DE102011085077B4 - Surface emitting semiconductor laser - Google Patents

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Abstract

Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (100) mit einem optischen Resonator (110), wobei der optische Resonator (110) mindestens einen ersten, als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeten, Spiegel (120) aufweist, der einen Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten (122a, .., 122h) umfasst, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten (122a, .., 122h) entlang einer Schichtdickenkoordinate (x) des Schichtaufbaus abwechselnd als Hochindexmaterial mit einem ersten Wert eines Realteils (n_re_h) des Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Wert eines Realteils (n_re_l) des Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Wert, ausgebildet sind, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des ersten Spiegels (120) jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten und/oder eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) eine Zwischenschicht (122m') vorgesehen ist, deren Brechungsindex einen Realteil (n_re_z) aufweist, der zwischen dem Realteil (n_re_l, n_re_h) der Brechungsindizes der beiden benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) liegt; und wobei sich eine Dotierstoffkonzentration von Zwischenschicht (122m') zu Zwischenschicht (122n') stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.Surface-emitting semiconductor laser (100) with an optical resonator (110), the optical resonator (110) having at least one first mirror (120) designed as a distributed Bragg reflector, DBR, which has a layer structure with a plurality of mirror layers (122a, .., 122h), with mutually adjacent mirror layers (122a, .., 122h) along a layer thickness coordinate (x) of the layer structure alternately as high-index material with a first value of a real part (n_re_h) of the refractive index and as low-index material with a second value of a real part (n_re_l) of the refractive index that is smaller than the first value, at least two mirror layers of the first mirror (120) designed as high-index material and / or as low-index material each have a different absorption coefficient and / or a different dopant concentration and / or a different one Material composition of the mirror having a layer, characterized in that between at least two adjacent mirror layers (122m, 122n) an intermediate layer (122m ') is provided, the refractive index of which has a real part (n_re_z) that is between the real part (n_re_l, n_re_h) of the refractive indices of the two adjacent mirror layers (122m, 122n) is; and wherein a dopant concentration changes from intermediate layer (122m ') to intermediate layer (122n') in a stepped and / or linear and / or logarithmic manner.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit einem optischen Resonator, wobei der optische Resonator mindestens einen ersten, als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeten, Spiegel aufweist, der einen Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten umfasst, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten entlang einer Schichtdickenkoordinate des Schichtaufbaus abwechselnd als Hochindexmaterial mit einem ersten Wert eines Realteils des Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Wert eines Realteils des Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Wert, ausgebildet sind.The invention relates to a surface-emitting semiconductor laser with an optical resonator, the optical resonator having at least one first mirror designed as a distributed Bragg reflector, DBR, which comprises a layer structure with a plurality of mirror layers, with mutually adjacent mirror layers along a layer thickness coordinate of the layer structure are formed alternately as a high-index material with a first value of a real part of the refractive index and as a low-index material with a second value of a real part of the refractive index that is smaller than the first value.

Aus der US 2009 / 0 201 965 A1 ist ein VCSEL bekannt, der enthält: einen ersten Halbleiter-Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel eines ersten Leitfähigkeitstyps, ausgebildet auf einem Substrat und aufweisend eine erste Verunreinigungskonzentration; eine darauf gebildete aktive Region; einen zweiten Halbleiter-Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel eines zweiten Leitfähigkeitstyps, ausgebildet auf und nahe dem aktiven Bereich und aufweisend eine zweite Verunreinigungskonzentration; darauf ausgebildet einen dritten Halbleiter-Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel des zweiten Leitfähigkeitstyps, aufweisend eine dritte Verunreinigungskonzentration, welche höher ist als die zweite Verunreinigungskonzentration; und einen darauf ausgebildeten vierten Halbleiter-Mehrschichtfilm-Reflexionsspiegel des zweiten Leitfähigkeitstyps, aufweisend eine vierte Verunreinigungskonzentration, welche höher ist als die zweite Verunreinigungskonzentration.From the US 2009/0201 965 A1 there is known a VCSEL including: a first semiconductor multilayer film reflection mirror of a first conductivity type formed on a substrate and having a first impurity concentration; an active region formed thereon; a second semiconductor multilayer film reflection mirror of a second conductivity type formed on and near the active area and having a second impurity concentration; formed thereon a third semiconductor multilayer film reflection mirror of the second conductivity type having a third impurity concentration higher than the second impurity concentration; and a fourth semiconductor multilayer film reflection mirror of the second conductivity type formed thereon having a fourth impurity concentration which is higher than the second impurity concentration.

Aus der US 2003 / 0 048 824 A1 ist eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) bekannt, aufweisend DBRs vom p-Typ und n-Typ, die zwischen einem Resonanzhohlraum mit einer aktiven Schicht angeordnet sind.From the US 2003/0 048 824 A1 For example, there is known a vertical cavity surface emitting semiconductor laser device (VCSEL) comprising p-type and n-type DBRs interposed between a resonance cavity having an active layer.

Aus der US 5 170 407 A ist bekannt, dass Leitungsband- oder Valenzbanddiskontinuitäten, die an der Verbindungsstelle zweier unipolarer heterogener Halbleiter auftreten, durch Zusammensetzungsgradierung der Hetero-Grenzfläche und geeignete Dotierung des Grenzflächenbereichs beseitigt werden können.From the U.S. 5,170,407 A it is known that conduction band or valence band discontinuities that occur at the junction of two unipolar heterogeneous semiconductors can be eliminated by grading the composition of the hetero-interface and appropriately doping the interface region.

Aus der US 5 530 715 A ist ein erster Stapel verteilter Bragg-Spiegel mit alternierenden Schichten aus Aluminiumgalliumarsenid, die sich in den Konzentrationen des Aluminiums unterscheiden, bekannt, der auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, wobei eine erste Vielzahl kontinuierlicher Gradientenschichten zwischen den alternierenden Schichten unterschiedlicher Aluminiumkonzentrationen dynamisch angeordnet ist, um die Aluminiumkonzentration von einer der alternierenden Schichten zu einer anderen alternierenden Schicht zu verschieben.From the U.S. 5,530,715 A a first stack of distributed Bragg mirrors with alternating layers of aluminum gallium arsenide differing in the concentrations of aluminum is known, which is arranged on a surface of a substrate with a first plurality of continuous gradient layers dynamically arranged between the alternating layers of different aluminum concentrations, to shift the aluminum concentration from one of the alternating layers to another alternating layer.

Aus der US 2002 / 0 150 135 A1 sind selektiv oxidierte Laser mit vertikalem Hohlraum bekannt, die bei etwa 1290 nm unter Verwendung von InGaAsN-Quantentöpfen emittieren, die unter, bei und über Raumtemperatur eine kontinuierliche Welle betreiben. Die Laser verwenden ein halbisolierendes GaAs-Substrat für AIGaAs-DBR-Spiegelstrukturen mit reduzierter Kapazität, hoher Qualität und niedrigem spezifischen Widerstand und einen auf InGaAsN basierenden gespannten aktiven Bereich.From the US 2002/0 150 135 A1 selectively oxidized vertical cavity lasers are known which emit at about 1290 nm using InGaAsN quantum wells operating a continuous wave below, at and above room temperature. The lasers use a semi-insulating GaAs substrate for AIGaAs DBR mirror structures with reduced capacitance, high quality, and low resistivity and an InGaAsN based strained active area.

Aus der JP 2001-94 208 A ist ein oberflächenemittierender Laser bekannt, welcher ausgebildet ist aus sukzessive laminiertem ersten DBR mit erster Leitfähigkeit, zweitem DBR mit erster Leitfähigkeit, aktiven Schichten, drittem DBR mit zweiter Leitfähigkeit und viertem DBR zweiter Leitfähigkeit aufeinander.From the JP 2001-94 208 A a surface-emitting laser is known which is formed from successively laminated first DBR with first conductivity, second DBR with first conductivity, active layers, third DBR with second conductivity and fourth DBR with second conductivity on top of one another.

Aus der US 2005 / 0 025 211 A ist eine VCSEL-Vorrichtung (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) mit verbesserten Leistungs- und Strahleigenschaften bekannt. Die VCSEL-Vorrichtung enthält einen VCSEL oder ein Array von VCSELs.A VCSEL device (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) with improved power and beam properties is known from US 2005/0 025 211 A. The VCSEL device includes a VCSEL or an array of VCSELs.

Aus der DE 10 2004 001 554 A1 ist eine Vorrichtung zum Zünden einer Brennkraftmaschine mit einem Zündlaser bekannt, wobei der Zündlaser in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt. Der Zündlaser wird über einen Lichtleiter von einer Pumplichtquelle optisch gepumpt.From the DE 10 2004 001 554 A1 a device for igniting an internal combustion engine with an ignition laser is known, the ignition laser protruding into the combustion chamber of an internal combustion engine. The ignition laser is optically pumped by a pump light source via a light guide.

1 zeigt schematisch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 100 (nachfolgend kurz: Oberflächenemitter) vom VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) - Typ aus dem Stand der Technik in Seitenansicht. Der Oberflächenemitter 100 hat einen optischen Resonator 110, der zwei Spiegel 120, 130 aufweist, die beide als DBR (distributed Bragg reflector) ausgebildet sind, also jeweils mit einem Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von dotierten Spiegelschichten, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten entlang einer Schichtdickenkoordinate x1 des Schichtaufbaus abwechselnd als Hochindexmaterial mit einem ersten Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Brechungsindex, ausgebildet sind. 1 shows schematically a surface emitting semiconductor laser 100 (hereinafter for short: surface emitter) of the VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) type from the prior art in a side view. The surface emitter 100 has an optical resonator 110 , the two mirrors 120 , 130 which are both designed as DBR (distributed Bragg reflector), i.e. each with a layer structure with a plurality of doped mirror layers, with mutually adjacent mirror layers along a layer thickness coordinate x1 of the layer structure alternately as a high-index material with a first refractive index and as a low-index material with a second refractive index , which is smaller than the first refractive index.

Zwischen den Spiegeln 120, 130 ist eine aktive Zone 140 angeordnet, die beispielsweise einen Quantenfilm 142 aufweist zur Erzeugung von Laserstrahlung L. Der Oberflächenemitter 100 weist ferner Stromkontakte 160, 162 auf, an die eine Versorgungsspannung angelegt werden kann, um den Oberflächenemitter 100 mit elektrischer Energie zu versorgen. Um einen Stromfluss von dem ersten Stromkontakt 160 zu dem zweiten Stromkontakt 162 zu ermöglichen, ist das Halbleitermaterial der Spiegel 120, 130 in an sich bekannter Weise dotiert, beispielsweise ist das Material des Spiegels 120 p-dotiert, und das Material des Spiegels 130 n-dotiert.Between the mirrors 120 , 130 is an active zone 140 arranged, for example, a quantum film 142 has for generating laser radiation L. . The surface emitter 100 also has power contacts 160 , 162 on, to the one Supply voltage can be applied to the surface emitter 100 to be supplied with electrical energy. To get a current flow from the first power contact 160 to the second power contact 162 The semiconductor material is the mirror 120 , 130 doped in a manner known per se, for example the material of the mirror 120 p-doped, and the material of the mirror 130 n-doped.

Die Formung einer Stromdichteverteilung I in der aktiven Zone 140 wird durch eine Stromblende 150 ermöglicht.The formation of a current density distribution I. in the active zone 140 is through a power screen 150 enables.

Der Oberflächenemitter ist auf einem Substrat 170 angeordnet, das ebenfalls n-dotiert ist. The surface emitter is on a substrate 170 arranged, which is also n-doped.

2 zeigt ein Brechzahlprofil des bekannten Oberflächenemitters 100 aus 1 und den Verlauf E^2 des Quadrats der elektrischen Feldstärke der von dem Oberflächenemitter 100 erzeugten Laserstrahlung L aufgetragen über der Schichtdickenkoordinate x1. Der Realteil n_re der Brechzahl weist im Bereich der DBR-Spiegel 120, 130 einen stufenförmigen Verlauf auf, der in an sich bekannter Weise zwischen zwei Brechzahlwerten n_re_h (Hochindexmaterial), n_re_l (Niedrigindexmaterial) variiert, um Reflexionen der Laserstrahlung L an den Schichtgrenzen zwischen dem Hochindexmaterial und dem Niederindexmaterial zu ermöglichen. Der Imaginärteil n_im der Brechzahl weist im Bereich der DBR-Spiegel 120, 130 einen jeweils konstanten Verlauf mit den Werten n_im_1 (Spiegel 120), n_im_2 (Spiegel 130) auf, der sich im wesentlichen durch eine entsprechend ebenfalls konstante Dotierstoffkonzentration innerhalb der Spiegel 120, 130 ergibt. Die Dotierung der üblicherweise aus Halbleitermaterial bestehenden Spiegel 120, 130 wird so eingestellt, dass eine Stromleitung zwischen den Kontakten 160, 162 möglich ist. I.a. steigt die elektrische Leitfähigkeit der Spiegel 120, 130 mit der Dotierstoffkonzentration. Nachteilig bewirkt eine höhere Dotierung der Spiegel 120, 130 jedoch auch eine höhere Absorption der Laserstrahlung L in den Spiegelschichten 120, 130. 2 shows a refractive index profile of the known surface emitter 100 out 1 and the curve E ^ 2 of the square of the electric field strength of the surface emitter 100 generated laser radiation L. plotted over the layer thickness coordinate x1. The real part n_re of the refractive index points in the area of the DBR mirror 120 , 130 a step-shaped profile which varies in a manner known per se between two refractive index values n_re_h (high-index material), n_re_l (low-index material) in order to avoid reflections of the laser radiation L. at the layer boundaries between the high-index material and the low-index material. The imaginary part n_im the refractive index points in the range of the DBR mirror 120 , 130 a constant course with the values n_im_1 (mirror 120 ), n_im_2 (mirror 130 ), which is essentially due to a likewise constant dopant concentration within the mirror 120 , 130 results. The doping of the mirrors, which are usually made of semiconductor material 120 , 130 is set so that there is a power line between the contacts 160 , 162 is possible. In general, the electrical conductivity of the mirrors increases 120 , 130 with the dopant concentration. A higher doping of the mirrors has a disadvantageous effect 120 , 130 but also a higher absorption of the laser radiation L. in the mirror layers 120 , 130 .

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gesamtabsorption von Laserstrahlung in dem Oberflächenemitter, insbesondere in mindestens einem Spiegel, zu reduzieren, ohne dass der elektrische Serienwiderstand zu stark ansteigt. Weiterhin soll mit der Erfindung die Stromverteilung in den Quantenfilmen des VCSEL homogener werden, was die Strahlqualität der erzeugten Laserstrahlung vorteilhaft steigert.Accordingly, it is the object of the present invention to reduce the total absorption of laser radiation in the surface emitter, in particular in at least one mirror, without the electrical series resistance increasing too much. Furthermore, with the invention, the current distribution in the quantum films of the VCSEL should be more homogeneous, which advantageously increases the beam quality of the laser radiation generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des ersten Spiegels jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten aufweisen. Das bedeutet, innerhalb z.B. des Spiegels 120 (1) ist im Unterschied zu dem Stand der Technik ein nichtkonstanter Verlauf des Absorptionskoeffizienten des Materials der Spiegelschicht(en) innerhalb unterschiedlicher Spiegelschichten desselben Typs (Hochindexmaterial, Niedrigindexmaterial) für die erzeugte Laserstrahlung vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch ein nichtkonstantes Dotier- und damit auch Brechzahlprofil, insbesondere hinsichtlich des mit der Strahlungsabsorption korrespondierenden Imaginärteils der Brechzahl, innerhalb unterschiedlicher Spiegelschichten desselben Typs (Hochindexmaterial, Niedrigindexmaterial) erreicht werden.This object is achieved according to the invention in that at least two mirror layers of the first mirror, which are designed as high-index material and / or as low-index material, each have a different absorption coefficient. That means inside, for example, the mirror 120 ( 1 ) In contrast to the prior art, a non-constant course of the absorption coefficient of the material of the mirror layer (s) within different mirror layers of the same type (high-index material, low-index material) is provided for the laser radiation generated. This can be achieved, for example, by a non-constant doping and thus also refractive index profile, in particular with regard to the imaginary part of the refractive index corresponding to the radiation absorption, within different mirror layers of the same type (high-index material, low-index material).

Anstelle der gezielten Einstellung des Verlaufs des Absorptionskoeffizienten kann alternativ oder ergänzend auch eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht vorgesehen werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen.Instead of the targeted setting of the course of the absorption coefficient, a different dopant concentration and / or a different material composition of the mirror layer can alternatively or additionally be provided in order to achieve the advantages according to the invention.

Die Begriffe „Hochindexmaterial“ und „Niedrigindexmaterial“ beschreiben hierbei jeweils einen Realteil des Brechungsindex des Spiegelmaterials, der einen Reflexionskoeffizienten charakterisiert. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Erzielung eines nichtkonstanten Absorptionskoeffizienten, insbesondere die Vorsehung einer unterschiedlichen Dotierstoffkonzentration, neben der Beeinflussung des die Absorption charakterisierenden Imaginärteils auch eine i.d.R. unerwünschte Beeinflussung des Reflexionskoeffizienten zur Folge haben. Dieser Effekt ist jedoch nicht dominant, so dass sich durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips die an sich bekannte Funktion der aufeinanderfolgenden Hochindex- und Niedrigindexschichten im Sinne eines frequenzselektiven Spiegels nicht ändert.The terms “high-index material” and “low-index material” each describe a real part of the refractive index of the mirror material that characterizes a reflection coefficient. It goes without saying that the measures according to the invention for achieving a non-constant absorption coefficient, in particular the provision of a different dopant concentration, in addition to influencing the imaginary part characterizing the absorption, also generally result in undesirable effects on the reflection coefficient. However, this effect is not dominant, so that the application of the principle according to the invention does not change the function, known per se, of the successive high-index and low-index layers in the sense of a frequency-selective mirror.

Beispielsweise können innerhalb des Spiegels 120 eine erste Anzahl von Spiegelschichten mit Hochindexmaterial eine erste Dotierstoffkonzentration und damit einen ersten Wert für den Imaginärteil der Brechzahl aufweisen, während eine zweite Anzahl von Spiegelschichten mit Hochindexmaterial des Spiegels 120 eine zweite Dotierstoffkonzentration und damit einen zweiten Wert für den Imaginärteil der Brechzahl aufweist, der von dem ersten Wert für den Imaginärteil der Brechzahl verschieden ist und somit eine andere Absorption aufweist.
Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, innerhalb eines Spiegels Spiegelschichten mit unterschiedlicher Absorption entlang der Schichtdickenkoordinate bereitzustellen. Somit können vorteilhaft in dem Bereich höherer Intensität der Laserstrahlung Spiegelschichten mit vergleichsweise geringer Absorption erzeugt werden, und in einem weiter von der aktiven Zone des Oberflächenemitters entfernten Bereich desselben Spiegels können Spiegelschichten mit vergleichsweise großer Absorption erzeugt werden, die z.B. aufgrund der hierfür erforderlichen größeren Dotierstoffkonzentration jedoch eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Damit ergibt sich vorteilhaft in dem Spiegel insgesamt eine zu herkömmlichen DBR-Spiegeln vergleichbare oder kleinere Absorption von Strahlung, während ein elektrischer Widerstand der Serienschaltung der Spiegelschichten im wesentlich gleich bleibt oder sogar auch gegenüber herkömmlichen Spiegeln verringert werden kann.For example, inside the mirror 120 a first number of mirror layers with high index material have a first dopant concentration and thus a first value for the imaginary part of the refractive index, while a second number of mirror layers with high index material of the mirror 120 has a second dopant concentration and thus a second value for the imaginary part of the refractive index which is different from the first value for the imaginary part of the refractive index and thus has a different absorption.
In this way, it is advantageously possible to provide mirror layers with different absorption along the layer thickness coordinate within a mirror. In this way, mirror layers with comparatively low absorption can advantageously be produced in the region of higher intensity of the laser radiation, and in a further area In the area of the same mirror remote from the active zone of the surface emitter, mirror layers with comparatively high absorption can be produced which, for example, have better electrical conductivity due to the greater dopant concentration required for this purpose. This advantageously results in an overall absorption of radiation that is comparable or less than that of conventional DBR mirrors, while an electrical resistance of the series connection of the mirror layers remains essentially the same or can even be reduced compared with conventional mirrors.

Erfindungsgemäß wird also der Effekt ausgenutzt, dass die absorbierte Leistung der Laserstrahlung in dem Spiegel nicht gleichmäßig über den betreffenden Spiegel entlang der Schichtdickenkoordinate verteilt ist, sondern dort besonders hoch ist, wo sowohl Intensität der Strahlung und der Imaginärteil des Brechungsindex hoch sind. Durch die erfindungsgemäße Vorsehung eines nichtkonstanten Verlaufs des Absorptionskoeffizienten, die sowohl auf Spiegelschichten mit Hochindexmaterial als auch auf Spiegelschichten mit Niedrigindexmaterial oder auf beide Schichttypen anwendbar ist, können also vorteilhaft im Bereich hoher Intensität liegende Spiegelschichten geringer absorbierend ausgebildet werden, und im Bereich geringerer Intensität liegende Spiegelschichten werden stärker absorbierend ausgebildet, z.B. höher dotiert, was eine bessere elektrische Leitfähigkeit bewirkt und eine für die geringere Absorption ggf. vorgesehene geringere Dotierung in den Bereichen hoher Intensität und deren schlechtere Leitfähigkeit mindestens kompensiert.According to the invention, the effect is used that the absorbed power of the laser radiation in the mirror is not evenly distributed over the mirror in question along the layer thickness coordinate, but is particularly high where both the intensity of the radiation and the imaginary part of the refractive index are high. The inventive provision of a non-constant course of the absorption coefficient, which can be used both on mirror layers with high-index material and on mirror layers with low-index material or on both types of layers, mirror layers located in the area of high intensity can advantageously be made less absorbent, and mirror layers located in the area of lower intensity are made more absorbent, e.g. more highly doped, which brings about better electrical conductivity and at least compensates for a lower doping, which may be provided for the lower absorption, in the regions of high intensity and their poorer conductivity.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist auf einen DBR-Spiegel eines Oberflächenemitters anwendbar oder auf beide, den optischen Resonator bildende DBR-Spiegel, sowie generell auf alle DBR-Spiegel.The principle according to the invention can be applied to a DBR mirror of a surface emitter or to both DBR mirrors forming the optical resonator, and in general to all DBR mirrors.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein weiterer als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeter, Spiegel vorgesehen ist, der vorzugsweise zusammen mit dem ersten Spiegel den optischen Resonator definiert, und der mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mit jeweils unterschiedlichem Absorptionskoeffizienten aufweist.In an advantageous embodiment it is provided that at least one further mirror designed as a distributed Bragg reflector, DBR, is provided, which preferably defines the optical resonator together with the first mirror, and at least two mirror layers designed as high-index material and / or as low-index material each has a different absorption coefficient.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mindestens des ersten Spiegels oder eines weiteren Spiegels jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen, was eine erste Möglichkeit zur Realisierung vorgebbarer Absorptionskoeffizienten für die Laserstrahlung in den Spiegelschichten darstellt.In an advantageous embodiment, it is provided that at least two mirror layers designed as high-index material and / or as low-index material at least of the first mirror or of a further mirror each have a different dopant concentration, which represents a first possibility for realizing predetermined absorption coefficients for the laser radiation in the mirror layers.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mindestens des ersten Spiegels oder eines weiteren Spiegels jeweils eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen. Im Unterschied zu einer Dotierstoffkonzentration, die durch unterschiedlich starkes Dotieren eines Basismaterials der Spiegelschichten mit Fremdatomen einstellbar ist, wird vorliegend unter dem Begriff „Materialzusammensetzung“ die Zusammensetzung des Basismaterials selbst verstanden.In a further advantageous embodiment it is provided that at least two mirror layers designed as high-index material and / or as low-index material at least of the first mirror or of a further mirror each have a different material composition of the mirror layer. In contrast to a dopant concentration, which can be set by doping a base material of the mirror layers to different degrees with foreign atoms, the term “material composition” is understood here to mean the composition of the base material itself.

Beispielsweise kann ein DBR für den erfindungsgemäßen Oberflächenemitter auf AlGaAs (Aluminium-Gallium-Arsenid) - Basis ausgebildet sein, wobei durch die Einstellung des Aluminiumgehalts des AlGaAs-Basismaterials vorteilhaft eine zweite Möglichkeit zur Beeinflussung des Absorptionskoeffizienten der Spiegelschichten gegeben ist.For example, a DBR for the surface emitter according to the invention can be formed on an AlGaAs (aluminum gallium arsenide) basis, with the setting of the aluminum content of the AlGaAs base material advantageously providing a second possibility for influencing the absorption coefficient of the mirror layers.

Die Kombination der vorstehenden Maßnahmen (Variation Dotierstoffkombination und Variation der Zusammensetzung des Basismaterials, also z.B. Änderung des Aluminiumanteils) ist ebenfalls denkbar zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips eines für unterschiedliche Spiegelschichten desselben Typs (Hochindexschicht, Niedrigindexschicht) verschiedenen Absorptionskoeffizienten.The combination of the above measures (variation of the dopant combination and variation of the composition of the base material, e.g. changing the aluminum content) is also conceivable to implement the principle according to the invention of a different absorption coefficient for different mirror layers of the same type (high-index layer, low-index layer).

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Absorptionskoeffizient in mehreren als Hochindexmaterial oder als Niedrigindexmaterial ausgebildeten Spiegelschichten mindestens eines Spiegels jeweils mit zunehmendem Abstand der betreffenden Spiegelschicht von einer aktiven Zone des Halbleiterlasers ansteigt, wodurch Bereiche des Spiegels, in denen eine hohe Intensität herrscht, in geringerem Maße zu einer gesamten Absorption beitragen.In a further advantageous embodiment it is provided that the absorption coefficient in a plurality of mirror layers formed as high-index material or as low-index material of at least one mirror increases with increasing distance of the respective mirror layer from an active zone of the semiconductor laser, whereby regions of the mirror in which there is a high intensity contribute to a lesser extent to overall absorption.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich der Absorptionskoeffizient und/oder die Dotierstoffkonzentration und/oder eine Materialzusammensetzung von Spiegelschicht zu Spiegelschicht stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.In a further advantageous embodiment, it is provided that the absorption coefficient and / or the dopant concentration and / or a material composition changes stepwise and / or linearly and / or logarithmically from mirror layer to mirror layer.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich der Absorptionskoeffizient und/oder die Dotierstoffkonzentration und/oder eine Materialzusammensetzung innerhalb mindestens einer Spiegelschicht ändert, insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang einer Schichtdickenkoordinate, wodurch weitere Freiheitsgrade zur Verringerung unerwünschter Absorption der Laserstrahlung und zur Homogenisierung einer Stromdichteverteilung in dem Oberflächenemitter gegeben sind. Die Änderung des Absorptionskoeffizienten unter verschiedenen Spiegelschichten eines DBR-Spiegels ist auch mit der Änderung des Absorptionskoeffizienten innerhalb mindestens einer Spiegelschicht kombinierbar.In a further advantageous embodiment it is provided that the absorption coefficient and / or the dopant concentration and / or a material composition changes within at least one mirror layer, in particular stepwise and / or linearly and / or logarithmically along a layer thickness coordinate, whereby further degrees of freedom to reduce undesired absorption of the Laser radiation and to homogenize a current density distribution in the surface emitter are given. The change in the The absorption coefficient under different mirror layers of a DBR mirror can also be combined with the change in the absorption coefficient within at least one mirror layer.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Spiegelschichten eine Zwischenschicht vorgesehen ist, deren Brechungsindex einen Realteil aufweist, der zwischen dem Realteil der Brechungsindizes der beiden benachbarten Spiegelschichten liegt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Spiegels entlang der Schichtdickenkoordinate weiter verbessert wird. Beispielsweise kann der Realteil des Brechungsindex der Zwischenschicht ein konstanter Wert sein oder sich linear oder parabolisch zwischen den Werten des Niedrigindexmaterials und Hochindexmaterials ändern,According to the invention, an intermediate layer is provided between at least two adjacent mirror layers, the refractive index of which has a real part that lies between the real part of the refractive indices of the two adjacent mirror layers, which further improves the electrical conductivity of the mirror along the layer thickness coordinate. For example, the real part of the refractive index of the intermediate layer can be a constant value or change linearly or parabolically between the values of the low-index material and high-index material,

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass sich eine Dotierstoffkonzentration von Zwischenschicht zu Zwischenschicht stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.According to the invention it is further provided that a dopant concentration changes stepwise and / or linearly and / or logarithmically from intermediate layer to intermediate layer.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Dotierstoffkonzentration innerhalb mindestens einer Zwischenschicht ändert, insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang einer Schichtdickenkoordinate, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Spiegels entlang der Schichtdickenkoordinate weiter verbessert wird.In a further advantageous embodiment it is provided that the dopant concentration changes within at least one intermediate layer, in particular stepwise and / or linearly and / or logarithmically along a layer thickness coordinate, whereby the electrical conductivity of the mirror is further improved along the layer thickness coordinate.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwei DBR-Spiegel vorgesehen sind, wobei beide DBR-Spiegel jeweils mehrere Spiegelschichten aufweisen, welche jeweils unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen aufweisen.In a further advantageous embodiment it is provided that two DBR mirrors are provided, both DBR mirrors each having a plurality of mirror layers which each have different dopant concentrations.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein distributed Bragg reflector, DBR, angegeben, wobei der DBR einen Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten umfasst, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten entlang einer Schichtdickenkoordinate des Schichtaufbaus abwechslend als Hochindexmaterial mit einem ersten Wert eines Realteils des Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Wert eines Realteils des Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Wert, ausgebildet sind, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des DBR jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten aufweisen.A further solution to the object of the present invention is a distributed Bragg reflector, DBR, the DBR comprising a layer structure with a plurality of mirror layers, with mutually adjacent mirror layers alternating along a layer thickness coordinate of the layer structure as a high-index material with a first value of a real part of the Refractive index and as low-index material with a second value of a real part of the refractive index that is smaller than the first value, with at least two mirror layers of the DBR designed as high-index material and / or as low-index material each having a different absorption coefficient.

Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge weisen mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des DBR jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht auf.According to a further advantageous embodiment, at least two mirror layers of the DBR embodied as high-index material and / or as low-index material each have a different dopant concentration and / or a different material composition of the mirror layer.

Der erfindungsgemäße DBR und der erfindungsgemäße Oberflächenemitter können vorteilhaft in einem Laserzündsystem für eine Brennkraftmaschine eingesetzt werden.The DBR according to the invention and the surface emitter according to the invention can advantageously be used in a laser ignition system for an internal combustion engine.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which various exemplary embodiments of the invention are shown with reference to the drawing. The features mentioned in the claims and the description can be essential to the invention individually or in any combination.

In der Zeichnung zeigt:

  • 1 schematisch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser in Seitenansicht,
  • 2 schematisch ein Brechzahlprofil des Oberflächenemitters aus 1 und den Verlauf des Quadrats der elektrischen Feldstärke der von dem Oberflächenemitter erzeugten Laserstrahlung aufgetragen über der Schichtdickenkoordinate,
  • 3 schematisch einen als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeten Spiegel gemäß einer Ausführungsform,
  • 4a schematisch einen Verlauf eines Imaginärteils des Brechzahlprofils des DBR gemäß 3,
  • 4b schematisch einen Verlauf eines Imaginärteils des Brechzahlprofils des DBR gemäß einer weiteren Ausführungsform,
  • 4c schematisch einen Verlauf eines Imaginärteils des Brechzahlprofils des DBR gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
  • 4d schematisch einen Verlauf eines Real- und Imaginärteils des Brechzahlprofils des DBR gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
  • 5 schematisch ein Brechzahlprofil eines Oberflächenemitters gemäß einer weiteren Ausführungsform,
  • 6a schematisch eine Seitenansicht eines konventionellen Oberflächenemitters mit konstantem Dotierprofil in den DBR-Spiegelschichten, und
  • 6b schematisch eine Seitenansicht eines Oberflächenemitters gemäß einer weiteren Ausführungsform mit nichtkonstantem Dotierprofil in einem DBR-Auskoppelspiegel.
In the drawing shows:
  • 1 schematically a surface-emitting semiconductor laser in side view,
  • 2 schematically shows a refractive index profile of the surface emitter 1 and the course of the square of the electric field strength of the laser radiation generated by the surface emitter plotted over the layer thickness coordinate,
  • 3 schematically a mirror designed as a distributed Bragg reflector, DBR, according to an embodiment,
  • 4a schematically shows a course of an imaginary part of the refractive index profile of the DBR according to FIG 3 ,
  • 4b schematically a course of an imaginary part of the refractive index profile of the DBR according to a further embodiment,
  • 4c schematically a course of an imaginary part of the refractive index profile of the DBR according to yet another embodiment,
  • 4d schematically a course of a real and imaginary part of the refractive index profile of the DBR according to yet another embodiment,
  • 5 schematically a refractive index profile of a surface emitter according to a further embodiment,
  • 6a schematically a side view of a conventional surface emitter with constant doping profile in the DBR mirror layers, and
  • 6b schematically a side view of a surface emitter according to a further embodiment with a non-constant doping profile in a DBR coupling-out mirror.

1 zeigt schematisch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 100 (nachfolgend kurz: Oberflächenemitter) vom VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) - Typ aus dem Stand der Technik in Seitenansicht. Der Oberflächenemitter 100 hat einen optischen Resonator 110, der zwei Spiegel 120, 130 aufweist, die beide als DBR (distributed Bragg reflector) ausgebildet sind, also jeweils mit einem Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten entlang einer in 1 vertikal verlaufenden Schichtdickenkoordinate x1 des Schichtaufbaus in an sich bekannter Weise abwechselnd als Hochindexmaterial mit einem ersten Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Brechungsindex, ausgebildet sind. Zwischen den Spiegeln 120, 130 ist eine aktive Zone 140 angeordnet, die beispielsweise einen Quantenfilm 142 aufweist zur Erzeugung von Laserstrahlung L. Der Oberflächenemitter 100 weist ferner Stromkontakte 160, 162 auf, an die eine Versorgungsspannung angelegt werden kann, um den Oberflächenemitter 100 mit elektrischer Energie zu versorgen. Um einen Stromfluss von dem ersten Stromkontakt 160 zu dem zweiten Stromkontakt 162 zu ermöglichen, ist das Halbleitermaterial der Spiegel 120, 130 in an sich bekannter Weise dotiert, beispielsweise ist das Material des Spiegels 120 p-dotiert, und das Material des Spiegels 130 n-dotiert. 1 shows schematically a surface emitting semiconductor laser 100 (hereinafter briefly: Surface emitter) of the VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) type from the prior art in side view. The surface emitter 100 has an optical resonator 110 , the two mirrors 120 , 130 has, both of which are designed as DBR (distributed Bragg reflector), that is to say each with a layer structure with a plurality of mirror layers, with mirror layers adjacent to one another along an in 1 vertical layer thickness coordinate x1 of the layer structure in a manner known per se are formed alternately as a high-index material with a first refractive index and as a low-index material with a second refractive index which is smaller than the first refractive index. Between the mirrors 120 , 130 is an active zone 140 arranged, for example, a quantum film 142 has for generating laser radiation L. . The surface emitter 100 also has power contacts 160 , 162 on to which a supply voltage can be applied to the surface emitter 100 to be supplied with electrical energy. To get a current flow from the first power contact 160 to the second power contact 162 The semiconductor material is the mirror 120 , 130 doped in a manner known per se, for example the material of the mirror 120 p-doped, and the material of the mirror 130 n-doped.

Bei VCSEL 100 auf AlGaAs (Aluminium-Gallium-Arsenid)-Basis sind die Dotierstoffe z.B. Zn, C, Be oder Mg auf der p-Seite (z.B. Spiegel 120) und Silizium, Selen oder Tellur auf der n-Seite (z.B. Spiegel 130).
Die Beeinflussung einer Stromdichteverteilung I in der aktiven Zone 140 wird durch eine Stromblende 150 ermöglicht. Der Oberflächenemitter 100 ist auf einem Substrat 170 angeordnet, das ebenfalls n-dotiert ist.At VCSEL 100 on AlGaAs (aluminum-gallium-arsenide) -based dopants are e.g. Zn, C, Be or Mg on the p-side (e.g. mirror 120 ) and silicon, selenium or tellurium on the n-side (e.g. mirror 130 ).
The influence of a current density distribution I. in the active zone 140 is through a power screen 150 enables. The surface emitter 100 is on a substrate 170 arranged, which is also n-doped.

2 zeigt ein Brechzahlprofil des Oberflächenemitters 100 aus 1 und den Verlauf E^2 des Quadrats der elektrischen Feldstärke der von dem Oberflächenemitter 100 erzeugten Laserstrahlung L aufgetragen über der Schichtdickenkoordinate x1. Dem Verlauf der Größe E^2 ist die Achse A1 und dem Real- und Imaginärteil des Brechzahlprofils ist die Achse A2 mit jeweils willkürlichen Einheiten zugeordnet. 2 shows a refractive index profile of the surface emitter 100 out 1 and the course E ^ 2 of the square of the electric field strength from the surface emitter 100 generated laser radiation L. plotted over the layer thickness coordinate x1. The axis is the course of the quantity E ^ 2 A1 and the real and imaginary part of the refractive index profile is the axis A2 each assigned with arbitrary units.

Wie aus 2 ersichtlich ist, weist der Realteil n_re der Brechzahl im Bereich der DBR-Spiegel 120, 130 einen stufenförmigen Verlauf auf, der in an sich bekannter Weise zwischen zwei Brechzahlwerten n_re_h (Hochindexmaterial), n_re_l (Niedrigindexmaterial) variiert, um Reflexionen der Laserstrahlung L an den Schichtgrenzen zwischen dem Hochindexmaterial und dem Niederindexmaterial zu ermöglichen. Der Imaginärteil n_im der Brechzahl weist im Bereich der DBR-Spiegel 120, 130 einen jeweils konstanten Verlauf mit den Werten n_im_1 (Spiegel 120), n_im_2 (Spiegel 130) auf, wodurch sich ein über die beiden DBR-Spiegel 120, 130 entlang der Koordinate x1 ein im wesentlichen konstanter Absorptionskoeffizient für die Laserstrahlung L (1) ergibt. Eine Dotierung der üblicherweise aus Halbleitermaterial bestehenden Spiegel 120, 130 wird so eingestellt, dass eine Stromleitung zwischen den Kontakten 160, 162 (1) möglich ist. I.a. steigt die elektrische Leitfähigkeit der Spiegel 120, 130 mit der Dotierstoffkonzentration.How out 2 can be seen, the real part n_re the refractive index in the area of the DBR mirror 120 , 130 a step-shaped profile which varies in a manner known per se between two refractive index values n_re_h (high-index material), n_re_l (low-index material) in order to avoid reflections of the laser radiation L. at the layer boundaries between the high-index material and the low-index material. The imaginary part n_im the refractive index points in the range of the DBR mirror 120 , 130 a constant course with the values n_im_1 (mirror 120 ), n_im_2 (mirror 130 ), which causes one over the two DBR mirrors 120 , 130 along the coordinate x1 an essentially constant absorption coefficient for the laser radiation L. ( 1 ) results. A doping of the mirrors usually made of semiconductor material 120 , 130 is set so that there is a power line between the contacts 160 , 162 ( 1 ) is possible. In general, the electrical conductivity of the mirrors increases 120 , 130 with the dopant concentration.

Bei einem Materialsystem auf AIGaAs-Basis ist die Absorption α (Absorptionskoeffizient) im wesentlichen durch die Dotierung gemäß folgender Formel gegeben: α (1/cm) = 4E-18 cm^2 * n + 12E-18 cm^2 * p ; wobei n und p die Dotierstoffkonzentration im Basismaterial bedeuten. Der Imaginärteil des Brechungsindex ist folgendermaßen mit dem Absorptionskoeeffizient α verknüpft: n_im = α (1/cm) * λ /(4*π); wobei λ die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum ist. Nachteilig an der bekannten Konfiguration der 2 ist die Tatsache, dass der Imaginärteil n_im der Brechzahl insbesondere im Bereich des Auskoppelspiegels 120 (in diesem Beispiel p-dotiert) verhältnismäßig groß und über den Spiegel 120 konstant ist, auch in den dem Quantenfilm 142 nahen Bereichen, in denen die Feldstärke der Laserstrahlung L besonders groß ist. Dadurch ergibt sich eine große unerwünschte Absorption der Laserstrahlung L in den Spiegeln 120, 130.In a material system based on AlGaAs, the absorption α (absorption coefficient) is essentially given by the doping according to the following formula: α (1 / cm) = 4E-18 cm ^ 2 * n + 12E-18 cm ^ 2 * p; where n and p mean the dopant concentration in the base material. The imaginary part of the refractive index is related to the absorption coefficient α as follows: n_im = α (1 / cm) * λ / (4 * π); where λ is the wavelength of light in a vacuum. A disadvantage of the known configuration of the 2 is the fact that the imaginary part n_im the refractive index, especially in the area of the output mirror 120 (p-doped in this example) relatively large and across the mirror 120 is constant, even in the quantum film 142 nearby areas in which the field strength of the laser radiation L. is particularly large. This results in a large amount of undesirable absorption of the laser radiation L. in the mirrors 120 , 130 .

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten wenigstens des ersten Spiegels 120 jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten aufweisen, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildeten Spiegelschichten mindestens des ersten Spiegels 120 jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, innerhalb eines Spiegels 120, 130 Spiegelschichten mit unterschiedlicher Absorption entlang der Schichtdickenkoordinate x1 bereitzustellen. Somit können vorteilhaft in dem Bereich höherer Intensität E^2 der Laserstrahlung L Spiegelschichten mit vergleichsweise geringer Absorption vorgesehen werden, und in einem weiter von der aktiven Zone 140 (1) des Oberflächenemitters 100 entfernten Bereich desselben Spiegels können Spiegelschichten mit vergleichsweise großer Dotierstoffkonzentration und damit Absorption erzeugt werden, die aufgrund der größeren Dotierstoffkonzentration jedoch eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Damit ergibt sich vorteilhaft in dem Spiegel 120, 130 insgesamt eine zu herkömmlichen DBR-Spiegeln vergleichbare oder kleinere Absorption, während ein elektrischer Widerstand der Serienschaltung der Spiegelschichten im wesentlich gleich bleibt oder sogar auch gegenüber herkömmlichen Spiegeln verringert werden kann.According to the invention it is therefore provided that at least two mirror layers formed as high-index material and / or as low-index material of at least the first mirror 120 each have a different absorption coefficient, which can be achieved, for example, in that the at least two mirror layers formed as high-index material and / or as low-index material of at least the first mirror 120 each have a different dopant concentration. This advantageously makes it possible to work within a mirror 120 , 130 Mirror layers with different absorption along the layer thickness coordinate x1 to provide. Thus can be advantageous in the area of higher intensity E ^ 2 the laser radiation L. Mirror layers with comparatively low absorption are provided, and in a further distance from the active zone 140 ( 1 ) of the surface emitter 100 In a remote area of the same mirror, mirror layers with a comparatively high dopant concentration and thus absorption can be produced, which, however, have a better electrical conductivity due to the larger dopant concentration. This advantageously results in the mirror 120 , 130 overall an absorption comparable to or smaller than that of conventional DBR mirrors, while an electrical resistance of the series connection of the mirror layers remains essentially the same or can even be reduced compared to conventional mirrors.

Ein erfindungsgemäßer Oberflächenemitter 100 kann im wesentlichen denselben Aufbau wie die in 1 gezeigte Konfiguration aufweisen, mit dem Unterschied, dass mindestens ein Spiegel 120, 130 einen nichtkonstanten Absorptionskoeffizienten entlang mindestens einiger seiner Spiegelschichten, vorzugsweise desselben Typs (Hochindexschicht/Niedrigindexschicht), aufweist. Dies kann vorteilhaft z.B. durch eine entsprechend der Ortskoordinate x1 variierende Dotierstoffkonzentration erreicht werden. Dies bedingt ein im Unterschied zu dem herkömmlichen VCSEL 100 nach 1 nichtkonstantes Brechzahlprofil, insbesondere betreffend den Imaginärteil der Brechzahl, und damit eine örtliche Variation des Absorptionskoeffizienten.A surface emitter according to the invention 100 can have essentially the same structure as that in 1 have the configuration shown, with the difference that at least one mirror 120 , 130 has a non-constant absorption coefficient along at least some of its mirror layers, preferably of the same type (high-index layer / low-index layer). This can be advantageous, for example, by means of a location coordinate x1 varying dopant concentration can be achieved. This is different from the conventional VCSEL 100 after 1 non-constant refractive index profile, especially with regard to the imaginary part of the refractive index, and thus a local variation of the absorption coefficient.

3 zeigt schematisch eine vergrößerte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen DBR-Spiegels 120, der insgesamt acht Spiegelschichten 122a, .., 122h entlang der in 3 von unten nach oben verlaufenden Schichtdickenkoordinate x aufweist. Der Koordinatenwert x = x0 definiert ein in 3 unteres Ende des Spiegels 120, das wie aus 1 ersichtlich z.B. an die Stromblende 150 und die aktive Zone 140 angrenzt. Von x = x0 bis x = xa erstreckt sich eine erste Spiegelschicht 122a, von x = xa bis x = xb erstreckt sich eine zweite Spiegelschicht 122b, usw. Oberhalb der Koordinate x = xh grenzt der in 1 abgebildete Stromkontakt 160 an den Spiegel 120. Die Spiegelschichten 122a, .., 122h weisen alternierend unterschiedliche Werte für den Realteil des Brechungsindex auf, um die an sich bekannte Funktion der Reflexion an ihren Grenzschichten zu erfüllen, sind mithin abwechselnd als Hochindexmaterial bzw. als Niedrigindexmaterial ausgebildet. 3 shows schematically an enlarged side view of a DBR mirror according to the invention 120 , of a total of eight mirror layers 122a , .., 122h along the in 3 has layer thickness coordinate x extending from bottom to top. The coordinate value x = x0 defines an in 3 lower end of the mirror 120 that like out 1 can be seen, for example, on the power screen 150 and the active zone 140 adjoins. A first mirror layer extends from x = x0 to x = xa 122a A second mirror layer extends from x = xa to x = xb 122b , etc. Above the coordinate x = xh, the in 1 pictured power contact 160 to the mirror 120 . The mirror layers 122a , .., 122h alternately have different values for the real part of the refractive index in order to fulfill the function of reflection at their boundary layers, which is known per se, and are therefore alternately designed as high-index material and as low-index material.

4a zeigt ein zugehöriges Brechzahlprofil, das den Verlauf des Imaginärteils n_im der Brechzahl über die Spiegelschichten 122a bis 122h (3) entlang der Koordinate x angibt. Da der Imaginärteil n_im der Brechzahl des Spiegelmaterials wie bereits erwähnt mit dem Absorptionskoeffizienten des Materials für die Laserstrahlung L korrespondiert, repräsentiert der Verlauf der 4a auch die Variation des Absorptionskoeffizienten über der Schichtdickenkoordinate x. Wie aus 4a ersichtlich ist, weisen die ersten drei Spiegelschichten 122a, 122b, 122c (3), die sich von x = x0 bis x = xc erstrecken (4a) einen vergleichsweise geringen Imaginärteil n_im_11 der Brechzahl auf und damit eine entsprechend geringe Absorption, wohingegen die benachbarten Spiegelschichten 122d bis 122h (von x = xc bis x = xh, vgl. 3) den größeren Imaginärteil n_im_12 der Brechzahl und damit eine entsprechend größere Absorption aufweisen. Anstelle eines konstanten Werts n_im_11 für den Imaginärteil n_im der Brechzahl über alle Spiegelschichten des Spiegels 120, wie dies im Stand der Technik (2) der Fall ist, sieht die Erfindung vorteilhaft unterschiedliche Werte n_im_11, n_im_12 für verschiedene Spiegelschichten desselben Spiegels 120 vor. Ein derartiges Profil des Imaginärteils n_im der Brechzahl kann z.B. durch die Auswahl einer geeigneten Dotierstoffkonzentration für die jeweiligen Spiegelschichten bewirkt werden, d.h. die Spiegelschichten 122a, .., 122c haben erfindungsgemäß eine andere, insbesondere niedrigere, Dotierstoffkonzentration als die weiteren Spiegelschichten 122d, .., 122h. 4a shows an associated refractive index profile that shows the course of the imaginary part n_im the refractive index over the mirror layers 122a to 122h ( 3 ) along the x coordinate. Because the imaginary part n_im the refractive index of the mirror material, as already mentioned, with the absorption coefficient of the material for the laser radiation L. corresponds, represents the course of the 4a also the variation of the absorption coefficient over the layer thickness coordinate x. How out 4a As can be seen, the first three mirror layers have 122a , 122b , 122c ( 3 ) extending from x = x0 to x = xc ( 4a) a comparatively low imaginary part n_im_11 of the refractive index and thus a correspondingly low absorption, whereas the neighboring mirror layers 122d to 122h (from x = xc to x = xh, cf. 3 ) have the larger imaginary part n_im_12 of the refractive index and thus a correspondingly larger absorption. Instead of a constant value n_im_11 for the imaginary part n_im the refractive index over all mirror layers of the mirror 120 as in the prior art ( 2 ) is the case, the invention advantageously sees different values n_im_11, n_im_12 for different mirror layers of the same mirror 120 in front. Such a profile of the imaginary part n_im the refractive index can be brought about, for example, by selecting a suitable dopant concentration for the respective mirror layers, ie the mirror layers 122a , .., 122c according to the invention have a different, in particular a lower, dopant concentration than the further mirror layers 122d , .., 122h .

Alternativ zu der Variation einer Dotierstoffkonzentration kann auch vorgesehen sein, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten jeweils eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen. Im Unterschied zu einer Dotierstoffkonzentration, die durch unterschiedlich starkes Dotieren eines Basismaterials der Spiegelschichten mit Fremdatomen einstellbar ist, wird vorliegend unter dem Begriff „Materialzusammensetzung“ die Zusammensetzung des Basismaterials selbst verstanden. Beispielsweise kann ein DBR 120 für den erfindungsgemäßen Oberflächenemitter auf AlGaAs (Aluminium-Gallium-Arsenid) - Basis ausgebildet sein, wobei durch die Einstellung des Aluminiumgehalts des AlGaAs-Basismaterials vorteilhaft eine zweite Möglichkeit zur Beeinflussung des Absorptionskoeffizienten der Spiegelschichten gegeben ist. Z.B. kann gemäß einer weiteren Ausführungsform für Laser der Wellenlänge <870nm der AI-Gehalt im Hochindexmaterial soweit abgesenkt werden, dass die Laserwellenlänge in den Bereich der Bandkantenabsorption kommt. Die damit ansteigende Absorption der Schicht wirkt sich nicht nachteilig auf die Funktionsweise des Bauteils aus wenn dies in Schichten geschieht, die weit entfernt der aktiven Zone liegen. Durch den erzielten höheren Indexkontrast (Realteil des Brechungsindex) zwischen Hoch- und Niederindexmaterial kann die Gesamtreflektivität gesteigert werden.As an alternative to varying a dopant concentration, it can also be provided that at least two mirror layers embodied as high-index material and / or as low-index material each have a different material composition of the mirror layer. In contrast to a dopant concentration, which can be set by doping a base material of the mirror layers to different degrees with foreign atoms, the term “material composition” is understood here to mean the composition of the base material itself. For example, a DBR 120 for the surface emitter according to the invention based on AlGaAs (aluminum gallium arsenide), the setting of the aluminum content of the AlGaAs base material advantageously providing a second possibility for influencing the absorption coefficient of the mirror layers. For example, according to a further embodiment, for lasers with a wavelength <870 nm, the Al content in the high-index material can be reduced to such an extent that the laser wavelength comes into the range of band edge absorption. The increasing absorption of the layer does not have a detrimental effect on the functionality of the component if this occurs in layers that are far away from the active zone. Due to the higher index contrast (real part of the refractive index) achieved between the high and low index material, the total reflectivity can be increased.

Eine Kombination dieser Maßnahmen zur Beeinflussung des Absorptionskoeffizienten einzelner Spiegelschichten 122a, 122b, .. des Spiegels 120 ist ebenfalls denkbar.A combination of these measures to influence the absorption coefficient of individual mirror layers 122a , 122b , .. of the mirror 120 is also conceivable.

Die erfindungsgemäße Vorsehung eines über den Spiegel 120 bzw. seine Schichtdickenkoordinate x nichtkonstanten Verlaufs des Absorptionskoeffizienten gemäß 4a, bewirkt vorteilhaft, dass die der aktiven Zone 140 (1) recht nahen Spiegelschichten 122a, 122b, 122c, z.B. vermöge der niedrigeren Dotierstoffkonzentration, eine geringere Absorption aufweisen als die stärker dotierten Spiegelschichten 122d, .., 122h, was vorteilhaft ist, da die insgesamt in dem Spiegel 120 absorbierte Energiemenge auch von der Intensität E^2 der Laserstrahlung L abhängig ist und die Intensität E^2 in der Nähe der aktiven Zone 140 besonders groß ist, vgl. die Kurve E^2 aus 2. Somit bewirkt das erfindungsgemäße Absorptionskoeffizienten- bzw. Brechzahlprofil für den Imaginärteil n_im der Brechzahl, das z.B. mittels einer entsprechenden Dotierstoffkonzentration oder Variation des Basismaterials für den Spiegel 120 eingestellt wird, eine gegenüber dem herkömmlichen, konstanten Absorptionskoeffizienten- bzw. Brechzahlprofil, vgl. 2, verringerte Absorption im Bereich der der aktiven Zone 140 nahen Spiegelschichten 122a, 122b, 122c. Um dennoch eine hinreichend gute elektrische Leitfähigkeit für die eine elektrische Serienschaltung darstellenden Spiegelschichten 122a, .., 122h des Spiegels 120 zu erzielen, werden die weiter von der aktiven Zone 140 entfernt liegenden Spiegelschichten 122d, .., 122h gemäß der Ausführungsform nach 4a stärker dotiert, wodurch ihre elektrische Leitfähigkeit steigt; somit wird der Serienwiderstand des gesamten Spiegels 120 entlang der Schichtdickenkoordinate x insgesamt gering gehalten, und die eine stärkere Absorption bewirkende erhöhte Dotierstoffkonzentration in den äußeren Spiegelschichten 122d, .., 122h kann aufgrund der in diesem Bereich deutlich verringerten Intensität E^2 der Laserstrahlung L zugunsten des geringeren elektrischen Widerstands toleriert werden. The inventive provision of an over the mirror 120 or its layer thickness coordinate x according to the non-constant course of the absorption coefficient 4a , advantageously causes that of the active zone 140 ( 1 ) very close mirror layers 122a , 122b , 122c , for example due to the lower dopant concentration, have a lower absorption than the more heavily doped mirror layers 122d , .., 122h what is beneficial as the total in the mirror 120 Amount of energy absorbed also from the intensity E ^ 2 the laser radiation L. depends and the intensity E ^ 2 near the active zone 140 is particularly large, cf. the curve E ^ 2 out 2 . The absorption coefficient or refractive index profile according to the invention thus effects the imaginary part n_im the refractive index, for example by means of a corresponding dopant concentration or variation of the base material for the mirror 120 is set, one compared to the conventional, constant absorption coefficient or refractive index profile, cf. 2 , reduced absorption in the area of the active zone 140 near mirror layers 122a , 122b , 122c . In order nevertheless to have a sufficiently good electrical conductivity for the mirror layers which represent an electrical series circuit 122a , .., 122h of the mirror 120 to achieve, the farther from the active zone 140 distant mirror layers 122d , .., 122h according to the embodiment according to 4a more heavily doped, which increases their electrical conductivity; thus becomes the series resistance of the entire mirror 120 kept low overall along the layer thickness coordinate x, and the increased dopant concentration in the outer mirror layers causing greater absorption 122d , .., 122h can due to the significantly reduced intensity in this area E ^ 2 the laser radiation L. can be tolerated in favor of the lower electrical resistance.

4b zeigt ein Brechzahlprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform, das den Verlauf des Imaginärteils n_im der Brechzahl über die Spiegelschichten 122a bis 122h (3) entlang der Koordinate x angibt und ebenfalls einen nichtkonstanten, sondern vielmehr zweistufigen Verlauf des Imaginärteils n_im der Brechzahl und damit auch des Absorptionskoeffizienten ergibt. Ausgehend von dem Wert n_im_13 steigt der Imaginärteil n_im der Brechzahl bei x = xb auf einen höheren Wert n_im_14, und bei x = xf steigt der Imaginärteil abermals, auf einen höheren, nicht nähere bezeichneten Wert. Damit weisen die bei x >= xf gelegenen Spiegelschichten des Spiegels 120 den größten Absorptionskoeffizienten auf, während die bei kleineren Koordinatenwerten liegenden Schichten entsprechend geringere Absorptionskoeffizienten haben. 4b shows a refractive index profile according to a further embodiment, which shows the course of the imaginary part n_im the refractive index over the mirror layers 122a to 122h ( 3 ) along the coordinate x and also results in a non-constant, but rather two-stage course of the imaginary part n_im of the refractive index and thus also of the absorption coefficient. Starting from the value n_im_13, the imaginary part n_im of the refractive index increases at x = xb to a higher value n_im_14, and at x = xf the imaginary part increases again to a higher, unspecified value. The mirror layers of the mirror located at x> = xf thus point 120 the largest absorption coefficient, while the layers lying at smaller coordinate values have correspondingly lower absorption coefficients.

4c zeigt ein Brechzahlprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei dem der Imaginärteil n_im der Brechzahl von einem ersten Wert n_im_15 bei x = x0 im wesentlichen kontinuierlich auf einen zweiten, größeren Wert n_im_16 im Bereich der äußeren Spiegelschichten, ca. x > xe, ansteigt. Im Unterschied zu den Profilen gemäß 4a, 4b ändert sich der Imaginärteil n_im der Brechzahl bei der Ausführungsform nach 4c nicht nur von einer Spiegelschicht zur nächsten, sondern auch innerhalb der Spiegelschichten, also z.B. innerhalb des Intervalls (x0; xa), was durch einen entsprechenden Verlauf einer Dotierstoffkonzentration und/oder Materialzusammensetzung des Basismaterials (z.B. Aluminiumanteil) innerhalb der betreffenden Spiegelschicht 120a erreicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Prinzip wird insbesondere vorteilhaft bei dem als Auskoppelspiegel fungierenden ersten Spiegel 120 angewandt, kann aber auch auf den zweiten Spiegel 130 oder beide Spiegel angewandt werden. Bei der Anwendung auf den zweiten Spiegel 130 wird die Absorption wiederum vorteilhaft so eingestellt, dass sie für Spiegelschichten desselben Typs (Hochindexmaterial, Niedrigindexmaterial) ausgehend von einem geringeren Wert der Absorption in der Nähe der aktiven Zone 140 (1) auf einen höheren Wert der Absorption in zu der aktiven Zone 140 weiter entfernt gelegenen Schichten ansteigt, wodurch wiederum eine insgesamt akzeptable elektrische Leitfähigkeit des Spiegels 130 bei gleichzeitig verringerter Absorption von Laserstrahlung nahe der aktiven Zone 140 erzielt wird. 4c shows a refractive index profile according to a further embodiment, in which the imaginary part n_im of the refractive index increases from a first value n_im_15 at x = x0 essentially continuously to a second, larger value n_im_16 in the area of the outer mirror layers, approx. x> xe. In contrast to the profiles according to 4a , 4b the imaginary part n_im changes according to the refractive index in the embodiment 4c not only from one mirror layer to the next, but also within the mirror layers, e.g. within the interval (x0; xa), which is indicated by a corresponding course of a dopant concentration and / or material composition of the base material (e.g. aluminum content) within the respective mirror layer 120a can be reached.
The principle according to the invention is particularly advantageous in the case of the first mirror functioning as a coupling-out mirror 120 applied, but can also be used on the second mirror 130 or both mirrors can be applied. When applying to the second mirror 130 the absorption is, in turn, advantageously adjusted in such a way that, for mirror layers of the same type (high-index material, low-index material), starting from a lower value of the absorption in the vicinity of the active zone 140 ( 1 ) to a higher value of the absorption in to the active zone 140 layers located further away increases, which in turn results in an overall acceptable electrical conductivity of the mirror 130 with simultaneously reduced absorption of laser radiation near the active zone 140 is achieved.

Das erfindungsgemäße Prinzip sieht allgemein vor, dass entweder mehrere Niedrigindex-Spiegelschichten und/oder mehrere Hochindex-Spiegelschichten eines DBR-Spiegels 120, 130 jeweils eine unterschiedliche Absorptionskoeffizienten aufweisen, was z.B. durch die Vorgabe einer entsprechenden Dotierstoffkonzentration und/oder Materialzusammensetzung des Basismaterials erreichbar ist, mit dem Effekt, dass sich über die betreffenden Spiegelschichten ein nichtkonstantes Brechzahlprofil (Imaginärteil der Brechzahl) ergibt. Dadurch kann gezielt die Absorption und der elektrische Widerstand einzelner Spiegelschichten in dem DBR-Spiegel 120, 130 eingestellt werden, so dass eine gesamte Absorption von Laserstrahlung L in dem Spiegel 120, 130 unter Erzielung eines vorgebbaren geringen elektrischen Serienwiderstands minimiert werden kann.The principle according to the invention generally provides that either a plurality of low-index mirror layers and / or a plurality of high-index mirror layers of a DBR mirror 120 , 130 each have a different absorption coefficient, which can be achieved, for example, by specifying a corresponding dopant concentration and / or material composition of the base material, with the effect that a non-constant refractive index profile (imaginary part of the refractive index) results over the relevant mirror layers. In this way, the absorption and the electrical resistance of individual mirror layers in the DBR mirror can be targeted 120 , 130 be adjusted so that a total absorption of laser radiation L. in the mirror 120 , 130 can be minimized while achieving a specifiable low electrical series resistance.

Insbesondere kann die Absorption bzw. Dotierstoffkonzentration bzw. Materialzusammensetzung weiteren Ausführungsformen zufolge auch für alle Spiegelschichten vom Niedrigindex-Typ und/oder vom Hochindex-Typ verschieden sein, oder auch für Gruppen mit mehreren Spiegelschichten. Besonders bevorzugt nimmt die Dotierstoffkonzentration und damit die Absorption der Schichten mit zunehmendem Abstand von der aktiven Zone 140 zu, weil dort geringere Intensitäten E^2 (2) als in unmittelbarer Nähe zu der aktiven Zone 140 vorherrschen und dort die gesteigerte Absorption zur Erreichung geringerer elektrischer Widerstände in Kauf genommen werden kann.In particular, according to further embodiments, the absorption or dopant concentration or material composition can also be different for all mirror layers of the low-index type and / or the high-index type, or also for groups with a plurality of mirror layers. The dopant concentration and thus the absorption of the layers particularly preferably increases with increasing distance from the active zone 140 because there lower intensities E ^ 2 ( 2 ) than in close proximity to the active zone 140 prevail and there the increased absorption to achieve lower electrical resistances can be accepted.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Dotierstoffkonzentration von einer Spiegelschicht zu einer anderen Spiegelschicht (desselben Typs, also von Hochindex-Schicht zu Hochindex-Schicht oder von Niedrigindex-Schicht zu Niedrigindex-Schicht) stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert. Eine stufenförmige Änderung ist vorstehend unter Bezugnahme auf 4a, 4b beschrieben, wobei sich die Stufe z. B. bei 4a in der Differenz n_im_12 - n_im_11 zwischen den Schichten 122c, 122d ergibt. Generell kann die Änderung der Absorption bzw. Dotierstoffkonzentration bzw. Materialzusammensetzung über der Schichtdickenkoordinate x jede denkbare lineare oder nichtlineare Abhängigkeit von der Schichtdickenkoordinate x und/oder der Intensität E^2, die beispielsweise mittels (numerischer) Simulationen vorherbestimmt werden kann, aufweisen. Insgesamt kann der Verlauf der Absorption, beispielsweise durch entsprechende Variation der Dotierstoffkonzentration oder Materialzusammensetzung des Basismaterials,und damit auch des elektrischen Widerstands in dem Spiegel 120, 130 im Sinne der Erreichung einer vorgebbaren Zielfunktion (z.B. möglichst geringe aggregierte Absorption von Laserstrahlung L in dem Spiegel 120, 130) gewählt werden.In a further embodiment it is provided that the dopant concentration changes from one mirror layer to another mirror layer (of the same type, i.e. from high-index layer to high-index layer or from low-index layer to low-index layer) in steps and / or linearly and / or logarithmically changes. A step change is above with reference to FIG 4a , 4b described, the stage z. B. at 4a in the difference n_im_12 - n_im_11 between the layers 122c , 122d results. In general, the change in absorption or dopant concentration or material composition over the layer thickness coordinate x can have any conceivable linear or nonlinear dependence on the layer thickness coordinate x and / or the intensity E ^ 2, which can be predetermined, for example, by means of (numerical) simulations. Overall, the course of the absorption, for example by correspondingly varying the dopant concentration or the material composition of the base material, and thus also the electrical resistance in the mirror 120 , 130 in the sense of achieving a specifiable target function (eg the lowest possible aggregated absorption of laser radiation L. in the mirror 120 , 130 ) to get voted.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Absorption bzw. Dotierstoffkonzentration bzw. Materialzusammensetzung innerhalb mindestens einer Spiegelschicht ändert (4c), insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang einer Schichtdickenkoordinate x, wodurch eine noch feinere Abstimmung der Absorption und des el. Widerstands in einem DBR-Spiegel 120, 130 möglich sind.In a further embodiment it is provided that the absorption or dopant concentration or material composition changes within at least one mirror layer ( 4c ), in particular step-shaped and / or linear and / or logarithmic along a layer thickness coordinate x, whereby an even finer coordination of the absorption and the electrical resistance in a DBR mirror 120 , 130 possible are.

4d zeigt hierzu schematisch einen Verlauf eines Real- und Imaginärteils n_real, n_imag des Brechzahlprofils des DBR gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, das insbesondere eine Variation des Imaginärteils n_imag der Brechzahl innerhalb der einzelnen Spiegelschichten 122r, 122s usw. vorsieht. In einem ersten Schichtdickenbereich B1' der in 4d abgebildeten Konfiguration variiert der Imaginärteil n_imag der Brechzahl innerhalb der Spiegelschichten 122r, 122s zwischen zwei vergleichsweise geringen Werten n_im_10, n_im_11, während er in einem zweiten Schichtdickenbereich B2' innerhalb entsprechender Spiegelschichten 122t, 122u, .. zwischen vergleichsweise größeren Werten n_im_13, n_im_14 variiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform, vgl. 5, ist vorgesehen, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Spiegelschichten 122m, 122n bzw. 122n, 122o eine Zwischenschicht 122m' bzw. 122n' vorgesehen ist, deren Brechungsindex einen Realteil n_re_z aufweist, der zwischen dem Realteil n_re_l, n_re_h der Brechungsindizes der beiden benachbarten Spiegelschichten 122m, 122n liegt. 4d shows schematically a course of a real and an imaginary part n_real , n_imag of the refractive index profile of the DBR according to yet another embodiment, which in particular is a variation of the imaginary part n_imag of the refractive index within the individual mirror layers 122r , 122s etc. provides. In a first layer thickness range B1 ' the in 4d In the configuration shown, the imaginary part n_imag of the refractive index varies within the mirror layers 122r , 122s between two comparatively low values n_im_10, n_im_11, while it is in a second layer thickness range B2 ' within corresponding mirror layers 122t , 122u , .. varies between comparatively larger values n_im_13, n_im_14.
In a further embodiment, cf. 5 , it is provided that between at least two adjacent mirror layers 122m , 122n or. 122n , 122o an intermediate layer 122m ' or. 122n ' is provided, the refractive index of which has a real part n_re_z that is between the real part n_re_l, n_re_h of the refractive indices of the two adjacent mirror layers 122m , 122n lies.

Bei dieser Erfindungsvariante wird zusätzlich zu den vorstehend beschrieben Vorteilen berücksichtigt, dass Braggspiegel die Eigenschaft haben, dass sich an den Grenzflächen zwischen Hochindex-Material und Niedrig-Index-Material Bandverbiegungen ergeben, die zu einer Erhöhung des elektrischen Serienwiderstandes führen. Der Effekt lässt sich vorteilhaft reduzieren, wenn Zwischenschichten 122m', 122n', 122o', 122p' eingebaut werden, die zusätzlich hoch dotiert sind. Als Zwischenschichten gibt es Stepgrading, lineares Grading und parabolisches Grading.In this variant of the invention, in addition to the advantages described above, consideration is given to the fact that Bragg mirrors have the property that band bending occurs at the interfaces between high-index material and low-index material, which leads to an increase in the electrical series resistance. The effect can be advantageously reduced if intermediate layers 122m ' , 122n ' , 122o ' , 122p ' built in, which are also highly doped. The intermediate layers are step grading, linear grading and parabolic grading.

Die Bereiche 122m, 122o, 122q der 5 entsprechen Niedrigindex-Schichten, während die Bereiche 122n, 122p Hochindex-Schichten entsprechen.The areas 122m , 122o , 122q the 5 correspond to low-index layers, while the areas 122n , 122p Correspond to high-index layers.

Auch bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten 122o, 122q des ersten Spiegels 120 jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen, vgl. die Werte n_im_11, n_im_13 der Imaginärteile des Brechungsindex für die Schichten 122o, 122q bzw. generell die Bereiche B1, B2. Die erfindungsgemäße Variation des Absorptionskoeffizienten und damit auch des Imagniärteils n_im der Brechzahl ist aus der Änderung des Imaginärteils n_im von dem ersten Wert n_im_11 im Bereich B1 zu dem zweiten Wert n_im_13 im Bereich B2 ersichtlich, wodurch ein stufenförmiger Verlauf der Absorption gegeben ist, vergleichbar zu 4a. Die in den Bereichen 122m', 122n', 122o', 122p' weiteren Werte für den Imaginärteil n_im ergeben sich aus dem Vorhandensein der Zwischenschichten 122m', 122n', 122o', 122p', welche für das grundlegende Funktionieren des erfindungsgemäßen Prinzips nicht unbedingt erforderlich sind. D.h., sofern man ausgehend von 5 die Zwischenschichten 122m', 122n', 122o', 122p' entfallen lassen würde, ergäbe sich für den Realteil n_re ein zu 2 vergleichbarer Verlauf, und für den Imaginärteil n_im ein zu 4a vergleichbarer Verlauf, der bereits ebenfalls einen nichtkonstanten Verlauf des Absorptionskoeffizienten in dem Spiegel realisiert.In this embodiment, too, it is provided that at least two mirror layers formed as high-index material and / or as low-index material 122o , 122q of the first mirror 120 each have a different dopant concentration, cf. the values n_im_11, n_im_13 of the imaginary parts of the refractive index for the layers 122o , 122q or in general the areas B1 , B2 . The inventive variation of the absorption coefficient and thus also of the imaginary part n_im the refractive index is from the change in the imaginary part n_im from the first value n_im_11 in the range B1 to the second value n_im_13 in the range B2 can be seen, whereby a step-shaped course of the absorption is given, comparable to 4a . Those in the fields 122m ' , 122n ' , 122o ' , 122p ' further values for the imaginary part n_im result from the presence of the intermediate layers 122m ' , 122n ' , 122o ' , 122p ' which are not absolutely necessary for the basic functioning of the principle according to the invention. That is, if you start from 5 the intermediate layers 122m ' , 122n ' , 122o ' , 122p ' would be omitted, would result for the real part n_re a to 2 comparable course, and for the imaginary part n_im a to 4a comparable course, which also realizes a non-constant course of the absorption coefficient in the mirror.

Die in 5 abgebildete Kurve IE gibt den Wert des Integrals einer das Produkts der Intensität E^2 und des Imaginärteils n_im des Brechungsindex charakterisierenden Größe über der Schichtdickenkoordinate x an, das eine gesamte Absorption der Laserstrahlung L über der Schichtdickenkoordinate x repräsentiert.In the 5 pictured curve IE gives the value of the integral of the product of the intensity E ^ 2 and of the imaginary part n_im of the refractive index characterizing variable above the layer thickness coordinate x an, which represents a total absorption of the laser radiation L. represented over the layer thickness coordinate x.

Bei einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist vorgesehen, dass sich die Dotierstoffkonzentration und/oder Materialzusammensetzung von Zwischenschicht 122m' zu Zwischenschicht 122n' stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert und/oder dass sich die Dotierstoffkonzentration und/oder Materialzusammensetzung innerhalb mindestens einer Zwischenschicht 122m', 122n' ändert, insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang der Schichtdickenkoordinate x.In a further embodiment (not shown) it is provided that the dopant concentration and / or material composition of the intermediate layer 122m ' to intermediate layer 122n ' changes stepwise and / or linearly and / or logarithmically and / or that the dopant concentration and / or material composition changes within at least one intermediate layer 122m ' , 122n ' changes, in particular stepwise and / or linearly and / or logarithmically along the layer thickness coordinate x.

Gleiches gilt einer weiteren Ausführungsform zufolge auch für die Spiegelschichten 122m, 122n, ..According to a further embodiment, the same also applies to the mirror layers 122m , 122n , ..

Der erfindungsgemäße DBR 120, 130 und der erfindungsgemäße Oberflächenemitter 100 können vorteilhaft in einem Laserzündsystem für eine Brennkraftmaschine eingesetzt werden.The DBR of the invention 120 , 130 and the surface emitter of the invention 100 can advantageously be used in a laser ignition system for an internal combustion engine.

Durch die sich aus dem Erfindungsprinzip der nichtkonstanten Absorption bzw. Dotierstoffkonzentration bzw. Materialzusammensetzung ergebende inhomogene elektrische Leitfähigkeit über die Struktur bzw. Koordinate x ergibt sich ferner ein Vorteil für die Stromverteilung im Bereich der aktiven Zone 140, vgl. 6b.The inhomogeneous electrical conductivity over the structure or coordinate x resulting from the inventive principle of non-constant absorption or dopant concentration or material composition also results in an advantage for the current distribution in the area of the active zone 140 , see. 6b .

Bei dem Oberflächenemitter der 6b weist der Auskoppelspiegel insgesamt zwei Bereiche B1, B2 mit unterschiedlicher Absorption, z.B. mittels entsprechender Dotierstoffkonzentration, betreffender Hochindex- und/oder Niedrigindexschichten auf, wodurch der Strom sich homogener im Bereich der Quantenfilme verteilen kann, vgl. die Pfeile l2. Dies ist besonders bei VCSEL 100 mit größerem Durchmesser interessant, die noch im Grundmode betrieben werden sollen.
Im Gegensatz dazu weist ein herkömmlicher VCSEL mit konstanter Absorption bzw. Dotierstoffkonzentration betreffender Hochindex- und/oder Niedrigindexschichten über den gesamten Auskoppelspiegel eine inhomogene Stromverteilung auf, vgl. die Pfeile l1 aus 6a.With the surface emitter of the 6b the output mirror has a total of two areas B1 , B2 with different absorption, for example by means of a corresponding dopant concentration, relevant high-index and / or low-index layers, whereby the current can be distributed more homogeneously in the area of the quantum films, cf. the arrows l2. This is especially true with VCSEL 100 interesting with larger diameter, which should still be operated in basic mode.
In contrast to this, a conventional VCSEL with constant absorption or dopant concentration of the relevant high-index and / or low-index layers has an inhomogeneous current distribution over the entire output mirror, cf. the arrows l1 6a .

Das erfindungsgemäße Prinzip ist generell bei Top-Emittern, bei Bottom-Emittern, bei VCSEL und VECSEL anwendbar. Ganz allgemein ist es auch anwendbar bei jedem Braggspiegel (DBR) auf Halbleiterbasis, der elektrisch leitend ist.The principle according to the invention can generally be used for top emitters, bottom emitters, VCSEL and VECSEL. In general, it can also be used with any Bragg mirror (DBR) based on semiconductors which is electrically conductive.

Typische Dotierstoffkonzentrationen bei DBR 120, 130 auf AlGaAs-Basis sind:

  • p-Seite: etwa 0.05*10^18 / cm^3 bis etwa 4*10^18 / cm^3 n-Seite: etwa 0.05*10^18 / cm^3 bis etwa 2*10^18 / cm^3
  • Anstelle der gezielten Einstellung des Verlaufs des Absorptionskoeffizienten kann alternativ oder ergänzend auch eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht vorgesehen werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen.
Typical dopant concentrations in DBR 120 , 130 based on AlGaAs are:
  • p-side: about 0.05 * 10 ^ 18 / cm ^ 3 to about 4 * 10 ^ 18 / cm ^ 3 n-side: about 0.05 * 10 ^ 18 / cm ^ 3 to about 2 * 10 ^ 18 / cm ^ 3
  • Instead of the targeted setting of the course of the absorption coefficient, a different dopant concentration and / or a different material composition of the mirror layer can alternatively or additionally be provided in order to achieve the advantages according to the invention.

Claims (11)

Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (100) mit einem optischen Resonator (110), wobei der optische Resonator (110) mindestens einen ersten, als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeten, Spiegel (120) aufweist, der einen Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten (122a, .., 122h) umfasst, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten (122a, .., 122h) entlang einer Schichtdickenkoordinate (x) des Schichtaufbaus abwechselnd als Hochindexmaterial mit einem ersten Wert eines Realteils (n_re_h) des Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Wert eines Realteils (n_re_l) des Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Wert, ausgebildet sind, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des ersten Spiegels (120) jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten und/oder eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) eine Zwischenschicht (122m') vorgesehen ist, deren Brechungsindex einen Realteil (n_re_z) aufweist, der zwischen dem Realteil (n_re_l, n_re_h) der Brechungsindizes der beiden benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) liegt; und wobei sich eine Dotierstoffkonzentration von Zwischenschicht (122m') zu Zwischenschicht (122n') stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.Surface-emitting semiconductor laser (100) with an optical resonator (110), the optical resonator (110) having at least one first mirror (120) designed as a distributed Bragg reflector, DBR, which has a layer structure with a plurality of mirror layers (122a, .., 122h), with mutually adjacent mirror layers (122a, .., 122h) along a layer thickness coordinate (x) of the layer structure alternately as high-index material with a first value of a real part (n_re_h) of the refractive index and as low-index material with a second value of a real part (n_re_l) of the refractive index that is smaller than the first value, at least two mirror layers of the first mirror (120) designed as high-index material and / or as low-index material each have a different absorption coefficient and / or a different dopant concentration and / or a different one Material composition of the mirror having a layer, characterized in that between at least two adjacent mirror layers (122m, 122n) an intermediate layer (122m ') is provided, the refractive index of which has a real part (n_re_z) that is between the real part (n_re_l, n_re_h) of the refractive indices of the two adjacent mirror layers (122m, 122n) is; and wherein a dopant concentration changes from intermediate layer (122m ') to intermediate layer (122n') in a stepped and / or linear and / or logarithmic manner. Halbleiterlaser (100) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein weiterer als distributed Bragg reflector, DBR, ausgebildeter, Spiegel (130) vorgesehen ist, der vorzugsweise zusammen mit dem ersten Spiegel (120) den optischen Resonator (110) definiert, und der mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mit jeweils unterschiedlichem Absorptionskoeffizienten aufweist.Semiconductor laser (100) Claim 1 At least one further mirror (130) designed as a distributed Bragg reflector, DBR, is provided, which preferably defines the optical resonator (110) together with the first mirror (120), and the at least two as high-index material and / or as low-index material has formed mirror layers each with different absorption coefficients. Halbleiterlaser (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche , wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mindestens des ersten Spiegels (120) oder eines weiteren Spiegels (130) jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen.Semiconductor laser (100) according to one of the preceding claims, wherein at least two mirror layers formed as high-index material and / or as low-index material at least of the first mirror (120) or of a further mirror (130) each have a different dopant concentration. Halbleiterlaser (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten mindestens des ersten Spiegels (120) oder eines weiteren Spiegels (130) jeweils eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen.Semiconductor laser (100) Claim 1 or 2 wherein at least two mirror layers formed as high-index material and / or as low-index material at least of the first mirror (120) or of a further mirror (130) each have a different material composition of the mirror layer. Halbleiterlaser (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Absorptionskoeffizient in mehreren als Hochindexmaterial oder als Niedrigindexmaterial ausgebildeten Spiegelschichten (122a, 122c, 122e, 122e; 122b, 122d, 122f, 122h) mindestens eines Spiegels (120) jeweils mit zunehmendem Abstand der betreffenden Spiegelschicht von einer aktiven Zone (140) des Halbleiterlasers (100) ansteigt.Semiconductor laser (100) according to one of the preceding claims, wherein the absorption coefficient in a plurality of mirror layers (122a, 122c, 122e, 122e; 122b, 122d, 122f, 122h) formed as a high-index material or as a low-index material at least one mirror (120) each with increasing spacing of the relevant mirror layer from a active zone (140) of the semiconductor laser (100) increases. Halbleiterlaser (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Absorptionskoeffizient und/oder die Dotierstoffkonzentration und/oder eine Materialzusammensetzung von Spiegelschicht (122a) zu Spiegelschicht (122c) stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.Semiconductor laser (100) according to one of the preceding claims, wherein the absorption coefficient and / or the dopant concentration and / or a material composition changes from mirror layer (122a) to mirror layer (122c) in steps and / or linearly and / or logarithmically. Halbleiterlaser (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Absorptionskoeffizient und/oder die Dotierstoffkonzentration und/oder eine Materialzusammensetzung innerhalb mindestens einer Spiegelschicht (122a) ändert, insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang einer Schichtdickenkoordinate (x).Semiconductor laser (100) according to one of the preceding claims, wherein the absorption coefficient and / or the dopant concentration and / or a material composition changes within at least one mirror layer (122a), in particular stepwise and / or linearly and / or logarithmically along a layer thickness coordinate (x). Halbleiterlaser (100) nach Anspruch 7, wobei sich die Dotierstoffkonzentration innerhalb mindestens einer Zwischenschicht (122m', 122n') ändert, insbesondere stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch entlang einer Schichtdickenkoordinate (x).Semiconductor laser (100) Claim 7 , the dopant concentration changing within at least one intermediate layer (122m ', 122n'), in particular stepwise and / or linearly and / or logarithmically along a layer thickness coordinate (x). Distributed Bragg Reflektor, DBR, (120) wobei der DBR (120) einen Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von Spiegelschichten (122a, 122b, ..) umfasst, wobei zueinander benachbarte Spiegelschichten (122a, 122b, ..) entlang einer Schichtdickenkoordinate (x) des Schichtaufbaus abwechslend als Hochindexmaterial mit einem ersten Wert eines Realteils (n_re_h) des Brechungsindex und als Niedrigindexmaterial mit einem zweiten Wert eines Realteils (n_re_l) des Brechungsindex, der kleiner ist als der erste Wert,, ausgebildet sind, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des DBR (120) jeweils einen unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) eine Zwischenschicht (122m') vorgesehen ist, deren Brechungsindex einen Realteil (n_re_z) aufweist, der zwischen dem Realteil (n_re_l, n_re_h) der Brechungsindizes der beiden benachbarten Spiegelschichten (122m, 122n) liegt; und wobei sich eine Dotierstoffkonzentration von Zwischenschicht (122m') zu Zwischenschicht (122n') stufenförmig und/oder linear und/oder logarithmisch ändert.Distributed Bragg reflector, DBR, (120) wherein the DBR (120) comprises a layer structure with a plurality of mirror layers (122a, 122b, ..), with mutually adjacent mirror layers (122a, 122b, ..) along a layer thickness coordinate (x) of the layer structure alternately as a high-index material with a first value of a real part (n_re_h) of the refractive index and as a low-index material with a second value of a real part (n_re_l) of the refractive index, which is smaller than the first value, are formed, at least two being high-index material and / or mirror layers of the DBR (120) designed as low-index material each have a different absorption coefficient, characterized in that an intermediate layer (122m ') is provided between at least two adjacent mirror layers (122m, 122n), the refractive index of which has a real part (n_re_z) that is between the real part (n_re_l, n_re_h) of the refractive indices of the two neighboring Sp sealing layers (122m, 122n); and wherein a dopant concentration changes from intermediate layer (122m ') to intermediate layer (122n') in a stepped and / or linear and / or logarithmic manner. DBR (120) nach Anspruch 9, wobei mindestens zwei als Hochindexmaterial und/oder als Niedrigindexmaterial ausgebildete Spiegelschichten des DBR (120) jeweils eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Spiegelschicht aufweisen.DBR (120) according to Claim 9 wherein at least two mirror layers of the DBR (120) designed as high-index material and / or as low-index material each have a different dopant concentration and / or a different material composition of the mirror layer. Laserzündsystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Halbleiterlaser (100) und/oder einem DBR (120) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Laser ignition system for an internal combustion engine with at least one semiconductor laser (100) and / or a DBR (120) according to one of the preceding claims.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5170407A (en) * 1991-10-11 1992-12-08 At&T Bell Laboratories Elimination of heterojunction band discontinuities
US5530715A (en) * 1994-11-29 1996-06-25 Motorola, Inc. Vertical cavity surface emitting laser having continuous grading
JP2001094208A (en) * 1999-09-20 2001-04-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Surface-emitting laser
US20020150135A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-17 Naone Ryan Likeke Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
US20030048824A1 (en) * 2001-08-10 2003-03-13 Tatsuyuki Shinagawa Vertical cavity surface emitting semiconductor laser device
US20050025211A1 (en) * 2000-07-12 2005-02-03 Princeton Optronics, Inc. VCSEL and VCSEL array having integrated microlenses for use in a semiconductor laser pumped solid state laser system
DE102004001554A1 (en) * 2004-01-10 2005-08-04 Robert Bosch Gmbh Device for igniting an internal combustion engine
US20090201965A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-13 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical-cavity surface-emitting laser, module, optical transmission device, optical transmission system, free space optical communication device, and free space optical communication system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5510899B2 (en) * 2009-09-18 2014-06-04 株式会社リコー Surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical scanning device, and image forming apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5170407A (en) * 1991-10-11 1992-12-08 At&T Bell Laboratories Elimination of heterojunction band discontinuities
US5530715A (en) * 1994-11-29 1996-06-25 Motorola, Inc. Vertical cavity surface emitting laser having continuous grading
JP2001094208A (en) * 1999-09-20 2001-04-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Surface-emitting laser
US20050025211A1 (en) * 2000-07-12 2005-02-03 Princeton Optronics, Inc. VCSEL and VCSEL array having integrated microlenses for use in a semiconductor laser pumped solid state laser system
US20020150135A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-17 Naone Ryan Likeke Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
US20030048824A1 (en) * 2001-08-10 2003-03-13 Tatsuyuki Shinagawa Vertical cavity surface emitting semiconductor laser device
DE102004001554A1 (en) * 2004-01-10 2005-08-04 Robert Bosch Gmbh Device for igniting an internal combustion engine
US20090201965A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-13 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical-cavity surface-emitting laser, module, optical transmission device, optical transmission system, free space optical communication device, and free space optical communication system

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