, for example, be a growth substrate and which may form a p-contact layer. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip comprises 1 an active zone 14 , which is intended to generate electromagnetic radiation. The active zone 14 is in waveguide layers 13 embedded, which has a higher band gap and a lower refractive index than the active zone 14 exhibit. Each of the waveguiding layers is adjoined by a coating layer 12 which have a higher bandgap and a lower refractive index than the waveguide layers 13 having. On the substrate 11 remote side of the semiconductor laser chip 1 is on the overcoat layer 12 a final contact layer 15 , On the contact layer 15 there are contact strips 3 , about which electrical current in the active zone 14 can be injected. The width of the contact strips 3 is preferably between 10 microns and several 100 microns.

Die 4 zeigt einen Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 in einer schematischen Draufsicht. Der Kontaktstreifen 2 kann sich an der Oberseite 1a und/oder an der Unterseite 1b des Halbleiterlaserchips 1 befinden. Der Kontaktstreifen 2 ist derart strukturiert, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone 14 zu einer Seite des Halbleiterlaserchips 1 hin abnimmt, an der sich die Auskoppelfacette 3 des Halbleiterlaserchips 1 befindet.The 4 shows a contact strip 2 an edge-emitting semiconductor laser chip described here 1 in a schematic plan view. The contact strip 2 can be on the top 1a and / or at the bottom 1b of the semiconductor laser chip 1 are located. The contact strip 2 is structured such that a charge carrier injection into the active zone 14 to one side of the semiconductor laser chip 1 decreases, where the Auskoppelfacette 3 of the semiconductor laser chip 1 located.

Eine strukturierte Ladungsträgerinjektion auf der Ober- und/oder Unterseite des Halbleiterlaserchips 1 führt über die damit ebenfalls strukturierte Verteilung der ohmschen Verlustleistungsdichte im Halbleiterlaserchip 1 zu einer gezielten Beeinflussung der thermischen Linse im Resonator des Halbleiterlaserchips 1. Der Resonator ist dabei durch die Auskoppelfacette 3 und die der der Auskoppelfacette 3 gegenüberliegende Seite des Halbleiterlaserchips 1 gebildet. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Strukturierung des Kontaktstreifens 2 in longitudinaler Richtung, das heißt in Richtung längs der Längsmittelachse 23 des Kontaktstreifens 2, und/oder in lateraler Richtung, das heißt in Richtung quer beziehungsweise senkrecht zur Längsmittelachse 23 des Kontaktstreifens 2. Überraschend hat sich nämlich herausgestellt, dass in diesen Fällen die Temperaturverteilung homogenisiert wird und dies der Verzerrung der Phasenfronten aufgrund der thermischen Linse entgegenwirkt. Damit verringert sich die Divergenz des im Emitter erzeugten Laserstrahls in horizontaler Richtung. Der Kontaktstreifen 2 ist in Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22 sowie hoher Ladungsträgerinjektion 21 aufgeteilt. Durch die Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22 wird kaum oder gar kein Strom in die aktive Zone 14 eingeprägt. Dahingegen wird in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 Strom ähnlich in die aktive Zone 14 eingeprägt wie im unstrukturierten Fall.A structured charge carrier injection on the top and / or bottom of the semiconductor laser chip 1 leads via the likewise structured distribution of the ohmic power dissipation density in the semiconductor laser chip 1 for a targeted influencing of the thermal lens in the resonator of the semiconductor laser chip 1 , The resonator is through the coupling-out facet 3 and that of the Auskoppelfacette 3 opposite side of the semiconductor laser chip 1 educated. Particularly advantageous is a structuring of the contact strip 2 in the longitudinal direction, ie in the direction along the longitudinal center axis 23 of the contact strip 2 , and / or in the lateral direction, ie in the direction transverse or perpendicular to the longitudinal central axis 23 of the contact strip 2 , Surprisingly, it has been found that in these cases the temperature distribution is homogenized and this counteracts the distortion of the phase fronts due to the thermal lens. This reduces the divergence of the laser beam generated in the emitter in the horizontal direction. The contact strip 2 is in low carrier injection regions 22 as well as high charge carrier injection 21 divided up. Through the areas of low charge carrier injection 22 little or no electricity gets into the active zone 14 imprinted. On the other hand, in the areas of high charge carrier injection 21 Current similar to the active zone 14 imprinted as in the unstructured case.

Die Strukturierung der Ladungsträgerinjektion kann dabei wie folgt geschehen:
Eine Möglichkeit der Strukturierung der Ladungsträgerinjektion besteht darin, dass eine entsprechend strukturierte Passivierungsschicht auf dem Halbleiterlaserchip 1 aufgebracht ist, derart, dass die Passivierungsschicht nur in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 entfernt ist, sodass dort ein Kontakt zwischen dem Material des Kontaktstreifens 2 – üblicherweise einem Metall – und dem Halbleitermaterial des Halbleiterlaserchips 1 besteht.
The structuring of the charge carrier injection can be done as follows:
One possibility of structuring the charge carrier injection is that a correspondingly structured passivation layer on the semiconductor laser chip 1 is applied, such that the passivation layer only in the areas of high carrier injection 21 is removed, so there is a contact between the material of the contact strip 2 - Usually a metal - and the semiconductor material of the semiconductor laser chip 1 consists.

Ferner ist es möglich, dass die Strukturierung mittels strukturierter Entfernung der obersten Halbleiterschicht des Halbleiterlaserchips 1 vor Aufbringen der Kontaktschicht 2 und dadurch Strukturierung des Kontaktwiderstands zwischen dem Halbleitermaterial und dem Metall des Kontaktstreifens 2 erzeugt ist.Furthermore, it is possible that the structuring by means of structured removal of the uppermost semiconductor layer of the semiconductor laser chip 1 before applying the contact layer 2 and thereby structuring the contact resistance between the semiconductor material and the metal of the contact strip 2 is generated.

Ferner kann eine strukturierte Implantation oder Einlegierung von Fremdatomen zur Veränderung des Kontaktwiderstands zwischen der Kontaktschicht 2 und dem Halbleitermaterial des Halbleiterlaserchips 1 erfolgen. Alternativ zur Veränderung des Kontaktwiderstands oder zusätzlich zur Veränderung des Kontaktwiderstands kann durch Implantation oder Einlegierung auch die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials unterhalb des Kontaktstreifens 2 verändert werden.Furthermore, a structured implantation or alloying of foreign atoms to change the contact resistance between the contact layer 2 and the semiconductor material of the semiconductor laser chip 1 respectively. As an alternative to changing the contact resistance or in addition to changing the contact resistance, the conductivity of the semiconductor material below the contact strip can also be achieved by implantation or alloying 2 to be changed.

Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion besteht darin, vor der Abscheidung des Kontaktstreifens 2 über die beispielsweise p-dotierte Kontaktschicht 15 eine n-dotierte Halbleiterschicht aufzubringen, die dann strukturiert wieder entfernt wird. Auf diese Weise bilden sich an den Stellen, wo die n-dotierte Schicht noch vorhanden ist, im Betrieb gesperrte pn-Dioden, welche den Stromfluss wirksam behindern. Nur dort, wo die n-dotierte Schicht entfernt ist, kann dann Strom injiziert werden. Diese Bereiche bilden die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21.Another possibility for structuring the charge carrier injection is before the deposition of the contact strip 2 via the example p-doped contact layer 15 to apply an n-doped semiconductor layer, which is then removed in a structured manner. In this way, at the locations where the n-doped layer is still present, pn diodes which are blocked during operation and effectively hinder the flow of current are formed. Only where the n-doped layer is removed can current be injected. These areas form the areas of high charge carrier injection 21 ,

In gleicher Weise kann eine p-dotierte Halbleiterschicht über einer n-dotierten Kontaktschicht 15 aufgebracht werden, wodurch nach strukturiertem Entfernen der p-dotierten Schicht der gleiche Effekt eintritt.Similarly, a p-type semiconductor layer over an n-doped contact layer 15 are applied, whereby after structured removal of the p-doped layer, the same effect occurs.

Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion besteht darin, dass durch Quantenwell-Intermixing die Ladungsträgerrekombination in der aktiven Zone 14 und damit die Erzeugung von Verlustwärme in der aktiven Zone 14 an diesen Stellen unterbunden wird. Durch strukturierte Durchführung des Quantenwell-Intermixing können auf diese Weise Bereiche hoher und niedriger Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone 14 erzeugt werden.Another possibility for structuring the charge carrier injection is that the charge carrier recombination in the active zone by quantum well intermixing 14 and thus the generation of heat loss in the active zone 14 is prevented in these places. Structured performance of quantum well intermixing allows high and low carrier injection into the active zone 14 be generated.

Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion besteht darin, lokal die Kontaktschicht 2 aus unterschiedlichen Metallen oder anderen Materialien zu bilden, welche unterschiedliche elektrische Übergangswiderstände an der Grenzfläche zwischen diesen Materialien und der Kontaktschicht 15 des Halbleiterlaserchips aufweisen. Auch dies führt zu einer strukturierten Ladungsträgerinjektion und einer Aufteilung der Kontaktschicht 2 in Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21 und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22. Diese Methode vermeidet gleichzeitig eine Variation der Wärmeleitfähigkeit des Kontaktstreifens 2 und folglich eine Variation des Wärmeabtransports aus dem Halbleiterlaserchip 1. Eine räumliche Modulation der thermischen Linsen, welche die Homogenität des erzeugten Laserlichts beeinträchtigen könnte, wird dadurch vermieden. Beispielsweise ist die Kontaktschicht 15 dabei aus p-dotiertem GaAs gebildet. In Bereichen hoher Storminjektion ist der Kontaktstreifen dann aus Cr/Pt/Au gebildet, wobei Cr das für den niedrigen Kontaktwiderstand entscheidende Metall ist. In Bereichen niedriger Storminjektion findet zum Beispiel Aluminium Verwendung.Another possibility for structuring the charge carrier injection is to locally the contact layer 2 of different metals or other materials, which have different electrical contact resistances at the interface between these materials and the contact layer 15 of the semiconductor laser chip. This also leads to a structured charge carrier injection and a distribution of contact layer 2 in areas of high charge carrier injection 21 and low carrier injection areas 22 , This method simultaneously avoids a variation of the thermal conductivity of the contact strip 2 and hence a variation of the heat dissipation from the semiconductor laser chip 1 , A spatial modulation of the thermal lenses, which could affect the homogeneity of the laser light generated, is thereby avoided. For example, the contact layer 15 thereby formed from p-doped GaAs. In areas of high current injection, the contact strip is then formed of Cr / Pt / Au, where Cr is the metal critical to low contact resistance. In areas of low impact injection, for example, aluminum is used.

Im Ausführungsbeispiel der 4 variiert die Ladungsträgerinjektion nahe der Auskoppelfacette 3 in longitudinaler Richtung, parallel zur Längsachse 23 des Kontaktstreifens 2. Auf diese Weise wird der Temperaturanstieg an der Auskoppelfacette 3 verringert und die Temperaturverteilung im Halbleiterlaserchip 1 ausgeglichen.In the embodiment of 4 the charge carrier injection varies near the output coupling facet 3 in the longitudinal direction, parallel to the longitudinal axis 23 of the contact strip 2 , In this way, the temperature rise at the Auskoppelfacette 3 decreases and the temperature distribution in the semiconductor laser chip 1 balanced.

Die 5 zeigt den Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers. In diesem Ausführungsbeispiel variiert die Ladungsträgerinjektion in lateraler Richtung, das heißt in Richtung quer zur Längsachse 23. Die Strukturierung erfolgt dabei vorzugsweise nur in Nähe der Auskoppelfacette 3. Über die restliche Länge des Kontaktstreifens 2 erfolgt keine Strukturierung. Durch die Strukturierung wird die Stromdichte des in die aktive Zone eingeprägten Stroms in der Mitte des Resonators des Halbleiterlaserchips an der Auskoppelfacette 3 lokal minimiert. Die Strukturierung besteht aus Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 und streifenartigen Bereichen niedriger Ladungsträgerinjektion 22, wobei in der Mitte des Kontaktstreifens 2 besonders wenig Strom injiziert wird und der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21 dort besonders klein ist.The 5 shows the contact strip 2 an edge-emitting semiconductor laser described here. In this embodiment, the charge carrier injection varies in the lateral direction, that is to say in the direction transverse to the longitudinal axis 23 , The structuring is preferably carried out only in the vicinity of the Auskoppelfacette 3 , Over the remaining length of the contact strip 2 there is no structuring. Due to the structuring, the current density of the current impressed into the active zone in the middle of the resonator of the semiconductor laser chip at the output coupling facet becomes 3 minimized locally. The structuring consists of areas of high charge carrier injection 21 and stripe-like regions of low carrier injection 22 , being in the middle of the contact strip 2 particularly little current is injected and the area fraction of the areas of high charge carrier injection 21 There is especially small.

Die 6 zeigt den Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Stromdichte in der aktiven Zone 14 durch Strukturierung des Kontaktstreifens 2 in longitudinaler und lateraler Richtung nahe der Auskoppelfacette 3 mit einem weicheren Übergang vom unstrukturierten zum strukturierten Bereich gegeben. In diesem Fall verjüngen sich die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21 in Richtung der Auskoppelfacette 3, während die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 22 in dieser Richtung breiter werden.The 6 shows the contact strip 2 an edge-emitting semiconductor laser chip described here 1 , In this embodiment, the current density is in the active zone 14 by structuring the contact strip 2 in the longitudinal and lateral directions near the decoupling facet 3 given a softer transition from the unstructured to the structured area. In this case, the areas of high charge carrier injection are tapered 21 in the direction of the decoupling facet 3 while the areas of high carrier injection 22 widen in this direction.

Die 7 zeigt den Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Strukturierungsmaßnahmen des Kontaktstreifens 2 aus den Ausführungsbeispielen zur 4 und zur 6 kombiniert. Auf diese Weise wird eine noch stärkere Änderung der in die aktive Zone 14 injizierten Stromdichte erreicht.The 7 shows the contact strip 2 an edge-emitting semiconductor laser chip described here 1 , In this embodiment, the structuring measures of the contact strip 2 from the embodiments of the 4 and to 6 combined. This will make an even stronger change in the active zone 14 reached injected current density.

In Verbindung mit der 8 ist eine Halbtonstrukturierung des Kontaktstreifens 2 beschrieben. Die Rechtecke in der 9 schließen Bereiche geringer Ladungsträgerinjektion 22 ein, im Mittel nimmt also die injizierte Stromdichte zur Auskoppelfacette 3 hin sowie zur Mittelachse 23 hin ab. Die Strukturierung ist dabei durch eine der oben beschriebenen Strukturierungsmaßnahmen gegeben. Das heißt, zum Beispiel kann in den Bereichen geringer Injektion 22 eine Passivierungsschicht vorhanden sein.In conjunction with the 8th is a halftone structuring of the contact strip 2 described. The rectangles in the 9 close areas of low carrier injection 22 on average, therefore, the injected current density decreases to the output coupling facet 3 towards and to the central axis 23 down. The structuring is given by one of the structuring measures described above. That is, for example, in the areas of low injection 22 a passivation layer may be present.

Die 9A und 9B zeigen eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion anhand einer schematischen Schnittdarstellung durch einen Teil des Halbleiterlaserchips 1.The 9A and 9B show a further possibility for structuring the charge carrier injection on the basis of a schematic sectional representation through a part of the semiconductor laser chip 1 ,

Die Strukturierung des Kontaktstreifens 2 erfolgt dabei über einen Tunnelkontakt. Ein sehr hoch dotierter pn-Übergang insbesondere in Sperrrichtung bildet einen Tunnelkontakt. Dieser Tunnelkontakt kann bei entsprechender Gestaltung ohmsch sein, das heißt er weist dann eine lineare Strom-Spannungskennlinie auf.The structuring of the contact strip 2 takes place via a tunnel contact. A very highly doped pn junction, in particular in the reverse direction, forms a tunnel junction. This tunnel contact can be ohmic with appropriate design, that is, he then has a linear current-voltage characteristic.

In 9A ist dargestellt, dass eine hoch p-dotierte Tunnelschicht 11a auf die p-Kontaktschicht 11 des Halbleiterlaserchips 1 aufgebracht ist. Der hoch p-dotierten Tunnelkontaktschicht 11a folgt eine hoch n-dotierte Tunnelkontaktschicht 11b nach. Die Tunnelkontaktschichten werden vorzugsweise zumindest dort, wo sich später ein Kontaktstreifen 2 befinden soll, ganzflächig auf die p-Kontaktschicht 11 aufgebracht und nach ihrer Epitaxie stellenweise entfernt.In 9A It is shown that a highly p-doped tunnel layer 11a on the p-contact layer 11 of the semiconductor laser chip 1 is applied. The highly p-doped tunnel contact layer 11a follows a highly n-doped tunnel contact layer 11b to. The tunnel contact layers are preferably at least where later a contact strip 2 should be located over the entire surface of the p-contact layer 11 applied and removed in places after their epitaxy.

Aufgrund des unterschiedlichen elektrischen Kontaktwiderstands zwischen dem Metall des Kontaktstreifens 2 und n- beziehungsweise p-dotierten Halbleitern ergibt sich in den Bereichen mit Tunnelschichten und den Bereichen ohne Tunnelschichten jeweils eine unterschiedliche Ladungsträgerinjektion. Auf diese Weise sind also Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22 sowie hoher Ladungsträgerinjektion 21 erzeugt.Due to the different electrical contact resistance between the metal of the contact strip 2 and n- or p-doped semiconductors results in the areas with tunnel layers and the areas without tunnel layers in each case a different charge carrier injection. In this way, therefore, areas of low charge carrier injection 22 as well as high charge carrier injection 21 generated.

Bei schlechtem Kontakt zwischen Metall und p-dotiertem Halbleiter und gutem Kontakt zwischen Metall und n-dotiertem Halbleiter ergibt sich im Bereich der Tunnelschichten eine hohe Stromdichte in der aktiven Zone sowie im Bereich ohne Tunnelschichten eine niedrige Stromdichte. Andererseits ergibt sich bei schlechtem Kontakt zwischen Metall und n-dotiertem Bereich und gutem Kontakt zwischen Metall zu p-dotiertem Bereich eine niedrige Stromdichte, das heißt ein Bereich geringer Ladungsträgerinjektion 22, im Bereich der Tunnelschichten und eine hohe Stromdichte, dort wo die Tunnelschichten entfernt worden sind.With poor contact between metal and p-doped semiconductor and good contact between metal and n-doped semiconductor results in the region of the tunnel layers, a high current density in the active zone and in the area without tunnel layers, a low current density. On the other hand, poor contact between metal and n-doped region and good contact between metal and p-doped region results in low current density, that is, a region of low charge carrier injection 22 , in the area of the tunnel layers and a high current density, where the tunnel layers have been removed.

Die gleiche Möglichkeit zur Strukturierung besteht auch auf der n-Seite des Halbleiterlaserchips 1. Dies ist in Verbindung mit der 9B beschrieben. Hier ist auf die n-Kontaktschicht 15 eine hoch n-dotierte Tunnelschicht 15a sowie auf diese eine hoch p-dotierte Tunnelschicht 15b aufgebracht. Bei schlechtem Kontakt von Metall zu p-dotiertem Bereich und gutem Kontakt von Metall zu n-dotiertem Bereich ergibt sich, dort wo die Tunnelschichten belassen wurden, eine niedrige Stromdichte in der aktiven Zone, wohingegen sich dort, wo die Tunnelschichten entfernt wurden und ein Kontakt zwischen dem Metall und der n-dotierten Kontaktschicht 15 besteht, eine hohe Stromdichte. Ferner ergibt sich bei schlechtem Kontakt von Metall zum n-dotierten Bereich und gutem Kontakt von Metall zum p-dotierten Bereich eine hohe Stromdichte im Bereich der Tunnelschichten und eine niedrige Stromdichte dort, wo ein Metall zu n-Kontakt hergestellt wurde.The same structuring option also exists on the n-side of the semiconductor laser chip 1 , This is in conjunction with the 9B described. Here's on the n-contact layer 15 a highly n-doped tunnel layer 15a and on this a highly p-doped tunnel layer 15b applied. With poor metal-to-p-doped area contact and metal-to-n-doped metal contact, where the tunneling layers were left, a low current density results in the active zone, whereas where the tunneling layers were removed and contact between the metal and the n-doped contact layer 15 exists, a high current density. Furthermore, with poor contact of metal to the n-doped region and good contact of metal to the p-doped region, high current density in the region of the tunnel layers and low current density where a metal was made to n-contact.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Rather, the invention includes every new feature as well any combination of features, especially any combination includes features in the claims, also if this feature or combination itself is not explicit specified in the patent claims or exemplary embodiments is.

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Claims (10)

Kantenemittierender Halbleiterlaserchip mit – einer aktiven Zone (14), in der im Betrieb des Halbleiterlaserchips (1) elektromagnetische Strahlung erzeugt wird und – zumindest einem Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion, insbesondere einem strukturierten Kontaktstreifen (2), das derart strukturiert ist, dass die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone (14) zu einer Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.Edge-emitting semiconductor laser chip with - an active zone ( 14 ), in which during operation of the semiconductor laser chip ( 1 ) electromagnetic radiation is generated and - at least one means for structured charge carrier injection, in particular a structured contact strip ( 2 ), which is structured such that the charge carrier injection into the active zone ( 14 ) to a side of the semiconductor laser chip ( 1 ) decreases, at which a Auskoppelfacette ( 3 ) of the semiconductor laser chip ( 1 ) is located. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Kontaktstreifen (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche (22) niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.Edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, in which the contact strip ( 2 ) into areas of high ( 21 ) and areas ( 22 ) low charge carrier injection is structured. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung längs der Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche (22) niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the contact strip ( 2 ) in a direction along the longitudinal central axis ( 23 ) of the contact strip ( 2 ) into areas of high ( 21 ) and areas ( 22 ) low charge carrier injection is structured. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinjektion mit kleiner werdendem Abstand zur der Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.Edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, in which the area fraction of the regions of high ( 21 ) Carrier injection with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip ( 1 ) decreases, at which a Auskoppelfacette ( 3 ) of the semiconductor laser chip ( 1 ) is located. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung quer zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche niedriger (22) Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the contact strip ( 2 ) in a direction transverse to the longitudinal central axis ( 23 ) of the contact strip ( 2 ) into areas of high ( 21 ) and areas lower ( 22 ) Carrier injection is structured. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinjektion mit größer werdendem Abstand zur Längsmittelachse (23) hin zunimmt.Edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, in which the area fraction of the regions of high ( 21 ) Carrier injection with increasing distance to the longitudinal central axis ( 23 ) increases. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß Anspruch 5, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinjektion mit geringer werdendem Abstand zur Längsmittelachse (23) sowie mit kleiner werdendem Abstand zur der Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.An edge-emitting semiconductor laser chip according to claim 5, wherein the area ratio of the regions of high ( 21 ) Carrier injection with decreasing distance to the longitudinal central axis ( 23 ) and with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip ( 1 ) decreases, at which a Auskoppelfacette ( 3 ) of the semiconductor laser chip ( 1 ) is located. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung quer zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) sowie in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche niedriger (22) Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the contact strip ( 2 ) in a direction transverse to the longitudinal central axis ( 23 ) of the contact strip ( 2 ) and in a direction parallel to the longitudinal central axis ( 23 ) of the contact strip ( 2 ) into areas of high ( 21 ) and areas lower ( 22 ) Carrier injection is structured. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in Bereichen hoher (21) Ladungsträgerinjektion aus einem ersten Metall besteht und in Bereichen niedriger (22) Ladungsträgerinjektion aus einem zweiten Metall besteht, wobei der Übergangswiderstand zum Halbleitermaterial, auf das der Kontaktstreifen (2) aufgebracht ist, des ersten Metalls kleiner ist als des zweiten Metalls.Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the contact strip ( 2 ) in areas of high ( 21 ) Carrier injection consists of a first metal and in areas lower ( 22 ) Carrier injection consists of a second metal, wherein the contact resistance to the semiconductor material, to which the contact strip ( 2 ), the first metal is smaller than the second metal. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der strukturierte Kontaktstreifen (2) auf der Ober- (1a) und der Unterseite (1b) des Halbleiterlaserchips (1) aufgebracht ist.Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the structured contact strip ( 2 ) on the upper ( 1a ) and the underside ( 1b ) of the semiconductor laser chip ( 1 ) is applied.
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