DE10202074A1

DE10202074A1 - Temperturstabile Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE10202074A1
Application number: DE10202074A
Authority: DE
Inventors: Johann Peter Reithmaier; Frank Klopf
Original assignee: BAYERN FREISTAAT; Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Current assignee: BAYERN FREISTAAT; Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-08-07
Also published as: WO2003061087A3; WO2003061087A2

Abstract

Es wird ein Halbleiterlaser vorgeschlagen, der in einem Energiebereich um die Emissionswellenlänge eine flache Verstärkungskurve (41) aufweist. Wenn die Steigung dg¶mat¶/dE (42) der Verstärkungskurve g¶mat¶(E) (41) klein ist (ein bis zwei Größenordnungen kleiner als bei konventionellen Halbleiterlasermaterialien), führt dies zu einer besonders niedrigen Temperaturdrift dlambda/dT (43) des Halbleiterlasers. Zur Realisierung einer solchen flachen Verstärkungskurve (41) wird ein Quantenpunktlaser (42) vorgeschlagen, welcher zwei Energieniveaus aufweist, die in einem günstigen Energieabstand zueinander liegen und ein vorteilhaftes Verstärkungsverhältnis zueinander aufweisen. Durch eine entsprechende Prozessführung bei der Ausbildung der Quantenpunktschicht werden die einzelnen Energieniveaus so verbreitert, dass sich eine gesamte Verstärkungskurve g¶mat¶(E) (41) mit geringer Steigung dg¶mat¶/dE (42) ergibt. Ein solcher temperaturstabilisierter Halbleiterlaser kann auch durch einen Quantendrahtlaser realisiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser zur Erzeugung einer Lichtwelle, mit zumindest einem auf einem Halbleitersubstrat angeordneten Laserschichtbereich mit einer Bandlücke, die eine Temperaturdrift, insbesondere eine Rotverschiebung, aufweist.
Halbleiterlaser, welche oftmals auch als Halbleiterlaserdioden oder Laserdioden bezeichnet werden, haben im Laufe der vergangenen Jahre zunehmend Eingang in unterschiedlichste Bereiche der Technik gefunden.
So werden Halbleiterlaser zum Lesen, Schreiben und zur Übermittlung von Informationen benutzt, wie z. B. zum Auslesen der auf einer CD oder DVD gespeicherten Daten. Bei diesen Daten kann es sich z. B. um Audiodaten, Videodaten und sonstige Informationen (z. B. Programme, Texte), sowie Kombinationen daraus, handeln. Halbleiterlaser werden aber auch zum Beschreiben solcher Datenträger verwendet.
Auch in der Telekommunikationstechnik werden Halbleiterlaser zur Übermittlung von Informationen über Glasfasern genutzt. Bei den übertragenen Informationen kann es sich um Telefongespräche, Videokonferenzen, aber auch um den Datenverkehr innerhalb eines Computernetzwerkes (LAN, WAN) handeln.
Während ursprünglich bei Glasfasern eine Übertragung unter Verwendung nur einer Wellenlänge erfolgte, dass also lediglich Licht mit im Wesentlichen einer einzigen Wellenlänge übertragen wurde, wurde es in den letzten Jahren zunehmend üblicher, bei Glasfasern mehrerer Wellenlängen gleichzeitig und unabhängig voneinander zu übertragen. Durch dieses sogenannte Wellenlängenmultiplexing können über eine Glasfaser deutlich mehr Gespräche bzw. Daten pro Zeiteinheit übertragen werden.
Die meisten Anwendungsbereiche von Halbleiterlasern erfordern eine hohe Frequenzkonstanz des emittierten Lichts, auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Andernfalls könnte es beispielsweise bei Wellenlängenmultiplexing durch die Temperaturdrift eines einzelnen Halbleiterlasers zu einer Überschneidung eigentlich verschiedener Wellenlängen kommen. Störungen, bis hin zu einem Abbrechen der Verbindung könnten so entstehen.
Eine in der Praxis besonders häufig auftretende Frequenzdrift beim Betrieb eines Halbleiterlasers ist die Temperaturdrift, also die Verschiebung der Wellenlänge des emittierten Laserlichts in Abhängigkeit von der Temperatur des Halbleiterlasers. Temperaturveränderungen des Halbleiterlasers treten dabei nicht nur aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur auf, sondern insbesondere durch den Betrieb des Halbleiterlasers selbst. Auch ein Halbleiterlaser verfügt nur über einen bestimmten Wirkungsgrad, wobei die entstehenden Verluste üblicherweise in Form von Wärmeenergie freiwerdenden. Der Halbleiterlaser erhitzt sich somit im Betrieb selbsttätig.
Diese Temperaturdrift kann man durch das Vorsehen zusätzlicher frequenzbestimmender Maßnahmen verringern. Besonders häufig werden dazu optische Gitterstrukturen eingesetzt. Beispielsweise werden Halbleiterlaser als sogenannte DFB-Laserdiode (distributed feedback) bzw. als DBR-Laserdiode (distributed bragg reflector) aufgebaut, die eine interne Gitterstruktur aufweisen. Aber auch externe Vorrichtungen, wie externe Gitterstrukturen oder ein Fabry-Perot-Interferometer können vorgesehen werden. Jedoch können auch die Gitterstrukturen eine Temperaturdrift aufweisen.
Bei dieser Vorgehensweise ist es jedoch von Nachteil, dass es dabei zu einer verstärkten Temperaturabhängigkeit des Halbleiterlasers bezüglich der emittierten Lichtleistung kommt. Dies hat seinen Grund darin, dass sich aufgrund der Temperaturdrift der Überlapp zwischen der spektralen Filterkurve des frequenzbestimmenden Mittels und der spektralen Verstärkungskurve der Verstärkungszone des Halbleiterlasers ändert. Das Verstärkungsmaximum der Verstärkungszone und die Wellenlänge des emittierten Laserlichts fallen dann nicht mehr zusammen.
Um die Auswirkungen der zuvor genannten Effekte zu vermeiden, werden bei Halbleiterlasern derzeit oftmals Kühlelemente eingesetzt, insbesondere bei Halbleiterlasern mit einer höheren Lichtleistung. Bei den Kühlelementen kann es sich um passive Systeme wie Kühlkörper oder auch um aktive Systeme, wie beispielsweise Peltier-Elemente, handeln. In jedem Fall soll der Halbleiterlaser auf einer möglichst konstanten Temperatur gehalten werden. Der Einsatz solcher temperaturstabilisierender Mittel ist jedoch relativ aufwendig, entsprechend teuer und vergrößert die Bauteilgröße. Insbesondere für den mobilen Einsatz ist der meist erhöhte Energieverbrauch zusätzlich von Nachteil.
Die genannten Nachteile treten um so deutlicher hervor, je höher die emittierte Lichtleistung des Halbleiterlasers wird. Dies behindert den Einsatz von Halbleiterlasern bei höheren Lichtleistungen, wie beispielsweise den Einsatz als Pumplaser, bspw. für Festkörperlaser, Gaslaser und Farbstofflaser.
Zusätzlich zu den beschriebenen Nachteilen tritt bei Halbleiterlasern mit hoher Lichtleistung ein zusätzlicher, störender Effekt auf. Durch örtliche und zeitliche Fluktuationen der Temperatur in der Verstärkungszone (bzw. im Bereich der Strominjektionsfläche) kommt es aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex des verwendeten Halbleitermaterials zwangsläufig zu Fluktuationen des Brechungsindex. Der Brechungsindex wiederum ist mit der örtlichen Verstärkungsleistung und somit mit dem Stromverbrauch korreliert. Der Stromverbrauch wiederum wirkt auf die Temperatur zurück. Die beschriebenen Effekte sind nichtlinear. Die daraus resultierenden Fluktuationen sind statistischer Natur und treten erratisch auf. So kommt es zu einer Filamentierung der Lichtintensität über den Bereich der Injektionsfläche hinweg. Dies hat zur Folge, dass es vor allem bei mehrmodigen Halbleiterlasern zu einer statistischen Fluktuation des Emissionsverhaltens kommt. Bei monomodigen Lasern kann es sogar zu einem zeitweiligen Aussetzen der Emission kommen. Die genannten Effekte könnten von vornherein verringert oder sogar ganz vermieden werden, wenn ein Halbleiterlaser mit einer Verstärkungszone zur Verfügung stünde, die eine geringere, bzw. im Wesentlichen keine Temperaturabhängigkeit aufwiese.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Halbleiterlaser mit einer erhöhten Temperaturstabilität vorzuschlagen, d. h. einen Halbleiterlaser, mit einer verringerten bzw. einer im Wesentlichen fehlenden Temperaturdrift der Verstärkungszone.
Die Aufgabe wird durch einen Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 19 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Halbleiterlasers.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem Halbleiterlaser zumindest ein Laserschichtbereich als Kompensationslaserschichtbereich ausgebildet ist, wobei der Kompensationslaserschichtbereich eine der Temperaturdrift der Bandlücke entgegengesetzt gerichtete Temperaturdrift, insbesondere eine Blauverschiebung, aufweist, derart, dass sich die Temperaturdrift des Kompensationslaserschichtbereichs und die Temperaturdrift der Bandlücke zumindest teilweise kompensieren. Dabei sollte die Kompensationswirkung möglichst im gesamten Betriebstemperaturbereich auftreten. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass die Größe der Kompensation bei jeder Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs die gleiche Größe aufweist. Vielmehr treten wesentliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik bereits dann ein, wenn nur in einem engeren Temperaturintervall eine (teilweise) Kompensation der Temperaturdriften gegeneinander erfolgt, bzw. wenn über den gesamten Betriebstemperaturbereich hinweg eine Kompensation erfolgt, wobei sich jedoch Größe und evtl. auch das Vorzeichen der resultierenden Gesamttemperaturdrift des Halbleiterlasers ändern. Unschädlich ist es auch, wenn sich die Kompensation auch mit anderen Größen, wie insbesondere der emittierten Wellenlänge ändert. Im übrigen soll mit der Bezeichnung "Laserschicht" keine Dickenbeschränkung bzw. der Form erfolgen. Ferner wird unter Rotverschiebung ganz allgemein eine Frequenzabnahme bzw. eine Wellenlängenzunahme mit steigender Temperatur verstanden. Entsprechend ist unter Blauverschiebung eine Frequenzzunahme bzw. Wellenlängenabnahme mit steigernder Temperatur zu verstehen.
Es hat sich gezeigt, dass sich eine besonders weitgehende Kompensation der Temperaturdriften dann ergibt, wenn der Laserschichtbereich ein Verstärkungsprofil dg_mat/dE aufweist, bei dem sich die Verstärkung (g_mat) der Lichtwelle in nur geringem Maße mit der Frequenz der Lichtwelle ändert. Mit anderen Worten soll die Steigung dg_mat/dE relativ klein sein. Es hat sich gezeigt, dass bei Halbleiterlasern, deren Laserschichtbereich eine flache Verstärkungskurve aufweist, auch die kompensierende Temperaturdrift (Blauverschiebung) des Kompensationslaserschichtbereich relativ groß ist und insbesondere größer als bei bekannten Halbleiterlasern ist. Je näher die Temperaturdrift des Kompensationslaserschichtbereichs und die Temperaturdrift der Bandlücke vom Betrag her übereinstimmen (bei umgekehrtem her übereinstimmen (bei umgekehrtem Vorzeichen), um so besser ist die Kompensation der beiden Temperaturdriften, so dass sich insgesamt eine nur geringe, bestenfalls sogar keinerlei resultierende Gesamttemperaturdrift des Halbleiterlasers ergibt.
Für die vorgeschlagenen Halbleiterlasern wird vorzugsweise eine Verstärkungskurve angestrebt, bei der die Änderung der Verstärkung in Abhängigkeit von der Emissionsenergie der Lichtwelle (dg_mat/dE) zumindest eine Größenordnung kleiner als bei konventionellen Halbleiterlasermaterialien ist (IV-IV-Halbleiter, III-V-Halbleiter, II-VI- Halbleiter). Vorzugsweise kann die Änderung der Verstärkung noch kleiner gewählt werden, also z. B. ein bis zwei Größenordnungen (gegebenenfalls weitere Größenordnungen) kleiner gewählt werden, als dies bei konventionellen Halbleitermaterialien der Fall ist. Durch geeignete Fertigungstechniken kann die Verstärkungskurve zumindest in einem relevanten Bereich einem gewünschten Zielprofil weitgehend angenähert werden. So kann es ermöglicht werden, dass der Halbleiterlaser im Bereich der üblicherweise zu erwartenden Betriebsbedingungen eine bestimmte resultierende Gesamttemperaturdrift erhält. Bei der Gesamttemperaturdrift kann es sich, je nach Anwendungszweck, um eine geringe Rotverschiebung, eine geringe Blauverschiebung oder um keinerlei Temperaturdrift handeln. Insbesondere kann die Gesamttemperaturdrift auch von der Temperatur selbst oder auch von der Wellenlänge des Laserlichts abhängen. Die Emissionsenergie E hängt bekanntermaßen mit der Wellenlänge λ über die Beziehung E = h.c/λ zusammen, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, c die Lichtgeschwindigkeit und λ die Emissionswellenlänge bezeichnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verstärkungskurve so gewählt wird, dass die Änderung der modalen Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz der Lichtwelle dg_mod/dE maximal dg_mod/dE = 600(eVcm)^-1, besonders vorzugsweise maximal dg_modd/dE = 300(eVcm)^-1, beträgt. Zu beachten ist, dass sich die genannten Werte auf die modale Verstärkung g_mod des Halbleiterlasers beziehen. Diese hängt im Wesentlichen von der Materialverstärkung g_mat des Halbleiterlasermaterials, der Halbleiterlasergeometrie und der Emissionscharakteristik des Halbleiterlasers ab. In der Regel liegt die modale Verstärkung g_mod im Bereich von etwa 0,2% bis 2% der Materialverstärkung g_mat.
Vorzugsweise werden als Halbleitersysteme solche verwendet, die im Wesentlichen aus Ga_xIn_1-xAs, Al_xGa_1-xAs, Al_xGa_yIn_1-x-yAs und/oder InP bestehen, wobei der Index "x" jeweils eine beliebige Zahl zwischen 0 und 1, der Index "y" eine beliebige Zahl zwischen 0 und 1 - x einnehmen kann. Auch beliebige Kombinationen der genannten Materialien sind denkbar. InP dient dabei vorzugsweise als Substratmaterial. Vorteilhaft sind beispielsweise GaAs/Al_0,33Ga_0,67As oder GaAs/Al_0,4Ga_0,66As- Abfolgen, insbesondere zur Ausbildung von Quantenpunktstrukturen. Ein GaInAs/AlGaInAs-System auf einem InP-Substrat ist besonders zur Ausbildung von Quantendrahtstrukturen geeignet. Es können sich jedoch auch beliebige andere Halbleitersysteme, auch mit anderen Halbleitermaterialien als vorteilhaft erweisen.
Besonders vorteilhaft lässt sich ein vorgeschlagener Halbleiterlaser realisieren, wenn zumindest ein Laserschichtbereich als Quantenpunktstruktur ausgebildet ist. Aufgrund der Diskretisierung der Zustandsdichteverteilung in Quantenpunktstrukturen, die durch den dreidimensionalen Einschluss von Ladungsträgern entsteht, kann das Verstärkungsprofil erheblich umfassender beeinflusst werden als mit Quantenfilmstrukturen. Die entstehenden Strukturen sind vergleichbar mit künstlich hergestellten Atomen, die von Halbleitermaterial umgeben sind.
Ein weiterer besonders vorteilhafter Aufbau lässt sich realisieren, wenn zumindest ein Laserschichtbereich als Quantendrahtstruktur ausgebildet ist. Auch hier kommt es zu einer Diskretisierung der Zustandsdichteverteilung, die durch einen hier im Wesentlichen nur zweidimensionalen Einschluss von Ladungsträgern entsteht.
Auch wenn eine Realisierung mittels Quantenpunktstrukturen bzw. Quantendrahtstrukturen besonders vorteilhaft ist, ist es selbstverständlich prinzipiell ebenso möglich, den vorgeschlagenen Halbleiterlaser durch andere Strukturen, insbesondere auch mittels Quantenfilmstrukturen zu realisieren.
Ein möglicher, vorteilhafter Aufbau des Halbleiterlasers ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur als einlagige Struktur ausgebildet ist. Ein solcher Halbleiterlaser ist im Aufbau besonders einfach und kann relativ problemlos und kostengünstig hergestellt werden.
Ebenso ist es denkbar, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur als zumindest zweilagige Struktur ausgebildet ist. Durch einen solchen zwei- oder mehrlagigen Aufbau einer oder mehrerer Quantenpunktstrukturen bzw. Quantendrahtstruktur kann eine besonders günstige Annäherung an das gewünschte Temperaturverhalten des Halbleiterlasers vorgenommen werden. Unter einer mehrlagigen Struktur sind dabei nicht nur ausgeprägt schichtartige Anordnungen zu verstehen, sondern ebenfalls in einem räumlichen Bereich im Wesentlichen zufällig und/oder dreidimensional angeordnete Quantenpunkte. Dies kann auch eine Kaskadierung von Quantenpunktschichten einschliessen. Analoges gilt auch für Quantendrahtstrukturen, die nicht unbedingt in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein müssen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass in einem einzelnen Halbleiterlaser eine beliebige Kombination von einlagigen, zweilagigen und mehrlagigen Strukturen vorgesehen wird. Durch einen solchen Aufbau kann ein nochmals stärker an die Zielvorgabe angenähertes Temperaturverhalten des Halbleiterlasers realisiert werden.
Insbesondere für die Herstellung des Halbleiterlasers ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur als selbstorganisierte Struktur ausgebildet ist. Beispielsweise wird zur Herstellung einer solchen selbstorganisierten Quantenpunktstruktur üblicherweise Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Gitterkonstanten verwendet. Aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten ist es für das eine Halbleitermaterial energetisch günstiger, ausgehend von einem Keim in die dritte Dimension zu wachsen, anstatt zunächst die Fläche im Wesentlichen vollständig zu bedecken. Der Wachstumsprozess wird dabei üblicherweise durch die Art der verwendeten Materialien sowie durch den jeweiligen Anteil derselben gesteuert. In der Praxis erfolgt die Ausbildung der Quantenpunktstruktur üblicherweise durch die abwechselnde Aufbringung von unterschiedlichen Schichten, wobei die Schichten jeweils rechnerisch im Wesentlichen eine Monolage oder weniger ausbilden könnten.
Selbstverständlich ist es aber ebenso möglich, die Quantenpunktstruktur und/oder Quantendrahtstruktur als strukturierte Struktur auszubilden. Hierzu können beliebige Strukturierungstechniken, wie beispielsweise Fotolacktechniken, Nass- und Trockenätzen, Elektronenstrahl- und Ionenstrahllithographie usw. verwendet werden.
Ebenso ist es möglich, selbstorganisierte Strukturen sowie Strukturierungstechniken parallel zueinander zu verwenden, so dass beispielsweise selbstorganisierte Quantenpunktstrukturen und/oder Quantendrahtstrukturen anschließend strukturiert werden, oder selbstorganisierte und strukturierte Quantenpunktstrukturen und/oder Quantendrahtstrukturen nebeneinander auf dem Halbleitersubstrat existieren.
Eine Möglichkeit, das Temperaturverhalten des Halbleiterlasers zu steuern besteht darin, die Temperaturdrift zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs durch die geometrische Form, Größe, Anordnung und/oder der statistischen Streuung dieser Parameter der Einzelelemente des Kompensationslaserschichtbereichs, insbesondere durch die geometrische Form, Größe, Anordnung und/oder der statistischen Streuung dieser Parameter der einzelnen Quantenpunkte eines als Quantenpunktstruktur ausgeführten Kompensationslaserschichtbereichs zu bestimmen. Es können dabei einzelne der genannten Parameter, sämtliche Parameter gleichzeitig, oder aber auch eine beliebige Kombination der genannten Parameter angepasst werden, um das Temperaturverhalten des Halbleiterlasers zu definieren. Durch eine entsprechende Wahl der genannten Größen, lässt sich die Zustandsdichteverteilung, die durch den dreidimensionalen Einschluss von Ladungsträgern in den Quantenpunkten erzielt wird, weitgehend einer im Wesentlichen beliebigen Zielvorlage annähern. Die genannten Größen können dabei durch eine entsprechende Wahl der Parameter des Wachstumsprozesses sowie deren Änderung während des Wachstumsprozesses erzielt werden. Als solche Parameter sind beispielhaft Wachstumsgeschwindigkeit, Wachstumsunterbrechungen, Materialzusammensetzung und Temperatur des verwendeten Substrats zu nennen. Entsprechendes gilt auch für Quantendrahtstrukturen.
Eine weitere Möglichkeit, das Temperaturverhalten des Halbleiterlasers zu bestimmen, besteht darin, die Temperaturdrift zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs durch die Dichte der einzelnen Quantenpunkte und/oder der einzelnen Quantendrähte des Kompensationslaserschichtbereichs zu bestimmen. Hierbei wird üblicherweise auf die Anzahl der Quantenpunkte bzw. der Anzahl der Quantendrähte pro Volumeneinheit bzw. Flächeneinheit abgestellt. Die Herstellung kann analog zu oben, durch eine entsprechende Parametrierung und Prozessführung des Wachstumsprozesses, sowie durch eine entsprechende Materialwahl erfolgen.
Ebenso ist es möglich, dass das Temperaturverhalten des Halbleiterlasers durch die Temperaturdrift zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs durch den Energieunterschied zwischen verschiedenen Emissionsübergängen, insbesondere den Energieunterschied zwischen unterschiedlichen Anregungszuständen zu bestimmen. Dies erfolgt insbesondere durch eine entsprechende Auswahl von Materialien sowie deren Zusammensetzung. Auch an eine gezielte Verunreinigung von reinen Materialien ist dabei zu denken. Zu beachten ist ferner, dass bei einer bestimmten Materialwahl auch durch die geometrische Anordnung der Materialien, wie oben beschrieben, Veränderungen in der Emissionsenergie erzielbar sind. Darüber hinaus verfügt ein Materialsystem nicht nur über einen einzelnen Übergang, sondern über eine Vielzahl von Übergängen, von denen ein bzw. mehrere für den Betrieb des Halbleiterlasers besonders geeignete Übergänge verwendet werden können.
Durch eine geeignete Kombination der oben beschriebenen Möglichkeiten der Beeinflussung der Temperaturdrift der Kompensationslaserschichtbereiche ist ein nochmals verbessertes Temperaturverhalten des Halbleiterlaser realisierbar. Dabei ist es unerheblich, ob mehrere der genannten Möglichkeiten in einem einzelnen Laserschichtbereich realisiert werden, oder ob durch das Zusammenspiel verschiedener Laserschichtbereiche das Temperaturverhalten des Halbleiterlasers resultiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Halbleiterlaser zumindest eine sogenannte SSL-Gitterstruktur (short period superlattice) aufweist. Eine solche, als sogenanntes Bragg-Gitter wirkende SSL-Gitterstruktur dient der verbesserten Lokalisierung der Ladungsträger im Bereich der Verstärkungszone des Halbleiterlasers. Dadurch kann ein verbesserter Wirkungsgrad und ein verbessertes Abstrahlverhalten des Halbleiterlasers realisiert werden. Entsprechend seiner Aufgabe ist eine SSL- Gitterstruktur üblicherweise nicht in Richtung der Lichtwelle angeordnet, sondern im Wesentlichen senkrecht dazu, um die sich ausbreitende Lichtwelle nicht zu stören.
Es kann auch sinnvoll sein, dass die Halbleiterlaserdiode zumindest eine zusätzliche frequenzbestimmende Einrichtung aufweist. Insbesondere kann der Halbleiterlaser als sogenannter DBR-Laser (distributed.bragg reflector) oder als sogenanntre DFB-Laser (distributed feedback) ausgebildet sein. Hierbei sind Gitterstrukturen in der Ausbreitungsrichtung der Lichtwelle angeordnet. Durch Interferenzeffekte werden andere als die Sollfrequenz des Halbleiterlasers gedämpft, so dass der Halbleiterlaser im Wesentlichen nur Licht der Sollfrequenz emittiert. Neben einem Aufbau als DBR- oder DFB-Laserdiode bieten sich auch andere interne oder externe, frequenzbestimmende Einrichtungen an, wie beispielsweise durch ein Fabry-Perot-Interferometer oder ähnliche Einrichtungen. Solche frequenzbestimmende Einrichtungen können selbstverständlich auch zusätzlich zu einem SSL-Gitter vorgesehen werden.
Eine mögliche Ausführungsform eines Halbleiterlasers besteht darin, dass dieser zumindest einen Wellenleiterbereich aufweist, der insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts derart dimensioniert ist, dass die emittierte Lichtwelle im Wesentlichen eine einzige Mode aufweist. Solche Laser sind aufgrund ihres Emissionsverhaltens insbesondere für Datenübertragungsanwendungen, wie beispielsweise in der Telekommunikation, von Vorteil. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung kann eine Anordnung mehrerer parallel zueinander liegendender Wellenleiterbereiche verwendet werden. Eine solche Kombination kann beispielsweise zu einer Art Streifenwellenleiter führen, wobei der einzelne Wellenleiter jeweils nur die Leitung der lateralen Grundmode zulässt.
Für höhere Ausgangsleistungen kann jedoch auch ein Halbleiterlaser verwendet werden, der zumindest einen Wellenleiterbereich aufweist, der insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts derart dimensioniert ist, dass die emittierte Lichtwelle mehrere Moden aufweist.
Auch die Kombination von monomodalen Wellenleiterbereichen und mehrmodalen Wellenleiterbereichen in einem Halbleiterlaser ist denkbar.
Ein Halbleiterlaser mit besonders vorteilhaften Eigenschaften kann dadurch realisiert werden, dass zumindest ein Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers im Wesentlichen trapezartig ausgebildet ist. Durch die Vergrößerung der Fläche der Strominjektionszone wird eine Erhöhung der Lichtausgangsleistung erzielt. Wenn die längere Seite des Trapezes der Seite des Halbleiterlasers mit der Auskoppelfacette zugewandt ist, kann die Erhöhung der Lichtausgangsleistung erfolgen, ohne dass die Flächenbelastung an der Auskoppelfacette erhöht wird. Durch eine entsprechende Größendimensionierung am schmalen Teil des Verstärkungsbereichs kann andererseits bewirkt werden, dass nur die laterale Grundmode des Halbleiterlasers emittiert wird. Ein solcher trapezförmiger Verstärkungsbereich kann besonders vorteilhaft mit einem streifenwellenleiterartigen Aufbau kombiniert werden. Bei solchen Aufbauten ist es üblicherweise von Vorteil, wenn keine der oben beschriebenen Filamentierung auftritt, da sonst keine lateral monomodige Emission mehr erfolgt.
Eine vorteilhafte Möglichkeit der Definition eines Verstärkungsbereichs besteht darin, dass zumindest ein Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers durch eine mesaartige Einrichtung zumindest eines Laserschichtbereichs definiert ist. Beispielsweise wird durch die Anwendung von Strukturierungstechniken die Ausdehnung der Laserschicht auf den gewünschten Verstärkungsbereich zurückgeführt, bzw. die Laserschicht nur im Verstärkungsbereich ausgebildet. Hierdurch kann eine besonders genaue Abgrenzung des Verstärkungsbereichs erreicht werden.
Eine andere Möglichkeit der Definition des Verstärkungsbereichs besteht darin, zumindest einen Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers durch eine Ausnehmung in einer Isolationsschicht des Halbleiterlasers definiert wird. Dabei ist die Isolationsschicht typischerweise unmittelbar bzw. mittelbar über eine oder mehrere zwischenliegende Schichten auf der Laserschicht angeordnet. Die Strukturierung der Isolationsschicht kann dabei durch übliche Strukturierungsvorgänge erfolgen. Eine solche Ausbildung einer Ausnehmung kann in der Produktion besonders vorteilhaft und kostengünstig sein, da auf sehr verbreitete Produktionstechniken zurückgegriffen werden kann.
Im folgenden soll die Erfindung mit Hilfe von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Quantenpunkthalbleiterlasers in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 zeigt einen Quantenpunkthalbleiterlaser mit einer als Verstärkungsbereich dienenden Quantenpunktstruktur in schematischer Ansicht;
Fig. 3 stellt in schematischer Ansicht ein SSL-Gitter dar (short period superlattice);
Fig. 4 zeigt den Prinzipaufbau eines Halbleiterlasers mit einer frequenzbestimmenden Gitterstruktur;
Fig. 5 zeigt das Wirkungsprinzip, auf dem die Temperaturdrift der Laserschicht beruht;
Fig. 6 zeigt, wie ein gewünschtes Verstärkungsprofil realisiert werden kann;
Fig. 7 zeigt die Messergebnisse von Versuchen mit einem temperaturstabilisierten Halbleiterlaser.
Fig. 1 zeigt einen Halbleiterlaser 6 in schematischer Ansicht. Auf einem Substrat 1 ist eine Kompensationslaserschicht 5 aufgebracht, welche von einer Decklage 2 bedeckt ist. Die Kompensationslaserschicht 5 besteht aus einer Zwischenschicht 3, in der eine Vielzahl von Quantenpunkten 4 eingebettet ist. Wie man in Fig. 1 erkennen kann, weisen die einzelnen Quantenpunkte 4 jeweils eine unterschiedliche Größe und geometrische Form auf. Auch der Abstand der Quantenpunkte 4 zueinander variiert. Die Unterschiede von Form, Größe und Lage der einzelnen Quantenpunkte liegt in der statistischen Natur der Quantenpunktausbildung während des Aufwachsprozesses zur Herstellung der Quantenpunktstruktur begründet. Diese Parameter, sowie deren Variation, sind durch die Prozessführung sowie die jeweiligen Prozessparameter (welche sich selbstverständlich im Laufe des Aufwachsprozesses ändern können) in weiten Grenzen wählbar. So beeinflusst beispielsweise die Temperatur des Substrats sowie die jeweilige Abscheidungsmenge und Abscheidungsgeschwindigkeit der aufzuwachsenden Materialien die Eigenschaften der Quantenpunkte.
Im vorliegenden Beispiel besteht das Substrat 1 aus einer Gallium- Arsenid-Schicht. Auf diese wird zunächst eine 1,6 µm dicke untere Hälfte 7 der Kompensationslaserschicht 5 aufgebracht. Die untere Hälfte 7 der Kompensationslaserschicht besteht, ebenso wie die obere Hälfte 8, aus Al_0,4Ga_0,6As. Nach dem Aufbringen der unteren Hälfte 7 der Kompensationslaserschicht 5 wird einander abwechselnd jeweils eine Menge von InAs und In_0,2Ga_0,8As aufgebracht, welche für eine einatomige Lage jeweils nicht ganz ausreicht. Nominell ergibt sich dadurch ein Indiumgehalt von 60% und eine Dicke von 4,8 Monolagen. Aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten von Gallium-Arsenid und Indium-Arsenid ist es energetisch günstiger, dass sich keine flächigen Schichten ausbreiten, sondern dass sich lokale Cluster aus Indium-Arsenid ("Tröpfchen") ausbilden. Somit bildet sich eine selbstorganisierte Quantenpunktstruktur aus.
Nach der Ausbildung der Quantenpunktstruktur wird die 1,5 µm dicke obere Hälfte 8 der Kompensationslaserschicht 5 aufgebracht. Auf diese wird anschließend noch eine 100 nm dicke Deckschicht 2 aus Gallium- Arsenid aufgebracht.
Selbstverständlich sind auch andere Halbleitersysteme denkbar, wie z. B. InGaAs/InGaAlAs auf einem InP-Substrat, was insbesondere zur Ausbildung von Quantendrahtstrukturen geeignet ist.
Bei dem Halbleiterlaser 1 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung eines SSL-Gitters, eines optischen Gitters zur Frequenzselektion des emittierten Lichts, eines Wellenleiters und weiterer Einrichtungen verzichtet. Abweichend von dem dargestellten Beispiel der Halbleiterlaserdiode 1 ist es selbstverständlich auch möglich, dass zwei oder mehrere Quantenpunktstrukturbereiche vorgesehen werden, welche lateral nebeneinander, oder auch übereinander liegen können. Auch an eine dreidimensionale Anordnung von Quantenpunkten in der Kompensationslaserschicht 5 bzw. eine Kaskadierung von Quantenpunktschichten ist zu denken.
Fig. 2 zeigt einen Halbleiterlaser 9, bei dem die Quantenpunkte 14 lediglich in einem räumlich abgegrenzten Bereich der Zwischenlage 12, einer sogenannten Mesa 13 ausgebildet sind. Die Grenze der Mesa 13 ist zur Verdeutlichung mit einer strichpunktierten Linie angedeutet. Im übrigen besteht auch der Halbleiterlaser 9 in Fig. 2 ebenso wie der Halbleiterlaser 6 der Fig. 1 aus einem Substrat 10, einer darauf angeordneten Zwischenlage 12 mit einer Quantenpunktstruktur 14, sowie einer zuoberst angeordneten Decklage 11.
Auch in Fig. 2 wurde auf die Darstellung eines Wellenleiters, von Gitterstrukturen usw. aus Anschaulichkeitsgründen verzichtet. Die Mesa 13 muss im übrigen nicht notwendigerweise rechteckig ausgeführt werden, so wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Es sind auch beliebige weitere Formen, wie insbesondere eine trapezartige Form, denkbar.
Fig. 3 illustriert eine weitere Möglichkeit, wie der Verstärkungsbereich der Zwischenschicht 16 beschränkt werden kann. Analog zu den Halbleiterlasern 6 und 9 der Fig. 1 und 2 ist auch bei dem Halbleiterlaser 15 der Fig. 3 auf einem Substrat 17 eine Zwischenschicht 16 angeordnet. Die Zwischenschicht 16 ist vorliegend zur Vereinfachung der Darstellung als nicht weiter strukturierte Ebene dargestellt, weist jedoch prinzipiell den gleichen Aufbau wie die Zwischenschichten 5 und 12 der in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellten Halbleiterlaser 6 und 9 auf. Über der Zwischenschicht 16 ist eine Isolierschicht 18 angeordnet. Durch bekannte fotolithographische Techniken wurde in dieser Isolierschicht 18 eine Ausnehmung 23 ausgebildet, welche anschließend mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktmaterial 19 verfüllt wurde. Über elektrische Kontakte 20 und 21 wird dem Halbleiterlaser 19 elektrische Energie zugeführt. Da nur das Kontaktmaterial 19, nicht jedoch die Isolierschicht 18 elektrisch leitfähig ist, erfolgt eine Zuführung elektrischer Energie, und damit eine Verstärkungswirkung der Zwischenschicht 16, nur im Bereich des Kontaktmaterials 19. Auch hier kann die Ausnehmung 23 eine andere geometrische Form aufweisen. Zusätzlich ist in Fig. 3 eine optische Gitterstruktur 22 angedeutet, die bewirkt, dass die Laserdiode nur Licht der der Gitterstruktur 22 entsprechenden Wellenlänge emittieren kann. Erneut wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung eines Wellenleiters usw. verzichtet.
In Fig. 4 ist schematisch die Strukturabfolge eines Halbleiterlasers 24 mit SSL-Gitter 29 dargestellt. Das SSL-Gitter 29 dient der Lokalisierung der Ladungsträger in der Quantenpunktstruktur 30. Dabei wirkt das SSL- Gitter 29 als Bragg-Reflektor. Auf der linken Seite von Fig. 4 ist die Grobstruktur 25 des Halbleiterlasers dargestellt. Zwischen zwei Gallium- Arsenid-Schichten 27 (einem Substrat und einer Deckschicht) sind vorliegend zunächst zwei etwa 1,5 µm dicke Zwischenschichten 28 aus Al_0,4Ga_0,6As ausgebildet. Zwischen den beiden Zwischenschichten 28 befindet sich die SSL-Gitterstruktur 29 mit der dazwischen eingebetteten Quantenpunktstruktur 30.
Auf der rechten Seiten von Fig. 4 ist in einer vergrößerten Ansicht die Feinstruktur 26 mit dem SSL-Gitter 29 und der Quantenpunktstruktur 30 dargestellt. Zur Ausbildung des SSL-Gitters 29 sind eine größere Anzahl von GaAs-Schichten 31 mit einer Dicke von vorliegend 2,4 nm sowie Al_0,4Ga_0,6As-Schichten 32 mit einer Dicke von vorliegend 2 nm vorgesehen. Vorliegend ist zwischen den beiden innersten Al_0,4Ga_0,6As- Schichten 32 die Quantenpunktstruktur 30 ausgebildet.
Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl von Schichten 31, 32 vorgesehen werden. Auch kann das Verhältnis von Aluminium zu Gallium durchaus verändert werden. So wurden gute Resultate beispielsweise auch mit Al_0,33Ga_0,67As erzielt. Selbstverständlich sind auch andere Halbleitermaterialien verwendbar.
In Fig. 5 ist beispielhaft ein realitätsnahes Verstärkungsprofil g_mat (E)also die Verstärkung g_mat, in Abhängigkeit von der Photonenenergie E, dargestellt. Die Photonenenergie hängt dabei, wie bekannt, mit der Frequenz bzw. der Wellenlänge des Lichts zusammen.
Die Verstärkungskennlinie 33 steigt zwischen den beiden Energien E₁ und E₂ relativ flach an. D. h., der differentielle Quotient dg_mat/dE ist relativ klein. Weiterhin sind in Fig. 5 horizontale Linien 34, 35 eingezeichnet. Dabei steht Linie 34 für die internen Verluste α_i,1 bei der Energie E₁, während die Linie 35 für die internen Verluste α_i,2 bei der Energie E₂ steht. Subtrahiert man von der Gesamtverstärkung g_mat die internen Verluste α_i 34, 35, so erhält man die jeweilige Nettoverstärkung 36, 37. Die Werte sind dabei von der jeweils betrachteten Energie der Photonen abhängig. Die Nettoverstärkung ist notwendig, um die externen Verluste bei einem Halbleiterlaser, wie z. B. Auskoppelverluste über die Spiegel zu kompensieren.
Steigt nun die Temperatur des Halbleiterlasers an, so nehmen auch die internen Verluste α_i zu. Betragen beispielsweise bei einer Temperatur T₁ die internen Verluste α_i,1 (Bezugszeichen 34), so steigen die internen Verluste nach einer Temperaturerhöhung auf T₂ auf α_i,2 (Linie 35).
Die externen Verluste sind jedoch temperaturunabhängig. Somit muss die aufzubringende Nettoverstärkung 36 bei der niedrigeren Temperatur T₁ genauso groß wie die Nettoverstärkung 37 bei der höheren Temperatur T₂ sein. Die einzige Möglichkeit für den Halbleiterlaser, die Laserbedingungen trotz der gestiegenen internen Verluste bei der höheren Temperatur zu erfüllen besteht darin, dass er Licht bei einer höheren Energie emittiert. Emittiert also der Halbleiterlaser bei der niedrigeren Temperatur T₁ Photonen mit der Energie E₁, so emittiert er nach einer Temperaturerhöhung auf die höhere Temperatur T₂ zwangsläufig Photonen mit der Energie E₂.
Üblicherweise führt die Temperaturerhöhung eines Halbleiterlasers auch zu einer Verringerung der Bandlücke zwischen Leitungs- und Valenzband. D. h., die Energiedifferenz des Emissionsübergangs nimmt ab, so dass die Energie der freigesetzten Photonen abnimmt. Es kommt also mit steigender Temperatur des Halbleiterlasers zu einer Rotverschiebung des Emissionsübergangs.
Die genannte Rotverschiebung kann jedoch mit der beschriebenen Blauverschiebung der Kompensationslaserschicht zumindest teilweise kompensiert werden. Im Idealfall kann die Kompensation sogar im Wesentlichen vollständig erfolgen, so dass der Halbleiterlaser im Wesentlichen keine resultierende Gesamttemperaturdrift mehr zeigt.
In der Regel erfolgt eine Kompensation nur innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen und bestimmter Wellenlängengrenzen bezüglich der Energie der emittierten Photonen. So zeigt die Verstärkungskennlinie 33 in Fig. 5 außerhalb des Energieintervalls von E₁ bis E₂ eine deutlich stärkere Steigung. In diesem Bereich ist die Kompensationswirkung somit deutlich schwächer ausgeprägt. Bei einer entsprechenden Wahl des Intervalls mit niedriger Steigung der Verstärkungskennlinie kann jedoch der Halbleiterlaser bei üblichen Betriebsbedingungen zumindest teilweise temperaturstabilisiert werden. Außerhalb dieser Bereiche kann die Verstärkungskurve auch stärker ansteigen, oder auch abfallen.
In Fig. 6 ist schematisch dargestellt, wie durch eine vorteilhaft ausgebildete Quantenpunktstruktur eine optimierte Verstärkungskennlinie 40 erzielt werden kann, die zu der gewünschten Temperaturstabilität des Halbleiterlasers führt.
Mit Hilfe von Quantenpunktstrukturen ist es im Idealfall möglich, an diskreten energetischen Positionen E₁ und E₂ eine bestimmte Höhe der Verstärkung g_mat zu erzielen. Die energetische Lage und der Abstand der beiden Übergänge wird durch die Zusammensetzung (z. B. In-Gehalt bei GaInAs Quantenpunkt) bzw. durch die Geometrie der Quantenpunkte (insbesondere durch die Quantenpunktgröße) festgelegt.
Die Höhe der Verstärkung für eine bestimmte Energieposition ist im Wesentlichen durch die Anzahl der zur Verstärkung mitwirkenden Quantenpunkte gegeben (z. B. Quantenpunktdichte, Anzahl der Quantenpunktschichten). Zu beachten ist dabei, dass im Falle höherer Übergänge diese aufgrund der energetischen Entartung höher gewichtet werden müssen. Beispielsweise muss der erste höhere Übergang in einen symmetrischen Quantenpunkt zweifach gewichtet werden.
Die beiden Energien E₁ und E₂ treten jedoch nur im Idealfall als diskrete Energien auf. Im Realfall unterliegen die Quantenpunktstrukturen hinsichtlich der Größe der Quantenpunkte, der Form der Quantenpunkte sowie der Lage der Quantenpunkte statistischen Fluktuationen. Diese Fluktuationen sowie die Größe der Fluktuationen bewirken eine Verbreiterung der Übergänge, so wie dies durch die Linien 38 und 39 in Fig. 6 angedeutet ist. Diese Verbreiterung führt zu einem kontinuierlichen Verlauf der Verstärkungskurve, wobei sich die beiden Teilverstärkungskurven 38 und 39 zur Gesamtverstärkungskurve 40 überlagern.
Durch eine entsprechende Wahl der Prozessparameter und der Prozesssteuerung bei der Ausbildung der Quantenpunktstruktur lässt sich die Breite der Teilverstärkungskurven 38 und 39 in weiten Grenzen verändern. Zusammen mit einer entsprechenden Wahl des Energieabstands zwischen den beiden Übergängen E₁ und E₂ sowie der jeweiligen Verstärkung g_mat,i bei den entsprechenden Übergängen lässt sich eine resultierende Gesamtverstärkungskurve g_mat(E) 40 erzielen, die zumindest im relevanten Energieintervall eine sehr flache Verstärkungskurve g_mat(E) 40 mit einer geringen differentiellen Steigung dg_mat/dE aufweist. In der Folge bewirkt dies einen Halbleiterlaser mit entsprechend geringer Temperaturabhängigkeit.
In Fig. 7 sind Messergebnisse mit einem Prototyp eines temperaturstabilisierten Halbleiterlasers dargestellt. Im Teil a ist die Verstärkungskurve g_mat in Abhängigkeit von der Photonenenergie bzw. der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung dargestellt. Darüber befindet sich im Teil b von Fig. 7 die jeweilige Steigung dg_mat/dE der Verstärkungskurve g_mat in Teil a. Wie man in Teil c erkennen kann, ist die Temperaturabhängigkeit dλ/dT der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung mit der Steigung dg_mat/dE der Verstärkungskurve korreliert.
Die modale Steigung dg_mod/dE wurde mit etwa dg_mod/dE ≍ 400(eVcm)^-1 bestimmt, wobei g_mod im Bereich von g_mod ≍ 0,01 g_mat liegend bestimmt wurde. Demgegenüber liegt die modale Steigung dg_mod/dE bei herkömmlichen Halbleiterlasern im Bereich von dg_mod/dE ≍ 3000. . .4000(eVcm)^-1.
Im günstigsten Messpunkt wird eine Temperaturdrift dλ/dT von nur 0,16 nm/K erzielt. Demgegenüber wurde mit bisherigen Quantenpunktlasern eine deutlich höhere Temperaturdrift von 0,3 nm/K und mehr beobachtet. Halbleiterlaser mit Quantenfilmstrukturen wiesen diesbezüglich noch schlechtere Werte von 0,4 nm/K und mehr auf.
Es soll auch nicht unerwähnt bleiben, dass bei den vorgeschlagenen Halbleiterlasern z. T. auch eine niedrigere Schwellenstromdichte beobachtet werden konnte, welche im Bereich von 160 A/cm² lag.

Claims

1. Halbleiterlaser zur Erzeugung einer Lichtwelle, mit zumindest einem auf einem Halbleitersubstrat angeordneten Laserschichtbereich mit einer Bandlücke, die eine Temperaturdrift, insbesondere eine Rotverschiebung, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Laserschichtbereich als Kompensationslaserschichtbereich ausgebildet ist, wobei der Kompensationslaserschichtbereich eine der Temperaturdrift der Bandlücke entgegengesetzt gerichtete Temperaturdrift, insbesondere eine Blauverschiebung, aufweist, derart, dass sich die Temperaturdrift des Kompensationslaserschichtbereichs und die Temperaturdrift der Bandlücke zumindest teilweise kompensieren (43).

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschichtbereich (5, 12, 16, 30) ein Verstärkungsprofil (dg_mat/dE) (33, 40, 41) aufweist, bei dem sich die Verstärkung (g_mat) der Lichtwelle in nur geringem Maße mit der Frequenz der Lichtwelle ändert.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Verstärkung in Abhängigkeit von der Emissionsenergie der Lichtwelle (dg_mat/dE) (42) zumindest eine Größenordnung kleiner als bei konventionellen Halbleiterlasermaterialien ist.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der modalen Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz der Lichtwelle (dg_mod/dE) (42) maximal dg_mod/dE = 600(eVcm)^-1, vorzugsweise maximal dg_mod/dE = 300(eVcm)^-1, beträgt.

5. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitermaterialien im Wesentlichen aus Ga_xIn_1-xAs und/oder Al_xGa_1-xAs und/oder Al_xGa_yIn_1-x-yAs und/oder InP bestehen.

6. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Laserschichtbereich (5, 12) als Quantenpunktstruktur (4, 14) ausgebildet ist.

7. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Laserschichtbereich (5, 12) als Quantendrahtstruktur (4, 14) ausgebildet ist.

8. Halbleiterlaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur (4, 14) als einlagige Struktur ausgebildet ist.

9. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur (4, 14) als zumindest zweilagige Struktur ausgebildet ist.

10. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur (4, 14) als selbstorganisierte Struktur ausgebildet ist.

11. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Quantenpunktstruktur und/oder zumindest eine Quantendrahtstruktur (4, 14) als strukturierte Struktur ausgebildet ist.

12. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdrift (43) zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs (5, 13) durch die geometrische Form, Größe, Anordnung und/oder der statistischen Streuung dieser Parameter der Einzelelemente (4, 14) des Kompensationslaserschichtbereichs (5, 13), insbesondere durch die geometrische Form, Größe, Anordnung und/oder der statistischen Streuung dieser Parameter der einzelnen Quantenpunkte (4, 14) eines als Quantenpunktstruktur ausgeführten Kompensationslaserschichtbereichs (5, 13), bestimmt ist.

13. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdrift (43) zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs (5, 13) durch die Dichte der einzelnen Quantenpunkte und/oder der einzelnen Quantendrähte (4, 14) des Kompensationslaserschichtbereichs bestimmt ist.

14. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdrift (43) zumindest eines Kompensationslaserschichtbereichs (5, 13) durch den Energieunterschied zwischen verschiedenen Emissionsübergängen, insbesondere den Energieunterschied zwischen unterschiedlichen Anregungszuständen, bestimmt ist.

15. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser zumindest eine SSL-Gitterstruktur (29) ("short period superlattice") aufweist.

16. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser (15) zumindest eine zusätzliche frequenzbestimmende Einrichtung (22) aufweist, insbesondere, dass der Halbleiterlaser als DBR-Laser oder DFB-Laser ausgebildet ist.

17. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser zumindest einen Wellenleiterbereich aufweist, der insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts derart dimensioniert ist, dass die emittierte Lichtwelle in Wesentlichen eine einzige Mode aufweist.

18. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser zumindest einen Wellenleiterbereich aufweist, der insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts derart dimensioniert ist, dass die emittierte Lichtwelle mehrere Moden aufweist.

19. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers im Wesentlichen trapezartig ausgebildet ist.

20. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers durch eine mesaartige Ausbildung (13) zumindest eines Laserschichtbereichsbereichs (12) definiert ist.

21. Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verstärkungsbereich des Halbleiterlasers durch eine Ausnehmung (23) in einer Isolationsschicht (18) des Halbleiterlasers (15) definiert ist.