DE102018123320A1

DE102018123320A1 - Phasengekoppelte Laseranordnung und Verfahren zur Herstellung einer phasengekoppelten Laseranordnung

Info

Publication number: DE102018123320A1
Application number: DE102018123320.5A
Authority: DE
Inventors: Bruno Jentzsch; Alexander Behres; Hans-Jürgen Lugauer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-22
Also published as: DE102018123320B4; US20210273400A1; WO2020057856A1; JP2022500880A; JP7293348B2; US11923656B2

Abstract

Es wird eine Laseranordnung (10) mit einer gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) und einer Mehrzahl von Laserkörpern (2) angegeben, wobei die Laserkörper jeweils eine aktive Zone (23) aufweisen, die zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Die Laserkörper sind nebeneinander auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet, wobei die Laserkörper unmittelbar an die gemeinsame Wellenleiterschicht angrenzen. Insbesondere sind die Laserkörper im Betrieb der Laseranordnung über die Wellenleiterschicht miteinander phasengekoppelt ausgeführt.Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen phasengekoppelten Laseranordnung angegeben.

Description

Es wird eine Laseranordnung angegeben, die insbesondere phasengekoppelt ausgeführt ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung, insbesondere einer phasengekoppelten Laseranordnung, angegeben.
Zur Erzeugung eines strukturierten Fernfeldes in Form eines Beugungsbildes wird in der Regel ein Emitterarray mit abbildender Optik verwendet. Die Verwendung mehrerer Einzelemitter mit komplexer Optik ist meistens aufwändig und kostenintensiv. Zur Richtungsänderung des Beugungsbildes werden häufig bewegliche optische Elemente oder aufwändige Gehäuse eingesetzt.
Eine Aufgabe ist es, eine kompakte und vereinfacht herstellbare Laseranordnung insbesondere zur Erzeugung eines strukturierten Fernfeldes eines Punktgitters anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung, insbesondere einer hier beschriebenen Laseranordnung, anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Laseranordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch sowie durch das Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Laseranordnung oder des Verfahrens zur Herstellung einer Laseranordnung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Es wird eine Laseranordnung mit einer gemeinsamen Wellenleiterschicht angegeben. Die Laseranordnung weist eine Mehrzahl von Laserkörpern auf, die auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet sind. Insbesondere grenzen die Laserkörper unmittelbar an die Wellenleiterschicht an. Es ist möglich, dass die Laserkörper und die Wellenleiterschicht einstückig ausgeführt sind. Besonders bevorzugt sind die gemeinsame Wellenleiterschicht und die Laserköper oder zumindest Teile der Laserkörper und der gemeinsamen Wellenleiterschicht aus einem Stück gebildet. In diesem Sinne ist die Laseranordnung mit der gemeinsamen Wellenleiterschicht und der Mehrzahl von Laserkörpern insbesondere monolithisch ausgeführt. Zum Beispiel gibt es einen fließenden Übergang zwischen der gemeinsamen Wellenleiterschicht und den Laserkörpern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weisen die Laserkörper jeweils eine aktive Zone auf, die insbesondere zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Zum Beispiel ist die aktive Zone des jeweiligen Laserkörpers zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im infraroten, sichtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich vorgesehen. Die Laserkörper können auf einem III-V- oder auf einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basieren. Zum Beispiel weisen die Laserkörper jeweils einen Halbleiterkörper mit der aktiven Zone auf, der auf einem solchen Verbindungshalbleitermaterial basiert. Die Halbleiterkörper der Laserkörper können auf dem gleichen Verbindungshalbleitermaterial basieren.
Verschiedene Halbleiterschichten oder Körper basieren auf dem gleichen Verbindungshalbleitermaterial, wenn diese Schichten oder Körper zumindest ein gleiches Element, etwa aus der Hauptgruppe II oder III, und ein weiteres gleiches Element, etwa aus der Gruppe VI oder V, aufweisen. Neben den zwei gleichen Elementen können die Halbleiterschichten oder Körper zusätzliche Elemente insbesondere aus denselben Gruppen oder aus anderen Gruppen zur Bildung von binären, tertiären oder quaternären Verbindungen aufweisen. Zum Beispiel basieren die Schichten der Laserkörper und die Schichten der gemeinsamen Wellenleiterschicht auf einem Arsenid-, Nitrid-, Phosphid-, Sulfid-oder Selenid-Verbindungshalbleiter, etwa auf GaN-, InP-, ZnS- oder ZnSe-Verbindungshalbleiter. Neben der aktiven Zone kann der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweisen, wobei die aktive Zone zwischen den Halbleiterschichten angeordnet ist. Insbesondere ist die aktive Zone ein pn-Übergang des Halbleiterkörpers oder des Laserkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung sind die Laserkörper nebeneinander auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet. In lateralen Richtung können die Laserkörper voneinander räumlich beabstandet sein. Zum Beispiel sind die Laserkörper auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht aufgewachsen, insbesondere epitaktisch aufgewachsen. Die Laserkörper können gleichartig aufgebaut sein. Im Rahmen der Herstellungstoleranzen können die Laserkörper zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlungen gleicher Wellenlänge eingerichtet sein. Die Laserkörper sind insbesondere zur Erzeugung monomodiger Strahlung eingerichtet.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsfläche der gemeinsamen Wellenleiterschicht verläuft. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die insbesondere senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der gemeinsamen Wellenleiterschicht gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind insbesondere orthogonal zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung sind die Laserkörper im Betrieb der Laseranordnung über die gemeinsame Wellenleiterschicht miteinander phasengekoppelt ausgeführt. Sind die Laserkörper zueinander phasengekoppelt ausgeführt, weisen im Betrieb der Laseranordnung zumindest die Hauptmoden der von den Laserkörpern oder von den Halbleiterkörpern emittierten Strahlungen eine konstante oder im Wesentlichen konstante Phasenbeziehung zueinander auf. Die Laserkörper können zueinander phasengekoppelt, insbesondere sinnvoll zueinander phasengekoppelt sein, wenn ein vorgegebener lateraler Abstand zwischen benachbarten Laserkörpern eingehalten wird. Der vorgegebene Abstand hängt insbesondere von der Peakwellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung und von dem Brechungsindex der gemeinsamen Wellenleiterschicht ab. Es ist möglich, dass in der Wellenleiterschicht aktive Elemente integriert oder ausgebildet sind, die zur Änderung des Brechungsindexes, insbesondere zur Änderung des lokalen Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet sind.
In mindestens einer Ausführungsform der Laseranordnung weist diese eine gemeinsame Wellenleiterschicht und eine Mehrzahl von Laserkörpern auf. Die Laserkörper weisen jeweils eine aktive Zone auf, die zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Die Laserkörper sind nebeneinander auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet. Besonders bevorzugt grenzen die Laserkörper unmittelbar an die gemeinsame Wellenleiterschicht an. Im Betrieb der Laseranordnung sind die Laserkörper insbesondere über die Wellenleiterschicht miteinander phasengekoppelt ausgeführt.
Besonders bevorzugt sind die Laserkörper und die gemeinsame Wellenleiterschicht monolithisch ausgeführt. Zum Beispiel weisen die Laserkörper jeweils die Form einer oberflächenemittierenden Laserdiode, etwa die Form eines VCSELs (Englisch: vertical-cavity surface-emitting laser) auf. Die im Betrieb emittierte Strahlung tritt insbesondere senkrecht entlang einer vertikalen Richtung aus dem entsprechenden Laserkörper heraus. Insbesondere weist die Laseranordnung eine Mehrzahl von Laserkörpern auf, die jeweils eine Apertur aufweisen, wobei die Apertur auf einer der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandten Oberfläche des jeweiligen Laserkörpers ausgebildet ist. Bei einer Apertur handelt es sich insbesondere um eine Austrittsöffnung der im Betrieb des Laserkörpers emittierten Strahlung.
Durch die einstückig oder monolithisch ausgeführte Laseranordnung aus einer Mehrzahl von Laserkörpern und einer gemeinsamen Wellenleiterschicht, wobei die von den Laserkörpern erzeugten elektromagnetischen Strahlungen zueinander phasengekoppelt sind, kann ein besonders kompaktes Bauelement angegeben werden, das zur Erzeugung eines strukturierten Fernfeldes in Form eines Beugungsbildes eines eindimensionalen oder zweidimensionalen Punktgitters besonders geeignet ist. Mit einem solchen monolithisch integrierten Bauelement kann darüber hinaus die Abstrahlrichtung insbesondere durch elektrische Signale vereinfacht gesteuert werden. Zur Richtungsänderung werden in diesem Fall keine beweglichen optischen Elemente oder aufwändige Gehäuse eingesetzt. Die Richtungsänderung oder die Einstellung der Abstrahlrichtung der Laseranordnung kann über gezielte Phasenkopplung der Laserkörper etwa durch lokale elektrische Ansteuerung und/oder durch lokale Anpassung des Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weisen die Laserkörper jeweils eine unmittelbar an die gemeinsame Wellenleiterschicht angrenzende Teilschicht auf. Die Teilschichten der Laserkörper und die gemeinsame Wellenleiterschicht können aus demselben Material oder zumindest an einem Übergangsbereich aus demselben Material gebildet sein. Insbesondere gibt es einen fließenden Übergangsbereich zwischen der gemeinsamen Wellenleiterschicht und den Teilschichten der Laserkörper. Zum Beispiel werden die Laserkörper, insbesondere die Teilschichten der Laserkörper, unmittelbar auf die gemeinsame Wellenleiterschicht aufgewachsen. Es ist möglich, dass die Teilschichten der Laserkörper ursprünglich Bestandteile der gemeinsamen Wellenleiterschicht sind, die erst im Laufe der Erzeugung der Laserkörper den Laserkörpern zugeordnet werden. Die Laserkörper sind insbesondere lokale vertikale Erhöhungen auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weist diese einen gemeinsamen Träger auf, auf dem die gemeinsame Wellenleiterschicht angeordnet ist. In vertikaler Richtung ist die gemeinsame Wellenleiterschicht insbesondere zwischen dem gemeinsamen Träger und den Laserkörpern angeordnet. Bevorzugt ist die Laseranordnung von dem gemeinsamen Träger mechanisch stabilisiert und somit von diesem mechanisch getragen. Insbesondere weist der gemeinsame Träger eine höhere mechanische Stabilität auf als die gemeinsame Wellenleiterschicht. Der gemeinsame Träger kann aus einem elektrisch isolierenden Material, aus einem elektrisch leitfähigen Material oder aus einem Halbleitermaterial gebildet sein. Zum Beispiel ist der gemeinsame Träger ein Keramikkörper, ein Halbleiterkörper oder ein Metallkörper. Insbesondere ist der gemeinsame Träger verschieden von einem Aufwachssubstrat, auf dem die gemeinsame Wellenleiterschicht und/oder die Mehrzahl der Laserkörper epitaktisch aufgewachsen sind/ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass der gemeinsame Träger ein Aufwachssubstrat ist, das zum Beispiel ein Saphirsubstrat oder ein Halbleitersubstrat ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weist diese eine Koppelschicht mit einer Mehrzahl von Koppelstrukturen auf. Die Koppelschicht ist insbesondere auf einer den Laserkörpern abgewandten Rückseite der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet. In Draufsicht auf die gemeinsamen Wellenleiterschicht können die Koppelstrukturen von den Laserkörpern bedeckt, insbesondere vollständig bedeckt sein. Wird die von einem Laserkörper emittierte Strahlung entlang der vertikalen Richtung in die gemeinsame Wellenleiterschicht eingekoppelt, kann die elektromagnetische Strahlung an den Koppelstrukturen in eine laterale Richtung umgelenkt werden. Durch die laterale Ausbreitung kann die elektromagnetische Strahlung dafür sorgen, dass eine Phasenkopplung zwischen den Laserkörpern stattfindet. Zum Beispiel kann sich ein Stehwellenfeld in der gemeinsamen Wellenleiterschicht ausbilden, das für eine definierte Phasenkopplung der Laserkörper, insbesondere aller Laserkörper der Laseranordnung, sorgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung erstrecken sich die Koppelstrukturen in die gemeinsame Wellenleiterschicht hinein. Insbesondere sind die Koppelstrukturen für die im Betrieb der Laseranordnung von den Laserkörpern erzeugten elektromagnetischen Strahlungen reflektierend ausgeführt. Zum Beispiel sind die Koppelstrukturen jeweils mit einer Reflexionsschicht versehen oder aus einem strahlungsreflektierenden Material gebildet. Es ist möglich, dass die Koppelstrukturen im Hinblick auf die Materialzusammensetzung der gemeinsamen Wellenleiterschicht derart ausgebildet sind, dass Totalreflexionen an den Koppelstrukturen stattfinden oder begünstigt werden. Die Koppelschicht kann aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Ist die Koppelschicht elektrisch leitfähig ausgeführt, kann die Koppelschicht als Kontaktschicht für die Laseranordnung, insbesondere für die gemeinsame Wellenleiterschicht oder für die Laserkörper, dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung ist im Betrieb der Laseranordnung ein lateraler Abstand zwischen benachbarten Laserkörpern m·λ/n, wobei m eine ganze natürliche Zahl, A die Wellenlänge der in der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingekoppelten Strahlung und n der Brechungsindex der gemeinsamen Wellenleiterschicht ist. Mit anderen Worten ist der laterale Abstand zwischen den benachbarten Laserkörpern ein Vielfaches der in der gemeinsamen Wellenleiterschicht gemessenen Wellenlänge der in der Wellenleiterschicht eingekoppelten Strahlung. Der laterale Abstand ist insbesondere die Weglänge oder der Koppelweg zwischen den benachbarten Laserkörpern. Da m eine beliebige ganze Zahl ist, können die lateralen Abstände zwischen den verschiedenen benachbarten Laserkörpern gleich oder unterschiedlich sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung sind elektrisch ansteuerbare aktive Elemente in der gemeinsamen Wellenleiterschicht integriert oder ausgebildet. Die aktiven Elemente sind bevorzugt zur lokalen Anpassung des Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet. Dies kann zum Beispiel notwendig sein, falls durch Herstellungstoleranzen der Koppelweg oder die optische Weglänge kein Vielfaches der Wellenlänge ist. Das aktive Element kann in Form eines Wannier-Stark-Modulators in der Wellenleiterschicht integriert sein. Ein solcher Modulator kann aufgrund eines an die gemeinsame Wellenleiterschicht angelegten elektrischen Feldes eine Änderung des Brechungsindexes, insbesondere eine Änderung des lokalen Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht, bewirken. Auf diese Weise kann der Koppelweg oder die optische Weglänge zwischen den benachbarten Laserkörpern während des Betriebes der Laseranordnung korrigiert werden. Die in der gemeinsamen Wellenleiterschicht integrierten bzw. ausgebildeten aktiven Elemente dienen somit der Brechungsindexkontrolle oder der der Brechungsindexanpassung der gemeinsamen Wellenleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weist die gemeinsame Wellenleiterschicht eine aktive Region auf, die sich insbesondere im Koppelweg der Wellenleiterschicht befindet. Die gemeinsame Wellenleiterschicht kann eine erste Teilschicht und eine zweite Teilschicht aufweisen, wobei die aktive Region in der vertikalen Richtung zwischen der ersten Teilschicht und der zweiten Teilschicht angeordnet ist. Zum Beispiel ist die aktive Region der gemeinsamen Wellenleiterschicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Die Wellenleiterschicht mit der aktiven Region kann als optischer Verstärker dienen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die aktive Region zur Anpassung des lokalen Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet ist. Insbesondere bildet die aktive Region einen Teilbereich des aktiven Elements oder der in der gemeinsamen Wellenleiterschicht integrierten bzw. ausgebildeten aktiven Elemente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung ist die aktive Region der gemeinsamen Wellenleiterschicht als aktive Quantentopfschicht eines Wannier-Stark-Modulators ausgeführt. Insbesondere bewirkt der Modulator im Betrieb der Laseranordnung aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes eine Änderung des Brechungsindexes, insbesondere eine lokale Anpassung des Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung sind die Laserkörper zumindest in einer Reihe auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet. Die Laseranordnung kann eine Mehrzahl von Reihen und Spalten aus den Laserkörpern auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht aufweisen. Zum Beispiel bilden die Laserkörper eine matrixartige Anordnung aus den Laserkörpern auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht. Die Reihe oder die Spalte aus den Laserkörpern kann einen randseitig angeordneten Laserkörper aufweisen, der insbesondere als Leitlaserkörper eingerichtet ist. Zum Beispiel ist der Leitlaserkörper derart eingerichtet, dass die von dem Leitlaserkörper emittierte elektromagnetische Strahlung ausschließlich in Richtung der gemeinsamen Wellenleiterschicht hin aus dem Leitlaserkörper ausgekoppelt werden kann. Die in die gemeinsame Wellenleiterschicht eingekoppelte Strahlung kann sich entlang der gemeinsamen Wellenleiterschicht ausbreiten und die anderen Laserkörper zur Emission von phasengekoppelten elektromagnetischen Strahlungen anregen. Die anderen, insbesondere von dem Leitlaserkörper angeregten Laserkörper können dabei sowohl elektrisch als auch optisch gepumpt sein, etwa durch die von dem Leitlaserkörper erzeugte Strahlung optisch gepumpt sein.
Der Leitlaserkörper kann auf seiner der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandten Oberfläche eine strahlungsreflektierende Schicht aufweisen, die insbesondere den Leitlaserkörper vollständig bedeckt und somit eine Auskopplung der Strahlung an dieser Oberfläche verhindert. Die strahlungsreflektierende Schicht kann als strahlungsundurchlässige Kontaktschicht des Leitlaserkörpers ausgeführt sein. Wird im Leitlaserkörper elektromagnetische Strahlung erzeugt, wird diese an der strahlungsreflektierenden Schicht in Richtung der Wellenleiterschicht hin zurückreflektiert und in die gemeinsame Wellenleiterschicht eingekoppelt. Der randseitig angeordnete Leitlaserkörper kann somit die Phase der von den Laserkörpern derselben Reihe oder Spalte emittierten Strahlungen vorgeben. Der Leitlaserkörper weist auf seiner der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandten Oberfläche insbesondere keine strahlungsdurchlässige Apertur auf. Abgesehen von dem Leitlaserkörper oder von den Leitlaserkörpern können die übrigen Laserkörper auf ihren der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandten Oberflächen jeweils eine strahlungsdurchlässige Apertur aufweisen.
Die Laseranordnung kann eine Mehrzahl von Laserkörpern aufweisen, die mehrere Reihen und Spalten von Laserkörpern auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht bilden, wobei die Laserkörper derselben Reihe oder Spalte höchstens bis auf einen randseitig angeordneten Laserkörper oder bis auf die randseitig angeordneten Laserkörper jeweils eine der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandte strahlungsdurchlässige Apertur aufweisen. Die Phasenkopplung erfolgt insbesondere durch den Leitlaserkörper, der insbesondere die Phase der emittierten Strahlung/en. Es ist möglich, dass in diesem Fall kein Stehwellenfeld in der gemeinsamen Wellenleiterschicht gebildet wird.
In allen Ausführungsbeispielen können aktive Elemente zur Brechungsindexkontrolle oder Brechungsindexanpassung in der gemeinsamen Wellenleiterschicht integriert bzw. ausgebildet sein. Durch die aktiven Elemente kann die Phasenbeziehung der einzelnen Laserkörper untereinander und damit die Auskoppelrichtung gezielt gesteuert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weist diese eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Insbesondere sind die Laserkörper in der vertikalen Richtung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper und/oder der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet. Die erste Elektrode kann eine Mehrzahl von insbesondere einzeln kontaktierbaren Kontaktschichten aufweisen, die jeweils einem der Laserkörper zugeordnet sind. Die Kontaktschichten der ersten Elektrode können jeweils einzeln an einer externen Spannungsquelle angeschlossen werden. Die zweite Elektrode kann zusammenhängend ausgebildet sein und kann als gemeinsame Elektrode dienen. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Elektrode eine Mehrzahl von individuell kontaktierbaren Kontaktschichten aufweisen, die zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper und/oder zur lokalen elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet sind.
Die Laseranordnung kann eine dritte Elektrode aufweisen, die insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet ist. Die zweite Elektrode kann in der vertikalen Richtung zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode angeordnet sein. Insbesondere ist die dritte Elektrode zusammenhängend ausgeführt. Über die dritte Elektrode und die zweite Elektrode, die insbesondere eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Kontaktschichten aufweist, kann die gemeinsame Wellenleiterschicht lokal gezielt elektrisch kontaktiert werden. Zum Beispiel sind die dritte Elektrode und die zweite Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der in der gemeinsamen Wellenleiterschicht integrierten bzw. ausgebildeten aktiven Elemente eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung sind die erste Elektrode und die dritte Elektrode einer ersten elektrischen Polarität der Laseranordnung zugeordnet. Die zweite Elektrode ist insbesondere einer von der ersten elektrischen Polarität verschiedenen zweiten elektrischen Polarität zugeordnet. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper eingerichtet. Die zweite Elektrode und die dritte Elektrode sind etwa zur elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet. Die zweite Elektrode ist somit eine gemeinsame Elektrode, die sowohl zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper als auch zur elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung weist die gemeinsame Wellenleiterschicht zumindest eine Seitenfläche auf, die insbesondere mit einer strahlungsundurchlässigen Schicht versehen ist. Die strahlungsundurchlässige Schicht kann eine strahlungsreflektierende Spiegelschicht oder eine strahlungsabsorbierende Absorberschicht sein. Es ist möglich, dass zumindest zwei gegenüberliegende oder aneinander angrenzende Seitenflächen der Wellenleiterschicht mit der strahlungsreflektierenden Spiegelschicht oder mit der strahlungsabsorbierenden Absorberschicht versehen sind. Des Weiteren ist es möglich, dass alle Seitenflächen der gemeinsamen Wellenleiterschicht mit der Spiegelschicht oder mit der Absorberschicht versehen sind.
Sind zwei gegenüberliegende Seitenflächen oder alle Seitenflächen der Wellenleiterschicht mit Spiegelschichten versehen, kann sich ein Stehwellenfeld in der gemeinsamen Wellenleiterschicht ausbilden, welches für eine definierte Phasenkopplung der Laserkörper, insbesondere aller Laserkörper der Laseranordnung, sorgt. Ist die Seitenfläche der Wellenleiterschicht mit einer Absorberschicht versehen, kann sich kein Stehwellenfeld in der Wellenleiterschicht ausbilden. In diesem Fall kann die Phasenkopplung durch einen insbesondere oberseitig, das heißt der Wellenleiterschicht abgewandt, verspiegelten Leitlaserkörper hergestellt werden.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung, insbesondere einer hier beschriebenen Laseranordnung, angegeben. Es wird eine Wellenleiterschicht bereitgestellt. Ein zusammenhängender Laserkörperverbund kann unmittelbar auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht gebildet werden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann der zusammenhängende Laserkörperverbund in eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Laserkörpern auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht strukturiert werden. Dabei kann ein Material des Laserkörperverbunds derart abgetragen werden, dass Zwischenbereiche gebildet werden, die sich durch den Laserkörperverbund hindurch, insbesondere bis zur gemeinsamen Wellenleiterschicht oder in die Wellenleiterschicht hinein, erstrecken.
Die Laserkörper sind insbesondere als lokale Erhöhungen auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht ausgeführt, wobei die Laserkörper in lateralen Richtungen von den Zwischenbereichen umschlossen sind. Es ist möglich, dass die Zwischenbereiche nachträglich mit einem Verkapselungsmaterial, insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Material aufgefüllt werden. Zur Strukturierung des Laserkörperverbunds in eine Mehrzahl von Laserkörpern kann ein mechanischer Prozess, etwa durch Materialabtrag, oder ein chemischer Prozess, etwa ein Ätzprozess, oder ein Lasertrennprozess Anwendung finden.
Das hier beschriebene Verfahren ist für die Herstellung einer hier beschriebenen Laseranordnung besonders geeignet. Die im Zusammenhang mit der Laseranordnung beschriebenen Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Laseranordnung oder des Verfahrens zur Herstellung der Laseranordnung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 5 erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

1A und 1B schematische Darstellungen der Helligkeitsverteilung eines Beugungsbildes eines eindimensionalen beziehungsweise zweidimensionalen Punktgitters aus einer Mehrzahl von Laserkörpern im Fernfeld,
2A und 2B schematische Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele einer Laseranordnung in Schnittansichten,
3A, 3B und 4 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele einer Laseranordnung in Schnittansichten und
5 schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Laseranordnung in Draufsicht.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden.
1A und 1B zeigen jeweils ein strukturiertes Fernfeld in Form eines Beugungsbildes eines eindimensionalen beziehungsweise eines zweidimensionalen Punktgitters aus einer hier beschriebenen monolithisch integrierten Laseranordnung. In der 1A ist die normierte Helligkeitsverteilung H als Funktion des Verteilungswinkels W schematisch dargestellt. In der 1B ist die Helligkeitsverteilung in zwei Dimensionen schematisch dargestellt. Insbesondere mit den in den 3A, 3B, 4 und 5 dargestellten Laseranordnungen kann darüber hinaus die Abstrahlrichtung durch elektrische Signale gesteuert werden, wodurch eine dynamische Steuerung von geometrischen Mustern erzielt werden kann.
2A zeigt eine Laseranordnung 10 mit einer Mehrzahl von Laserkörpern 2, die auf einer gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 angeordnet sind. Insbesondere sind die Laserkörper 2 als lokale Erhebungen auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 ausgeführt. In den lateralen Richtungen sind die Laserkörper 2 durch Zwischenbereiche Z voneinander räumlich beabstandet. Jeder der Laserkörper 2 ist inselartig ausgeführt und ist insbesondere vollumfänglich von den Zwischenbereichen Z umschlossen. Die Zwischenbereiche Z können mit Luft oder mit einem festen, insbesondere elektrisch isolierenden, Material gefüllt sein.
Die Laserkörper 2 und die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 können einstückig beziehungsweise monolithisch ausgeführt sein. Die Laserkörper 2 können jeweils eine an die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 unmittelbar angrenzende Teilschicht 24 aufweisen, die zumindest in einem Übergangsbereich zwischen der Teilschicht 24 und der Wellenleiterschicht 1 das gleiche Material wie die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 aufweist. Zum Beispiel können die Teilschichten 24 der Laserkörper 2 und die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 aus einem Stück gebildet sein. Insbesondere gibt es fließende Übergänge zwischen den Teilschichten 24 und der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1. Es gibt zum Beispiel keine klare Grenzfläche, insbesondere keine klar nachweisbare Grenzfläche zwischen der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 und den Laserkörpern 2 oder zwischen der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 und den Teilschichten 24 der Laserkörper 2.
Die Laserkörper 2 und die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 gelten weiterhin als einstückig oder monolithisch ausgeführt, wenn die Laserkörper 2 insbesondere unmittelbar auf die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 aufgebracht sind. Es befindet sich beispielsweise keine Verbindungsschicht, insbesondere keine Haftschicht, Klebeschicht oder Lotschicht, in der vertikalen Richtung zwischen den Laserkörpern 2 und der Wellenleiterschicht 1. Dies ist zum Beispiel in der 2B schematisch dargestellt, in der die Teilschicht 24, die einer Spiegelanordnung 72 zugehörig ist, unmittelbar auf der Wellenleiterschicht 1 gebildet ist. In diesem Fall können die Teilschicht 24 und die Wellenleiterschicht 1 in einem gemeinsamen Übergangsbereich unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen.
Die Laserkörper 2 weisen jeweils einen Halbleiterkörper 2H auf. Insbesondere weist der Halbleiterkörper 2H eine erste Halbleiterschicht 21 eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht 22 eines von dem ersten Ladungsträgertyp verschiedenen zweiten Ladungsträgertyps und eine zwischen den Halbleiterschichten 21 und 22 angeordnete aktive Zone 23 auf. Im Betrieb der Laseranordnung 10 ist die aktive Zone 23 insbesondere zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Insbesondere ist die aktive Zone 23 eine pn-Übergangszone. Die erste Halbleiterschicht 21 kann n-leitend ausgeführt sein. Die zweite Halbleiterschicht kann p-leitend ausgeführt sein. Es ist jedoch möglich, dass die erste Halbleiterschicht 21 p-leitend und die zweite Halbleiterschicht 22 n-leitend ausgeführt sind.
Die Laserkörper 2 weisen jeweils eine der Wellenleiterschicht 1 abgewandte erste Spiegelanordnung 71 und eine zweite der Wellenleiterschicht 1 zugewandte Spiegelanordnung 72 auf. Insbesondere bilden die erste Spiegelanordnung 71 und die zweite Spiegelanordnung 72 einen Laserresonator 7 des Laserkörpers 2. Die Spiegelanordnungen 71 und 72 können Bragg-Spiegel, insbesondere elektrisch leitfähige Bragg-Spiegel, oder Bragg-Spiegel aus Halbleitermaterialien, sein. Es ist möglich, dass der Halbleiterkörper 2H, die erste Spiegelanordnung 71, die zweite Spiegelanordnung 72, die Teilschicht 24 und/oder die Wellenleiterschicht 1 auf dem gleichen Halbleiterverbindungsmaterial basieren.
Die zweite Spiegelanordnung 72, die in der vertikalen Richtung zwischen der aktiven Zone 23 und der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 angeordnet ist, ist insbesondere teilweise strahlungsdurchlässig ausgebildet. Insbesondere ist die zweite Spiegelanordnung 72 für die im Betrieb der Laseranordnung 10 in der aktiven Zone 23 erzeugte Strahlung S zumindest teilweise durchlässig ausgeführt, sodass die von der aktiven Zone 23 erzeugte Strahlung S durch die zweite Spiegelanordnung 72 hindurch in die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 eingekoppelt werden kann. Es ist möglich, dass die zweite Spiegelanordnung 72 eine geringere Reflektivität aufweist als die erste Spiegelanordnung 71. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die zweite Spiegelanordnung 72 für die in der aktiven Zone 23 erzeugte Strahlung eine Reflektivität von höchstens 99 %, 95 %, 90 % oder von höchstens 80 % aufweist, etwa zwischen einschließlich 50 % und 99 % oder zwischen einschließlich 60 % und 95 % oder zwischen einschließlich 60 % und 80 %.
Gemäß 2A weisen die Laserkörper 2 jeweils einen Strahlungsdurchtrittsbereich 6 auf. Insbesondere weist der Strahlungsdurchtrittsbereich 6 eine Apertur 60 auf. Die Apertur 60 kann durch eine strahlungsdurchlässige Kontaktschicht 61 gebildet sein. Zum Beispiel ist die Kontaktschicht 61 aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Material, etwa aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid, gebildet. Insbesondere ist die Apertur 60 in lateralen Richtungen von einer Isolierungsschicht 8, insbesondere von einer ersten Isolierungsschicht 81, vollumfänglich umgeben. Der Strahlungsdurchtrittsbereich 6 befindet sich insbesondere auf einer der Wellenleiterschicht 1 abgewandten Vorderseite 10V der Laseranordnung 10. Durch die Apertur 60 hindurch kann die von dem Halbleiterkörper 2H emittierte Strahlung S aus dem Laserkörper 2 ausgekoppelt werden. Die Kontaktschichten 61 verschiedener Laserkörper 2 sind jeweils einem der Laserkörper 2 zugeordnet und können unabhängig voneinander elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktschichten 61 der Laserkörper 2 bilden insbesondere eine erste Elektrode 61 der Laseranordnung 10.
Abweichend davon ist es möglich, dass die Isolierungsschicht 8, insbesondere die erste Isolierungsschicht 81, durch eine elektrisch leitfähige Schicht ersetzt wird. Der Strom kann in diesem Fall zunächst ganzflächig in den Laserkörper 2 eingeprägt und durch tieferliegende Schichten zur Mitte geführt. Die tieferliegenden Schichten können oxidierte Schichten in Form einer Blende sein, die den Strompfad von außen einengen. Alternativ oder ergänzend können die tieferliegenden Schichten dotierte, insbesondere hochdotierte Stromaufweitungsschichten oberhalb und/oder unterhalb der ersten Spiegelanordnung 71 sein.
Gemäß 2A kann die Laseranordnung 10 eine zweite Elektrode 62 aufweisen. Die zweite Elektrode 62 kann als gemeinsame Elektrode für alle Laserkörper 2 ausgeführt sein. Insbesondere befindet sich die zweite Elektrode 62 auf einer den Laserkörpern 2 abgewandte Rückseite 1R der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1. Eine den Laserkörpern 2 zugewandte Vorderseite 1V der Wellenleiterschicht 1 kann frei von Kontaktschichten sein. In Draufsicht auf die Wellenleiterschicht 1 ist die Vorderseite 1V bereichsweise von den Laserkörpern 2 bedeckt und bereichsweise von den Laserkörpern 2 unbedeckt. An den unbedeckten Bereichen kann die Vorderseite 1V der Wellenleiterschicht 1 frei zugänglich sein.
Die Laseranordnung 10 weist auf der Rückseite 1R der Wellenleiterschicht 1 eine Koppelschicht 3 auf. Die Koppelschicht 3 weist eine Mehrzahl von Koppelstrukturen 30 auf. Insbesondere sind die Koppelstrukturen 30 lokale vertikale Erhebungen der Koppelschicht 3, die sich in die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 hinein erstrecken. Die Koppelstrukturen 30 können strahlungsreflektierend ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Reflektivität der Koppelstrukturen 30 können diese jeweils mit einer strahlungsreflektierenden Deckschicht 31 versehen werden. Die Deckschicht 31 kann aus einem hochreflektierenden Material, etwa aus Aluminium, Silber, Palladium oder aus Platin, gebildet sein. Ist die Koppelschicht 3 aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, kann die Koppelschicht 3 gleichzeitig als Kontaktschicht, insbesondere als zweite Elektrode 62 oder dritte Elektrode 63 der Laseranordnung 10, dienen.
Alternativ ist es möglich, dass die Deckschicht 31 nicht als elektrische Kontaktschicht ausgeführt ist. Die Deckschicht 31 ist insbesondere eine optisch wirksame Schicht, die einen Teil der horizontal laufenden Mode in den Laserkörper 2 oder in die Laserkörper 2 einkoppelt. Die Deckschicht 31 und die Wellenleiterschicht 1 weisen insbesondere unterschiedliche Brechungsindizes auf.
Insbesondere grenzt die Koppelschicht 3 oder die zweite Kontaktschicht 62 beziehungsweise die dritte Elektrode 63 zumindest bereichsweise unmittelbar an die Wellenleiterschicht 1 an. In den Bereichen der Koppelstrukturen 30 kann die Deckschicht 31 in der vertikalen Richtung zwischen der Wellenleiterschicht 1 und der zugehörigen Koppelstruktur 30 angeordnet sein.
Ist die Deckschicht 31 als elektrische Kontaktschicht ausgeführt, kann ein elektrischer Kontaktwiderstand zwischen der Wellenleiterschicht 1 und der Deckschicht 31 geringer als ein elektrischer Widerstand zwischen der Wellenleiterschicht 1 und der Koppelschicht 3. Dadurch kann erzielt werden, dass Ladungsträger bevorzugt über die Deckschicht 31 in die Wellenleiterschicht 1 und somit zentral in die Laserkörper 2 eingeprägt werden. Es ist möglich, dass die Deckschicht 31 zur elektrischen Kontaktierung aktiver Elemente 1A ausgeführt sind, die zum Beispiel in der Wellenleiterschicht 1 integriert oder ausgebildet sind.
In Draufsicht können die Laserkörper 2 jeweils zumindest eine Koppelstruktur 30 bedecken, insbesondere vollständig bedecken. Es ist möglich, dass die Koppelschicht 3 keine Koppelstruktur 30 aufweist, die in Draufsicht nicht von einem der Laserkörper 2 bedeckt ist. Auch ist es möglich, dass die Laserkörper 2 in Draufsicht jeweils eine einzige Koppelstruktur 30 bedecken.
Gemäß 2A ist die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 als einzige Schicht ausgeführt. Insbesondere weist die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 überall die gleiche Materialzusammensetzung auf. Die Wellenleiterschicht 1 ist weiterhin als einzige Schicht ausgeführt, wenn diese als Schichtenfolge mehrerer Schichten ausgeführt ist, die die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen.
Gemäß 2A weist die Laseranordnung 10 einen gemeinsamen Träger 9 auf. Die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 befindet sich insbesondere in der vertikalen Richtung zwischen dem gemeinsamen Träger 9 und den Laserkörpern 2. Der gemeinsame Träger 9 dient insbesondere als mechanisch stabilisierende Trägerschicht der Laseranordnung 10. Der gemeinsame Träger 9 kann aus einem elektrisch isolierenden oder aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Gemäß 2A weist die Laseranordnung 10 eine rückseitige Deckschicht 90 auf, die auf einer rückseitigen Oberfläche des Trägers 9 angeordnet ist. Die rückseitige Deckschicht 90 kann aus einem elektrisch isolierenden oder aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. In Anwesenheit der Deckschicht 90 ist eine Rückseite 10R der Laseranordnung durch freiliegende Oberfläche der rückseitigen Deckschicht 90 gebildet.
Gemäß 2A sind die Laserkörper 2 derart zueinander angeordnet, dass sie zueinander phasengekoppelt ausgeführt, etwa sinnvoll zueinander phasengekoppelt sind. Zum Beispiel ist ein lateraler Abstand L zwischen zwei benachbarten Laserkörpern 2 ein Vielfaches der Wellenlänge der in die Wellenleiterschicht 1 eingekoppelten Strahlung S. An einer Seitenfläche 1S der Wellenleiterschicht oder an allen Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht kann eine strahlungsundurchlässige Schicht 4 angeordnet sein. Ist die strahlungsundurchlässige Schicht 4 elektrisch leitfähig ausgebildet, kann in der lateralen Richtung eine Isolierungsschicht zwischen der Wellenleiterschicht 1 und der Schicht 4 angeordnet sein. Die strahlungsundurchlässige Schicht 4 kann eine Spiegelschicht 41 oder eine Absorberschicht 42 sein. Sind Spiegelschichten 41 an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht angeordnet, kann sich ein Stehwellenfeld in der gemeinsamen Wellenleiterschicht 1 ausbilden. Durch die Bildung eines Stehwellenfeldes in der Wellenleiterschicht 1 kann eine Phasenkopplung der Laserkörper 2 eingestellt werden.
Bevorzugt ist die Koppelstruktur 30 mittig unterhalb eines ihr zugehörigen Laserkörpers 2 angeordnet. Wird in der aktiven Zone 23 elektromagnetische Strahlung S erzeugt, kann diese in die Wellenleiterschicht 1 eingekoppelt und an der zugehörigen Koppelstruktur in laterale Richtungen umgelenkt werden. Die Geometrie der Koppelstruktur 30 kann derart gewählt sein, dass die eingekoppelte elektromagnetische Strahlung S in eine gewünschte laterale Richtung umgelenkt wird. Zum Beispiel weist die Koppelstruktur 30 die Form einer Pyramide oder die Form eines Kegels auf. Gemäß 2A weist die Koppelstruktur 30 einen lateralen Querschnitt auf, der mit zunehmendem vertikalem Abstand zu dem zugehörigen Laserkörper 2 zunimmt.
Das in der 2B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 2A dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Laseranordnung 10. Im Unterschied hierzu ist in der 2B dargestellt, dass die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 eine aktive Region 13 aufweist. Außerdem weist die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 eine den Laserkörpern 2 zugewandte erste Teilschicht 11 und eine den Laserkörpern 2 abgewandte zweite Teilschicht 12 auf. Insbesondere sind die erste Teilschicht 11, die zweite Teilschicht 12 und die aktive Region 13 der Wellenleiterschicht 1 Halbleiterschichten. Die Halbleiterschichten 11, 12 und/oder 13 können unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen. Die Koppelstrukturen 30 erstrecken sich von der Rückseite 1R der Wellenleiterschicht 1 in die zweite Teilschicht 12 hinein. Insbesondere enden die Koppelstrukturen 30 vor der aktiven Region 13.
Mit der aktiven Region 13 dient die gemeinsame Wellenleiterschicht 1 insbesondere zusätzlich als optischer Verstärker. Mit der aktiven Region 13 und den Teilschichten 11 und 12 weist die Wellenleiterschicht 1 insbesondere eine Diodenstruktur auf, die im Betrieb der Laseranordnung 10 insbesondere zur Erzeugung oder zur Verstärkung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Gemäß 2B sind Spiegelschichten 41 an beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht 1 angeordnet. Werden elektromagnetische Strahlungen von den Laserkörpern 2 in die Wellenleiterschicht 1 eingekoppelt, werden diese an den Koppelstrukturen 30 oder an den Deckschichten 31 zu den Spiegelschichten 41 hin reflektiert. An den Spiegelschichten 41 werden die elektromagnetischen Strahlungen zurückreflektiert, wodurch sich in der Wellenleiterschicht 1 ein Stehwellenfeld ausbildet, welches für eine definierte Phasenkopplung der Laserkörper 2, insbesondere aller Laserkörper 2 der Laseranordnung 10 sorgt.
Das in der 3A dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 2B dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die Laseranordnung 10 eine Elektrode 62 auf, die insbesondere auf der Vorderseite 1V, insbesondere unmittelbar auf der Vorderseite 1V, der Wellenleiterschicht 1 angeordnet ist. Die auf der Rückseite 1R der Wellenleiterschicht 1 angeordnete Elektrode dient nun als dritte Elektrode 63 der Laseranordnung 10. Die erste Elektrode 61 und die dritte Elektrode 63 sind insbesondere der gleichen elektrischen Polarität der Laseranordnung 10 zugeordnet. Zum Beispiel sind die erste Elektrode 61 und die dritte Elektrode 63 zur p-seitigen Kontaktierung der Laserkörper 2 und/oder der Wellenleiterschicht 1 eingerichtet. Die zweite Elektrode 62 ist etwa zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper 2 und der Wellenleiterschicht 1 eingerichtet. Die zweite Elektrode 62 ist somit als gemeinsame Elektrode der Laserkörper 2 und der Wellenleiterschicht 1 ausgeführt. Zum Beispiel dient die zweite Elektrode 62 der n-seitigen Kontaktierung der Laserkörper 2 und der Wellenleiterschicht 1.
Die zweite Elektrode 62 kann eine zusammenhängende Kontaktschicht 62 aufweisen, die insbesondere in den Freibereichen Z entlang lateraler Richtungen zwischen den Laserkörpern 2 angeordnet ist. Es ist möglich, dass die zweite Elektrode 62 eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Kontaktschichten 62 aufweist, wobei die Kontaktschichten 62 einzeln kontaktierbar ausgeführt sind. Mittels der zweiten Elektrode 62 kann das in der Wellenleiterschicht 1 gebildete Stehwellenfeld elektrisch verstärkt werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass der Brechungsindex, insbesondere der lokale Brechungsindex, der Wellenleiterschicht 1 durch gezieltes Anlegen einer elektrischen Spannung an der zweiten Elektrode 62, die insbesondere eine Mehrzahl von einzeln kontaktierbaren Kontaktschichten 62 aufweist, verändert werden kann.
Als weiterer Unterschied zur 2B weisen die Laserkörper 2 jeweils eine seitliche Passivierungsschicht 82 oder eine zweite Isolierungsschicht 82 auf. Insbesondere sind die zweiten Isolierungsschichten 82 zur elektrischen Isolierung der Kontaktschichten der zweiten Elektrode 62 eingerichtet. Die zweite Isolierungsschicht 82 kann sich bezüglich ihrer Materialzusammensetzung von der ersten Isolierungsschicht 81 unterscheiden. Es ist jedoch möglich, dass die erste Isolierungsschicht 81 und die zweite Isolierungsschicht 82 aus dem gleichen Material gebildet sind. In diesem Fall können die Isolierungsschichten 81 und 82 in einem gemeinsamen Prozess hergestellt werden.
Das in der 3B dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Laseranordnung 10. Im Unterschied hierzu ist in der 3B schematisch dargestellt, dass aktive Elemente 1A in der Wellenleiterschicht 1 integriert beziehungsweise ausgebildet sind. Durch die Integration von aktiven Elementen 1A, insbesondere zur Brechungsindexkontrolle oder zur Brechungsindexanpassung innerhalb der Wellenleiterschicht 1, kann die Phasenbeziehung der einzelnen Laserkörper 2 untereinander und damit die Auskoppelrichtung gesteuert werden. Die aktiven Elemente 1A können als Wannier-Stark-Modulatoren ausgeführt sein. Die aktiven Elemente 1A dienen insbesondere als Phasenschieber im Koppelweg. Die aktive Region 13 bildet zum Beispiel zumindest eine Quantentopfschicht oder mehrere Quantentopfschichten der aktiven Elemente 1A. Insbesondere über die zweite Elektrode 62, die bevorzugt eine Mehrzahl von individuell ansteuerbaren Kontaktschichten 62 aufweist, können die aktiven Elemente 1A individuell angesteuert werden.
Im Gegensatz zur 3A sind in der 3B Spiegelschichten 41 dargestellt, die an den Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht 1 angebracht sind. Abweichend von der 3A ist es möglich, dass strahlungsundurchlässige Schichten 4, etwa Spiegelschichten 41 oder Absorberschichten 42, an den Seitenflächen 1S angeordnet sind.
Das in der 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 3B dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Laseranordnung 10. Im Unterschied hierzu weist die Laseranordnung 10 zumindest einen Leitlaserkörper 2L auf. Der Leitlaserkörper 2L weist an der Vorderseite 10V der Laseranordnung 10 keine strahlungsdurchlässige Apertur 60 auf. Insbesondere ist der Leitlaserkörper 2L in Draufsicht von einer ersten Kontaktschicht 61 bedeckt, etwa vollständig bedeckt, die insbesondere strahlungsundurchlässig ausgeführt ist. Die in der aktiven Zone 23 des Leitlaserkörpers 2L erzeugte elektromagnetische Strahlung S wird somit ausschließlich in die Wellenleiterschicht 1 eingekoppelt.
Die Koppelschicht 3 weist insbesondere eine Leitkoppelstruktur 30L auf, die in Draufsicht von dem Leitlaserkörper 2L überdeckt, insbesondere vollständig überdeckt ist. Im Unterschied zu den anderen Koppelstrukturen 30 weist die Leitkoppelstruktur 30L eine größere vertikale Höhe und einen größeren Querschnitt auf. Insbesondere kann sich die Leitkoppelstruktur 30L durch die zweite Teilschicht 12 und die aktive Region 13 der Wellenleiterschicht 1 hindurch erstrecken. Bevorzugt ist die Leitkoppelstruktur 30L derart eingerichtet, dass diese die eingekoppelte Strahlung S nicht in zwei gegenüberliegende laterale Richtungen sondern lediglich in eine laterale Richtung umlenkt. Zum Beispiel ist die Leitkörperstruktur 30L nicht mittig unterhalb des Leitlaserkörpers 2L, sondern zu einer Zentralachse des Leitlaserkörpers 2L versetzt angeordnet, sodass die von dem Leitlaserkörper 2L erzeugte Strahlung gezielt in eine laterale Richtung umgelenkt wird.
Im Unterschied zur 3B weist die in der 4 dargestellte Laseranordnung 10 eine Absorberschicht 42 an zumindest einer Seitenfläche 1S oder an mehreren Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht 1 auf. An der Absorberschicht 42 wird elektromagnetische Strahlung nicht reflektiert, sondern absorbiert. Es entsteht somit kein Stehwellenfeld innerhalb der Wellenleiterschicht 1. Die Phasenkopplung wird stattdessen durch den oberseitig verspiegelten Leitlaserkörper 2L hergestellt. Durch die Integration von aktiven Elementen 1A, insbesondere von Wannier-Stark-Modulatoren, können die Phasenbeziehung der einzelnen Laserkörper 2 untereinander und damit die Auskoppelrichtung oder die Abstrahlrichtung gesteuert werden.
In 5 ist die Laseranordnung 10 in Draufsicht dargestellt. Das in der 5 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Wellenleiterschicht 1 kann einen ersten Teilbereich 1X und einen zweiten Teilbereich 1Y aufweisen. Zum Beispiel erstreckt sich der erste Teilbereich 1X entlang einer ersten lateralen Richtung, etwa entlang der longitudinalen lateralen Richtung. Der zweite Teilbereich 1Y erstreckt sich entlang einer zweiten lateralen Richtung, etwa entlang der transversalen lateralen Richtung. Gemäß 5 weist die Wellenleiterschicht 1 eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen 1X auf. Auf dem zweiten Teilbereich 1Y sind mehrere Leitlaserkörper 2L angeordnet, die insbesondere eine Spalte aus Leitlaserkörpern 2L der Laseranordnung 10 bilden. Auf jedem der ersten Teilbereiche 1X sind mehrere Laserkörper jeweils mit einer Apertur 60 angeordnet. An zwei aneinanderreihenden Seitenflächen 1S der Wellenleiterschicht 1 ist die Absorberschicht 42 angeordnet.
Das im Zusammenhang mit der 4 erläuterte Konzept wird gemäß 5 auf zwei Dimensionen umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt insbesondere mit zwei unterschiedlich ansteuerbaren, bezüglich des Brechungsindexes veränderbaren Teilbereichen 1X und 1Y. Dadurch kann die Abstrahlrichtung eines Beugungsbildes unabhängig voneinander in zwei lateralen Richtungen gesteuert werden.
Durch die Verwendung einer phasengekoppelten, monolithisch integrierten und insbesondere monomodig ausgeführten Laseranordnung kann die Abstrahlrichtung oder die Auskoppelrichtung der Laseranordnung aus einer Mehrzahl von Laserkörpern durch elektrische Signale gesteuert werden, wodurch eine dynamische Steuerung von geometrischen Mustern erzielbar ist. Insbesondere ist die Laseranordnung als einzelner Halbleiterchip ohne Optik mit optionaler Steuerung der Periodizität eines abzubildenden Musters und/oder mit optionaler Steuerung seiner Abstrahlrichtung durch elektrische Signale ohne Verwendung von beweglichen Teilen, etwa ohne Verwendung von beweglichen optischen Teilen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

10: Laseranordnung
10V: Vorderseite der Laseranordnung
10R: Rückseite der Laseranordnung
1: gemeinsame Wellenleiterschicht
11: erste Teilschicht der Wellenleiterschicht
12: zweite Teilschicht der Wellenleiterschicht
13: aktive Region der Wellenleiterschicht
1A: aktives Element
1V: Vorderseite der Wellenleiterschicht
1R: Rückseite der Wellenleiterschicht
1S: Seitenfläche der Wellenleiterschicht
1X: erster Teilbereich der Wellenleiterschicht
1Y: zweiter Teilbereich der Wellenleiterschicht
2: Laserkörper
21: erste Halbleiterschicht
22: zweite Halbleiterschicht
23: aktive Zone
24: Teilschicht des Laserkörpers
2H: Halbleiterkörper des Laserkörpers
2L: Leitlaserkörper
3: Koppelschicht
30: Koppelstruktur
30L: Leitkoppelstruktur
31: reflektierende Deckschicht
4: strahlungsundurchlässige Schicht
41: Spiegelschicht
42: Absorberschicht
6: Strahlungsdurchtrittsbereich
60: Apertur
61: erste Elektrode/ erste Kontaktschicht
62: zweite Elektrode/ zweite Kontaktschicht
63: dritte Elektrode/ dritte Kontaktschicht
7: Laserresonator
71: erste Spiegelanordnung
72: zweite Spiegelanordnung
8: Isolierungsschicht
81: erste Isolierungsschicht
82: zweite Isolierungsschicht/ Passivierungsschicht
9: gemeinsamer Träger
90: rückseitige Deckschicht
H: Helligkeit
L: lateraler Abstand zwischen benachbarten Laserkörpern
S: Strahlung
W: Winkel
Z: Zwischenbereich

Claims

Laseranordnung (10) mit einer gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) und einer Mehrzahl von Laserkörpern (2), wobei - die Laserkörper jeweils eine aktive Zone (23) aufweisen, die zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, - die Laserkörper nebeneinander auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht angeordnet sind, - die Laserkörper unmittelbar an die gemeinsame Wellenleiterschicht angrenzen, und - die Laserkörper im Betrieb der Laseranordnung über die Wellenleiterschicht miteinander phasengekoppelt ausgeführt sind.
Laseranordnung (10) nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Laserkörper (2) und die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) monolithisch ausgeführt sind.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Laserkörper (2) jeweils eine unmittelbar an die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) angrenzende Teilschicht (24) aufweist, wobei die Teilschichten und die gemeinsame Wellenleiterschicht zumindest an ihrem Übergangsbereich aus demselben Material gebildet sind.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, die eine Koppelschicht (3) mit einer Mehrzahl von Koppelstrukturen (30) aufweist, wobei die Koppelschicht auf einer den Laserkörpern (2) abgewandten Rückseite (1R) der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) angeordnet ist und die Koppelstrukturen in Draufsicht auf die gemeinsame Wellenleiterschicht von den Laserkörpern bedeckt sind.
Laseranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der sich die Koppelstrukturen (30) in die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) hinein erstrecken und für die im Betrieb der Laseranordnung von den Laserkörpern (2) erzeugten elektromagnetischen Strahlungen strahlungsreflektierend ausgeführt sind.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Betrieb der Laseranordnung ein lateraler Abstand (L) zwischen benachbarten Laserkörpern (2) m·λ/n ist, wobei m eine ganze Zahl, A die Wellenlänge der in die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) eingekoppelten Strahlung und n der Brechungsindex der gemeinsamen Wellenleiterschicht ist.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der elektrisch ansteuerbare aktive Elemente (1A) in der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) integriert oder ausgebildet sind, wobei die aktiven Elemente zur lokalen Anpassung des Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht eingerichtet sind.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Wellenleiterschicht (1) eine erste Teilschicht (11), eine zweite Teilschicht (12) und eine dazwischen liegende aktive Region (13) aufweist, wobei sich die aktive Region im Koppelweg der Wellenleiterschicht befindet.
Laseranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die aktive Region (13) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist und die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) zusätzlich als optischer Verstärker dient.
Laseranordnung (10) nach Anspruch 8, bei der die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) eine aktive Region (13) aufweist, wobei die aktive Region als aktive Quantentopfschicht eines Wannier-Stark-Modulators ausgeführt ist, der im Betrieb der Laseranordnung aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes eine Änderung des Brechungsindexes der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) bewirkt.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Laserkörper (2) zumindest in einer Reihe auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) angeordnet sind, wobei die Reihe einen randseitig angeordneten Leitlaserkörper (2L) aufweist, der derart eingerichtet ist, dass die von dem Leitlaserkörper emittierte elektromagnetische Strahlung (S) ausschließlich in Richtung der gemeinsamen Wellenleiterschicht hin aus dem Leitlaserkörper ausgekoppelt ist, sich entlang der gemeinsamen Wellenleiterschicht ausbreitet und die anderen Laserkörper (2) zur Emission von phasengekoppelten elektromagnetischen Strahlungen anregt.
Laseranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der randseitig angeordnete Leitlaserkörper (2L) die Phase der von den Laserkörpern (2) derselben Reihe oder Spalte emittierten Strahlungen vorgibt, wobei der Leitlaserkörper auf seiner der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) abgewandten Oberfläche frei von einer strahlungsdurchlässigen Apertur (60) ist.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Laserkörper (2) mehrere Reihen und Spalten von Laserkörpern auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) bilden, wobei die Laserkörper derselben Reihe oder Spalte höchstens bis auf einen randseitig angeordneten Laserkörper (2L) jeweils eine der gemeinsamen Wellenleiterschicht abgewandte strahlungsdurchlässige Apertur (60) aufweisen.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, die eine erste Elektrode (61), eine dritte Elektrode (63) und eine zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode angeordnete zweite Elektrode (62) aufweist, wobei - die erste Elektrode und die dritte Elektrode einer ersten elektrischen Polarität der Laseranordnung zugeordnet sind, - die zweite Elektrode einer von der ersten Polarität verschiedenen zweiten elektrischen Polarität zugeordnet ist, - die erste Elektrode und die zweite Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der Laserkörper (2) eingerichtet sind, und - die zweite Elektrode und die dritte Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Wellenleiterschicht (1) eingerichtet sind.
Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) zumindest eine Seitenfläche (1S) aufweist, die mit einer strahlungsreflektierenden Spiegelschicht (41) versehen ist.
Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) zumindest eine Seitenfläche (1S) aufweist, die mit einer strahlungsabsorbierenden Absorberschicht (42) versehen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem - die gemeinsame Wellenleiterschicht (1) bereitgestellt wird, - ein zusammenhängender Laserkörperverbund unmittelbar auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht gebildet wird, und - der zusammenhängende Laserkörperverbund in eine Mehrzahl von lateral beabstandeten Laserkörpern (2) auf der gemeinsamen Wellenleiterschicht strukturiert wird.