DE102021104343A1

DE102021104343A1 - Halbleiteremitter

Info

Publication number: DE102021104343A1
Application number: DE102021104343.3A
Authority: DE
Inventors: Bruno Jentzsch; Hubert Halbritter; Alexander Behres; Alvaro Gomez-Iglesias; Christian Lauer; Simon Baumann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-08-25
Also published as: DE112022000382A5; WO2022179792A1; US20240136800A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Halbleiteremitter (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2), die aufweist:- mehrere aktive Zonen (31, 32, 33) mit je mindestens einer Quantentopfschicht (22) zur Erzeugung von Laserstrahlung,- mindestens eine Tunneldiode (41, 42), die sich entlang einer Wachstumsrichtung (G) der Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen benachbarten aktiven Zonen (31, 32, 33) befindet, wobei- eine Dicke der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) höchstens 40 nm beträgt, und- im bestimmungsgemäßen Betrieb eine lokale Intensität (IL) einer optischen Grundmode bei der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) mindestens 50 % einer Maximalintensität (IM) beträgt.

Description

Es wird ein Halbleiteremitter angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiteremitter anzugeben, der effizient abbildbare Laserstrahlung emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiteremitter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiteremitter eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k oder wie In_1-mGa_mAs_kSb_1-k oder ebenso In_nGa_1-nSb, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Zum Beispiel gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und
n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N, P oder Sb, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiteremitter eine Halbleiterlaserdiode, kurz LD, oder eine Superlumineszenz-Leuchtdiode, kurz SLED, oder eine Leuchtdiode, kurz LED. Bevorzugt handelt es sich bei dem Halbleiteremitter um eine Halbleiterlaserdiode, sodass im Betrieb kohärente Laserstrahlung erzeugt und emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere aktive Zonen. Die bevorzugt mehreren aktiven Zonen beinhalten je eine oder mehrere Quantentopfschichten. Die mindestens eine Quantentopfschicht ist insbesondere zur Erzeugung von Laserstrahlung eingerichtet. Die Bezeichnung Quantentopf entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Strukturen mit einer Quantisierung in ein, zwei oder drei Raumrichtungen und jede Kombination dieser Strukturen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Tunneldioden. Die mindestens eine Tunneldiode befindet sich entlang einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge zwischen zwei benachbarten aktiven Zonen. Die mindestens eine Tunneldiode kann direkt an die betreffenden aktiven Zonen angrenzen, zum Beispiel an Barriereschichten der betreffenden aktiven Zonen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Dicke der mindestens einen Tunneldiode höchstens 40 nm oder höchstens 30 nm oder höchstens 25 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der mindestens einen Tunneldiode bei zumindest 6 nm oder bei zumindest 10 nm. Sind mehrere der Tunneldioden in der Halbleiterschichtenfolge vorhanden, so können alle Tunneldioden gleich aufgebaut sein, oder die Halbleiterschichtenfolge umfasst verschieden aufgebaute Tunneldioden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiteremitters eine lokale Intensität einer optischen Grundmode bei der mindestens einen Tunneldiode mindestens 35 % oder mindestens 50 % oder mindestens 60 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % einer Maximalintensität der Grundmode. Das heißt, die mindestens eine Tunneldiode befindet sich an einer Stelle des Wellenleiters mit einer vergleichsweise hohen Intensität der Grundmode.
Der Begriff ‚Grundmode‘ bezieht sich dabei insbesondere nur auf eine vertikale Mode, das heißt, auf eine Mode parallel zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und/oder in Richtung senkrecht zu den aktiven Zonen. Über horizontale Moden, die in Richtung parallel zu den aktiven Zonen und in Richtung senkrecht zu einem Resonator verlaufen, sowie über longitudinale Moden, die entlang des Resonators verlaufen, macht der Begriff ‚Grundmode‘ vorliegend keine Aussage.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Halbleiteremitter eine Halbleiterschichtenfolge, die aufweist:

- mehrere aktive Zonen mit je mindestens einer Quantentopfschicht, insbesondere zur Erzeugung von Laserstrahlung,
- mindestens eine Tunneldiode, die sich entlang einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge zwischen benachbarten aktiven Zonen befindet,

- eine Dicke der mindestens einen Tunneldiode höchstens 40 nm beträgt, und
- im bestimmungsgemäßen Betrieb eine lokale Intensität einer optischen Grundmode bei der mindestens einen Tunneldiode mindestens 50 % einer Maximalintensität beträgt.

Um hohe Leistungen in zum Beispiel Laserdioden für LiDAR-Anwendungen zu erreichen, werden bislang etwa drei separierte Wellenleiter, die mittels Tunneldioden voneinander getrennt sind, realisiert. Dies führt zu zum Beispiel drei einzelnen Lasermoden im optischen Nahfeld. Dieser Ansatz benötigt zudem eine relativ dicke epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer Dicke von ungefähr 10 µm bis 15 µm. Diese zum Beispiel drei Leuchtstreifen oder Moden bilden sich im optischen Nahfeld und Fernfeld entsprechend ab. Durch diese Abbildung ist insbesondere das Etendue begrenzt. Wünschenswert ist es angesichts dessen, nur eine Laserlinie mit sehr hoher Leistungsdichte zu haben. Dies würde zum Beispiel dunkle Flecken, sogenannte Dark Spots, in der optischen Abbildung vermeiden und eine bessere Kollimation ermöglichen.
In dem hier beschriebenen Halbleiteremitter wird insbesondere ein dünneres Wellenleiterdesign verwendet, welches hohe optische Leistungsdichten ermöglicht, jedoch ohne Kohärenzen zwischen zum Beispiel einzelnen Wellenleitern: Beispielsweise eine dünnere Tripelwellenleiterepitaxie führt zur Koppelung der Moden der beteiligten Wellenleiter. Diese Supermoden höherer Ordnung würden zu Effizienzeinbußen und Kohärenz-Effekten sowie Interferenz-Effekten führen, die insbesondere im optischen Fernfeld sichtbar wären, etwa als Doppelpeaks. Bei dem hier beschriebenen Laserdesign liegt dagegen bevorzugt ein einziger Wellenleiter für eine Grundmode vor, in dem mehrere aktive Zonen oder pn-Übergänge, durch dazwischenliegende Tunneldioden verbunden, vorliegen, um hohe optische Leistungsdichten zu erreichen.
Es wird also insbesondere ein Supermodenwellenleiterdesign mit mehreren gestapelt angeordneten aktiven Quantentopf-Strukturen in Kombination mit absorptionsarmen Tunneldioden vorgeschlagen. Dies führt zu höheren erzielbaren Leistungsdichten bei kleinerem Etendue. Es sind hierdurch zum Beispiel niedrigere Herstellungskosten, ein kompakteres Design auf Kundenseite sowie Effizienzverbesserungen erzielbar.
Der hier beschriebene Halbleiteremitter ist insbesondere ein Laser, wie ein oberflächenemittierender Laser mit horizontalem Resonator, auch als HCSEL bezeichnet, und/oder eine Dünnfilm-Multistackepi, also ein Wachstumssubstratfreier Epitaxieschichtaufbau mit mehreren, entlang einer Wachstumsrichtung übereinander gestapelt angeordneten aktiven Quantentopf-Strukturen. Der Halbleiteremitter lässt sich zum Beispiel in der Industrie und im Automobilbereich einsetzen, ebenso wie in LiDAR-Anwendungen oder zur Materialbearbeitung. Es handelt sich bei dem Halbleiteremitter also insbesondere um eine Dünnfilm-Laserdiode mit ultra-hoher Leistungsdichte, die ein kompaktes optisches System auf Kundenseite ermöglicht, und die mit niedrigeren Kosten herstellbar ist.
Gegenüber einem alternativen Ansatz, gemäß dem die Tunneldioden in den Nullpunkten der optischen Feldverteilung liegen, bei VCSELs zum Beispiel in den Nullpunkten in den vertikal stehenden Wellen oder in sogenannten Stacked EE Lasern im oder nahe des Nullpunkts von zum Beispiel Moden höherer Ordnung oder als Verbindung zwischen einzelnen, unabhängigen Moden, ist der hier verfolgte Ansatz gezielt anders: Die Tunneldioden liegen gemäß dem hier beschriebenen Ansatz nicht in Nullpunkten des optischen Feldes, sondern innerhalb der Grundmode.
Eine bevorzugte Komponente dafür sind insbesondere absorptionsarme Tunneldioden:

- Eine Möglichkeit ist dabei, dass die Dicke der Tunneldioden in etwa so klein ist, wie die sich durch die Dotierung ausbildende Raumladungszone breit ist, die dann als Raumladungszone nicht oder nur wenig absorbiert.
- Typische Dicken für die hochdotierten Tunnelschichten, auch als Tunnel Junction oder kurz TJ bezeichnet, sind hier im Bereich um 10 nm und weniger, sowohl für die p-TJ als auch für die n-TJ.
- Typische Dotierungen der Tunneldiode, zum Beispiel für 10 nm GaAs:Te auf der n-Seite und 10nm GaAs:C p-Seite für einen 940 nm-Laser, liegen im Bereich 1 × 10²⁰ für zum Beispiel eine C-Dotierung oder im Bereich von 5 × 10¹⁹ für zum Beispiel eine Te-Dotierung.
- Typische Bandlücken der Tunneldiodenmaterialien liegen dabei bevorzugt außerhalb der Laser-Wellenlänge, zum Beispiel ungefähr oder mindestens 50 nm davon entfernt.

Das Wellenleiterdesign, also der Brechungsindexverlauf, ist dabei bevorzugt derart gestaltet, dass primär die Grundmode geführt werden kann - das heißt, die Dicke des Wellenleiters ist begrenzt, was bedingt, dass die einzelnen Schichten, wie die TJs und die Quantentopfschichten, Mantelschichten und Barriereschichten, dicht beieinander gewachsen realisiert werden sollen.
Weiter Ausgestaltungsmöglichkeiten sind zum Beispiel leicht unterschiedliche Bandlücken oder Anzahlen der Quantentopfschichten in den einzelnen aktiven Zonen oder Asymmetrien bezüglich der Anordnung und/oder der Geometrie des Wellenleiters und/oder der TJs. Beispielsweise können die Tunneldioden in ihrer Komposition einen relativ hohen Brechungsindex erreichen und damit effektiv zur Wellenführung beitragen.
Eine bevorzugte Komponente für eine effiziente, zum Beispiel Gauß-ähnliche Supermode oder Grundmode ist also eine möglichst geringe Absorption des Wellenleiters, insbesondere der zumindest einen Tunneldiode. Eine Idee dafür ist: Je dünner die Tunneldiode, desto größer ist der Anteil der Raumladungszone in Relation zur Gesamtdicke. Eine Dicke der Raumladungszone liegt bei ungefähr 10 nm, abhängig vom Dotierniveau. Da die Raumladungszone keine, oder nur wenige, freie Ladungsträger enthält, ist eine sogenannte Freecarrier-Absorption hier trotz hoher Dotierung nicht sehr hoch. Die zumindest eine Tunneldiode soll also möglichst dünn sein und eine Bandlücke nicht in der Nähe der Laserwellenlänge aufweisen.
Vorausgesetzt, die Raumladungszone der zumindest einen Tunneldiode entspricht einem großen Anteil an der Tunneldioden-Gesamtdicke, so kann man diese dann in den Wellenleiter einbetten, ohne große Verluste zu generieren. Dann wird der Wellenleiter bevorzugt so designt, dass lediglich die Grundmode anschwingt. Dafür kann man zum Beispiel den Wellenleiter möglichst schmal gestalten. Somit erhält man zum Beispiel einen ungefähr 3 µm dünnen Dreifach-Epitaxiestapel aus drei gekoppelten aktive Zonen mit zwei dazwischenliegenden Tunneldioden, die gemeinsam durch den Brechungsindexkontrast von Quantentopfschichten plus Barrieren und Rampen plus Tunneldioden relativ zu Mantelschichten eine schmale Supermode als erste Grundmode führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die aktiven Zonen und die mindestens eine Tunneldiode in einem gemeinsamen Wellenleiter der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere weist die Halbleiterschichtenfolge dann genau zwei Mantelschichten auf, die an den genau einen Wellenleiter grenzen. Der Wellenleiter weist gegenüber den Mantelschichten einen erhöhten Brechungsindex auf und die Mantelschichten sind vergleichsweise dick, zum Beispiel mindestens 0,5 µm dick oder mindestens 0,8 µm dick und/oder höchstens 10 µm dick oder höchstens 3 µm dick oder höchstens 1,3 µm dick. Dies schließt nicht aus, dass einzelne dünne Teilschichten in den Mantelschichten einen größeren Brechungsindex aufweisen, solange ein mittlerer oder effektiver Brechungsindex der Mantelschichten kleiner ist als ein mittlerer oder effektiver Brechungsindex des Wellenleiters. Solche Teilschichten weisen zum Beispiel ein Dicke von höchstens 0,5 µm oder von höchstens 0,2 µm und/oder von höchstens 20 % oder von höchstens 5 % einer Gesamtdicke der entsprechenden Mantelschicht auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Dicke des gemeinsamen Wellenleiters zusammen mit den beiden zugehörigen Mantelschichten höchstens 10 µm oder höchstens 4 µm oder höchstens 2,5 µm. Der gemeinsame Wellenleiter, in dem sich die zumindest eine Tunneldiode und die aktiven Zonen befinden, weist zum Beispiel eine Dicke von höchstens 1,2 µm oder von höchstens 0,8 µm oder von höchstens 0,4 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke des Wellenleiters alleine bei mindestens 0,1 µm oder bei mindestens 0,2 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine der Mantelschichten oder auch beide Mantelschichten einen gestuften Verlauf auf. Das heißt, ein Brechungsindex der zumindest einen betreffenden Mantelschicht nimmt in Richtung weg von den aktiven Zonen mit mindestens einem Sprung ab. Die Anzahl der Sprünge oder Stufen liegt zum Beispiel zwischen einschließlich eins und fünf. Alternativ ist es möglich, dass die zumindest eine betreffende Mantelschicht wenigstens stellenweise eine rampenförmige, kontinuierliche Brechungsindexveränderung aufzeigt. Die Abnahme des Brechungsindexes in Richtung weg von dem Wellenleiter kann monoton oder streng monoton erfolgen, oder die betreffende Mantelschicht weist optional auch dünne, lokal begrenzte Gebiete mit einem zunehmendem Brechungsindex auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiteremitters eine Dicke einer Raumladungszone der zumindest einen Tunneldiode bei wenigstens 20 % oder bei wenigstens 30 % oder bei wenigstens 50 % oder bei wenigstens 2/3 einer Gesamtdicke der mindestens einen Tunneldiode. Das heißt, im Betrieb kann die Tunneldiode überwiegend durch eine Raumladungszone gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Bandlücke der mindestens einen Tunneldiode zumindest 10 nm oder zumindest 30 nm oder zumindest 50 nm von einer Wellenlänge maximaler Intensität der aktiven Zonen beabstandet. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens 0,2 µm oder bei höchstens 100 nm. Die Bandlücke, die einer Energie E entspricht, und die zugehörige Wellenlänge λ sind über die Beziehung E = hc/λ ineinander umrechenbar, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Die Wellenlänge und die Lichtgeschwindigkeit beziehen sich hierbei auf die Vakuumwerte. Durch diesen energetischen Abstand wird eine Absorption von in den aktiven Zonen erzeugter Strahlung in der zumindest einen Tunneldiode reduziert. Damit liegt die Bandlücke der zumindest einen Tunneldiode bevorzugt höher als eine zur Wellenlänge der Laserstrahlung äquivalente Bandlückenenergie der aktiven Zonen.
Sind mehrere aktive Zonen zur Emission verschiedener Wellenlängen vorhanden, so wird zur Berechnung des obigen Energieabstands die aktive Zone mit der höchsten Bandlücke, also der kleinsten Emissionswellenlänge, herangezogen. Sind mehrere Tunneldioden mit optional voneinander verschiedenem Aufbau vorhanden, so wird zur Berechnung des obigen Energieabstands kleinste Bandlücke der Tunneldioden herangezogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus zwei entgegengesetzt hochdotierten Schichten gebildet. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Tunneldiode aus den zwei entgegengesetzt hochdotierten Schichten bestehen. Hochdotiert bedeutet zum Beispiel, dass eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der mindestens einen Tunneldiode bei mindestens 2 × 10¹⁹ cm^-3 oder bei mindestens 5 × 10¹⁹ cm^-3 und/oder bei höchstens 5 × 10²⁰ cm^-3 oder bei höchstens 2 × 10²⁰ cm^-3 oder bei höchstens 1 × 10²⁰ cm^-3 liegt. Zusätzlich können diese Werte nicht nur über die betreffende Tunneldiode gemittelt, sondern auch für jede einzelne der hochdotierten Schichten gelten. Für Tunneldioden, die Sb umfassen, kann die Dotierung sogar ganz wegfallen oder deutlich kleiner sein und zum Beispiel mindestens 1 × 10¹⁸ cm^-3 betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die hochdotierten Schichten je eine Dicke von mindestens 3 nm oder von mindestens 5 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke bei höchstens 25 nm oder bei höchstens 20 nm oder bei höchstens 15 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus den zwei entgegengesetzt hoch dotierten Schichten sowie zumindest einer dazwischenliegenden Zwischenschicht zusammengesetzt. Das heißt, die zumindest eine Tunneldiode kann zum Beispiel aus drei Schichten bestehen. Für die Dicke der Zwischenschicht gilt bevorzugt das gleiche wie für die Dicken der hochdotierten Schichten. Die Zwischenschicht kann p-dotiert oder n-dotiert sein. Beispielsweise ist eine Dotierstoffkonzentration in der Zwischenschicht kleiner als in den angrenzenden hochdotierten Schichten, insbesondere um mindestens einen Faktor 1,5 oder um mindestens einen Faktor 2 und/oder um höchstens einen Faktor 10 oder um höchstens einen Faktor 5 kleiner.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge außerdem mindestens eine Übergangsschicht. Bevorzugt ist die Übergangsschicht niedrig dotiert. Eine Dotierstoffkonzentration der Übergangsschicht liegt beispielsweise bei höchstens 1 × 10¹⁷ cm^-3 oder bei höchstens 3 × 10¹⁶ cm^-3 und/oder bei mindestens 1 × 10¹⁵ cm^-3 oder bei mindestens 5 × 10¹⁵ cm^-3. Die Übergangsschicht grenzt an die mindestens eine Tunneldiode an, insbesondere direkt. Es ist möglich, dass beiderseits der Tunneldiode oder jeweils beiderseits der Tunneldioden je eine Übergangsschicht ist. Die p-seitigen Übergangsschichten sind zum Beispiel dünner als die n-seitigen Übergangsschichten, sodass die Übergangsschichten asymmetrisch um die zugehörige Tunneldiode herum gestaltet sein können. Alternativ können die Übergangsschichten gleich dick und somit symmetrisch an der betreffenden Tunneldiode herum angeordnet sein. Eine Dicke der zumindest einen Übergangsschicht beträgt zum Beispiel mindestens 5 nm oder mindestens 10 nm und/oder höchstens 50 nm oder höchstens 30 nm. Durch solche Übergangsschichten ist insbesondere eine Verbesserung eines Ladungsträgertransports erreichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zumindest eine Übergangsschicht einen rampenförmigen Brechungsindexverlauf auf. Bevorzugt steigt der Brechungsindex in Richtung hin zur zugeordneten Tunneldiode an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus GaAs und/oder aus InGaAs oder umfasst GaAs und/oder InGaAs und optional auch AlGaAs. Dies gilt insbesondere für Halbleiteremitter mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 0,7 µm bis 1,3 µm. Die optionale Übergangsschicht ist in diesem Fall zum Beispiel aus AlGaAs, wobei hin zur Tunneldiode der Al-Anteil bevorzugt bis auf Null abnimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus InP und InGaAs oder umfasst InP und InGaAs und optional auch AlGaAs. Dies gilt insbesondere für Halbleiteremitter mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 1,3 µm bis 2,0 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus InAsSb und GaSb oder umfasst InAsSb und GaSb. Dies gilt insbesondere für Halbleiteremitter mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 2,0 µm bis 5 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Tunneldiode aus InGaN oder umfasst InGaN oder auch AlInGaN oder AlGaN. Dies gilt insbesondere für Halbleiteremitter mit einer Emissionswellenlänge im Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Dotierstoffkonzentration von an die mindestens eine Tunneldiode angrenzende Schichten der Halbleiterschichtenfolge um zumindest einen Faktor drei oder um mindestens einen Faktor zehn oder um mindestens einen Faktor 100 kleiner als die mittlere Dotierstoffkonzentration in der mindestens einen Tunneldiode. Die angrenzenden Schichten sind zum Beispiel Barriereschichten der aktiven Zonen oder die Übergangsschichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die optische Grundmode mehrere lokale Maxima und eines oder mehrere lokale Minima auf. Dies ist zum Beispiel durch eine Brechungsindexvariation innerhalb des Wellenleiters erzielbar. Das mindestens eine lokale Minimum befindet sich zwischen zwei benachbarten lokalen Maxima. Die lokalen Maxima können ein absolutes Maximum umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktiven Zonen in oder nahe an den lokalen Maxima und/oder die mindestens eine Tunneldiode in oder nahe an dem mindestens einem lokalen Minium angeordnet. Sind mehrere Tunneldioden und mehrere lokale Minima vorhanden, so ist bevorzugt je eine Tunneldiode in oder nahe an einem lokalen Minimum angeordnet. Die lokalen Minima können vergleichsweise schwach ausgeprägt sein und beispielsweise mindestens 80 % oder 90 % einer Intensität der benachbarten lokalen Maxima aufweisen. Nahe an dem lokalen Minium bedeutet zum Beispiel, dass ein Abstand der betreffenden Tunneldiode zu dem zugeordneten lokalen Minium höchstens 30 % oder höchstens 10 % eines größten Abstands dieses lokalen Minimums zu den angrenzenden Maxima beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest zwei der aktiven Zonen zur Erzeugung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen eingerichtet. Zum Beispiel unterscheiden sich Wellenlängen maximaler Intensität der aktiven Zonen um mindestens 5 nm oder um mindestens 10 nm und/oder um höchstens 40 nm oder um höchstens 20 nm voneinander. Alternativ können alle aktiven Zonen zur Erzeugung von Strahlung der gleichen nominellen Wellenlänge maximaler Intensität eingerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge mindestens drei oder mindestens vier der aktiven Zonen und/oder höchstens zehn oder höchstens fünf der aktiven Zonen. Es ist möglich, dass jede der aktiven Zonen zwischen einschließlich zwei und zehn oder zwischen einschließlich drei und sechs der Quantentopfschichten beinhaltet. Alternativ weisen die aktiven Zonen oder eine der aktiven Zonen oder einige der aktiven Zonen nur eine Quantentopfschicht auf.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Halbleiteremitter unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiteremitters,
2 bis 6 schematische Schnittdarstellungen von Halbleiterschichtenfolgen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiteremittern,
7 einen schematischen Brechungsindexverlauf und Intensitätsverlauf eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiteremitters,
8 eine schematische Darstellung eines Brechzahlverlaufs einer Halbleiterschichtenfolge für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiteremittern,
9 eine schematische Schnittdarstellung einer Tunneldiode für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiteremittern,
10 eine schematische Darstellung wellenlängenabhängiger Absorptionsverluste, und 11 und 12 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiteremittern.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiteremitters 1 gezeigt. Der Halbleiteremitter 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer Wachstumsrichtung G und ist zum Beispiel eine Halbleiterlaserdiode. Die Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich an einem Träger 61. Bei dem Träger 61 kann es sich um ein Wachstumssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 2 oder auch um einen Ersatzträger handeln.
Optional befindet sich zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und dem Träger 61 eine Pufferschicht 62. Die Pufferschicht 62 ist zum Beispiel eine Halbleiterschicht oder eine Verbindungsmittelschicht, wie ein Lot. An einer dem Träger 61 abgewandten Seite kann die Halbleiterschichtenfolge 2 optional eine Kontaktschicht 23 und/oder eine Deckschicht 25 aufweisen, etwa zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiteremitters 1. Elektrische Kontakte oder Elektroden sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
Außerdem umfasst die Halbleiterschichtenfolge 2 einen Wellenleiter 51 zwischen zwei Mantelschichten 52. Die Mantelschichten 52 weisen im Mittel einen niedrigeren Brechungsindex für im Betrieb des Halbleiteremitters 1 erzeugte Strahlung auf als der Wellenleiter 51. Eine Dicke der Mantelschichten 52 liegt zum Beispiel bei mindestens dem 1,5-Fachen oder dem Doppelten einer Vakuumwellenlänge maximaler Intensität der in dem Wellenleiter 51 erzeugten Strahlung, dividiert durch den mittleren Brechungsindex der betreffenden Mantelschicht 52.
In dem Wellenleiter 51 liegen mehrere aktive Zonen 31, 32 vor. Zwischen den aktiven Zonen 31, 32 befindet sich eine Tunneldiode 41. Der Wellenleiter 51 stellt somit einen gemeinsamen Wellenleiter für alle aktiven Zonen 31, 32 dar. Zum Beispiel weist der Wellenleiter 51 eine Dicke von mindestens dem 0,3-Fachen oder 0,6-Fachen und/oder von höchstens dem 1,8-Fachen oder 1,2-Fachen oder 0,9-Fachen der Vakuumwellenlänge maximaler Intensität der in dem Wellenleiter 51 erzeugten Strahlung, dividiert durch den mittleren oder effektiven Brechungsindex der Wellenleiterschicht 51, auf.
Verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten, insbesondere der Wellenleiterschicht 51, werden nachfolgend beschrieben.
In Beispiel der 2 umfasst der Wellenleiter 51 zwei der aktiven Zonen 31, 32, wobei jede der aktiven Zonen 31, 32 zumindest zwei Quantentopfschichten 22 beinhaltet. Die Quantentopfschichten 22 sind durch Barriereschichten 21 voneinander separiert.
Zwischen den aktiven Zonen 31, 32 befindet sich eine Tunneldiode 41. Die Tunneldiode 41 kann unmittelbar an die Barriereschichten 21 der benachbarten aktiven Zonen 31, 32 angrenzen. In der Tunneldiode 41 befindet sich eine p-dotierte Tunneldiodenschicht 26 und direkt angrenzend eine n-dotierte Tunneldiodenschicht 28. Die Tunneldiodenschichten 26, 28 sind hoch dotiert und vergleichsweise dünn.
Zum Bespiel sind die aktiven Zonen 31, 32 zur Erzeugung von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität im nahinfraroten Spektralbereich, also insbesondere von 0,7 µm bis 1,3 µm, eingerichtet. Die Wellenlänge maximaler Intensität liegt zum Beispiel bei 940 nm. In diesem Fall ist die n-dotierte Tunneldiodenschicht 28 zum Beispiel aus einer 10 nm dicken GaAs-Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm^-3, insbesondere mit Te, alternativ auch mit Si und/oder Ge, gebildet. Die p-dotierte Tunneldiodenschicht 26 ist zum Beispiel eine 10 nm dicke GaAs-Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 10²⁰ cm^-3, insbesondere mit C, alternativ auch mit Be, Mg und/oder Zn.
Abweichend von der Darstellung in 2 ist es ebenso möglich, dass die Tunneldiodenschichten 26, 28 asymmetrisch gestaltet sind und unterschiedliche Dicken aufweisen. Zum Beispiel ist die n-dotierte Tunneldiodenschicht 28 um mindestens einen Faktor 1,2 oder um mindestens einen Faktor 1,5 dicker als die p-dotierte Tunneldiodenschicht 26, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. Beispielsweise ist die n-dotierte Tunneldiodenschicht 28 15 nm dick und aus GaAs:Te mit einer Dotierstoffkonzentration von 5 × 10¹⁹ cm^-3 oder höher, und die p-dodierte Tunneldiodenschicht 26 ist 10 nm dick und aus GaAs:C mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 10²⁰ cm^-3 oder höher, wiederum etwa für einen Laser mit einer Emissionswellenlänge maximaler Intensität von 940 nm.
Alternativ, für Wellenlängen maximaler Intensität weiter im infraroten Spektralbereich, können die Tunneldiodenschichten 26, 28 auch aus p-dotiertem InP und n-dotiertem InGaAs oder aus p-leitendem GaSb oder InAs und n-leitendem InAsSb sein. Die obigen Ausführungen zum Materialsystem GaAs gelten entsprechend für die anderen genannten Materialsysteme.
Die oben genannten Dicken und Dotierstoffkonzentrationen für die Tunneldiodenschichten 26, 28 gelten zum Beispiel je mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 5 oder höchstens einem Faktor 2 oder von höchstens einem Faktor 1,5.
Im Beispiel der 3 ist illustriert, dass der Wellenleiter 51 drei aktive Zonen 31, 32, 33 aufweist und zwei Tunneldioden 41, 42. Die abwechselnd zwischen den aktiven Zonen 31, 32, 33 liegenden Tunneldioden 41, 42 sind insbesondere gestaltet, wie in Verbindung mit 2 beschrieben.
Außerdem ist in 3 eine Intensität I einer optischen Grundmode in dem Wellenleiter 51 eingezeichnet. Zu erkennen ist, dass die Tunneldioden 41, 42 nicht in Nulldurchgängen der Intensität I liegen, sondern dass lokale Intensitäten IL an den Tunneldioden 41, 42 fast so hoch sind wie eine Maximalintensität IM der Grundmode. Diese Anordnung der Tunneldioden 41, 42 ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Tunneldioden 41, 42 dünn sind und einen geringen Absorptionsgrad hinsichtlich der in den aktiven Zonen 31, 32, 33 erzeugten Strahlung aufzeigen.
In 4 ist illustriert, dass die Grundmode, anders als in 3, nicht Gauß-ähnlich ist, sondern im Bereich maximaler Intensität im Wellenleiter 51 einen leicht modulierten Verlauf aufzeigt. Hier befinden sich die Tunneldioden 41, 42 in oder nahe an lokalen Minima der Intensität I, wobei jedoch die lokalen Intensitäten IL an den Tunneldioden 41, 42 dennoch fast so hoch sind wie eine Maximalintensität IM der Grundmode.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 und 2 entsprechend für die 3 und 4.
In 5 ist ein weiteres Beispiel für Tunneldioden 41, 42 dargestellt. In diesem Fall befindet sich zwischen den hoch dotierten Tunneldiodenschichten 26, 28 eine Zwischenschicht 27. Die Zwischenschicht 27 kann ebenfalls hoch dotiert sein, entsprechend der Tunneldiodenschichten 26, 28, und zwar n-dotiert oder p-dotiert. Eine Dicke der Zwischenschicht 27 liegt zum Beispiel bei mindestens 1 nm oder bei mindestens 3 nm und/oder bei höchstens 20 nm oder bei höchstens 15 nm.
Im Falle von Tunneldiodenschichten 26, 28 aus GaAs ist die Zwischenschicht 27 bevorzugt aus InAs oder InGaAs mit zum Beispiel einem In-Anteil von höchstens 80 % oder höchstens 50 % oder höchstens 30 % oder höchstens 10 %, wobei auch AlInGaAs-Schichten mit eine Al-Anteil von insbesondere höchstens 30 % oder höchstens 10 % oder höchstens 1 % und mit einem In-Anteil von höchstens 30 % oder von höchstens 10 % möglich sind.
Solche Tunneldioden 41, 42 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen herangezogen werden.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 4 entsprechend für die 5.
Im Ausführungsbeispiel der 6 grenzt an die Tunneldiode 41 zumindest eine Übergangsschicht 24 an. Sind zwei Übergangsschichten 24 vorhanden, so kann die Übergangsschicht 24 an der n-dotierten Tunneldiodenschicht 28 dicker sein als die p-seitige Übergangsschicht 24, zum Beispiel um mindestens einen Faktor 1,5 und/oder um höchstens eine Faktor 4 dicker. Eine Dicke der dünneren Übergangsschicht 24 liegt insbesondere bei mindestens 2 nm oder bei mindestens 5 nm und/oder bei höchstens 30 nm oder bei höchstens 20 nm.
Im Falle einer GaAs-basierten Tunneldiode 41 sind die Übergangsschichten 24 bevorzugt jeweils aus AlGaAs, wobei sich ein Al-Anteil hin zur Tunneldiode 41 bevorzugt stetig, insbesondere linear, reduziert. Zum Beispiel liegt ein Al-Anteil an der Tunneldiode 24 abgewandten Seiten der Übergangsschichten 24 bei mindestens 5 % und/oder bei höchstens 30 %, zum Beispiel bei 14 %, und an der Tunneldiode 24 zugewandten Seiten der Übergangsschichten 24 bei höchstens 20 % oder bei höchstens 5 % oder bei höchstens 0,5 %, insbesondere bei 0 %.
Solche Übergangsschichten 24 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In 7 ist die Intensität I der Grundmode in der Halbleiterschichtenfolge 2 illustriert, ebenso wie der Brechungsindex n. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert dabei insbesondere auf dem Materialsystem AlInGaAs. In dem Wellenleiter 51 weisen die aktiven Zonen 31, 32, 33 und auch die Tunneldioden 41, 42 einen relativ hohen Brechungsindex auf. Somit können die Tunneldioden 41, 42 zur Wellenleitung beitragen und den effektiven Brechungsindex des Wellenleiters 51 erhöhen.
Außerdem ist in 7 zu sehen, dass die Grundmode Gauß-ähnlich ist. Somit ist eine hochqualitative Emission der Laserstrahlung ermöglicht.
Als Option ist in 7 illustriert, dass eine oder beide Mantelschichten 52 in Richtung weg von dem Wellenleiter 51 einen abnehmenden Brechungsindex aufweisen können. Zum Beispiel ist zumindest eine Stufe 53 im Brechungsindexverlauf vorhanden, als Strichlinie symbolisiert. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Brechungsindexabnahme erfolgen, nicht gezeichnet.
Als weitere Option ist in 7 gezeigt, dass die Mantelschichten 52 auch zumindest eine Substruktur 54 aufweisen kann, veranschaulicht als Strich-Punkt-Linie. Die Substruktur 54 umfasst zum Beispiel eine lokale Brechungsindexerhöhung, die optional mit einem angrenzenden Bereich mit lokal reduziertem Brechungsindex verbunden ist.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 6 entsprechend für die 7.
Gemäß 8 ist der Wellenleiter 51 hinsichtlich des Brechungsindexverlaufs stärker strukturiert als in 7. So können die aktiven Zonen 31, 32, 33 jeweils schwach ausgeprägte eigene Sub-Wellenleiter umfassen. Ein sich hieraus ergebender effektiver Brechungsindex ist als Strichlinie eingezeichnet.
Mit einer solchen Struktur des Wellenleiters 51 können Intensitätsverläufe erzielt werden, die im Bereich maximaler Intensität einen gewellten Verlauf aufzeigen, wie in 4 veranschaulicht.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 7 entsprechend für die 8.
In 9 ist beispielhaft eine Raumladungszone 44 der Tunneldiode 41, 42 veranschaulicht. Eine Dicke TR der Raumladungszone 44 liegt bei einem Drittel oder mehr einer Gesamtdicke T der Tunneldiode 41, 42. Das heißt, die Raumladungszone 44 macht einen erheblichen Anteil der Tunneldiode 41, 42 aus.
In diesem Zusammenhang sind in 10 schematisch Bereiche B1, B2 der wellenlängenabhängigen Absorption A illustriert. Im Bereich B1 erfolgt eine Absorption überwiegend aufgrund von Fundamentalabsorption des betreffenden Halbleitermaterials. Dagegen basiert die Absorption im Bereich B2 im Wesentlichen auf dem Vorhandensein freier Ladungsträger.
Da in der Tunneldiode 41, 42, wie insbesondere in 9 dargestellt, die Raumladungszone 44, die im Wesentlichen frei von freien Ladungsträgern ist, einen hohen Anteil an der Gesamtdicke T der Tunneldiode 41, 42 ausmacht, lässt sich die Absorption aufgrund freier Ladungsträger minimieren. Zudem lässt sich durch die Materialwahl oder durch die Wahl der Bandlücke für die Tunneldiode 41, 42 die Absorption aufgrund der Fundamentalabsorption nahezu eliminieren.
Damit weisen die hier beschriebenen Tunneldioden 41, 42 insgesamt einen geringen Absorptionsgrad für die erzeugte Strahlung auf, sodass die Tunneldioden 41, 42 zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik in den gemeinsamen Wellenleiter 51 in Bereichen hoher lokaler Intensität IL platziert werden können.
In den 11 und 12 sind weiter Ausführungsbeispiele des Halbleiteremitters 1 veranschaulicht. Gemäß 11 weist die Halbleiterschichtenfolge an einander gegenüberliegenden Facetten einen hochreflektierenden Resonatorendspiegel 71 sowie eine Auskoppelbeschichtung 72 mit an eine erforderliche Rückkopplung zurück in den Resonator angepasster Reflektivität auf. Die Facetten sind parallel zur Wachstumsrichtung G orientiert.
Demgegenüber sind die Facetten gemäß 12 ungefähr in einem 45°-Winkel zur Wachstumsrichtung G orientiert. Damit können der hochreflektierende Resonatorendspiegel 71 und die Auskoppelbeschichtung 72 auf eine Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht werden. Dieses Design wird auch als oberflächenemittierender Laser mit horizontaler Kavität, kurz HCSEL, bezeichnet.
Die in Verbindung mit den 1 bis 10 beschriebenen Halbleiterschichtenfolgen 2 und insbesondere Tunneldioden 41, 42 können in jedem der Halbleiteremitter 1 gemäß der 11 und 12 verwendet werden.
Die hier beschriebene 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: Halbleiteremitter/Halbleiterlaser
2: Halbleiterschichtenfolge
21: Barriereschicht
22: Quantentopfschicht
23: Kontaktschicht
24: Übergangsschicht
25: Deckschicht
26: p-dotierte Tunneldiodenschicht
27: Zwischenschicht der Tunneldiode
28: n-dotierte Tunneldiodenschicht
31, 32, 33: aktive Zone
41, 42: Tunneldiode
44: Raumladungszone
51: Wellenleiter
52: Mantelschicht
53: Stufe im Brechungsindex in der Mantelschicht
54: Substruktur in der Mantelschicht
61: Träger
62: Pufferschicht
71: Resonatorendspiegel
72: Auskoppelbeschichtung
A: Absorption
B...: Bereich
G: Wachstumsrichtung
I: Intensität der optischen Mode
IL: lokale Intensität der optischen Grundmode
IM: Maximalintensität der optischen Grundmode
λ: Wellenlänge
n: Brechungsindex
T: Gesamtdicke der Tunneldiode
TR: Dicke der Raumladungszone
x: Abstand

Claims

Halbleiteremitter (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2), die aufweist: - mehrere aktive Zonen (31, 32, 33) mit je mindestens einer Quantentopfschicht (22) insbesondere zur Erzeugung von Laserstrahlung, - mindestens eine Tunneldiode (41, 42), die sich entlang einer Wachstumsrichtung (G) der Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen benachbarten aktiven Zonen (31, 32, 33) befindet, wobei - eine Dicke der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) höchstens 40 nm beträgt, und - im bestimmungsgemäßen Betrieb eine lokale Intensität (IL) einer optischen Grundmode bei der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) mindestens 50 % einer Maximalintensität (IM) beträgt.
Halbleiteremitter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich die aktiven Zonen (31, 32, 33) und die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) in einem gemeinsamen Wellenleiter (51) der Halbleiterschichtenfolge (2) befinden.
Halbleiteremitter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem eine Dicke des gemeinsamen Wellenleiters (51) zusammen mit den zugeordneten Mantelschichten (52) höchstens 4 µm beträgt.
Halbleiteremitter (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zumindest eine der Mantelschichten (52) einen gestuften Verlauf aufzeigt, sodass ein Brechungsindex der betreffenden Mantelschicht (52) in Richtung weg von den aktiven Zonen (41, 42, 43) mit mindestens einem Sprung abnimmt.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Dicke (TR) einer Raumladungszone (44) wenigstens 30 % einer Gesamtdicke (T) der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) beträgt.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine der Bandlücke entsprechende Wellenlänge der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) um zumindest 30 nm kleiner ist als eine Wellenlänge maximaler Intensität der aktiven Zonen (31, 32, 33).
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) aus zwei entgegengesetzt hochdotierten Schichten (26, 28), die je eine Dicke von höchstens 20 nm aufweisen, gebildet ist.
Halbleiteremitter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) aus zwei entgegengesetzt hoch dotierten Schichten (26, 28), die je eine Dicke von höchstens 15 nm aufweisen, sowie zumindest einer dazwischenliegenden Zwischenschicht (27) mit einer Dicke von höchstens 15 nm gebildet ist.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) außerdem mindestens eine niedrig dotierte Übergangsschicht (24), die an die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) angrenzt, aufweist, wobei die Übergangsschicht (24) einen rampenförmigen Brechungsindexverlauf aufweist, mit in Richtung hin zur zugeordneten Tunneldiode (41, 42) steigendem Brechungsindex.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) aus GaAs und/oder aus InGaAs ist oder umfasst.
Halbleiteremitter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) aus InP und InGaAs oder aus InAsSb und GaSb ist oder umfasst.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der mindestens einen Tunneldiode (41, 42) zwischen einschließlich 2 × 10¹⁹ cm^-3 und 2 × 10²⁰ cm^-3 liegt, wobei eine Dotierstoffkonzentration von an die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) angrenzende Schichten der Halbleiterschichtenfolge (2) um zumindest einen Faktor drei kleiner ist als die mittlere Dotierstoffkonzentration in der mindestens einen Tunneldiode (41, 42).
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optische Grundmode mehrere lokale Maxima und mindestens ein lokales Minium aufzeigt, wobei die aktiven Zonen (31, 32, 33) in den lokalen Maxima und die mindestens eine Tunneldiode (41, 42) in dem mindestens einen lokalen Minium angeordnet sind.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwei der aktiven Zonen (31, 32, 33) zur Erzeugung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen eingerichtet sind.
Halbleiteremitter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) mindestens drei der aktiven Zonen (31, 32, 33) umfasst und jede der aktiven Zonen (31, 32, 33) zwischen einschließlich zwei und zehn der Quantentopfschichten (22) beinhaltet, wobei der Halbleiteremitter (1) ein Halbleiterlaser ist.