DE102015119226A1

DE102015119226A1 - Halbleiterlaserdiode

Info

Publication number: DE102015119226A1
Application number: DE102015119226.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bachmann; Christian Lauer; Michael Furitsch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US20180331502A1; CN108604773A; JP6637170B2; CN108604773B; JP2018533222A; DE112016005129A5; US10424898B2; WO2017081010A1; DE112016005129B4; DE102015119226A8

Abstract

Eine Halbleiterlaserdiode weist eine Schichtenfolge auf, die eine Mehrzahl in einer Wachstumsrichtung übereinander angeordneter Schichten umfasst. Die Halbleiterlaserdiode weist eine Spiegelfacette und eine Auskoppelfacette auf, zwischen denen ein sich in eine longitudinale Richtung erstreckender Resonator gebildet ist. Die Schichtenfolge umfasst eine aktive Schicht, in der ein aktiver Bereich ausgebildet ist. Die Schichtenfolge umfasst eine in Wachstumsrichtung oberhalb der aktiven Schicht angeordnete verspannte Schicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaserdiode gemäß Patentanspruch 1.
Es ist bekannt, dass in Halbleiterlaserdioden eine in laterale Richtung inhomogene Erwärmung des Resonators zu einem lateralen Brechzahlprofil führen kann, das eine Linsenwirkung hervorruft, die die Strahlqualität nachteilig beeinflusst. Dieser Effekt wird als thermische Linse bezeichnet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleiterlaserdiode bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Eine Halbleiterlaserdiode besitzt eine Schichtenfolge, die eine Mehrzahl in einer Wachstumsrichtung übereinander angeordneter Schichten umfasst. Die Halbleiterlaserdiode weist eine Spiegelfacette und eine Auskoppelfacette auf, zwischen denen ein sich in eine longitudinale Richtung erstreckender Resonator gebildet ist. Die Schichtenfolge umfasst eine aktive Schicht, in der ein aktiver Bereich ausgebildet ist. Die Schichtenfolge umfasst eine in Wachstumsrichtung oberhalb der aktiven Schicht angeordnete verspannte Schicht.
Die oberhalb der aktiven Schicht angeordnete verspannte Schicht bewirkt bei dieser Halbleiterlaserdiode eine Beeinflussung des räumlichen Verlaufs des Brechungsindexes in dem Resonator. Hierdurch kann die verspannte Schicht eine in der Halbleiterlaserdiode auftretende thermische Linsenwirkung reduzieren oder kompensieren. Dadurch kann ein durch diese Halbleiterlaserdiode abgestrahlter Laserstrahl vorteilhafterweise eine hohe Strahlqualität mit geringer Strahldivergenz aufweisen.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode umfasst die Schichtenfolge Wellenleiterschichten. Dabei beeinflusst die verspannte Schicht einen Brechungsindex in den Wellenleiterschichten. Ein sich in den Wellenleiterschichten durch ungleichmäßige Erwärmung einstellender Brechungsindexgradient bewirkt erfahrungsgemäß eine besonders starke thermische Linsenwirkung. Vorteilhafterweise kann eine durch die verspannte Schicht bewirkte Beeinflussung des Brechungsindexes in den Wellenleiterschichten dadurch eine besonders deutliche Verbesserung der Strahlqualität eines durch die Halbleiterlaserdiode abgestrahlten Laserstrahls bewirken.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht in einer zur Wachstumsrichtung senkrechten lateralen Ebene strukturiert. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dadurch eine Beeinflussung eines Brechungsindexverlaufs in lateraler Richtung bewirken.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht in eine zu der Wachstumsrichtung und der longitudinalen Richtung senkrechte Querrichtung über dem aktiven Bereich zentriert. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass die verspannte Schicht eine zu einer Symmetrieachse des Resonators symmetrische Beeinflussung des Brechungsindexes in den Wellenleiterschichten bewirkt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht bezüglich einer zu der longitudinalen Richtung parallelen Symmetrieachse symmetrisch ausgebildet. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass die verspannte Schicht eine zu der Symmetrieachse symmetrische Beeinflussung des Brechungsindexes in der Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode bewirkt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht tensil verspannt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die verspannte Schicht in eine zu der Wachstumsrichtung und der longitudinalen Richtung senkrechte Querrichtung eine Breite auf, die sich in longitudinale Richtung ändert. Vorteilhafterweise kann dadurch eine thermische Linsenwirkung abgeschwächt werden, die sich durch ein in longitudinale Richtung veränderliches Temperaturprofil in der Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode ergibt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode nimmt die Breite der verspannten Schicht in Richtung zur Auskoppelfacette zu. Vorteilhafterweise kann dadurch eine thermische Linsenwirkung einer in Richtung zur Auskoppelfacette zunehmenden Temperatur in der Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode reduziert oder kompensiert werden.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht kompressiv verspannt. Dabei weist die verspannte Schicht eine Aussparung auf, die in Wachstumsrichtung über dem aktiven Bereich angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dadurch eine Beeinflussung des Brechungsindexprofils in der Umgebung des aktiven Bereichs bewirken.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Aussparung in eine zu der Wachstumsrichtung und der longitudinalen Richtung senkrechte Querrichtung eine Breite auf, die sich in longitudinale Richtung ändert. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dadurch einen durch eine in longitudinale Richtung veränderliche Temperatur in der Schichtenfolge bewirkten Brechungsindexgradienten reduzieren oder kompensieren.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode nimmt die Breite der Aussparung in Richtung zur Auskoppelfacette zu. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dann eine thermische Linsenwirkung reduzieren oder kompensieren, die sich durch eine in Richtung zur Auskoppelfacette zunehmende Temperatur in der Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode ergibt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ändert sich eine in Wachstumsrichtung bemessene Dicke der verspannten Schicht in longitudinale Richtung. Vorteilhafterweise wird es auch dadurch der verspannten Schicht ermöglicht, eine thermische Linsenwirkung zu reduzieren oder zu kompensieren, die sich aus einem in longitudinale Richtung variablen Temperaturprofil in der Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode ergibt.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode reicht die verspannte Schicht in longitudinale Richtung bis an die Spiegelfacette und/oder bis an die Auskoppelfacette heran. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dadurch einen Brechungsindexverlauf in der Schichtenfolge bis an die Spiegelfacette und/oder bis an die Auskoppelfacette beeinflussen.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode reicht die verspannte Schicht in longitudinale Richtung nicht bis an Spiegelfacette und/oder nicht bis an die Auskoppelfacette heran. Vorteilhafterweise kann die Halbleiterlaserdiode dadurch einfach herstellbar sein. Außerdem können durch eine Beabstandung der verspannten Schicht von der Spiegelfacette und/oder der Auskoppelfacette nachteilige Beeinflussungen der Spiegelfacette und/oder der Auskoppelfacette durch die verspannte Schicht vorteilhafterweise vermieden werden.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die verspannte Schicht in Wachstumsrichtung oberhalb einer Metallisierungsschicht angeordnet. Vorteilhafterweise kann die verspannte Schicht dadurch besonders einfach aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist in Wachstumsrichtung oberhalb der verspannten Schicht eine Metallisierungsschicht angeordnet. Die oberhalb der verspannten Schicht angeordnete Metallisierungsschicht kann eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterlaserdiode erlauben. Die verspannte Schicht kann beispielsweise zwischen mehreren Metallisierungsschichten eingebettet sein.
In einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die verspannte Schicht ein elektrisch leitendes Material auf. Vorteilhafterweise beeinträchtigt die verspannte Schicht dadurch eine elektrische Kontaktierbarkeit der Halbleiterlaserdiode nicht.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht einer Schichtenfolge einer Halbleiterlaserdiode;
2 eine schematische Aufsicht auf die Schichtenfolge der Halbleiterlaserdiode;
3, 4 und 5 Brechungsindexverläufe an unterschiedlichen Positionen in einem in der Schichtenfolge ausgebildeten Resonator;
6 eine Aufsicht auf eine verspannte Schicht der Schichtenfolge gemäß einer ersten Ausführungsform;
7 und 8 durch die verspannte Schicht bewirkte Brechungsindexverläufe in dem in der Schichtenfolge ausgebildeten Resonator;
9 eine Aufsicht auf die verspannte Schicht gemäß einer zweiten Ausführungsform;
10 eine Aufsicht auf die verspannte Schicht gemäß einer dritten Ausführungsform;
11 eine Aufsicht auf die verspannte Schicht gemäß einer vierten Ausführungsform;
12 eine Aufsicht auf die verspannte Schicht gemäß einer fünften Ausführungsform;
13 eine Aufsicht auf die verspannte Schicht gemäß einer sechsten Ausführungsform;
14 eine geschnittene Seitenansicht der Schichtenfolge gemäß einer siebten Ausführungsform;
15 eine geschnittene Seitenansicht der Schichtenfolge gemäß einer achten Ausführungsform; und
16 eine geschnittene Seitenansicht der Schichtenfolge gemäß einer neunten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterlaserdiode 10. Die Halbleiterlaserdiode kann beispielsweise eine Hochleistungslaserdiode für Faserkoppelanwendungen sein, insbesondere beispielsweise eine Halbleiterlaserdiode, die zum Pumpen eines Faserlasers verwendet werden kann.
Die Halbleiterlaserdiode 10 umfasst eine Schichtenfolge 200, die über einem Substrat 210 angeordnet ist. Die Schichtenfolge 200 umfasst eine Mehrzahl von Schichten, die in einer Wachstumsrichtung 13 übereinander angeordnet sind.
Die Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 umfasst eine Anzahl von Epitaxieschichten 220, die epitaktisch auf das Substrat 210 aufgewachsen worden sind. Im in 1 schematisch gezeigten Beispiel umfassen die Epitaxieschichten 220 eine näher am Substrat 210 angeordnete erste Halbleiterschicht 230 und eine weiter vom Substrat 210 entfernte zweite Halbleiterschicht 250. Die erste Halbleiterschicht 230 und die zweite Halbleiterschicht 250 können jeweils durch eine Mehrzahl von Teilschichten gebildet sein und beispielsweise Wellenleiter- und/oder Mantelschichten umfassen. Zwischen der ersten Halbleiterschicht 230 und der zweiten Halbleiterschicht 250 ist eine aktive Schicht 240 angeordnet, die ebenfalls als Halbleiterschicht ausgebildet ist. Auch die aktive Schicht 240 kann durch eine Mehrzahl von Teilschichten gebildet sein.
In Wachstumsrichtung 13 oberhalb der zweiten Halbleiterschicht 250 ist eine Halbleiterdeckschicht 260 angeordnet. Die Halbleiterdeckschicht 260 ist in einer zur Wachstumsrichtung 13 senkrechten Ebene strukturiert, erstreckt sich in der zur Wachstumsrichtung 13 senkrechten Ebene also nur über einen Teil der zweiten Halbleiterschicht 250. In eine zur Wachstumsrichtung 13 senkrechte Querrichtung 11 weist die Halbleiterdeckschicht 260 eine begrenzte Breite auf.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10. Die Halbleiterlaserdiode 10 weist eine Spiegelfacette 110 auf, die parallel zur Wachstumsrichtung 13 und parallel zur Querrichtung 11 orientiert ist. Außerdem weist die Halbleiterlaserdiode 10 eine zu der Spiegelfacette 110 parallele Auskoppelfacette 120 auf, die der Spiegelfacette 110 gegenüberliegt. Im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 wird an der Auskoppelfacette 120 ein Laserstrahl abgestrahlt.
In Wachstumsrichtung 13 unterhalb der Halbleiterdeckschicht 260 wird in der ersten Halbleiterschicht 230, der aktiven Schicht 240 und der zweiten Halbleiterschicht 250 der Schichtenfolge 200 ein Resonator 100 ausgebildet. Der Resonator 100 erstreckt sich entlang einer zur Querrichtung 11 und zur Wachstumsrichtung 13 senkrechten longitudinalen Richtung 12, die senkrecht zu der Spiegelfacette 110 und zu der Auskoppelfacette 120 orientiert ist, zwischen der Spiegelfacette 110 und der Auskoppelfacette 120. In Querrichtung 11 weist der Resonator 100 eine begrenzte Breite auf, die im Wesentlichen durch die Breite der Halbleiterdeckschicht 260 in Querrichtung 11 vorgegeben ist.
1 zeigt, dass die Schichtenfolge 200 weiter eine Passivierungsschicht 270 umfasst, die in Wachstumsrichtung 13 oberhalb der nicht durch die Halbleiterdeckschicht 260 bedeckten Abschnitte der zweiten Halbleiterschicht 250 angeordnet ist. Die Passivierungsschicht 270 kann sich auch abschnittsweise über die Halbleiterdeckschicht 260 erstrecken, weist im Bereich der Halbleiterdeckschicht 260 jedoch eine Öffnung auf. Die Passivierungsschicht 270 ist elektrisch isolierend.
In Wachstumsrichtung 13 oberhalb der Passivierungsschicht 270 ist eine Metallisierungsschicht 280 angeordnet, die im Bereich der Öffnung der Passivierungsschicht 270 elektrisch leitend mit der Halbleiterdeckschicht 260 verbunden ist.
Die Metallisierungsschicht 280 ermöglicht eine Stromeinleitung in die Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10, wodurch im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 in der aktiven Schicht 240 in Wachstumsrichtung 13 unterhalb der Halbleiterdeckschicht 260 ein aktiver Bereich 245 ausgebildet wird. Der aktive Bereich 245 weist in Querrichtung 11 eine begrenzte Breite auf, die im Wesentlichen durch die Breite der Halbleiterdeckschicht 260 in Querrichtung 11 festgelegt ist. Die Breite des aktiven Bereichs 245 in Querrichtung 11 kann beispielsweise zwischen 30 µm und 200 µm liegen. In diesem Fall bildet die Halbleiterlaserdiode 10 einen Breitstreifenlaser.
Im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 erwärmt sich die Schichtenfolge 200. Eine Erwärmung tritt dabei insbesondere im Bereich des Resonators 100 auf. Eine besonders starke Erwärmung kann sich im Bereich der Auskoppelfacette 120 ergeben. Hierdurch kann sich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 in der Schichtenfolge 200 eine inhomogene Temperaturverteilung einstellen. Dabei kann die Temperatur insbesondere beispielsweise entgegen der longitudinalen Richtung 12 von der Auskoppelfacette 120 zu der Spiegelfacette 110 und in und entgegen der Querrichtung 11 von der Mitte des Resonators 100 zu den seitlich neben dem Resonator 100 angeordneten Abschnitten der Schichtenfolge 200 abnehmen.
Diese inhomogene Temperaturverteilung in der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 kann im Bereich des Resonators 100 eine inhomogene Variation des Brechungsindexes in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 bewirken.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen ersten Brechungsindexverlauf 401 im Bereich des Resonators 100 an einer in 2 eingezeichneten ersten longitudinalen Position 101, die nahe an der Spiegelfacette 110 liegt. Auf einer horizontalen Achse ist in 3 die Querrichtung 11 dargestellt, wobei die ungefähren seitlichen Grenzen des Resonators 100 schematisch markiert sind. Auf einer vertikalen Achse der 3 ist ein Brechungsindex 400 aufgetragen. Der erste Brechungsindexverlauf 401 zeigt den räumlichen Verlauf des Brechungsindexes 400 an, der sich in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 einstellt. Erkennbar ist, dass der Brechungsindex 400 im Bereich der Mitte des Resonators 100 einen Wert aufweist, der sich vom Wert des Brechungsindexes 400 nahe der in Querrichtung 11 seitlichen Grenzen des Resonators 100 unterscheidet. Im dargestellten Beispiel ist der Brechungsindex 400 in der Mitte des Resonators 100 höher als an den Seiten des Resonators 100.
4 zeigt in schematischer Darstellung einen zweiten Brechungsindexverlauf 402, der sich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 an einer zweiten longitudinalen Position 102 einstellt, die etwa mittig zwischen der Spiegelfacette 110 und der Auskoppelfacette 120 angeordnet ist. Wiederum sind auf einer horizontalen Achse die Querrichtung 11 und auf einer vertikalen Achse der Brechungsindex 400 aufgetragen. Auch beim zweiten Brechungsindexverlauf 402 weist der Brechungsindex 400 in der Mitte des Resonators 100 einen anderen, im Beispiel höheren, Wert auf als in den Seitenbereichen des Resonators 100. Dabei ist der Wert des Brechungsindex 400 in der Mitte des Resonators 100 beim zweiten Brechungsindexverlauf 402 größer als beim ersten Brechungsindexverlauf 401.
5 zeigt in schematischer Darstellung einen dritten Brechungsindexverlauf 403, der sich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 an einer dritten longitudinalen Position 103 einstellt, die nahe der Auskoppelfacette 120 der Halbleiterlaserdiode 10 angeordnet ist. Auch in 5 ist auf einer horizontalen Achse die Querrichtung 11 und auf einer vertikalen Achse der Brechungsindex 400 aufgetragen. Auch bei dem dritten Brechungsindexverlauf 403 unterscheidet sich der Brechungsindex 400 in der Mitte des Resonators 100 von den Werten nahe den Seiten des Resonators 100. Dabei weist der Brechungsindex 400 bei dem dritten Brechungsindexverlauf 403 in der Mitte des Resonators 100 einen noch größeren Wert auf als bei dem zweiten Brechungsindexverlauf 402.
Somit ist der Brechungsindex 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 im Bereich des Resonators 100 im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 in Querrichtung 11 variabel. Zusätzlich ist der Wert des Brechungsindex 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 im Bereich des Resonators 100 auch in longitudinale Richtung 12 variabel.
Die Variation des Brechungsindex 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 kann eine thermische Linsenwirkung zur Folge haben und dadurch eine Strahlqualität des an der Auskoppelfacette 120 aus dem Resonator 100 der Halbleiterlaserdiode 10 ausgekoppelten Laserstrahls negativ beeinflussen.
1 zeigt, dass die Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 eine in Wachstumsrichtung 13 oberhalb der aktiven Schicht 240 angeordnete verspannte Schicht 300 umfasst. Die verspannte Schicht 300 ist dazu vorgesehen, den Brechungsindexverlauf in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 zu beeinflussen, um eine im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 10 durch eine inhomogene Temperaturverteilung bewirkte inhomogene Variation des Brechungsindexes 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 zumindest teilweise zu kompensieren. Hierzu ist die verspannte Schicht 300 gegenüber dem Substrat 210 und den Epitaxieschichten 220 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 verspannt.
Die verspannte Schicht 300 ist in einer zu der Wachstumsrichtung 13 senkrechten lateralen Ebene 14 strukturiert. 6 zeigt eine Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die verspannte Schicht 300 ist in diesem Beispiel tensil verspannt. Die verspannte Schicht 300 ist in der lateralen Ebene 14 derart strukturiert, dass die verspannte Schicht 300 nur über einem Teilbereich der aktiven Schicht 240 angeordnet ist. Dabei ist die verspannte Schicht 300 in Querrichtung 11 über dem aktiven Bereich 245 zentriert. Die verspannte Schicht 300 ist bezüglich einer zu der longitudinalen Richtung 12 parallelen Symmetrieachse 310 symmetrisch ausgebildet.
Die strukturierte verspannte Schicht 300 weist in Querrichtung 11 eine Breite 320 auf. Die Breite 320 der verspannten Schicht 300 ändert sich entlang der longitudinalen Richtung 12. Im in 6 gezeigten Beispiel nimmt die Breite 320 der verspannten Schicht 300 in longitudinale Richtung 12 von der Spiegelfacette 110 in Richtung zur Auskoppelfacette 120 zu. Dabei ist die Breite 320 der verspannten Schicht 300 nahe der Spiegelfacette 110 geringer als eine Breite des Resonators 100 in Querrichtung 11, während die Breite 320 der verspannten Schicht 300 nahe der Auskoppelfacette 120 größer als die Breite des Resonators 100 in Querrichtung 11 ist. Im in 6 gezeigten Beispiel wächst die Breite 320 der verspannten Schicht 300 entlang der longitudinalen Richtung 12 stärker als linear.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Brechungsindexverlaufs 404, der sich durch den Einfluss der verspannten Schicht 300 an der ersten longitudinalen Position 101 des Resonators 100 in den Wellenleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 einstellt. Wie in 3 bis 5 ist auf einer horizontalen Achse die Querrichtung 11 und auf einer vertikalen Achse der Brechungsindex 400 aufgetragen. Die verspannte Schicht 300 bewirkt eine Änderung des Brechungsindex 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 entlang der Querrichtung 11. Dabei ist der Brechungsindex 400 im dargestellten Beispiel in der Mitte des Resonators 100 niedriger als in Seitenbereichen des Resonators 100. Der durch die verspannte Schicht 300 bewirkte vierte Brechungsindexverlauf 404 ist somit dem durch die inhomogene Erwärmung bewirkten ersten Brechungsindexverlauf 401 der 3 entgegengerichtet und dazu geeignet, diesen zumindest teilweise zu kompensieren.
8 zeigt in schematischer Darstellung einen fünften Brechungsindexverlauf 405, der sich durch den Einfluss der verspannten Schicht 300 an der dritten longitudinalen Position 103 des Resonators 100 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10 ergibt. Wiederum ist auf einer horizontalen Achse die Querrichtung 11 und auf einer vertikalen Achse der Brechungsindex 400 aufgetragen. Auch der fünfte Brechungsindexverlauf 405 weist in Richtung zur Mitte des Resonators 100 eine Abnahme des Brechungsindexes 400 auf. Dabei weist die Absenkung des Brechungsindexes 400 beim fünften Brechungsindexverlauf 405 in Querrichtung 11 aber eine größere Breite auf als beim vierten Brechungsindexverlauf 404. Dies rührt daher, dass die verspannte Schicht 300 an der dritten Position 103 eine größere Breite 320 aufweist als an der ersten Position 101. Der fünfte Brechungsindexverlauf 405 ist dadurch geeignet, den durch die inhomogene Erwärmung bewirkten dritten Brechungsindexverlauf 403 zumindest teilweise zu kompensieren.
9 zeigt eine schematische Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Auch in dieser Ausführungsform ist die verspannte Schicht 300 in der lateralen Ebene 14 derart strukturiert, dass die verspannte Schicht 300 in Querrichtung 11 über dem aktiven Bereich 245 zentriert ist. Auch in der in 9 gezeigten zweiten Ausführungsform der verspannten Schicht 300 ist diese bezüglich der zur longitudinalen Richtung 12 parallelen Symmetrieachse 310 symmetrisch ausgebildet.
In der in 9 gezeigten zweiten Ausführungsform der verspannten Schicht 300 ist diese kompressiv verspannt. Dabei weist die verspannte Schicht 300 eine Aussparung 330 auf, die in Wachstumsrichtung 13 über dem aktiven Bereich 245 angeordnet und in Querrichtung 11 über dem aktiven Bereich 245 zentriert ist. Die die Aussparung 330 aufweisende kompressiv verspannte Schicht 300 der in 9 gezeigten zweiten Ausführungsform bewirkt eine Beeinflussung des Brechungsindexes 400 in den Wellenleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterlaserdiode 10, die im Wesentlichen der Beeinflussung des Brechungsindex 400 entspricht, die durch die in 6 gezeigte erste Ausführungsform der verspannten Schicht 300 bewirkt wird.
Die Aussparung 330 weist in Querrichtung 11 eine Breite 340 auf. Die Breite 340 der Aussparung 330 ändert sich in longitudinale Richtung 12. Dabei nimmt die Breite 340 der Aussparung 330 in longitudinale Richtung 12 von der Spiegelfacette 110 zur Auskoppelfacette 120 zu. Im in 9 gezeigten Beispiel wächst die Breite 340 der Aussparung 330 in longitudinale Richtung 12 stärker als linear. Es wäre aber auch möglich, dass die Breite 340 der Aussparung 330 in longitudinale Richtung 12 linear oder weniger als linear zunimmt. Ebenfalls denkbar ist, die verspannte Schicht 300 so auszubilden, dass die Breite 340 der Aussparung 330 von der Spiegelfacette 110 zur Auskoppelfacette 120 konstant ist oder abnimmt.
10 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 der Halbleiterlaserdiode 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. In der in 10 gezeigten dritten Ausführungsform ist die verspannte Schicht 300 tensil verspannt und ähnlich wie in der in 6 gezeigten ersten Ausführungsform ausgebildet. Allerdings ist in der in 10 gezeigten dritten Ausführungsform die Breite 320 der verspannten Schicht 300 in longitudinale Richtung 12 konstant. Dabei ist die Breite 320 der verspannten Schicht 300 geringer als die in Querrichtung 11 bemessene Breite des Resonators 100.
11 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 gemäß einer vierten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform ist die verspannte Schicht 300 ausgebildet wie in der in 10 gezeigten dritten Ausführungsform, wobei allerdings die Breite 320 der verspannten Schicht 300 größer ist als die in Querrichtung 11 bemessene Breite des Resonators 100.
Die in 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen der verspannten Schicht 300 sind dazu ausgebildet, eine durch eine inhomogene Temperaturverteilung bewirkte Variation des Brechungsindexes 400 in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 in Querrichtung 11 zumindest teilweise zu kompensieren. Die Breite 320 der verspannten Schicht 300 ist dabei so angepasst, dass sich eine optimale Kompensation des durch eine inhomogene Temperaturverteilung bedingten Brechungsindexverlaufs ergibt.
12 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 gemäß einer fünften Ausführungsform. In der fünften Ausführungsform ist die verspannte Schicht 300 ausgebildet wie in der in 6 gezeigten ersten Ausführungsform. Allerdings wächst die Breite 320 der verspannten Schicht 300 bei der in 12 gezeigten fünften Ausführungsform in longitudinale Richtung 12 linear. Es ist auch möglich, die verspannte Schicht 300 so auszubilden, dass die Breite 320 in longitudinale Richtung 12 weniger als linear wächst.
In der in 6 gezeigten ersten Ausführungsform und der in 12 gezeigten fünften Ausführungsform erstreckt sich die verspannte Schicht 300 in longitudinale Richtung 12 bis an die Spiegelfacette 110 und bis an die Auskoppelfacette 120.
13 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die verspannte Schicht 300 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die sechste Ausführungsform der verspannten Schicht 300 entspricht der in 12 gezeigten fünften Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass die verspannte Schicht 300 in der in 13 gezeigten sechsten Ausführungsform nicht bis an die Spiegelfacette 110 und nicht bis an die Auskoppelfacette 120 heranreicht. In einer weiteren Ausführungsform kann die verspannte Schicht 300 entweder nur an die Spiegelfacette 110 oder nur an die Auskoppelfacette 120 heranreichen, während sie an die jeweils andere Facette 120, 110 nicht heranreicht.
14 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterlaserdiode 10 mit der verspannten Schicht 300 gemäß einer siebten Ausführungsform. Der Schnitt verläuft dabei parallel zur longitudinalen Richtung 12 und zur Wachstumsrichtung 13 durch den Resonator 100 und die verspannte Schicht 300.
Die verspannte Schicht 300 ist in Wachstumsrichtung 13 in die Metallisierungsschicht 280 eingebettet. Dies bedeutet, dass Teile der Metallisierungsschicht 280 in Wachstumsrichtung 13 unterhalb der verspannten Schicht 300 und Teile der Metallisierungsschicht 280 in Wachstumsrichtung 13 oberhalb der verspannten Schicht 300 angeordnet sind. Die Metallisierungsschicht 280 kann hierzu mehrere Teilschichten umfassen, die in Wachstumsrichtung 13 teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der verspannten Schicht 300 angeordnet sind.
In alternativen Ausführungsformen kann die verspannte Schicht 300 in Wachstumsrichtung 13 allerdings auch vollständig unterhalb der Metallisierungsschicht 280 oder vollständig überhalb der Metallisierungsschicht 280 angeordnet sein.
Die verspannte Schicht 300 weist eine in Wachstumsrichtung 13 bemessene Dicke 350 auf. In der in 14 gezeigten siebten Ausführungsform ist die Dicke 350 der verspannten Schicht 300 in longitudinaler Richtung 12 konstant.
15 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterlaserdiode 10 mit der verspannten Schicht 300 gemäß einer achten Ausführungsform. Die achte Ausführungsform der verspannten Schicht 300 ist ausgebildet wie die in 14 gezeigte siebte Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass die in Wachstumsrichtung 13 bemessene Dicke 350 der verspannten Schicht 300 bei der in 15 gezeigten achten Ausführungsform in longitudinale Richtung 12 veränderlich ist. Dabei wächst die Dicke 350 in longitudinale Richtung 12 von der Spiegelfacette 110 in Richtung zur Auskoppelfacette 120. Hierdurch ist die verspannte Schicht 300 in der in 15 gezeigten achten Ausführungsform ausgebildet, eine Brechungsindexvariation zumindest teilweise zu kompensieren, die sich aus einer in longitudinale Richtung 12 variablen Temperatur in dem Resonator 100 der Halbleiterlaserdiode 10 ergibt.
16 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterlaserdiode 10 mit der verspannten Schicht 300 gemäß einer neunten Ausführungsform. In der neunten Ausführungsform ist die verspannte Schicht 300 ausgebildet wie in der in 15 gezeigten achten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass die in Wachstumsrichtung 13 bemessene Dicke 350 der verspannten Schicht 300 bei der in 16 gezeigten neunten Ausführungsform in longitudinale Richtung 12 von der Spiegelfacette 110 zu der Auskoppelfacette 120 abnimmt. Auch hierdurch ist die verspannte Schicht 300 ausgebildet, einen in den Halbleiterschichten 230, 240, 250 sich ausbildenden Brechungsindexverlauf zumindest teilweise zu kompensieren, der durch eine in longitudinale Richtung 12 veränderliche Temperatur in dem Resonator 100 der Halbleiterlaserdiode 10 verursacht wird.
Ein weiterer Unterschied zwischen der in 16 gezeigten neunten Ausführungsform und der in 15 gezeigten achten Ausführungsform besteht darin, dass die verspannte Schicht 300 in der in 16 gezeigten neunten Ausführungsform nicht bis an die Spiegelfacette 110 und nicht bis an die Auskoppelfacette 120 heranreicht.
Jede der in 14, 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen der verspannten Schicht 300 kann mit jeder der in 6, 10, 11, 12 und 13 gezeigten Ausführungsformen der verspannten Schicht 300 kombiniert werden.
Es ist zweckmäßig, dass die verspannte Schicht 300 ein elektrisch leitendes Material aufweist. In diesem Fall wird eine Stromeinleitung in den aktiven Bereich 245 durch die verspannte Schicht 300 nicht oder nur in geringem Maße beeinträchtigt. Die verspannte Schicht 300 kann aber auch ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Beispielsweise kann die verspannte Schicht 300 ein Dielektrikum wie SiN oder SiO oder ein Metall wie Au oder Ti aufweisen. Falls die verspannte Schicht 300 ein Metall aufweist, so kann dieses auch oxidiert sein. Die verspannte Schicht 300 kann aber auch eine epitaktisch abgeschiedene Schicht aufweisen. Ebenfalls möglich ist, dass die verspannte Schicht 300 Benzocyclobuten (BCB), ein organisches Material oder ein Polyimid aufweist. Die verspannte Schicht 300 kann auch andere Materialien aufweisen. Die verspannte Schicht 300 kann auch eine Kombination mehrerer Materialien aufweisen, die beispielsweise als Schichtstapel ausgebildet sein können. Die verspannte Schicht 300 kann beispielsweise durch epitaktisches Wachstum, durch Sputtern oder durch Bedampfen aufgebracht werden.
Die Verspannung der verspannten Schicht 300 kann beispielsweise durch Abscheiden der verspannten Schicht bei erhöhter Temperatur entstehen.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiterlaserdiode
11: Querrichtung
12: longitudinale Richtung
13: Wachstumsrichtung
14: laterale Ebene
100: Resonator
101: erste Position
102: zweite Position
103: dritte Position
110: Spiegelfacette
120: Auskoppelfacette
200: Schichtenfolge
210: Substrat
220: Epitaxieschichten
230: erste Halbleiterschicht
240: aktive Schicht
245: aktiver Bereich
250: zweite Halbleiterschicht
260: Halbleiterdeckschicht
270: Passivierungsschicht
280: Metallisierungsschicht
300: verspannte Schicht
310: Symmetrieachse
320: Breite der verspannten Schicht
330: Aussparung
340: Breite der Aussparung
350: Dicke
400: Brechungsindex
401: erster Brechungsindexverlauf
402: zweiter Brechungsindexverlauf
403: dritter Brechungsindexverlauf
404: vierter Brechungsindexverlauf
405: fünfter Brechungsindexverlauf

Claims

Halbleiterlaserdiode (10) mit einer Schichtenfolge (200), die eine Mehrzahl in einer Wachstumsrichtung (13) übereinander angeordneter Schichten umfasst, wobei die Halbleiterlaserdiode (10) eine Spiegelfacette (110) und eine Auskoppelfacette (120) aufweist, zwischen denen ein sich in eine longitudinale Richtung (12) erstreckender Resonator (100) gebildet ist, wobei die Schichtenfolge (200) eine aktive Schicht (240) umfasst, in der ein aktiver Bereich (245) ausgebildet ist, wobei die Schichtenfolge (200) eine in Wachstumsrichtung (13) oberhalb der aktiven Schicht (240) angeordnete verspannte Schicht (300) umfasst.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Schichtenfolge (200) Wellenleiterschichten (230, 250) umfasst, wobei die verspannte Schicht (300) einen Brechungsindex (400) in den Wellenleiterschichten (230, 250) beeinflusst.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) in einer zur Wachstumsrichtung (13) senkrechten lateralen Ebene (14) strukturiert ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 3, wobei die verspannte Schicht (300) in eine zu der Wachstumsrichtung (13) und der longitudinalen Richtung (12) senkrechte Querrichtung (11) über dem aktivem Bereich (245) zentriert ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die verspannte Schicht (300) bezüglich einer zu der longitudinalen Richtung (12) parallelen Symmetrieachse (310) symmetrisch ausgebildet ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) tensil verspannt ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 6 und einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die verspannte Schicht (300) in eine zu der Wachstumsrichtung (13) und der longitudinalen Richtung (12) senkrechte Querrichtung (11) eine Breite (320) aufweist, die sich in longitudinale Richtung (12) ändert.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 7, wobei die Breite (320) der verspannten Schicht (300) in Richtung zur Auskoppelfacette (120) zunimmt.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die verspannte Schicht (300) kompressiv verspannt ist, wobei die verspannte Schicht (300) eine Aussparung (330) aufweist, die in Wachstumsrichtung (13) über dem aktiven Bereich (245) angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 9 und einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Aussparung (330) in eine zu der Wachstumsrichtung (13) und der longitudinalen Richtung (12) senkrechte Querrichtung (11) eine Breite (340) aufweist, die sich in longitudinale Richtung (12) ändert.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß Anspruch 10, wobei die Breite (340) der Aussparung (330) in Richtung zur Auskoppelfacette (120) zunimmt.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine in Wachstumsrichtung (13) bemessene Dicke (350) der verspannten Schicht (300) sich in longitudinale Richtung (12) ändert.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) in longitudinale Richtung (12) bis an Spiegelfacette (110) und/oder bis an die Auskoppelfacette (120) heranreicht.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) in longitudinale Richtung (12) nicht bis an Spiegelfacette (110) und/oder nicht bis an die Auskoppelfacette (120) heranreicht.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) in Wachstumsrichtung (13) oberhalb einer Metallisierungsschicht (280) angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Wachstumsrichtung (13) oberhalb der verspannten Schicht (300) eine Metallisierungsschicht (280) angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verspannte Schicht (300) ein elektrisch leitendes Material aufweist.