DE102021119999A1

DE102021119999A1 - Halbleiterlaser und projektor

Info

Publication number: DE102021119999A1
Application number: DE102021119999.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Eichler; Alfred Lell; Sven Gerhard
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-02-02
Also published as: WO2023011845A1; DE112022002150A5

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung einer Laserstrahlung (L) und ein transparentes Substrat (3). Die Halbleiterschichtenfolge (2) weist eine erste Facette (21) auf, die für eine Abstrahlung der Laserstrahlung (L) eingerichtet ist, und eine der ersten Facette (21) gegenüberliegende zweite Facette (22). Das Substrat (3) weist eine erste Seitenfläche (31) an der ersten Facette (21) und eine zweite Seitenfläche (32) an der zweiten Facette (22) auf. Die erste Seitenfläche (31) ist mindestens stellenweise schräg zur ersten Facette (21) orientiert und/oder die zweite Seitenfläche (32) ist mindestens stellenweise schräg zur zweiten Facette (22) orientiert.

Description

Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Projektor mit einem solchen Halbleiterlaser angegeben.
Die Druckschriften US 2014 / 0 133 504 A1 und US 2013 / 0 230 067 A1 betreffen Halbleiterlaser mit strahlungsundurchlässigen Schichten an einem Substrat. In der Druckschrift US 2016 / 0 027 959 A1 wird ein ISLE-Verfahren beschrieben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der Laserstrahlung mit einer hohen Strahlqualität emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser und durch einen Projektor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung einer Laserstrahlung.
Die Halbleiterschichtenfolge weist mindestens eine aktive Zone auf, die im Betrieb zur Erzeugung der Laserstrahlung mittels Elektrolumineszenz eingerichtet ist. Die Halbleiterschichtenfolge basiert insbesondere 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, 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 oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Besonders bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem Materialsystem Al_nIn_1-n-mGa_mN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser ein für die Laserstrahlung transparentes Substrat. Die Halbleiterschichtenfolge ist auf dem Substrat aufgebracht. Zum Beispiel ist die Halbleiterschichtenfolge ist auf dem Substrat aufgewachsen, sodass das Substrat ein Aufwachssubstrat ist. Insbesondere ist das Substrat aus GaN oder aus Saphir. Die Halbleiterschichtenfolge kann sich unmittelbar, also ohne Zwischenschicht, an dem Substrat befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine erste Facette auf, die für eine Abstrahlung der Laserstrahlung eingerichtet ist. Weiterhin weist die Halbleiterschichtenfolge eine der ersten Facette gegenüberliegende zweite Facette auf. Die zweite Facette ist entweder ebenso zu einer Abstrahlung der Laserstrahlung eingerichtet oder die zweite Facette ist zur Reflexion der Laserstrahlung eingerichtet, insbesondere als Resonatorendspiegelfläche. Die erste und/oder die zweite Facette können mit optisch wirksamen Beschichtungen versehen sein. Zum Beispiel befindet sich an der ersten Facette eine Antireflexbeschichtung und an der zweiten Facette eine hochreflektierende Beschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine erste Seitenfläche an der ersten Facette und eine zweite Seitenfläche an der zweiten Facette auf. Die erste Seitenfläche kann unmittelbar an die erste Facette angrenzen und entsprechend kann die zweite Seitenfläche unmittelbar an die zweite Facette angrenzen. Alternativ liegt zwischen der erste Seitenfläche und der ersten Facette und/oder zwischen der zweiten Seitenfläche und der zweiten Facette ein Abstand.
Seitenflächen sind insbesondere solche äußeren Begrenzungsflächen des Substrats, die in Draufsicht auf die zugehörige Facette sichtbar sind und/oder Begrenzungsflächen, deren Winkel oder mittlerer Winkel zur zugehörigen Facette höchstens 75° oder höchstens 60° oder höchstens 45° beträgt. Die Seitenflächen können Hauptflächen des Substrats sein. Eine Hauptfläche ist zum Beispiel eine der sechs größten äußeren Begrenzungsflächen des Substrats. Begrenzungsflächen des Substrats sind insbesondere durch Kanten voneinander separiert, wobei ein Winkel benachbarter Begrenzungsflächen dann bevorzugt mindestens 60° oder mindestens 80° beträgt. Mit anderen Worten ist es möglich, dass benachbarte Begrenzungsflächen des Substrats, die nur einen kleinen Winkel zueinander aufweisen, als eine gemeinsame Seitenfläche und/oder als Teilflächen der betreffenden Seitenfläche aufgefasst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Seitenfläche vollständig oder stellenweise schräg zur ersten Facette orientiert und/oder ist die zweite Seitenfläche vollständig oder stellenweise schräg zur zweiten Facette orientiert.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung einer Laserstrahlung und ein transparentes Substrat. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine erste Facette auf, die für eine Abstrahlung der Laserstrahlung eingerichtet ist, und eine der ersten Facette gegenüberliegende zweite Facette. Das Substrat weist eine erste Seitenfläche an der ersten Facette und eine zweite Seitenfläche an der zweiten Facette auf. Die erste Seitenfläche ist mindestens stellenweise schräg zur ersten Facette orientiert und/oder die zweite Seitenfläche ist mindestens stellenweise schräg zur zweiten Facette orientiert.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ist eine Unterdrückung von Substratmoden durch unterschiedlich geneigte Facetten möglich.
Neben geneigten Facetten gibt es insbesondere zwei weitere Verfahren, wie Laserstrahlung aus einem Substrat blockiert werden kann. So können lichtabsorbierende Schichten auf einer Seitenfläche die Laserstrahlung am Austreten aus dem Substrat hindern. Ferner kann im Substrat propagierende Laserstrahlung durch Absorberschichten im und/oder unter dem Substrat gedämpft werden.
Im Gegensatz hierzu werden beim hier beschriebenen Halbleiterlaser vorrangig unterschiedlich geneigte Facetten im Laserbereich und im Substratbereich genutzt, um das im Substrat geführte Licht weg von der optischen Achse zu lenken. Dabei kann die Totalreflexion der Laserstrahlung an der Halbleiter-Luft-Grenzfläche genutzt werden.
In der Regel wird die Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung von Laserfacetten gebrochen. Dabei wird eine Facette erzeugt, die sowohl den Bereich der Epitaxieschichten, also den Laserbereich, als auch das Substrat umfasst. Beim hier beschriebenen Halbleiterlaser werden die Laserfacette und die Trennung des Substrats bevorzugt in zwei getrennten Schritten erzeugt. Dabei wird nicht nur eine gemeinsame, sondern zwei verschiedene Facetten erzeugt, die unterschiedliche Normalenvektoren aufweisen. Auf diese Weise kann das unerwünschte, im Substrat propagierende Licht in eine andere Richtung gelenkt werden als das gewünschte Laserlicht. Somit sind Absorber oder Reflektoren auf der Facette oder im oder am Substrat nicht mehr notwendig. Solche Absorber oder Reflektoren können aber unterstützend zusätzlich angewendet und/oder kombiniert eingesetzt werden.
In dem hier beschriebenen Laser werden also unterschiedlich geneigte Facetten im Laserbereich und im Substratbereich genutzt, um das im Substrat geführte Licht weg von der optischen Achse zu lenken. Dabei können die Winkel in der horizontalen und/oder in der vertikalen Richtung unterschiedlich sein. Vorteilhaft wird der Winkel der Substratfacette so gewählt, dass das im Substrat geführte Licht weg von der optischen Achse gelenkt wird. Dabei kann es bei nur geringem Winkelunterschied zur Laserfacette zum Beispiel in ein Gehäuse abgelenkt werden. Zum Beispiel kann der Winkel größer oder gleich dem Totalreflexionswinkel gewählt sein, sodass die Auskopplung des Substratlichts in Richtung der optischen Achse komplett unterdrückt wird. Das abgelenkte Substratlicht kann ferner dazu benutzt werden, die Ausgangsleistung des Lasers zu monitoren, indem es auf eine Fotodiode gelenkt wird.
Der hier beschriebene Halbleiterlaser ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Strahlqualität, da das unerwünschte, im Substrat geführte Licht abgelenkt und/oder ausgeblendet wird. Dies wird im Wesentlichen durch den von der Laserfacette unterschiedlichen Winkel relativ zur Substratfacette erreicht. Die Laserfacette, also die Facette der Halbleiterschichtenfolge, kann vorteilhaft durch Facettenätzen erzeugt sein, was kostengünstig ist und ein Testen des Halbleiterlasers noch im Waferverbund ermöglicht. Die Substratfacette kann durch kostengünstige Verfahren, wie Sägen oder Stealthdicing, erzeugt werden.
Durch eine geeignete Wahl der Winkel der Seitenflächen zu den Facetten der Halbleiterschichtenfolge kann das abgelenkte Substratlicht ferner dazu genutzt werden, die Ausgangsleistung des Lasers zu monitoren, ohne dass dazu separat Laserlicht abgezweigt werden muss. Dadurch kann die Effizienz erhöht werden.
Weiterhin ist es nicht erforderlich, dass absorbierenden Schichten in wenigen µm Entfernung vom aktiven Laserstrahl benötigt werden, um die Substratmode zu vermeiden. Dadurch kann das Risiko vermieden werden, die Effizienz der Laserdiode negativ zu beeinflussen. Auch erübrigt sich ein aufwendiger Einhordeprozess und Absorberbeschichtungsprozess.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser gewinngeführt. Alternativ ist der Halbleiterlaser indexgeführt und weist dann bevorzugt einen Stegwellenleiter auf.
Im Folgenden wird zur sprachlichen Vereinfachung meist nur von Seitenfläche und zugehöriger Facette gesprochen. Dies meint jeweils entweder das Paar aus erster Facette und erster Seitenfläche oder alternativ das Paar aus zweiter Facette und zweiter Seitenfläche, dies kann aber auch beide Paare, also erste Facette und erste Seitenfläche sowie zweiter Facette und zweite Seitenfläche, bedeuten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge gesehen die Facette und die zugehörige Seitenfläche schräg zueinander. In Draufsicht bezieht sich dabei insbesondere auch auf eine senkrechte Aufsicht auf eine Oberseite des Substrats, auf der die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Mit anderen Worten weisen die Facette und die zugehörige Seitenfläche unterschiedliche horizontale Ausrichtungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen, in einem Schnitt durch die Halbleiterschichtenfolge entlang einer Resonatorlängsachse gesehen und/oder im Schnitt senkrecht zur Oberfläche gesehen, die Facette und die zugehörige Seitenfläche schräg zueinander. Die Resonatorlängsachse wird bevorzugt von der ersten und der zweiten Facette begrenzt, wobei die erste und die zweite Facette senkrecht zur Resonatorlängsachse orientiert sein können. Mit anderen Worten weisen die Facette und die zugehörige Seitenfläche unterschiedliche vertikale Ausrichtungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Winkel zwischen der mindestens einen Seitenfläche, welche schräg zur geordneten Facette orientiert ist, und der zugeordneten Facette mindestens 1° oder mindestens 2° oder mindestens 10° oder mindestens 24°. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Winkel bei höchstens 65° oder bei höchstens 45° oder bei höchstens 30°. Beispielsweise ist dieser Winkel mindestens so groß, dass an der Seitenfläche eine interne Totalreflexion erfolgt, sodass die Laserstrahlung das Substrat an der Seitenfläche nicht verlassen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, eine ebene Fläche. Das heißt, die betreffende Seitenfläche weist dann keine Knicke oder Krümmungen auf. Eine mittlere Rauheit, Ra, dieser Seitenfläche liegt dann zum Beispiel bei höchstens 1 pm oder bei höchstens 0,3 pm oder bei höchstens 0,1 pm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, parallel zu einer Kristallebene des Substrats ausgerichtet. Beispielsweise ist diese Seitenfläche durch Brechen, Spalten und/oder Ritzen erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, aus mehreren Teilflächen zusammengesetzt. Bevorzugt ist mindestens eine, sind einige oder alle der betreffenden Teilflächen ebene Flächen, also Flächen ohne Krümmung. Ein Winkel zwischen diesen Teilflächen, die durch Kanten voneinander getrennt sein können, beträgt zum Beispiel höchstens 55° oder höchstens 30° oder höchstens 15° oder höchstens 5°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine oder sind mehrere oder sind alle der Teilflächen schräg zur zugeordneten Facette orientiert. Das heißt, die betreffende Seitenfläche kann stellenweise parallel zur zugeordneten Facette ausgerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, eine gekrümmte Fläche. Es ist möglich, dass die betreffende Seitenfläche eine über diese Fläche unveränderte Krümmung aufweist oder auch eine variierende Krümmung aufzeigt. Die betreffende Seitenfläche kann entlang einer Raumrichtung, wie bei einem Zylinder, oder auch entlang zweier Raumrichtungen, wie bei einer sphärischen Fläche, gekrümmt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Anteil der mindestens einen Seitenfläche, welcher schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, mindestens 95 % oder mindestens 80 % oder mindestens 60 % oder mindestens 30 %. Der übrige Anteil der betreffenden Seitenfläche kann parallel zur zugeordneten Facette ausgerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist entweder nur die erste Seitenfläche mindestens stellenweise schräg zur ersten Facette orientiert oder nur die zweite Seitenfläche mindestens stellenweise schräg zur zweiten Facette orientiert. Das heißt, entweder die erste oder die zweite Seitenfläche ist vollständig parallel zur zugeordneten Facette ausgerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der betreffenden Facette und eines schräg hierzu orientierten Gebiets der Seitenfläche höchstens 25 pm oder höchstens 12 pm oder höchstens 6 µm. Das heißt, das schräg orientierte Gebiet befindet sich nahe an der zugeordneten Facette.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Kante bündig mit der Halbleiterschichtenfolge ab. Dies gilt insbesondere in Draufsicht gesehen auf die Halbleiterschichtenfolge und/oder in Draufsicht gesehen auf die Substrathauptseite, auf die die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Kante die Halbleiterschichtenfolge. Dies gilt insbesondere in Draufsicht gesehen auf die Halbleiterschichtenfolge und/oder in Draufsicht gesehen auf die Substrathauptseite, auf die die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Mit anderen Worten steht die Seitenfläche über die zugeordnete Facette über.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, und der Halbleiterschichtenfolge eine Stufe im Substrat vorhanden. Eine solche Stufe kann auch als Balkon bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform betragen eine Stufenhöhe und/oder eine Stufenbreite der Stufe je höchstens 20 µm oder höchstens 10 µm oder höchstens 5 pm. Alternativ oder zusätzlich betragen die Stufenhöhe und/oder die Stufenbreite der Stufe je mindestens 2 µm oder mindestens 4 pm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere Laseremitter oder ist zu mehreren Laseremittern strukturiert. Bevorzugt verfügt jeder der Laseremitter über einen eigenen Resonator. Die Laseremitter können elektrisch unabhängig voneinander betreibbar sein. Alternativ sind die Laseremitter elektrisch aneinander gekoppelt, zum Beispiel elektrisch parallel geschaltet. Die Laseremitter können einen Laserbarren bilden.
Insbesondere weist jeder der Laseremitter eine eigene erste Facette und eine eigene zweite Facette auf. Alle ersten Facetten können parallel zueinander ausgerichtet sein, ebenso wie dies für alle zweiten Facetten möglich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Laseremitter parallel zueinander auf dem Substrat angeordnet. Insbesondere sind Resonatorlängsachse der Laseremitter parallel zueinander orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enden die Laseremitter in einer gemeinsamen Ebene. Das heißt, es gibt eine Ebene und/oder eine gerade Linie, die durch alle ersten Facetten und/oder durch alle zweiten Facetten der Laseremitter verläuft. Es ist möglich, dass diese gemeinsame Ebene und/oder gerade Linie parallel zu allen ersten Facetten und/oder zu allen zweiten Facetten orientiert ist. Alternativ ist diese gemeinsame Ebene und/oder gerade Linie schräg zu allen ersten Facetten und/oder zu allen zweiten Facetten orientiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser ferner eine oder mehrere Strahlungsblockschichten. Die mindestens eine Strahlungsblockschicht ist an der ersten Seitenfläche und/oder an der zweiten Seitenfläche und/oder an einer Bodenfläche des Substrats angebracht. Die Strahlungsblockschicht ist für die Laserstrahlung reflektierend oder absorbierend gestaltet. Absorbierend bedeutet zum Beispiel, dass ein Absorptionsgrad für die Laserstrahlung mindestens 75 % oder mindestens 90 % beträgt. Reflektierend bedeutet zum Beispiel, dass ein Reflexionsgrad für die Laserstrahlung mindestens 75 % oder mindestens 90 % beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine oder mehrere Fotodioden. Die mindestens eine Fotodiode ist bevorzugt an einer Längsfläche des Substrats angebracht. Die Längsfläche ist zum Beispiel parallel oder näherungsweise parallel zur Resonatorlängsachse orientiert. Der Begriff näherungsweise bedeutet zum Beispiel eine Winkeltoleranz von höchstens 30° oder von höchstens 15° oder von höchstens 5°. Das heißt, die Längsfläche kann quer zur ersten Seitenfläche und quer zur zweiten Seitenfläche ausgerichtet sein.
Darüber hinaus wird ein Projektor angegeben. Der Projektor umfasst einen oder mehrere Halbleiterlaser, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterlasers sind daher auch für den Projektor offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der Projektor mindestens einen Halbleiterlaser und mindestens eine Optik, die dem mindestens einen Halbleiterlaser nachgeordnet ist. Bei der Optik oder bei den Optiken handelt es sich zum Beispiel um Kollimatorlinsen. Jedoch kann die mindestens eine Optik auch eine Strahlführung, wie einen beweglichen Spiegel oder eine Flüssigkristallmaske in Kombination mit einem Spiegel, umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Projektor ein Gehäuse, in dem der mindestens eine Halbleiterlaser angebracht ist. Die mindestens eine Seitenfläche, welche schräg zur zugeordneten Facette orientiert ist, ist für eine Ablenkung von im Substrat propagierender Laserstrahlung eingerichtet ist, sodass das Gehäuse als Sperre für aus dem Substrat austretende Laserstrahlung gestaltet ist. Mit anderen Worten fungiert das Gehäuse als Blende und lässt nur einen gewünschten Anteil der Laserstrahlung, der insbesondere aus der ersten Facette austritt, passieren.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebener Projektor 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 Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
2 und 3 schematische Draufsichten auf abgewandelte Halbleiterlaser,
4 und 5 eine Lichtemission eines abgewandelten Halbleiterlasers,
6 bis 9 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
10 und 11 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
12, 13 und 15 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
14 eine schematische Draufsicht auf ein Substrat für hier beschriebene Halbleiterlaser,
16 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eine Projektors mit einem hier beschriebenen Halbleiterlaser,
17 bis 19 schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern, und
20 bis 22 schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers 1 gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 umfasst ein Substrat 3 und eine Halbleiterschichtenfolge 2 zur Erzeugung einer Laserstrahlung. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist entlang einer Resonatorlängsachse R durch eine erste Facette 21 und durch eine zweite Facette 22 begrenzt. Zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich auf der Halbleiterschichtenfolge 2 und optional an einer Oberseite 30 des Substrats eine erste Elektrode 41, die insbesondere aus mindestens einem Metall und/oder transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, ist.
Bei dem Substrat 3 handelt es sich insbesondere um ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 2. In diesem Fall basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaN und das Substrat 3 ist aus GaN oder Saphir. Das Substrat 3 ist für die in der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugte Laserstrahlung transparent. Die Laserstrahlung ist beispielsweise grünes Licht oder blaues Licht, zum Beispiel mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 435 nm und von höchstens 580 nm.
Eine erste Seitenfläche 31, die der ersten Facette 21 zugeordnet ist, und eine zweite Seitenfläche 32 des Substrats 3, die der zweiten Facette 22 zugeordnet ist, sind in Draufsicht gesehen schräg zu den Facetten 21, 22 orientiert. Die Seitenflächen 31, 32 verlaufen dabei quer zu Längsflächen 34 des Substrats 3. Die Längsflächen 34 können parallel zur Resonatorlängsachse R ausgerichtet sein. Die Seitenflächen 31, 32 sind bevorzugt ebene Flächen, die gemäß 1 senkrecht zur Oberseite 30 orientiert sind.
Winkel A1, A2 zwischen den Seitenflächen 31, 32 und den zugehörigen Facetten 21, 22 sind gleich und betragen zum Beispiel zwischen einschließlich 10° und 30°. In Draufsicht gesehen weisen das Substrat 3 und die Oberseite 30 somit die Form eines Parallelogramms auf.
Optionale Antireflexbeschichtungen oder hochreflektierende Beschichtungen an den Facetten 21, 22 sowie elektrisch isolierende Schichten zu Vermeidung von Kurzschlüssen an der ersten Elektrode 41 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet.
Somit haben die Laserfacetten 21, 22 und die Seitenflächen 31, 32, auch als Substratfacetten bezeichnet, unterschiedliche Winkel bezüglich einer optischen Achse längs der Resonatorlängsachse R, sodass die Laserstrahlung im Substrat 3 in einer anderen Richtung reflektiert wird oder austritt, als die entlang der Resonatorlängsachse R in der Halbleiterschichtenfolge 2 geführte Laserstrahlung. Um dies zu erreichen, werden die Facetten 21, 22 bevorzugt durch Facettenätzen erzeugt. Die Seitenflächen 31, 32 werden zum Beispiel mittels Brechen, Sägen, Ätzen und/oder Lasertrennen, wie Stealth Dicing oder selektives Laserätzen, kurz ISLE, erzeugt. Beim Stealth Dicing werden mittels eines fokussierten Trennlasers innerhalb des Substrats Bruchkeime erzeugt; im Unterschied zu einem Laserritzverfahren, bei dem ein Materialabtrag durch den Trennlaser erfolgt, werden also beim Stealth Dicing lediglich Bruchkeime im Material des Wafers durch den Trennlaser induziert.
In den 2 und 3 sind abgewandelte Halbleiterlaser 9 dargestellt. Bei diesen abgewandelten Halbleiterlasern 9 sind die Facetten 21, 22 und die Seitenflächen 31, 32 parallel zueinander ausgerichtet. Bei solchen abgewandelten Halbleiterlasern 9 mit transparentem Substrat 3 kann Laserstrahlung aus einem Wellenleiter der Halbleiterschichtenfolg 2 in das Substrat 3 koppeln und dort propagieren. Diese sogenannte Substratmode ist als Störung im optischen Fernfeld sichtbar, was zu Abbildungsfehlern führen kann.
In 4 ist eine Darstellung einer Seitenfläche 21 im Betrieb eines solchen abgewandelten Halbleiterlasers 9 dargestellt und in 5 eine mit einem solchen abgewandelten Halbleiterlaser 9 abgerasterte Projektionsfläche 12. Wie in 4 zu erkennen ist, tritt insbesondere bei InGaN-Lasern neben der Emission aus dem Laserresonator auch Laserstrahlung L aus dem Substrat 3 aus. Der Bereich, aus dem die Substratmoden emittiert werden, ist wesentlich größer als eine Ausdehnung einer Hauptmode in der Halbleiterschichtenfolge 2. Zudem findet eine Emission der Substratmoden unter großen Abstrahlwinkeln statt.
Bei Laser-Projektionsanwendungen muss die Laserstrahlung L auf eine möglichst kleine Fläche fokussiert werden. Diese Fläche wird durch das Substratlicht drastisch vergrößert, was insbesondere bei Laser-Projektionsanwendungen zu Bildfehlern führt. In der Anwendung entsteht ein störendes Halo 122 um das eigentliche Bild 121 herum, siehe 5.
Bei den hier beschrieben Halbleiterlasern 1 dagegen haben die Laserfacette 21, 22 und die zugehörige Substratfacette 31, 32 dagegen vertikal und/oder horizontal unterschiedliche Winkel bezüglich der optischen Achse. Das heißt, ein Normalenvektor auf der Laserfacette 21, 22 ist verschieden von dem auf der zugeordneten Substratfacette 31, 32. Hierdurch lassen sich solche Halos 122 verhindern und es lässt sich eine hochqualitative Abstrahlung der Laserstrahlung L erreichen.
Die Laserfacette 21, 22 und die Substratfacette 31, 32 können jede für sich entweder geätzt oder gebrochen werden. Die Substratfacette 21, 22 kann darüber hinaus auch zum Beispiel durch Stealth Dicing, Lasertrennen oder Sägen hergestellt werden, wobei beliebige Kombinationen für die Herstellung der Facetten 21, 22, 31, 32 denkbar sind. Die erste Facette 21 und die zweite Facette 22 des Halbleiterlasers 1 und die erste und zweite Seitenfläche 31, 32 des Substrats 3 können jeweils mit gleichen oder mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt sein.
In den 6 bis 11 sind weitere Ausführungsbeispiele von Halbleiterlasern 1 gezeigt, bei denen zumindest eine der Seitenflächen 31, 32 in einem Schnitt senkrecht zur Oberseite 30 gesehen schräg zur zugeordneten Facette 21, 22 orientiert ist. Dies kann auch als eine vertikale Neigung der Seitenflächen 31, 32 gegenüber der zugeordneten Facette 21, 22 bezeichnet werden. Demgegenüber sind die Seitenflächen 31, 32 gegenüber der zugeordneten Facette 21, 22 gemäß 1 horizontal geneigt, also in Draufsicht auf die Oberseite 30 gesehen.
Gemäß der 6 und 7 sind die Seitenflächen 31, 32 ebene Flächen senkrecht zur Zeichenebene und das Substrat 3 ist im Querschnitt gesehen ein symmetrisches Trapez, kann aber auch als asymmetrisches Trapez geformt sein. Die Resonatorlängsachse R ist parallel zur Oberseite 30 und parallel zu einer Bodenfläche 33 orientiert. An der Bodenfläche 33 des Substrats 3 befindet sich eine zweite Elektrode 42, im Falle eines elektrisch leitfähigen Substrats 3, wie einem GaN-Substrat. Eine elektrische Isolierung zwischen der ersten Elektrode 41 und dem Substrat 3 ist nicht gezeichnet. Alternativ kann sich die zweite Elektrode 42 auch an der Oberseite 30 befinden, falls das Substrat 3 elektrisch isolierend ist, etwa im Falle eines Saphir-Substrats.
In 6 ist gezeigt, dass die Facetten 21, 22 gegenüber den Seitenflächen 31, 32 zurückversetzt sind. Das heißt, das Substrat 3 steht in Verlängerung der Resonatorlängsachse R über die Halbleiterschichtenfolge 2 über. Demgegenüber schließen das Substrat 3 und die Halbleiterschichtenfolge 2 gemäß 7 bündig miteinander ab.
In den 8 und 9 ist illustriert, dass die Seitenflächen 31, 32 je aus zwei Teilflächen 38, 39 zusammengesetzt sind. Dabei sind die Teilflächen 38 parallel zu den Facetten 21, 22 orientiert und die Teilflächen 39 sind schräg zu den Facetten 21, 22 ausgerichtet, wobei die Teilflächen 38, 39 durch eine Kante voneinander getrennt sein können. Die parallel zu den Facetten 21, 22 ausgerichteten Teilflächen 38 befinden sich dabei näher an der Halbleiterschichtenfolge 2 als die schräg orientierten Teilflächen 39, die bis zur Bodenfläche 33 reichen können.
Eine Ausdehnung der parallelen Teilflächen 38 in Richtung senkrecht zur Oberseite 30 beträgt bevorzugt höchstens 30 pm oder höchstens 10 pm oder höchstens 5 µm. Zum Beispiel liegt eine Gesamtdicke des Substrats 3 zwischen einschließlich 50 pm und 200 µm. In Draufsicht auf die Facetten 21, 22 gesehen erscheint eine Fläche der schräg orientierten Teilflächen 31, 32 bevorzugt mindestens 30 % oder mindestens 60 % oder mindestens 90 % so groß wie eine unter diesem Blickwinkel sich ergebende Gesamtfläche der jeweils zugehörigen Seitenfläche 31, 32.
Die Teilflächen 38, 39 lassen sich zum Beispiel mittels eines keilförmigen und optional zusätzlich gestuften Sägeblatts herstellen.
In 8 ist analog zur 6 gezeigt, dass die Facetten 21, 22 gegenüber den Seitenflächen 31, 32 zurückversetzt sind. Demgegenüber schließen das Substrat 3 und die Halbleiterschichtenfolge 2 gemäß 9, analog zur 7, bündig miteinander ab.
Anders als dargestellt, können in den 6 bis 9 auch die Facetten 21, 22 in Teilflächen unterteilt sein, insbesondere in gleicher Weise wie die Seitenflächen 31, 32.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 5 in gleicher Weise für die 6 bis 9, und umgekehrt.
Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist das Substrat 3 im Schnitt senkrecht zur Oberseite 30 gesehen als Parallelogramm geformt. Solche schrägen Seitenflächen 31, 32 können zum Beispiel durch Brechen von Substraten mit einem sogenannten Offcut oder mittels semipolarer Substrate erzeugt werden. Offcut bedeutet, dass eine Kristallebene der Seitenflächen 31, 32 schräg zu den Facetten 21, 22 ausgerichtet ist.
Gemäß 11 ist nur eine der Seitenflächen 31 schräg zur zugeordneten Facette 21 orientiert. Die Flächen 22, 32 sind parallel zueinander ausgerichtet. Dies kann in gleicher Weise für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten, insbesondere für die Halbleiterlaser der 6 bis 10 mit vertikal unterschiedlichen Neigungen.
In gleicher Weise kann bei horizontal unterschiedlichen Neigungen nur eine der Seitenflächen 31 schräg ausgerichtet sein, siehe 12.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 10 in gleicher Weise für die 11 und 12, und umgekehrt.
Analog zu den 6 bis 9 für vertikal unterteilte Seitenflächen 31, 32 ist in 13 gezeigt, dass die Seitenflächen 31, 32 horizontal unterteilt sind, also in Draufsicht auf die Oberseite 30 gesehen. Gleiches gilt für die Facetten 21, 22.
Längs der Resonatorlängsachse R einander gegenüberliegende Gebiete der Seitenflächen 31, 32 können somit schräg zueinander, und nicht nur schräg zur Facette 21, ausgerichtet sein. Dabei kann das Substrat 3 in Draufsicht auf die Oberseite 30 gesehen punktsymmetrisch geformt sein. In Draufsicht auf die erste Facette 21 gesehen können die Teilflächen 38, 39 gleich groß erscheinen.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 12 in gleicher Weise für 13, und umgekehrt.
In 14 ist eine Reflexion der Laserstrahlung L an der Seitenfläche 31 detaillierter gezeichnet. Das Licht L trifft unter dem Winkel A1 bezüglich eines Lots auf die Seitenfläche 31.
Bevorzugt wird für die Substratfacetten 31, 32 ein Winkel A1, A2 gewählt, welcher größer oder gleich einem Totalreflexionswinkel Atr = arcsin (1/n) ist, wobei n der Brechungsindex des Substrats 3 für die Laserstrahlung L ist. Für GaN gilt: Atr - 24°.
Wird A1, A2 zum Beispiel zu 45° oder zu ungefähr 45° gewählt, wie in 14 beispielhaft gezeigt, so kann das im Substrat 3 geführte Licht L an der Längsfläche 34 des Halbleiterlasers 1 emittiert werden. Dort kann eine Fotodiode 8 zur Kontrolle einer Ausgangsleistung der Laserstrahlung L platziert werden, siehe 15. Der Halbleiterlaser 1 der 15 entspricht dabei dem der 1, wobei in gleicher Weise die Halbleiterlaser 1 der anderen Ausführungsbeispiele mit einer oder mit mehreren Fotodioden 8 ausgestattet werden können. Bei den Halbleiterlasern der 6 bis 11 könnte eine solche Fotodiode 8 dann auch an der Bodenfläche 33 platziert sein.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 13 in gleicher Weise für die 14 und 15, und umgekehrt.
In 16 ist ein Projektor 10 illustriert, der zumindest einen Halbleiterlaser 1 nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele umfasst, etwa den Halbleiterlaser der 1. Ferner umfasst der Projektor 10 eine Optik 11 zur Formung der Laserstrahlung L und ein Gehäuse 13, wie ein TO-Gehäuse. Anders als dargestellt, kann die Optik 11 auch eine Öffnung in dem Gehäuse 13 verschließen.
Die im Substrat 3 geführte Laserstrahlung L wird durch die Seitenflächen 31, 32 so abgelenkt, dass sie nicht auf die Optik 11, sondern auf das lichtundurchlässige Gehäuse 13 trifft und damit das Gehäuse 13 nicht verlässt. Der Winkel A1, A2 ist in diesem Fall bevorzugt kleiner als der Totalreflexionswinkel.
In 16 ist stark vereinfachend nur ein Halbleiterlaser 1 gezeigt. Insbesondere sind jedoch Halbleiterlaser 1 zur Erzeugung von blauem, grünem und rotem Licht vorhanden, wobei bevorzugt die Halbleiterlaser 1 für blaues und grünes Licht mit zumindest einer schräg orientierten Seitenfläche 31, 32 ausgestattet sind. Die Optik 11 kann dann auch einen beweglichen Spiegel und/oder eine Flüssigkristallmaske zur Strahlführung umfassen, nicht gezeichnet.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 15 in gleicher Weise für 16, und umgekehrt.
Die Seitenflächen 31, 32 des Halbleiterlasers 1 der 17 sind in mindestens drei der schrägen Teilflächen 39 unterteilt. Die Teilflächen 39 weisen in Richtung hin zur Bodenfläche 33 zunehmend kleinere Winkel relativ zur Oberseite 30 auf.
In 18 ist gezeigt, dass die Seitenflächen 31, 32 nicht durch gerade Flächen oder Teilflächen gebildet zu sein brauchen, sondern auch gekrümmte Flächen sein können. In 18 wird dabei die Gestalt des Substrats 3, wie in 17 dargestellt, angenähert.
Eine solche Gestaltung zumindest einer der Seitenflächen 31, 32 gemäß der 17 oder 18 kann auch für horizontal geneigte Seitenflächen 31, 32 herangezogen werden, ähnlich wie in 13.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 16 in gleicher Weise für die 17 und 18, und umgekehrt.
Im Ausführungsbeispiel der 19 ist zu sehen, dass gekrümmte Teilflächen 39 mit ebenen Teilflächen 38 kombiniert werden können, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich. Die gekrümmten Teilflächen 39 befinden sich dabei bevorzugt näher an der Oberseite 30 als die parallel zu den Facetten 21, 22 orientierten Teilflächen 38.
Weiterhin ist in 19 zu erkennen, dass das Substrat 3 optional an zumindest einer der Facetten 21, 22 oder an jeder der Facetten 21, 22 eine Stufe 5 aufweist. An den Stufen 5 schließen das Substrat 3 und die Halbleiterschichtenfolge 2 bündig miteinander ab. Die Stufen 5 werden zum Beispiel bei einem Ätzen, wie ein Trockenätzen, der Facetten 21, 22 erzeugt. Das heißt, bei diesem Ätzen kann in das Substrat 3 hineingeätzt werden. Durch die Stufen 5 sind die Seitenflächen 31, 32 beabstandet zu den Facetten 21, 22 angeordnet.
Eine Stufenhöhe H der Stufen 5 ist bevorzugt klein und liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 1 pm und 7 pm oder zwischen einschließlich 1 pm und 5 µm. Eine Stufenbreite B in Richtung parallel zur Oberseite 30 ist bevorzugt ebenso klein und liegt zum Beispiel auch zwischen einschließlich 1 pm und 7 pm oder zwischen einschließlich 1 pm und 5 µm.
Solche Stufen 5 sind bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, in denen die Facetten 21, 22 nicht bündig mit den Seitenflächen 31, 32 abschließen, vorhanden.
Schließlich ist in 19 gezeigt, dass optional zumindest eine Strahlungsblockschicht 7 an dem Substrat 3 vorhanden ist. Die Strahlungsblockschicht 7 bedeckt zum Beispiel die Seitenflächen 31, 32 teilweise, kann die Seitenflächen 31, 32 aber anders als gezeichnet auch vollständig bedecken. Ebenso ist es möglich, dass Strahlungsblockschicht 7 die Bodenfläche 33 oder auch die Stufen teilweise oder vollständig bedeckt.
Eine oder mehrerer solcher reflektierender oder absorbierender Strahlungsblockschichten 7 können genauso in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 18 in gleicher Weise für 19, und umgekehrt.
Der Halbleiterlaser 1 der 20 weist mehrere Laseremitter 6 auf, wobei jeder der Laseremitter 6 einen Resonator mit einer der Resonatorlängsachsen R auweist und die Resonatorlängsachsen R bevorzugt parallel zueinander orientiert sind. Dabei ist es möglich, dass alle ersten Facetten 21 und alle zweiten Facetten 22 jeweils auf einer geraden Linie liegen, in Draufsicht auf die Oberseite 30 des gemeinsamen Substrats 3 gesehen. Allen Laseremittern 6 sind damit gemeinsamen und ebenen Seitenflächen 31, 32 zugeordnet. Das Substrat 3 ist insbesondere als Parallelogramm geformt.
Außerdem ist in 20 veranschaulicht, dass zumindest eine der Längsflächen 34 stellenweise oder ganzflächig mit einer Aufrauung 63 versehen sein kann, zum Beispiel durch Sägen, Lasertrennen und/oder Stealth Dicing. Dadurch wird das Licht seitlich effizient ausgekoppelt und es wird verhindert, dass sich Mehrfachreflexionen oder Ringmoden im Substrat 3 bilden. Eine solche Aufrauung 63 an zumindest einer der Längsflächen 34 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 bis 19 in gleicher Weise für 20, und umgekehrt.
Beim Halbleiterlaser 1 der 21 befindet sich als Option zwischen benachbarten Laseremittern 6 in dem Substrat 3 an der Oberseite 30 jeweils ein Graben 61. Die Gräben 61 können teilweise oder vollständig mit einem für die Laserstrahlung L undurchdringlichen Blockiermaterial 62 gefüllt sein.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 20 in gleicher Weise für 21, und umgekehrt.
Gemäß 22 sind die zweiten Facetten 32 der Laseremitter 6 jeweils parallel zur zugeordneten zweiten Seitenfläche 32 angeordnet, wobei alle Laseremitter 6 gleich lang sein können. Die ersten Facetten 21 sind jeweils schräg zur ersten Seitenfläche 31 orientiert. Dabei liegen die ersten Facetten 21 bevorzugt alle vollständig in einer gemeinsamen Ebene. Damit lässt sich eine optische Handhabung der Laserstrahlung aus den Laseremittern 6 vereinfachen.
Die erste Seitenfläche 31 ist in Draufsicht auf die Oberseite 30 gesehen zum Beispiel sägezahnförmig geformt. Ein Winkel zwischen der ersten Seitenfläche 31 und den ersten Facetten 21 kann für alle ersten Facetten 21 gleich sein.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 20 und 21 in gleicher Weise für 22, und umgekehrt.
Die obigen Ausführungen zu den Einzelemittern gelten somit bevorzugt auch für Mehrfachemitter und/oder Arrays von Laseremittern 6. Dabei können die verschiedenen Laseremitter 6 den gleichen Laserfacettenwinkel und/oder Substratfacettenwinkel haben, oder auch zumindest teilweise unterschiedliche Winkel aufweisen. Die Ausführungsbeispiele der 20 bis 22 weisen je nur horizontal geneigte Seitenflächen 21, 22 auf; in gleicher Weise können aber auch vertikal geneigte Seitenflächen 21, 22, etwa wie in den 6 bis 11 illustriert, herangezogen werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Seitenflächen 31, 32 jeweils entweder in vertikaler oder in horizontaler Richtung gegenüber den Facetten 21, 22 geneigt. Genauso ist es möglich, dass eine Neigung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung vorliegt. So kann zum Beispiel das Ausführungsbeispiel der 1 mit den Ausführungsbeispielen der 6 bis 10 kombiniert sein.
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: Halbleiterlaser
2: Halbleiterschichtenfolge
21: erste Facette
22: zweite Facette
3: Substrat
30: Oberseite
31: erste Seitenfläche
32: zweite Seitenfläche
33: Bodenfläche
34: Längsfläche
38: parallel angeordnete Teilfläche
39: schräg angeordnete Teilfläche
41: erste Elektrode
42: zweite Elektrode
5: Stufe
6: Laseremitter
61: Graben
62: Blockiermaterial
63: Aufrauung
7: Strahlungsblockschicht
8: Fotodiode
9: abgewandelter Halbleiterlaser
10: Projektor
11: Optik
12: Projektionsfläche
121: Hauptfeld
122: Halo
13: Gehäuse
A1: Winkel erste Seitenfläche - erste Facette
A2: Winkel zweite Seitenfläche - zweite Facette
B: Stufenbreite
H: Stufenhöhe
L: Laserstrahlung
R: Resonatorlängsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20140133504 A1 [0002]
US 20130230067 A1 [0002]
US 20160027959 A1 [0002]

Claims

Halbleiterlaser (1) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung einer Laserstrahlung (L), und - einem für die Laserstrahlung (L) transparenten Substrat (3), auf dem die Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht ist, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (2) eine erste Facette (21) aufweist, die für eine Abstrahlung der Laserstrahlung (L) eingerichtet ist, und eine der ersten Facette (21) gegenüberliegende zweite Facette (22), - das Substrat (3) eine erste Seitenfläche (31) an der ersten Facette (21) und eine zweite Seitenfläche (32) an der zweiten Facette (22) aufweist, und - die erste Seitenfläche (31) mindestens stellenweise schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist und/oder die zweite Seitenfläche (32) mindestens stellenweise schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge (2) gesehen die erste Facette (21) und die erste Seitenfläche (31) und/oder die zweite Facette (22) und die zweite Seitenfläche (32) schräg zueinander verlaufen.
Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1, bei dem in einem Schnitt durch die Halbleiterschichtenfolge (2) entlang einer Resonatorlängsachse (R) gesehen die erste Facette (21) und die erste Seitenfläche (31) und/oder die zweite Facette (22) und die zweite Seitenfläche (32) schräg zueinander verlaufen.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Winkel (A1) zwischen der ersten Seitenfläche (31) und der ersten Facette (21) und/oder ein Winkel (A2) zwischen der zweiten Seitenfläche (22) und der zweiten Facette (22) mindestens 2° und höchstens 65° beträgt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, eine ebene Fläche ist.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, parallel zu einer Kristallebene des Substrats (2) ausgerichtet und durch Brechen erzeugt ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, aus mehreren ebenen Teilflächen (39) zusammengesetzt ist, wobei die Teilflächen (39) durch Kanten voneinander getrennt sind und mindestens eine der Teilflächen (39) schräg zur zugeordneten Facette (21, 22) orientiert ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, eine gekrümmte Fläche ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Anteil der ersten Seitenfläche (31), welcher schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder ein Anteil der zweiten Seitenfläche (32), welcher schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, mindestens 60 % beträgt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem entweder nur die erste Seitenfläche (31) mindestens stellenweise schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist oder nur die zweite Seitenfläche (32) mindestens stellenweise schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand zwischen der ersten Facette (21) und eines schräg hierzu orientierten Gebiets der ersten Seitenfläche (31) und/oder ein Abstand zwischen der zweiten Facette (22) und eines schräg hierzu orientierten Gebiets der zweiten Seitenfläche (32) höchstens 12 pm beträgt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge (2) gesehen die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) zugewandten Kante bündig mit der Halbleiterschichtenfolge (2) abschließt.
Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge (2) gesehen die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, die Halbleiterschichtenfolge (2) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) zugewandten Kante überragt.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zwischen der ersten Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder der zweiten Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, und der Halbleiterschichtenfolge (2) eine Stufe (5) im Substrat (3) vorhanden ist, wobei eine Stufenhöhe (H) und eine Stufenbreite (B) der Stufe (5) je höchstens 10 pm betragen.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) mehrere Laseremitter (6) umfasst oder zu mehreren Laseremittern (6) strukturiert ist, wobei die Laseremitter (6) parallel zueinander auf dem Substrat (3) angeordnet sind.
Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Laseremitter (6) in einer gemeinsamen Ebene enden.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Strahlungsblockschicht (7), die an der ersten Seitenfläche (31) und/oder an der zweiten Seitenfläche (32) und/oder an einer Bodenfläche (33) des Substrats (3) angebracht ist, wobei die Strahlungsblockschicht (7) für die Laserstrahlung (L) reflektierend oder absorbierend gestaltet ist.
Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Fotodiode (8), die an einer Längsfläche (34) des Substrats (3) angebracht ist, wobei die Längsfläche (34) quer zur ersten Seitenfläche (31) und quer zur zweiten Seitenfläche (32) ausgerichtet ist.
Projektor (10) mit mindestens einem Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Optik (11), die dem mindestens einen Halbleiterlaser (1) nachgeordnet ist.
Projektor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend ein Gehäuse (13), in dem der mindestens eine Halbleiterlaser (1) angebracht ist, wobei die erste Seitenfläche (31), wenn diese schräg zur ersten Facette (21) orientiert ist, und/oder die zweite Seitenfläche (32), wenn diese schräg zur zweiten Facette (22) orientiert ist, für eine Ablenkung von im Substrat (3) propagierender Laserstrahlung (L) eingerichtet ist, und wobei das Gehäuse (13) als Sperre für aus dem Substrat (3) austretende Laserstrahlung (L) gestaltet ist.