DE102018127760A1 - Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen - Google Patents

Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen Download PDF

Info

Publication number
DE102018127760A1
DE102018127760A1 DE102018127760.1A DE102018127760A DE102018127760A1 DE 102018127760 A1 DE102018127760 A1 DE 102018127760A1 DE 102018127760 A DE102018127760 A DE 102018127760A DE 102018127760 A1 DE102018127760 A1 DE 102018127760A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
laser
laser diode
piezoelectric element
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018127760.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Jens Ebbecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102018127760.1A priority Critical patent/DE102018127760A1/de
Priority to DE112019005563.1T priority patent/DE112019005563B4/de
Priority to PCT/EP2019/079631 priority patent/WO2020094473A1/de
Priority to US17/291,083 priority patent/US20210408764A1/en
Publication of DE102018127760A1 publication Critical patent/DE102018127760A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1092—Multi-wavelength lasing
    • H01S5/1096—Multi-wavelength lasing in a single cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Es wird eine Laserdiode (10) zur Erzeugung von Laserstrahlung (21, 22) mindestens zweier Frequenzen (f, f) beschrieben, umfassend einen Halbleiterkörper (1) mit einem Rippenwellenleiter (2), eine DFB-Struktur (3) oder DBR-Struktur in dem Rippenwellenleiter (2) und ein auf dem Rippenwellenleiter (2) angeordnetes piezoelektrisches Element (4) zur Erzeugung einer mechanischen Spannung in dem Rippenwellenleiter (2). Weiterhin wird ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung (21, 22) mindestens zweier Frequenzen (f, f) mit der Laserdiode (10) beschrieben.

Description

  • Die Anmeldung betrifft eine Laserdiode, die zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen geeignet ist, sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen mit der Laserdiode.
  • Laserstrahlung mindestens zweier verschiedener Frequenzen, die von einem einzigen Lasersystem emittiert wird, hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel in Sensoren, in Atomuhren oder in der Spektroskopie. Solche Lasersysteme, die zur Erzeugung von Laserstrahlung zweier verschiedener Frequenzen geeignet sind, sind allerdings in der Regel vergleichsweise aufwändig und deshalb zur Verwendung in Massenprodukten nicht ohne weiteres geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Laserlichtquelle anzugeben, die zur gleichzeitigen Emission von Laserstrahlung zweier verschiedener Frequenzen geeignet ist und vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mit der Laserdiode angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Laserdiode und durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung umfasst die Laserdiode einen Halbleiterkörper mit einem Rippenwellenleiter. Der Halbleiterkörper weist eine Halbleiterschichtenfolge auf, die insbesondere einen n-Typ Halbleiterbereich, einen p-Typ Halbleiterbereich sowie eine zwischen dem n-Typ Halbleiterbereich und p-Typ Halbleiterbereich angeordnete aktive Schicht aufweist, die zur Emission von Laserstrahlung geeignet ist. Der p-Typ Halbleiterbereich, der n-Typ Halbleiterbereich und die aktive Schicht können jeweils eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen. Der p-Typ Halbleiterbereich enthält eine oder mehrere p-dotierte Halbleiterschichten und der n-dotierte Halbleiterbereich eine oder mehrere n-dotierte Halbleiterschichten. Es ist auch möglich, dass der p-Typ Halbleiterbereich und/oder der n-Typ Halbleiterbereich eine oder mehrere undotierte Halbleiterschichten enthalten.
  • Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere epitaktisch auf einem Substrat aufgewachsen sein. Bei der Laserdiode ist beispielsweise der n-Typ Halbleiterbereich dem Substrat zugewandt und der p-Typ Halbleiterbereich vom Substrat abgewandt. Die Laserdiode ist insbesondere eine Kantenemitter-Laserdiode, die einen Laserresonator aufweist, dessen Resonatorachse parallel zur Schichtebene der aktiven Schicht verläuft. Bei einer solchen Kantenemitter-Laserdiode wird der Laserresonator durch zwei Laserfacetten gebildet, bei denen es sich um Seitenflanken des Halbleiterkörpers handelt. Es ist möglich, dass zumindest eine oder beide Seitenflanken des Halbleiterkörpers, welche die Laserfacetten ausbilden, mit einer reflexionserhöhenden Beschichtung versehen sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Laserdiode einen Rippenwellenleiter auf, der beispielsweise in dem p-Typ Halbleiterbereich ausgebildet ist. Der Rippenwellenleiter kann beispielsweise durch einen Ätzprozess erzeugt werden, bei dem der Halbleiterkörper von der Oberfläche her insbesondere im Bereich des p-Typ Halbleiterbereichs zu einem Steg verengt wird. Der Rippenwellenleiter ist insbesondere durch einen Steg gebildet, der in der Richtung des Laserresonators der Laserdiode verläuft. Die Breite des Rippenwellenleiters, d.h. die Ausdehnung senkrecht zur Resonatorachse, kann beispielsweise zwischen 1 µm und 10 µm betragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist der Rippenwellenleiter eine DFB-Struktur (Distributed feedback, zu Deutsch: verteilte Rückkopplung) oder eine DBR-Struktur (Distributed Bragg Reflection, zu Deutsch: verteilte Bragg-Reflexion) auf. Die Laserdiode ist insbesondere ein sogenannter DFB-Laser oder DBR-Laser. Die DFB- oder DBR-Struktur kann eine an der Oberfläche des Rippenwellenleiters erzeugte, insbesondere zumindest bereichsweise periodische Struktur sein, durch die eine Modulation des Brechungsindex des Halbleitermaterials entlang der Resonatorachse erzeugt wird. Die DFB- oder DBR-Struktur ist beispielsweise durch eine Abfolge von Erhebungen und Vertiefungen entlang der Resonatorachse in dem Rippenwellenleiter gebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist auf dem Rippenwellenleiter ein piezoelektrisches Element angeordnet. Das piezoelektrische Element ist dazu geeignet, durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Kraft auszuüben und auf diese Weise eine mechanische Spannung in dem Rippenwellenleiter zu erzeugen. Das piezoelektrische Element ist insbesondere eine zwischen zwei Elektroden angeordnete Schicht aus einem piezoelektrischen Material. Piezoelektrische Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass durch Druckeinwirkung eine elektrische Spannung erzeugt wird, und dass umgekehrt das Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung bewirkt werden kann. Dieser inverse piezoelektrische Effekt wird bei der hier beschriebenen Laserdiode dazu ausgenutzt, durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Kraft auf den Rippenwellenleiter auszuüben, die zu einer mechanischen Spannung in dem Rippenwellenleiter führt.
  • Die hierin beschriebene Laserdiode macht von der Idee Gebrauch, dass die in dem Rippenwellenleiter durch das piezoelektrische Element erzeugte mechanische Spannung dazu führt, dass das Halbleitermaterial doppelbrechend wird. Mit anderen Worten wird der Brechungsindex in dem Halbleitermaterial abhängig von der Polarisationsrichtung der Strahlung. Dies führt dazu, dass beim Betrieb der Laserdiode in dem Laserresonator zwei verschiedene Lasermoden mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung entstehen, die zwei verschiedene Frequenzen aufweisen.
  • Die Laserdiode ist somit insbesondere dazu geeignet, beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das piezoelektrische Element gleichzeitig Laserstrahlung einer ersten Frequenz und Laserstrahlung einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz zu emittieren. Beim Ausschalten der elektrischen Spannung an dem piezoelektrischen Element verliert der Rippenwellenleiter seine doppelsprechende Eigenschaft, so dass Laserstrahlung einer einzigen Frequenz emittiert wird. Die Laserdiode kann daher vorteilhaft in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Spannung entweder Strahlung zweier Frequenzen oder Strahlung einer einzigen Frequenz emittieren.
  • Die Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz kann vorteilhaft durch den Betrag der elektrischen Spannung, die an das piezoelektrische Element angelegt wird, variiert werden. Insbesondere ist die mechanische Spannung in den Rippenwellenleiter umso größer und somit seine doppelbrechende Eigenschaft umso stärker, je größer die elektrische Spannung an dem piezoelektrischen Element ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung beträgt eine Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zwischen 1 kHz und 1 THz, vorzugsweise im Bereich von 1 MHz bis 1 GHz. Die erzielbare Frequenzdifferenz hängt insbesondere von der an das piezoelektrische Element angelegten elektrischen Spannung, dem Material des piezoelektrische Elements, dem Halbleitermaterial des Rippenwellenleiters sowie er der Größe des doppelberechnen Bereichs des Rippenwellenleiters, der durch die Größe des piezoelektrischen Elements definiert wird, ab.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das piezoelektrische Element AlN, ZnO, PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) , LiNbO3, KNbO3 oder LiTaO3 auf. Diese Materialien zeichnen sich durch ihre piezoelektrische Eigenschaft aus und sind gut dazu geeignet, eine mechanische Spannung in dem Rippenwellenleiter zu erzeugen.
  • Gemäß zumindest dann Ausgestaltung basiert der Halbleiterkörper der Laserdiode auf einem Arsenidverbindungshalbleiter. „Auf einem ArsenidVerbindungshalbleiter basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge, insbesondere die aktive Schicht, ein Arsenidverbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mAs umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Wenn der Halbleiterkörper auf einem Arsenidverbindungshalbleitermaterial basiert, kann die Laserdiode beispielsweise Strahlung im roten oder infraroten Spektralbereich emittieren.
  • Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Halbleiterkörper ein anderes Halbleitermaterial aufweist und/oder in einem anderen Spektralbereich emittiert. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren und insbesondere Strahlung im ultravioletten, blauen oder grünen Spektralbereich emittieren. Es ist weiterhin möglich, dass der Halbleiterkörper beispielsweise ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial aufweist und sichtbare Strahlung im grünen, gelben oder roten Spektralbereich emittiert.
  • Es wird weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen mit der zuvor beschriebenen Laserdiode angegeben. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird bei dem Verfahren eine Laserdiode betrieben, die einen Halbleiterkörper mit einem Rippenwellenleiter, einer DFB- oder DBR-Struktur in dem Rippenwellenleiter und ein auf dem Rippenwellenleiter angeordnetes piezoelektrisches Element aufweist. Bei dem Verfahren wird eine elektrische Spannung an das piezoelektrische Element zur Erzeugung einer mechanischen Spannung in dem Rippenwellenleiter angelegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Laserdiode gleichzeitig Laserstrahlung einer ersten Frequenz und einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz emittiert.
  • Bei dem Verfahren wird die Laserstrahlung der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz insbesondere gleichzeitig aus einer Laserfacette der Laserdiode emittiert. Die Laserstrahlung zweier verschiedener Frequenzen wird bei dem Verfahren vorteilhaft innerhalb der Laserdiode generiert. Zur Erzeugung der beiden verschiedenen Frequenzen ist insbesondere kein optischer Aufbau außerhalb der Laserdiode erforderlich, wie es beispielsweise bei faseroptischen Systemen zur Erzeugung verschiedener Frequenzen der Fall ist. Die Laserdiode ist daher insbesondere für kompakte Sensoren geeignet, in denen Laserstrahlung zweier verschiedener Frequenzen verwendet wird.
  • Bei dem Verfahren ist die Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz vorteilhaft durch die an das piezoelektrische Element angelegte elektrische Spannung regelbar. Die Frequenzdifferenz ist daher vergleichsweise einfach einstellbar.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung der Laserdiode und umgekehrt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Laserdiode.
  • Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Die in 1 schematisch dargestellte Laserdiode 10 weist einen Halbleiterkörper 1 auf. Der Halbleiterkörper 1 enthält eine Halbleiterschichtenfolge, die insbesondere einen n-Typ Halbleiterbereich, eine aktive Schicht und einen p-Typ Halbleiterbereich aufweist. Weiterhin weist der Halbleiterkörper 1 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge einen p-Kontakt und einen n-Kontakt auf. Die einzelnen Schichten der Halbleiterschichtenfolge sowie deren Kontakte sind hier zur Vereinfachung nicht dargestellt. Die Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise auf einem Arsenidverbindungshalbleiter basieren.
  • An der Oberseite des Halbleiterkörpers 1 ist ein Rippenwellenleiter 2 ausgebildet. Der Rippenwellenleiter 2 ist durch einen Steg gebildet, der beispielsweise durch einen Ätzprozess in den p-Typ Halbleiterbereich erzeugt sein kann. Der Rippenwellenleiter 2 verläuft in Richtung der Resonatorachse der Laserdiode 10 zwischen einer ersten Laserfacette 11 und einer zweiten Laserfacette 12. Der Länge des Laserresonators, d.h. der Abstand zwischen der ersten Laserfacette 11 und der zweiten Laserfacette 12, beträgt beispielsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm.
  • An der Oberfläche des Rippenwellenleiters 2 ist eine DFB-Struktur 3 ausgebildet. Die DFB-Struktur 3 ist insbesondere durch eine Abfolge von Erhebungen und Vertiefungen in dem Rippenwellenleiter 2 gebildet und kann beispielsweise durch einen Ätzprozess in dem Rippenwellenleiter 2 erzeugt werden. Die Erhebungen und Vertiefungen sind insbesondere im p-Typ Halbleiterbereich der Laserdiode 10 ausgebildet. Die DFB-Struktur ist insbesondere zumindest bereichsweise periodisch. Wie in der 1 zu sehen, kann die Periodizität beispielsweise in der Mitte des Laserresonators unterbrochen sein, um dort einen Phasensprung zu erzeugen. Auf der Oberseite der Laserdiode 10 können eine elektrisch isolierende Schicht und darüber ein p-Kontakt angeordnet sein, wobei die elektrische isolierende Schicht eine Öffnung an der Oberseite des Rippenwellenleiters 2 aufweist, so dass der p-Kontakt nur die Oberseite des Rippenwellenleiters kontaktiert. Die elektrisch isolierende Schicht sowie der p-Kontakt sind in 1 nicht dargestellt, so dass die DFB-Struktur 3 sichtbar ist. Der ebenfalls nicht dargestellte n-Kontakt kann an einer Rückseite der Laserdiode 10 angeordnet sein. Alternativ zu einer DFB-Struktur 3 kann die Laserdiode eine DBR-Struktur aufweisen.
  • Auf dem Rippenwellenleiter 2 mit der DFB-Struktur 3 ist bei der Laserdiode 10 ein piezoelektrisches Element 4 angeordnet. Das piezoelektrische Element 4 bedeckt nur einen Teil des Rippenwellenleiters 2, der bevorzugt in der Nähe der zur Strahlungsauskopplung vorgesehenen zweiten Laserfacette 12 angeordnet ist. Das piezoelektrische Element 4 kann in der Längsrichtung des Rippenwellenleiters 2 beispielsweise eine Ausdehnung zwischen 50 µm und 1 mm, bevorzugt zwischen 100 µm und 200 µm, aufweisen. In der Richtung quer zum Rippenwellenbreiter 2 bedeckt das piezoelektrische Element 4 den Rippenwellenleiter 2, dessen Seitenflanken und zumindest teilweise auch die Oberfläche der Laserdiode 10 neben dem Rippenwellenleiter 2.
  • Die Laserdiode 10 ist im Bereich des piezoelektrischen Elements 4 vorzugsweise nicht elektrisch kontaktiert, insbesondere ist der p-Kontakt der Laserdiode 10 vorzugsweise nur außerhalb des piezoelektrischen Elements 4 angeordnet. Der Bereich des Laserresonators, der sich unterhalb des piezoelektrischen Elements 4 befindet, wird also nicht elektrisch gepumpt.
  • Das piezoelektrische Element 4 weist eine erste Elektrode 41, eine zweite Elektrode 42 und eine zwischen der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 angeordnete Schicht 43 aus einem piezoelektrischen Material auf. Die Schicht 43 kann insbesondere eine Keramik mit piezoelektrischen Eigenschaften aufweisen. Die Schicht 43 kann beispielsweise AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, KNbO3 oder LiTaO3 aufweisen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden 41, 42 kann bei der Laserdiode 10 vorteilhaft eine mechanische Spannung in dem Rippenwellenleiter 2 erzeugt werden. Durch die auf diese Weise erzeugte mechanische Spannung wird bewirkt, dass der Rippenwellenleiter 2 im Bereich des piezoelektrischen Elements 4 eine doppelbrechende Eigenschaft bekommt.
  • Mittels der auf diese Weise erzeugten doppelbrechenden Eigenschaft des Rippenwellenleiters 2 kann erreicht werden, dass sich in dem Laserresonator zwischen der ersten Laserfacette 11 und der zweiten Laserfacette 12 zwei Lasermoden mit zwei unterschiedlichen Frequenzen ausbreiten. Die beiden Lasermoden unterscheiden sich voneinander in ihrer Polarisation und ihrer Frequenz.
  • Die Laserdiode 10 emittiert daher aus der zweiten Laserfacette 12, die bei dem Ausführungsbeispiel die Auskoppelfacette ist, gleichzeitig eine erste Laserstrahlung 21 mit einer ersten Frequenz f1 und eine zweite Laserstrahlung 22 mit einer zweiten Frequenz f2 . Die Differenz zwischen der ersten Frequenz f1 und der zweiten Frequenz f2 kann vorteilhaft durch die an die Elektroden 41, 42 angelegte elektrische Spannung gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann die Frequenzdifferenz Δf zwischen der ersten Frequenz f1 und der zweiten Frequenz f2 zwischen 1 kHz und 1 THz, vorzugsweise im Bereich von 1 MHz bis 1 GHz betragen.
  • Ein Vorteil der Laserdiode 10 besteht insbesondere darin, dass die Laserstrahlung 21, 22 zweier verschiedener Frequenzen f1 , f2 unmittelbar in der Laserdiode 10 erzeugt wird, ohne dass dazu weitere optische Elemente außerhalb der Laserdiode 10 erforderlich sind. Mit der hierin beschriebenen Laserdiode 10 wird daher eine Laserlichtquelle bereitgestellt, die insbesondere für Anwendungen geeignet ist, bei der Laserstrahlung zweier verschiedener Frequenzen in einem kompakten Aufbau eingesetzt werden soll. Eine mögliche Anwendung der Laserdiode 10 sind deshalb Sensoren, die als Lichtquelle eine Laserlichtquelle mit zwei verschiedenen Frequenzen benötigen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterkörper
    2
    Rippenwellenleiter
    3
    DFB-Struktur
    4
    piezoelektrisches Element
    10
    Laserdiode
    11
    erste Laserfacette
    12
    zweite Laserfacette
    21
    erste Laserstrahlung
    22
    zweite Laserstrahlung
    41
    erste Elektrode
    42
    zweite Elektrode
    43
    Schicht aus piezoelektrischem Material
    f1
    erste Frequenz
    f2
    zweite Frequenz

Claims (10)

  1. Laserdiode (10) zur Erzeugung von Laserstrahlung (21, 22) mindestens zweier Frequenzen (f1, f2), umfassend - einen Halbleiterkörper (1) mit einem Rippenwellenleiter (2), - eine DFB-Struktur (3) oder DBR-Struktur in dem Rippenwellenleiter (2), und - ein auf dem Rippenwellenleiter (2) angeordnetes piezoelektrisches Element (4) zur Erzeugung einer mechanischen Spannung in dem Rippenwellenleiter (2).
  2. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die Laserdiode (10) dazu geeignet ist, beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das piezoelektrische Element (4) gleichzeitig eine erste Laserstrahlung (21) einer ersten Frequenz (f1) und eine zweite Laserstrahlung (22) mit einer von der ersten Frequenz (f1) verschiedenen zweiten Frequenz (f2) zu emittieren.
  3. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) zwischen 1 kHz und 1 THz beträgt.
  4. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das piezoelektrische Element (4) AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, KNbO3 oder LiTaO3 aufweist.
  5. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (1) auf einem Arsenidverbindungshalbleiter basiert.
  6. Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung (21, 22) mindestens zweier Frequenzen (f1, f2 mit einer Laserdiode (10), die einen Halbleiterkörper (1) mit einem Rippenwellenleiter (2), eine DFB-Struktur (3) oder DBR-Struktur in dem Rippenwellenleiter (2) und ein auf dem Rippenwellenleiter (2) angeordnetes piezoelektrisches Element (4) aufweist, wobei eine elektrische Spannung an das piezoelektrische Element (4) zur Erzeugung einer mechanischen Spannung in dem Rippenwellenleiter (2) angelegt wird, und wobei die Laserdiode (10) gleichzeitig eine erste Laserstrahlung (21) einer ersten Frequenz (f1) und eine zweite Laserstrahlung (12) mit einer von der ersten Frequenz (f1) verschiedenen zweiten Frequenz (f2) emittiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Laserstrahlung (21) und die zweite Laserstrahlung (12) gleichzeitig aus einer Laserfacette (12) der Laserdiode (10) emittiert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Frequenzdifferenz eine Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) durch die an das piezoelektrische Element (4) angelegte elektrische Spannung regelbar ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Frequenzdifferenz eine Frequenzdifferenz zwischen der ersten Frequenz (f1) und der zweiten Frequenz (f2) zwischen 1 MHz und 1 THz beträgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das piezoelektrische Element (4) AlN, ZnO, PZT, LiNbO3, KNbO3 oder LiTaO3 aufweist.
DE102018127760.1A 2018-11-07 2018-11-07 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen Withdrawn DE102018127760A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018127760.1A DE102018127760A1 (de) 2018-11-07 2018-11-07 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen
DE112019005563.1T DE112019005563B4 (de) 2018-11-07 2019-10-30 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen
PCT/EP2019/079631 WO2020094473A1 (de) 2018-11-07 2019-10-30 Laserdiode und verfahren zur erzeugung von laserstrahlung mindestens zweier frequenzen
US17/291,083 US20210408764A1 (en) 2018-11-07 2019-10-30 Laser diode and method for producing laser radiation of at least two frequencies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018127760.1A DE102018127760A1 (de) 2018-11-07 2018-11-07 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018127760A1 true DE102018127760A1 (de) 2020-05-07

Family

ID=68468676

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018127760.1A Withdrawn DE102018127760A1 (de) 2018-11-07 2018-11-07 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen
DE112019005563.1T Expired - Fee Related DE112019005563B4 (de) 2018-11-07 2019-10-30 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019005563.1T Expired - Fee Related DE112019005563B4 (de) 2018-11-07 2019-10-30 Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210408764A1 (de)
DE (2) DE102018127760A1 (de)
WO (1) WO2020094473A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130308665A1 (en) * 2010-12-02 2013-11-21 Euphoenix Tunable semiconductor laser device and method for operating a tunable semiconductor laser device
WO2018148375A1 (en) * 2017-02-08 2018-08-16 The Research Foundation For The State University Of New York Bloch mirror resonator and distributed feedback laser using same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09107145A (ja) 1995-10-09 1997-04-22 Canon Inc 偏波スイッチングレーザおよびそれを用いた光通信方式
EP1331710A1 (de) * 2002-01-23 2003-07-30 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Halbleiterlaser
WO2013178262A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 Euphoenix Bv Tunable semiconductor device and method for making tunable semiconductor device
US20160352072A1 (en) * 2014-02-04 2016-12-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Monolithic tunable terahertz radiation source using nonlinear frequency mixing in quantum cascade lasers
WO2015156781A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 Pandata Research Llc Non-lasing semiconductor light source having multiple-wavelength output
JP6696691B2 (ja) * 2016-09-05 2020-05-20 株式会社東芝 テラヘルツ量子カスケードレーザ装置
CN108173116B (zh) * 2018-02-07 2020-01-03 山东大学 一种宽带可调谐Moire光栅激光器及其工作方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130308665A1 (en) * 2010-12-02 2013-11-21 Euphoenix Tunable semiconductor laser device and method for operating a tunable semiconductor laser device
WO2018148375A1 (en) * 2017-02-08 2018-08-16 The Research Foundation For The State University Of New York Bloch mirror resonator and distributed feedback laser using same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pajarola, S.; u.a.: „Dual-Polarization External-Cavity Diode Laser Transmitter for Fiber-Optic Antenna Remote Feeding". In: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, No. 7, 1999, S. 1234 – 1240. doi:10.1109/22.775462 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE112019005563B4 (de) 2022-10-06
WO2020094473A1 (de) 2020-05-14
DE112019005563A5 (de) 2021-07-22
US20210408764A1 (en) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69834415T2 (de) Lichtemittierendes galliumnitridhalbleiterelement mit einer aktiven schicht mit multiplexquantentrogstruktur und halbleiterlaserlichtquellenvorrichtung
DE69900953T2 (de) Halbleiterlaser aus einer Nitridverbindung
DE69412738T2 (de) Verspannte Quantumwellstruktur mit variabler Polarisationsabhängigkeit und optische Vorrichtung mit dieser verspannten Quantumwellstruktur
DE69129181T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
EP1630915A2 (de) Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit einer Quantentopfstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
DE69505064T2 (de) Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser
DE19519608A1 (de) Wellenlängenabstimmbare Halbleiter-Laservorrichtung
DE10330843A1 (de) Nitridhalbleiter-Leuchtdiode
DE69411696T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines integrierten, optischen Halbleiterschaltkreises
WO2017178219A1 (de) Kantenemittierender halbleiterlaser
DE2425363A1 (de) Halbleiterinjektionslaser
WO2017081010A1 (de) Halbleiterlaserdiode
DE102010047451B4 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaser
DE102011103952B4 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaser
DE102017129173A1 (de) Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung
DE112019005563B4 (de) Laserdiode und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung mindestens zweier Frequenzen
DE3889423T2 (de) Filter mit abstimmbarer Wellenlänge.
DE60116827T2 (de) InGaAsP-Halbleiterlaser
DE10046580A1 (de) Halbleiter-Laser
DE102017117136B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Laserdioden und Laserdiode
DE69019233T2 (de) Halbleiter-Laservorrichtung.
EP0175351A2 (de) Verkoppelte Laserdioden-Anordnung
DE102007062041B4 (de) Polarisierte Strahlung emittierender Halbleiterchip
DE68926029T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
WO2021037607A1 (de) Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines kantenemittierenden halbleiterlasers

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority