DE102010047451A1 - Edge-emitting semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaser angegeben, mit
– einem Halbleiterkörper (1), der zumindest zwei in Querrichtung (101) nebeneinander angeordnete Streifenemitter (10) umfasst, wobei jeder Streifenemitter (10) zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtete aktive Zone (2) umfasst;
– zumindest zwei Facetten (11) an den aktiven Zonen (2), die zumindest einen Resonator (33) für zumindest einen der Streifenemitter (10) bilden;
– zumindest zwei in der Querrichtung (101) voneinander beabstandete Kontaktflächen (3), die auf einer Außenfläche (12) des Halbleiterkörpers (1) angebracht sind, wobei
– jedem Streifenemitter (10) eine Kontaktfläche (3) eindeutig zugeordnet ist,
– über die Kontaktflächen (3) während des Betriebs des Halbleiterlasers (100) Strom in zumindest einen der Streifenemitter (10) eingeprägt wird, und
– zumindest zwei der Streifenemitter (10) getrennt voneinander elektrisch betreibbar sind.An edge emitting semiconductor laser is disclosed, with
- A semiconductor body (1) comprising at least two in the transverse direction (101) juxtaposed strip emitter (10), each strip emitter (10) comprises at least one set up for generating electromagnetic radiation active zone (2);
- At least two facets (11) on the active zones (2), which form at least one resonator (33) for at least one of the strip emitter (10);
- At least two in the transverse direction (101) spaced from each other contact surfaces (3) which are mounted on an outer surface (12) of the semiconductor body (1), wherein
- each stripe emitter (10) is assigned a contact surface (3),
- Over the contact surfaces (3) during operation of the semiconductor laser (100) current in at least one of the strip emitter (10) is impressed, and
- At least two of the strip emitter (10) are electrically operated separately.
Description
Es werden ein kantenemittierender Halbleiterlaser sowie eine Laservorrichtung mit einem solchen kantenemittierenden Halbleiterlaser angegeben.An edge-emitting semiconductor laser and a laser device with such an edge-emitting semiconductor laser are specified.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaser anzugeben, dessen optische Ausgangsleistung einstellbar ist.An object to be solved is to provide an edge emitting semiconductor laser whose optical output power is adjustable.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist dieser einen Halbleiterkörper auf, der zumindest zwei in Querrichtung nebeneinander angeordnete Streifenemitter umfasst. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper mit einem Substrat gebildet, auf das eine Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen ist. Zum Beispiel bildet das Substrat zusammen mit der Halbleiterschichtenfolge zumindest stellenweise die Streifenemitter aus. Vorzugsweise sind die Streifenemitter monolithisch integriert ausgeführt, das heißt durch epitaktisch abgeschiedenes Material miteinander verbunden ”Querrichtung” bedeutet in diesem Zusammenhang eine Richtung, die parallel zur epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge und senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung des kantenemittierenden Halbleiterlasers verläuft. Die beiden Streifenemitter können dann in Querrichtung direkt aneinander angrenzen und ineinander übergehen. Das kann heißen, dass in Querrichtung zwischen jeweils benachbarten Streifenemittern beispielsweise kein elektrisch isolierendes Material zwischen den Streifenemittern angeordnet und/oder angebracht ist.According to at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser, the latter has a semiconductor body which comprises at least two strip emitters arranged side by side in the transverse direction. By way of example, the semiconductor body is formed with a substrate, on which a semiconductor layer sequence is epitaxially grown. For example, the substrate forms the strip emitters at least in places, together with the semiconductor layer sequence. The strip emitters are preferably monolithically integrated, that is to say connected by epitaxially deposited material. "Transverse direction" in this context means a direction which runs parallel to the epitaxially grown semiconductor layer sequence and perpendicular to a main emission direction of the edge emitting semiconductor laser. The two strip emitters can then directly adjoin one another in the transverse direction and merge into one another. This may mean that in the transverse direction between respectively adjacent strip emitters, for example, no electrically insulating material is arranged and / or attached between the strip emitters.
Jeder der Streifenemitter umfasst zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtete aktive Zone. Bei der aktiven Zone kann es sich um eine Schicht handeln, die Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert. Die aktive Zone umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf-(SQW, Single Quantum Well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.Each of the strip emitters comprises at least one active zone set up to generate electromagnetic radiation. The active zone may be a layer that emits radiation in the range of ultraviolet to infrared light. The active zone preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW) or a multiple quantum well (MQW) structure for generating radiation. The term quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
Die Streifenemitter können auch mehrere aktive Zonen umfassen, die in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind. ”Vertikale Richtung” bedeutet in diesem Zusammenhang eine Richtung senkrecht zur epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge.The stripe emitters can also comprise a plurality of active zones, which are arranged one above the other in the vertical direction. In this context, "vertical direction" means a direction perpendicular to the epitaxially grown semiconductor layer sequence.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gehen die aktiven Zonen der Streifenemitter in Querrichtung direkt ineinander über und bilden zumindest eine in Querrichtung durchgehende und zusammenhängende aktive Zone des kantenemittierenden Halbleiterlasers aus.In accordance with at least one embodiment, the active zones of the strip emitters transversely merge into each other directly and form at least one transversely continuous and contiguous active zone of the edge emitting semiconductor laser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die einzelnen aktiven Zonen der Streifenemitter in Querrichtung durch zwischen den aktiven Zonen angeordnetes Halbleitermaterial, welches beispielsweise strahlungsinaktiv ist, voneinander getrennt.In accordance with at least one embodiment, the individual active zones of the strip emitters are separated in the transverse direction by semiconductor material arranged between the active zones, which is, for example, radiation-inactive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist dieser zumindest zwei Facetten an den aktiven Zonen auf, die zumindest einen Resonator für zumindest einen der Streifenemitter bilden. Die zumindest zwei Facetten sind durch einander gegenüberliegende Seitenflächen des Halbleiterkörpers gebildet, die für in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise reflektierend sind. Die beiden Facetten bilden zumindest einen optischen Resonator für zumindest einen der Streifenemitter. Beispielsweise bilden die zwei Facetten einen Resonator für jeden der Streifenemitter aus. In diesem Fall kann jedem Streifenemitter ein Resonator eindeutig, beispielsweise eineindeutig, zugeordnet sein. Zum Beispiel ist die Zahl der Streifenemitter gleich der Zahl der Resonatoren für die Streifenemitter. Vorzugsweise verläuft die Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterlasers parallel zu einer durch die Facetten ausgebildeten Resonatorachse des Resonators.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, the latter has at least two facets on the active zones, which form at least one resonator for at least one of the strip emitters. The at least two facets are formed by mutually opposite side surfaces of the semiconductor body, which are at least partially reflective for electromagnetic radiation generated in the active zone. The two facets form at least one optical resonator for at least one of the strip emitters. For example, the two facets form a resonator for each of the stripe emitters. In this case, each strip emitter may be assigned a resonator unambiguously, for example one-to-one. For example, the number of stripe emitters is equal to the number of resonators for the stripe emitters. The main emission direction of the semiconductor laser preferably runs parallel to a resonator axis of the resonator formed by the facets.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst dieser zumindest zwei in Querrichtung voneinander beabstandete Kontaktflächen, die auf einer Außenfläche des Halbleiterkörpers angebracht sind. Das heißt, dass die Kontaktflächen an der gleichen Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Beispielsweise ist ein Bereich der Außenfläche des Halbleiterkörpers in Querrichtung zwischen benachbarten Kontaktflächen frei von dem Material der Kontaktflächen. Mit anderen Worten sind die Kontaktflächen in Querrichtung durch zumindest einen Zwischenbereich beabstandet. In einer Draufsicht auf den kantenemittierenden Halbleiterlaser ist der Zwischenbereich dann durch zwei jeweils in Querrichtung aneinander angrenzende Kontaktflächen und beispielsweise der Außenfläche des Halbleiterkörpers begrenzt. Mit anderen Worten sind die Kontaktflächen in Querrichtung jeweils durch einen Zwischenbereich voneinander getrennt.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, the latter comprises at least two transversely spaced contact surfaces which are mounted on an outer surface of the semiconductor body. This means that the contact surfaces are arranged on the same side of the semiconductor body. For example, a region of the outer surface of the semiconductor body in the transverse direction between adjacent contact surfaces is free of the material of the contact surfaces. In other words, the contact surfaces are spaced transversely by at least one intermediate region. In a plan view of the edge-emitting semiconductor laser, the intermediate region is then delimited by two contact surfaces which adjoin each other in the transverse direction and, for example, the outer surface of the semiconductor body. In other words, the contact surfaces in the transverse direction are each separated by an intermediate region.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist jedem Streifenemitter eine Kontaktfläche eindeutig zugeordnet. Zum Beispiel ist jedem Streifenemitter eine Kontaktfläche eineindeutig zugeordnet.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, each stripe emitter is assigned a contact surface uniquely. For example, each stripe emitter is uniquely associated with a contact area.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des Betriebs des Halbleiterlasers über die Kontaktflächen Strom in zumindest einen der Streifenemitter eingeprägt. Mit anderen Worten werden mittels der Kontaktflächen die aktiven Zonen der Streifenemitter kontaktiert und bestromt. Zum Beispiel dienen die Kontaktflächen zur p-seitigen Kontaktierung der Streifenemitter und damit des kantenemittierenden Halbleiterlasers. Zur Einprägung des Stroms durch die Kontaktflächen in die Streifenemitter können die Kontaktflächen in direktem Kontakt mit der Außenfläche des Halbleiterkörpers stehen. Beispielsweise sind die Zwischenbereiche nicht elektrisch leitend oder kontaktierbar ausgebildet. Vorzugsweise wird über die Zwischenbereiche kein Strom in die Streifenemitter eingeprägt. According to at least one embodiment, current is injected into at least one of the strip emitters via the contact surfaces during the operation of the semiconductor laser. In other words, the active zones of the strip emitter are contacted and energized by means of the contact surfaces. For example, the contact surfaces serve for p-side contacting of the strip emitter and thus of the edge-emitting semiconductor laser. To impress the current through the contact surfaces in the strip emitter, the contact surfaces may be in direct contact with the outer surface of the semiconductor body. For example, the intermediate areas are not formed electrically conductive or contactable. Preferably, no current is impressed in the strip emitter on the intermediate areas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest zwei der Streifenemitter getrennt voneinander elektrisch betreibbar. ”Elektrisch betreibbar” heißt, dass unabhängig voneinander über die jeweiligen Kontaktflächen in die zumindest zwei Streifenemitter beispielsweise Strom einer vorgebbaren Höhe einprägbar ist. Weiter heißt ”elektrisch betreibbar”, dass die zumindest zwei Streifenemitter in Bezug auf ihre Betriebsspannung, Betriebstemperatur und/oder Betriebsdauer vorgebbar einstellbar und/oder steuerbar sind.In accordance with at least one embodiment, at least two of the strip emitters can be operated separately from one another. "Electrically operable" means that, for example, current of a predefinable height can be impressed independently of one another via the respective contact surfaces in the at least two strip emitters. Furthermore, "electrically operable" means that the at least two strip emitters can be set and / or controlled in a predetermined manner with respect to their operating voltage, operating temperature and / or operating time.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist der Halbleiterlaser einen Halbleiterkörper auf, der zumindest zwei in Querrichtung nebeneinander angeordnete Streifenemitter umfasst, wobei jeder Streifenemitter zumindest eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichtete aktive Zone umfasst. Weiter weist der kantenemittierende Halbleiterlaser zumindest zwei Facetten an den aktiven Zonen auf, die zumindest einen Resonator für zumindest einen der Streifenemitter bildet. Zumindest zwei in der Querrichtung voneinander beabstandete Kontaktflächen sind auf einer Außenfläche des Halbleiterkörpers angebracht, wobei jedem Streifenemitter eine Kontaktfläche eindeutig zugeordnet ist. Über die Kontaktflächen wird während des Betriebs des Halbleiterlasers Strom in zumindest einen der Streifenemitter eingeprägt, wobei zumindest zwei der Streifenemitter getrennt voneinander elektrisch betreibbar sind.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, the semiconductor laser has a semiconductor body which comprises at least two laterally juxtaposed stripe emitters, each stripe emitter comprising at least one active zone set up to generate electromagnetic radiation. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser has at least two facets on the active zones, which forms at least one resonator for at least one of the strip emitters. At least two spaced-apart in the transverse direction of contact surfaces are mounted on an outer surface of the semiconductor body, each strip emitter is assigned a contact surface unique. During operation of the semiconductor laser, current is impressed into at least one of the strip emitters via the contact surfaces, wherein at least two of the strip emitters can be operated separately from one another.
Der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaser beruht dabei unter anderem auf der Kenntnis, dass eine optische Ausgangsleistung eines kantenemittierenden Halbleiterlasers mit einer einzigen aktiven Zone über seine Kontaktfläche beispielsweise lediglich über die Stromhöhe individuell einstellbar ist. Mit anderen Worten ist die optische Ausgangsleistung des kantenemittierenden Halbleiterlasers über die einzige elektrische Kontaktfläche und die optischen Eigenschaften der einzelnen aktiven Zone festgelegt. Zum Beispiel ist die aktive Zone lediglich beispielsweise in einer absoluten Bestromungsbeziehungsweise Spannungshöhe regelbar. Mit anderen Worten kann bezüglich der Emission von elektromagnetischer Strahlung keine Auswahl zwischen unterschiedlichen aktiven Zonen und ihnen zugeordneten Kontaktflächen unternommen werden.The edge-emitting semiconductor laser described here is based, inter alia, on the knowledge that an optical output power of an edge-emitting semiconductor laser with a single active zone can be set individually via its contact surface, for example only via the current level. In other words, the optical output power of the edge emitting semiconductor laser is determined by the single electrical contact area and the optical characteristics of the single active area. For example, the active zone can only be regulated in an absolute current or voltage level, for example. In other words, with respect to the emission of electromagnetic radiation, no selection can be made between different active zones and their associated pads.
Um nun die optische Ausgangsleistung und Appatur des kantenemittierenden Halbleiterlasers individuell einstellen und anpassen zu können, macht der hier beschriebene Halbleiterlaser unter anderem von der Idee Gebrauch, einen Halbleiterkörper bereitzustellen, der zumindest zwei in Querrichtung nebeneinander angeordnete Streifenemitter umfasst, die getrennt voneinander elektrisch betreibbar sind. Mit anderen Worten kann die optische Ausgangsleistung über eine Auswahl der elektrisch betriebenen aktiven Zonen den individuellen Bedürfnissen des Benutzers jeweils angepasst werden. Ein derartiger kantenemittierender Halbleiterlaser ist daher in seinem Anwendungsbereich besonders variabel, beispielsweise bei Projektionsanwendungen, einsetzbar. Ferner ist ein derartiger kantenemittierender Halbleiterlaser besonders kompakt und platzsparend.In order to be able to individually set and adapt the optical output power and the add-on of the edge-emitting semiconductor laser, the semiconductor laser described here makes use, inter alia, of the idea to provide a semiconductor body comprising at least two laterally juxtaposed strip emitters which can be operated separately from one another. In other words, the optical output power can be adjusted to the individual needs of the user via a selection of the electrically operated active zones. Such an edge-emitting semiconductor laser is therefore particularly variable in its field of application, for example in projection applications. Furthermore, such an edge-emitting semiconductor laser is particularly compact and space-saving.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest ein Streifenemitter elektrisch unkontaktiert. Beispielsweise ist der unkontaktierte Streifenemitter dann auch elektrisch nicht betreibbar. Zum Beispiel wird dazu die dem Streifenemitter zugeordnete Kontaktfläche elektrisch nicht angeschlossen. Bei dem unkontaktierten Steifenemitter kann es sich um einen Streifenemitter handeln, der für eine Verwendung des Halbleiterlasers nicht benötigt wird und/oder der die an ihn gestellten Spezifikationen nicht erfüllt. Mit anderen Worten kann ein solcher Streifenemitter für die jeweilige Anwendung des Halbleiterlasers ungeeignet sein. Vorteilhaft wird so vermieden, dass der ungeeignete Streifenemitter den Halbleiterlaser negativ, beispielsweise im Hinblick auf die optische Ausgangsleistung, beeinflusst.According to at least one embodiment, at least one strip emitter is electrically uncontacted. For example, the uncontacted strip emitter is then also electrically inoperable. For example, for this purpose, the contact surface assigned to the strip emitter is not electrically connected. The uncontacted strip emitter may be a strip emitter which is not required for use of the semiconductor laser and / or which does not meet the specifications set for it. In other words, such a strip emitter may be unsuitable for the particular application of the semiconductor laser. It is thus advantageously avoided that the inappropriate strip emitter negatively influences the semiconductor laser, for example with regard to the optical output power.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst dieser zumindest zwei Anschlussflächen, welche auf der Außenfläche des Halbleiterkörpers angebracht sind, wobei jeder Anschlussfläche eine Kontaktfläche eindeutig zugeordnet und mit dieser Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist. Die Anschlussflächen dienen zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktflächen. Vorzugsweise wird über die Anschlussflächen und die ihnen jeweils zugehörigen Kontaktflächen bei externer elektrischer Kontaktierung der Anschlussflächen in die jeweiligen Streifenemitter Strom einer vorgebbaren Höhe eingeprägt. Insbesondere dienen die Kontaktflächen nicht zur externen elektrischen Kontaktierung. Da die Anschlussflächen mit den ihnen zugeordneten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden sind, bilden die Anschlussflächen, genauso wie Kontaktflächen, beispielsweise einen p-seitigen Kontakt des Halbleiterlasers aus. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen von außen nicht elektrisch kontaktierbar. Mit anderen Worten dienen ausschließlich die Anschlussflächen für eine externe elektrische Kontaktierung des kantenemittierenden Halbleiterlasers.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, the latter comprises at least two connection surfaces, which are mounted on the outer surface of the semiconductor body, wherein each contact surface is uniquely associated with a contact surface and electrically conductively connected to this contact surface. The pads are used for electrical contacting of the contact surfaces. Preferably, current of a predeterminable height is impressed via the connection surfaces and the respective contact surfaces associated therewith for external electrical contacting of the connection surfaces in the respective strip emitters. In particular, the contact surfaces do not serve for external electrical contacting. Since the connection surfaces are electrically conductively connected to the contact surfaces assigned to them, the connection surfaces, just like contact surfaces, form, for example, a p-type contact surface. side contact of the semiconductor laser. Preferably, the contact surfaces are not electrically contacted from the outside. In other words, only the pads serve for external electrical contacting of the edge-emitting semiconductor laser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist jede Anschlussfläche mit der ihr zugeordneten Kontaktfläche direkt verbunden. Vorzugsweise sind die Anschlussfläche und die Kontaktfläche zusammenhängend ausgebildet und bilden eine Einheit. ”Direkt” heißt in diesem Zusammenhang, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anschlussfläche und der Kontaktfläche ohne beispielsweise eine zwischen der Anschlussfläche und der Kontaktfläche angeordnete Leiterbahn hergestellt ist. Zum Beispiel sind dazu die Anschlussfläche und die Kontaktfläche in einem einzigen Verfahrensschritt auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Beispielsweise sind die Anschlussfläche und die Kontaktfläche mit dem gleichen Material gebildet.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, each pad is directly connected to the contact surface assigned to it. Preferably, the pad and the contact surface are integrally formed and form a unit. In this context, "direct" means that an electrically conductive connection is established between the connection area and the contact area without, for example, a conductor track arranged between the connection area and the contact area. For example, for this purpose, the pad and the contact surface are applied to the outer surface of the semiconductor body in a single method step. For example, the pad and the contact surface are formed with the same material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Anschlussfläche auf der Außenfläche des Halbleiterkörpers in der Querrichtung zwischen jeweils benachbarten Kontaktflächen angeordnet. Bei paarweiser Betrachtung der Kontaktflächen sind die Anschlussflächen auf der Außenfläche beispielsweise ausgehend von der ihnen zugeordneten Kontaktfläche in Richtung der jeweils benachbarten Kontaktfläche geführt.In accordance with at least one embodiment, at least one connection surface is arranged on the outer surface of the semiconductor body in the transverse direction between respectively adjacent contact surfaces. When viewing the contact surfaces in pairs, the connection surfaces on the outer surface are guided, for example, starting from the contact surface assigned to them in the direction of the respectively adjacent contact surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Außenfläche zumindest einen Bereich zwischen in Querrichtung benachbarten Kontaktflächen auf, der frei von den Anschlussflächen ist.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, the outer surface has at least one region between transversely adjacent contact surfaces, which is free of the connection surfaces.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weisen zumindest eine Anschlussfläche und eine ihr nicht zugeordnete Kontaktfläche zumindest einen Überlappbereich auf, in dem die Anschlussfläche und die Kontaktfläche in vertikaler Richtung zumindest stellenweise überlappen. In vertikaler Richtung ist zwischen der Anschlussfläche und der Kontaktfläche im Überlappbereich zumindest stellenweise eine elektrische Isolierung angeordnet. Die Anschlussfläche kann in vertikaler Richtung über eine ihr nicht zugeordnete Kontaktfläche hinweggeführt sein. Die Stellen der Anschlussfläche und der Kontaktfläche, an denen beide in vertikaler Richtung überlappen, bilden jeweils den Überlappbereich aus. In einer Draufsicht auf den kantenemittierenden Halbleiterlaser befindet sich die Anschlussfläche im Überlappbereich über der Kontaktfläche. Die Kontaktfläche kann in einer Draufsicht auf die Außenfläche des Halbleiterlasers durch die Anschlussfläche stellenweise verdeckt sein. Zum Beispiel ist die elektrische Isolierung durch zumindest eine elektrisch isolierende Schicht gebildet.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, at least one connection surface and a contact surface not assigned to it have at least one overlap region in which the connection surface and the contact surface overlap in the vertical direction at least in places. In the vertical direction, at least in places, an electrical insulation is arranged between the connection surface and the contact surface in the overlapping region. The connection surface can be guided away in the vertical direction via a contact surface which is not assigned to it. The locations of the pad and pad, where both overlap in the vertical direction, each form the overlap area. In a plan view of the edge-emitting semiconductor laser, the connection surface is in the overlap region above the contact surface. The contact surface may be concealed in places in a plan view of the outer surface of the semiconductor laser through the pad. For example, the electrical insulation is formed by at least one electrically insulating layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist jede Anschlussfläche über zumindest einen Kontaktsteg mit der ihr zugeordneten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise sind eine Kontaktfläche und eine ihr zugeordnete Anschlussfläche einem Kontaktsteg zugeordnet. Mit anderen Worten können die Anschlussfläche, der Kontaktsteg und die Kontaktfläche eine Kontaktierungsgruppe zur Kontaktierung des ihnen jeweils eindeutig zugeordneten Streifenemitters bilden.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, each pad is electrically conductively connected via at least one contact web to the contact surface assigned to it. For example, a contact surface and a pad associated therewith are associated with a contact land. In other words, the connection surface, the contact web and the contact surface can form a contacting group for contacting the strip emitter, which in each case is uniquely assigned to it.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers sind zumindest zwei Anschlussflächen auf der gleichen Seite einer Kontaktfläche auf der Außenfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise sind alle Anschlussflächen auf einer Seite einer Kontaktfläche angeordnet. In diesem Fall sind in Querrichtung zwischen den Kontaktflächen keine Anschlussflächen angeordnet.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, at least two connection surfaces are arranged on the same side of a contact surface on the outer surface of the semiconductor body. For example, all connection pads are arranged on one side of a contact surface. In this case, no pads are arranged in the transverse direction between the contact surfaces.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weisen zumindest ein Kontaktsteg und zumindest eine dem Kontaktsteg nicht zugeordnete Kontaktfläche zumindest einen weiteren Überlappbereich auf, in dem der Kontaktsteg und die Kontaktfläche in vertikaler Richtung zumindest stellenweise überlappen. In vertikaler Richtung ist zwischen dem Kontaktsteg und der Kontaktfläche im weiteren Überlappbereich zumindest stellenweise eine weitere elektrische Isolierung angeordnet. Zum Beispiel sind die weitere elektrische Isolierung und die elektrische Isolierung mit demselben Material gebildet.In accordance with at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser, at least one contact web and at least one contact surface not assigned to the contact web have at least one further overlap region in which the contact web and the contact surface overlap in the vertical direction at least in places. In the vertical direction, at least in places, further electrical insulation is arranged between the contact web and the contact surface in the further overlap region. For example, the further electrical insulation and the electrical insulation are formed with the same material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist zumindest ein Kontaktsteg eine Unterbrechung auf, durch die die elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Anschlussfläche und der ihr zugeordneten Kontaktfläche vorgebbar unterbrochen ist. Die Unterbrechung des Kontaktstegs kann dauerhaft sein. Das kann heißen, dass die Unterbrechung ohne Reparaturmaßnahmen nicht zu beheben ist. Zum Beispiel ist der Kontaktsteg dazu dauerhaft in seinem Verlauf unterbrochen. Das kann heißen, dass der Kontaktsteg beispielsweise durch Materialabtrag mechanisch und/oder mittels hochenergetischen Laserlichts durchschnitten oder durchtrennt und damit unterbrochen ist.According to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, at least one contact web has an interruption, by means of which the electrically conductive connection between a contact surface and the contact surface assigned to it can be predetermined. The interruption of the contact bridge can be permanent. This may mean that the interruption can not be repaired without repair measures. For example, the contact bar is permanently interrupted in its course. This may mean that the contact web is cut through or cut through mechanically and / or by means of high-energy laser light, for example by material removal, and is thus interrupted.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weisen zumindest zwei der Streifenemitter unterschiedlich lange Resonatorlängen auf. Beispielsweise ist dazu eine der Facetten in einzelne Teilfacetten unterteilt, wobei jede Teilfacette einem Streifenemitter eindeutig zugeordnet ist. Das heißt, die Facette ist dann keine Ebene mehr. Die jeweilige Resonatorlänge eines Streifenemitters ist dabei eine Strecke in einer Richtung parallel zur Hauptabstrahlrichtung des Streifenemitters zwischen jeweils benachbarten Teilfacetten. Beispielsweise sind die Teilfacetten mittels eines trocken- und/oder nasschemischen Ätzprozesses in den Halbleiterkörper eingebracht. Zusätzlich können die Längen der Kontaktflächen, das heißt die Ausdehnung der Kontaktflächen in der Hauptabstrahlrichtung eines Streifenemitters unterschiedlich lang sein. Mit anderen Worten kann die Länge der Kontaktflächen zu den unterschiedlichen Resonatorlängen der einzelnen Streifenemitter korrespondieren.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser, at least two of the strip emitters have resonator lengths of different lengths. For example, one of the facets is divided into individual partial facets, wherein each partial facet is uniquely associated with a strip emitter. In other words, the facet is no longer a level. The respective resonator length of a strip emitter is a distance in a direction parallel to the main emission direction of the strip emitter between respectively adjacent part facets. By way of example, the partial facets are introduced into the semiconductor body by means of a dry and / or wet-chemical etching process. In addition, the lengths of the contact surfaces, that is, the extension of the contact surfaces in the main emission direction of a strip emitter may be of different lengths. In other words, the length of the contact surfaces may correspond to the different resonator lengths of the individual strip emitters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der Halbleiterkörper auf einem III-Nitrid Halbleitermaterial. ”III-Nitrid Halbleitermaterial” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper ein Nitrid Halbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ m ≤ 1, 0 ≤ n ≤ 1 und m + n ≤ 1.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor body is based on a III-nitride semiconductor material. "III-nitride semiconductor material" in the present context means that the semiconductor body comprises or consists of a nitride semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1-nm N, where 0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1 and m + n ≤ 1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich Rippentiefen von in Querrichtung nebeneinander angeordneten Streifenemittern um wenigstens 10 nm. Zum Beispiel grenzen in Querrichtung nebeneinander angeordnete Streifenemitter direkt aneinander an. Beispielsweise handelt es sich bei den Streifenemittern um Rippenemitter, welche zumindest eine Rippe aufweisen. Die Ausdehnung der Rippe in vertikaler Richtung ist dann die jeweilige Rippentiefe. Es wurde erkannt, dass ab einem derartigen Unterschied in den Rippentiefen der kantenemittierende Halbleiterlaser besonders flexibel eingesetzt werden kann, da sich die optischen Ausgangsleistungen von jeweils benachbarten Streifenemittern aufgrund der unterschiedlichen Rippentiefen besonders einfach voneinander unterscheiden und abgrenzen lassen. Insofern werden beispielsweise nur die für die jeweilige Anwendung des kantenemittierenden Halbleiterlasers gebrauchten und/oder gewünschten Streifenemitter elektrisch betrieben.According to at least one embodiment, rib depths of laterally juxtaposed strip emitters differ by at least 10 nm. For example, laterally juxtaposed stripe emitters directly adjoin one another. For example, the strip emitters are fin emitters which have at least one rib. The extension of the rib in the vertical direction is then the respective rib depth. It has been recognized that, starting from such a difference in the rib depths, the edge-emitting semiconductor laser can be used particularly flexibly, since the optical output powers of respectively adjacent strip emitters can be distinguished and demarcated from one another in a particularly simple manner due to the different rib depths. In this respect, for example, only the used for the particular application of the edge emitting semiconductor laser and / or desired strip emitter are electrically operated.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich Rippenbreiten von in Querrichtung nebeneinander angeordneten Streifenemittern um wenigstens 100 nm. Die Ausdehnung einer Rippe in Querrichtung ist dann die jeweilige Rippenbreite. Da ebenso die jeweilige Rippenbreite eines Streifenemitters Einfluss auf die optische Ausgangsleistung hat, können mittels derartiger Unterschiede in den Rippenbreiten nur für die jeweilige Anwendung passend die entsprechend benötigten Streifenemitter betrieben werden.In accordance with at least one embodiment, rib widths of laterally juxtaposed strip emitters differ by at least 100 nm. The extent of a rib in the transverse direction is then the respective rib width. Since the respective rib width of a strip emitter likewise has an influence on the optical output power, the strip stripters correspondingly required can be operated by means of such differences in the rib widths only for the respective application.
Mit anderen Worten sind die Rippenbreite und die Rippentiefe Stellgrößen beispielsweise im Hinblick auf die optische Ausgangsleistung eines Streifenemitters. In Abhängigkeit der Rippenbreite und der Rippentiefe umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaser Streifenemitter unterschiedlicher optischer Ausgangsleistung, wobei die Streifenemitter getrennt voneinander elektrisch betreibbar sind.In other words, the rib width and the rib depth are manipulated variables, for example with regard to the optical output power of a strip emitter. Depending on the rib width and the rib depth, the edge-emitting semiconductor laser comprises strip emitters of different optical output power, the strip emitters being able to be operated separately from one another.
Es wird darüber hinaus eine Laservorrichtung angegeben.In addition, a laser device is specified.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Laservorrichtung zumindest einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß zumindest einer der hier beschriebenen Ausführungsformen. Das heißt, die für den hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaser aufgeführten Merkmale sind auch für die hier beschriebene Laservorrichtung offenbart und umgekehrt.In accordance with at least one embodiment, the laser device comprises at least one edge-emitting semiconductor laser according to at least one of the embodiments described here. That is, the features listed for the edge emitting semiconductor laser described herein are also disclosed for the laser device described herein, and vice versa.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest zwei Streifenemitter über die ihnen jeweils zugeordnete Kontaktfläche elektrisch kontaktiert.In accordance with at least one embodiment, at least two strip emitters are electrically contacted via the respective contact surface assigned to them.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laservorrichtung umfasst diese eine Ansteuervorrichtung zum Betreiben der Streifenemitter, wobei die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei der Streifenemitter in Abhängigkeit von zumindest einer der Bedingungen maximale Betriebsdauer, vorgebbare Mindestintensität der von jedem der zumindest zwei Streifenemitter emittierten elektromagnetischen Strahlung anzusteuern. Zum Beispiel handelt es sich bei der maximalen Betriebsdauer der Streifenemitter um einen beispielsweise von einem Benutzer der Laservorrichtung vorgegebenen Zeitabschnitt, ab dessen Überschreitung der Streifenemitter vorgebbare Kriterien erfahrungsgemäß nicht mehr erfüllt. In von der Ansteuervorrichtung nicht angesteuerten Streifenemittern wird über die ihnen zugeordneten Kontaktflächen kein Strom eingeprägt. Diese Streifenemitter sind dann elektrisch nicht betrieben.According to at least one embodiment of the laser device, the drive device comprises a drive device for operating the strip emitters, wherein the drive device is set up to drive at least two of the strip emitters in response to at least one of the conditions of maximum operating time, predeterminable minimum intensity of the electromagnetic radiation emitted by each of the at least two strip emitters. For example, the maximum operating time of the strip emitter is a time period predetermined, for example, by a user of the laser device, beyond which the strip emitter is no longer able to fulfill predefinable criteria. In stripe emitters not driven by the drive device, no current is impressed via the contact surfaces assigned to them. These strip emitters are then not operated electrically.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet, nach Erreichen zumindest einer der Bedingungen für einen von der Ansteuervorrichtung betriebenen Streifenemitter, den Streifenemitter zu deaktivieren. Das kann heißen, dass durch die Ansteuervorrichtung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer externen Energiequelle und dem Streifenemitter unterbrochen wird. In deaktivierte Streifenemitter wird während des Betriebs der Laservorrichtung über die ihnen zugeordneten Kontaktflächen kein Strom mehr eingeprägt. Während des Betriebs der Laservorrichtung könnten bereits verbrauchte Streifenemitter die optische Ausgangsleistung verringern und/oder zu Kurzschlüssen im Halbleiterlaser und/oder zu Fernfeldfehlern des Halbleiterlasers führen. ”Verbrauchte Streifenemitter” heißt in diesem Zusammenhang, dass solche Streifenemitter nach einer gewissen Betriebsdauer nicht mehr die an sie angelegten Rahmenspezifikationen, wie zum Beispiel der Intensität des abgestrahlten Lichts, erfüllen. Durch das Deaktivieren des verbrauchten Streifenemitters werden diese negativen Effekte verhindert, obwohl der Streifenemitter über die gesamte Betriebsdauer angeschlossen bleiben kann.In accordance with at least one embodiment of the laser device, the drive device is set up to deactivate the strip emitter after reaching at least one of the conditions for a strip emitter operated by the drive device. This may mean that an electrically conductive connection between an external energy source and the strip emitter is interrupted by the drive device. In deactivated strip emitters, no current is impressed on the contact surfaces assigned to them during operation of the laser device. During operation of the laser device, already consumed strip emitters could reduce the optical output power and / or lead to short circuits in the semiconductor laser and / or to far field errors of the semiconductor laser. "Used strip emitter" means in this context, such that after a certain period of operation such fringe emitters no longer fulfill the frame specifications applied to them, such as the intensity of the emitted light. Disabling the spent frit emitter will prevent these negative effects, although the fringe emitter may remain connected throughout its life.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Zahl der sich in Betrieb befindlichen Streifenemitter während des Betriebs der Laservorrichtung konstant. Werden für eine Anwendung der Laservorrichtung eine bestimmte Anzahl gleichzeitig betriebener und/oder vorselektierter Streifenemitter, zum Beispiel jeweils gleicher optischer Ausgangsleistung, benötigt, kann ein bereits verbrauchter Streifenemitter durch einen bisher nicht betriebenen Streifenemitter ersetzt werden. Vorteilhaft kann so eine von dem Halbleiterlaser emittierte Intensität über den gesamten Betriebszeitraum der Laservorrichtung konstant gehalten werden. Damit können die an den Halbleiterlaser angelegten Betriebskriterien über einen möglichst langen Zeitraum konstant gehalten werden, wodurch die Lebensdauer der Laservorrichtung signifikant gesteigert ist.In accordance with at least one embodiment, the number of strip emitters in operation is constant during operation of the laser device. If a certain number of simultaneously operated and / or preselected strip emitters, for example each having the same optical output power, are required for an application of the laser device, an already consumed strip emitter can be replaced by a strip emitter which has not yet been operated. Advantageously, an intensity emitted by the semiconductor laser can thus be kept constant over the entire operating period of the laser device. As a result, the operating criteria applied to the semiconductor laser can be kept constant over as long a period as possible, as a result of which the service life of the laser device is significantly increased.
Im Folgenden wird der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaser sowie die hier beschriebene Laservorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.In the following, the edge-emitting semiconductor laser described here as well as the laser device described here will be explained in greater detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
Die
Die
In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende 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 exemplary embodiments and the figures, the same or equivalent components are each provided with the same reference numerals. The illustrated elements are not to be considered as true to scale, but individual elements may be exaggerated to better understand.
In der
Unter elektrischer Kontaktierung emittieren die aktiven Zonen
Ferner weist der kantenemittierende Halbleiterlaser
Ferner weist der kantenemittierende Halbleiterlaser
Beispielsweise kann einer der Streifenemitter
In der
In der
In der
Die
In der
Da die Streifenemitter
Die
Inder
Die isolierende, dielektrische Schicht
Die
In der
In der
Die
Aus der
Beispielsweise kann mittels der hierbei gezielt in den Halbleiterkörper
Die
Die
Die
Nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne, beispielsweise der Lebensdauer des Streifenemitters
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr erfasst 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention covers every new feature and every combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.
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