DE112020003385T5 - Method, system and apparatus for higher-order mode suppression - Google Patents

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Abstract

Eine Laserdiode enthält einen transversalen Wellenleiter, der orthogonal zu einem lateralen Wellenleiter ist, der eine aktive Schicht zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht und einer p-Typ-Wellenleiterschicht enthält, wobei der transversale Wellenleiter durch eine n-Typ-Mantelschicht auf einer n-Seite und eine p-Typ-Mantelschicht auf einer p-Seite begrenzt ist, und einen lateralen Wellenleiter, der in der longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch eine hochreflektierend (HR) beschichtete Facette und an einem zweiten Ende durch eine teilreflektierend (PR) beschichtete Facette begrenzt ist, wobei der laterale Wellenleiter ferner eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) enthält, die unter dem p-Mantel innerhalb des lateralen Wellenleiters oder auf einer oder auf beiden Seiten des lateralen Wellenleiters oder einer Kombination davon angeordnet ist, wobei sich die HOMSL in einer longitudinalen Richtung ausgehend von der HR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist.A laser diode includes a transverse waveguide orthogonal to a lateral waveguide containing an active layer sandwiched between an n-type waveguide layer and a p-type waveguide layer, the transverse waveguide being separated by an n-type cladding layer on an n- side and a p-type cladding layer on a p-side, and a lateral waveguide which is bounded in the longitudinal direction at a first end by a highly reflective (HR) coated facet and at a second end by a partially reflective (PR) coated facet, the lateral waveguide further including an embedded higher order mode suppression layer (HOMSL) disposed under the p-cladding within the lateral waveguide, or on one or both sides of the lateral waveguide, or a combination thereof is, where the HOMSL extends in a longitudinal direction from the HR facet üb it extends a length that is less than the distance between the HR facet and the PR facet.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION

Diese Anmeldung nimmt die vorläufige US-Patenanmeldung Nr. 62/885,946 in Anspruch, eingereicht am 13. August 2019.This application claims U.S. Provisional Patent Application No. 62/885,946, filed August 13, 2019.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die hier offenbarte Technologie bezieht sich auf Diodenlaser, insbesondere auf Verfahren, Systeme und Einrichtungen zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung in Diodenlasern.The technology disclosed herein relates to diode lasers, and more particularly to methods, systems and apparatus for higher order mode suppression in diode lasers.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Laser sind lichtimitierende Vorrichtungen. Lichtemission in einem Laser ist das Ergebnis einer optischen Verstärkung durch stimulierte Emission elektromagnetischer Strahlung. Einige Laser emittieren räumlich und zeitlich kohärentes Licht, das es den Lasern ermöglicht, Licht in einer schmalen Lichtbandbreite zu emittieren, das über große Entfernungen eng fokussiert werden kann. Es gibt eine breite Vielfalt an Lasern, z. B. Beispiel Gaslaser, chemische Laser, Farbstofflaser, Metalldampflaser, Festkörperlaser und Halbleiterlaser. Laserdioden sind elektrisch gepumpte Halbleiterlaser, in denen eine aktive Schicht aus einem p-n-Übergang einer Halbleiterdiode gebildet ist. Laserdioden enthalten typischerweise eine aktive Schicht, die zwischen einer p-Typ-Schicht aus Halbleitermaterial und einer n-Typ-Schicht aus Halbleitermaterial angeordnet ist. Viele Laserdioden werden auf einem Halbleitersubstrat gefertigt, wie etwa Galliumarsenid, das mit Elementen wie Aluminium, Silizium, Zink, Kohlenstoff oder Selen dotiert ist, um die n- und p-Typ-Halbleiterschichten herzustellen. Die aktive Schicht ist typischerweise undotiertes Galliumindiumarsenid und kann nur wenige Nanometer dick sein.Lasers are light-emitting devices. Light emission in a laser is the result of optical amplification by stimulated emission of electromagnetic radiation. Some lasers emit spatially and temporally coherent light, which allows the lasers to emit light in a narrow bandwidth of light that can be tightly focused over long distances. There is a wide variety of lasers, e.g. B. Example gas lasers, chemical lasers, dye lasers, metal vapor lasers, solid state lasers and semiconductor lasers. Laser diodes are electrically pumped semiconductor lasers in which an active layer is formed from a p-n junction of a semiconductor diode. Laser diodes typically include an active layer sandwiched between a p-type layer of semiconductor material and an n-type layer of semiconductor material. Many laser diodes are fabricated on a semiconductor substrate, such as gallium arsenide, doped with elements such as aluminum, silicon, zinc, carbon, or selenium to create the n- and p-type semiconductor layers. The active layer is typically undoped gallium indium arsenide and can be only a few nanometers thick.

Laserdioden werden durch Aufwachsen mehrerer Schichten aus Halbleitermaterialien auf einem geeigneten Substrat mit einer Gitterkonstanten hergestellt, welche die Wahl von Materialien zur Erzeugung der gewünschten Emissionswellenlängen erlaubt. Eine typische Laserdiode enthält n-Typ-Schichten, p-Typ-Schichten und dazwischen eine undotierte aktive Schicht, so dass, wenn die Diode vorgespannt ist, Elektronen und Löcher in der Schicht der aktiven Region rekombinieren, um Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht (Quantentöpfe, Quantendrähte oder Quantenpunkte, Typ-II-Quantentöpfe) befinden sich in einer Wellenleiterschicht, die einen höheren Brechungsindex als die umgebende p- und n-dotierten Mantelschichten aufweist. Licht, das von der aktiven Schicht erzeugt wird, ist in der Ebene des Wellenleiters eingegrenzt.Laser diodes are fabricated by growing multiple layers of semiconductor materials on a suitable substrate with a lattice constant that allows the choice of materials to produce the desired emission wavelengths. A typical laser diode contains n-type layers, p-type layers and an undoped active layer in between such that when the diode is biased, electrons and holes in the active region layer recombine to produce light. The active layer (quantum wells, quantum wires or quantum dots, type II quantum wells) are in a waveguide layer that has a higher refractive index than the surrounding p- and n-doped cladding layers. Light generated by the active layer is confined in the plane of the waveguide.

Eine herkömmliche kantenemittierende Fabry-Perot-Breitstreifenlaserdiode ist als rechteckige verstärkungs- oder indexgeführte Halbleiterstruktur ausgeführt. Die gegenüberliegende Endfacetten des Wellenleiters definieren hoch- und teilreflektierende Elemente, um eine Rückkopplung für die Lichtoszillation innerhalb des Resonators bereitzustellen. Die mehrschichtige Laserdiodenstruktur erstreckt sich über die Länge des Lasers und hat eine große Breite für die elektrische Injektion, die sich bis zu den gegenüberliegenden Seitenflächen erstreckt, die sich ebenfalls über die Länge des Lasers erstrecken. Die mehrschichtigen Halleitermaterialien sind typischerweise so ausgeführt, dass der Laser in einer einzigen Mode entlang der Wachstumsrichtung des Lasers arbeitet, und diese Richtung ist als die Richtung der schnellen Achse definiert. Da eine Halbleiterlaser entlang der Richtung der schnellen Achse in einer einzigen Mode arbeitet, kann die Helligkeit einer Laserdiode in dieser Richtung nicht weiter verbessert werden; sie ist sozusagen beugungsbegrenzt. Der Abstand zwischen der oberen und der unteren Fläche der mehrschichtigen Halbleiterlaserstruktur bildet somit die kleinere Abmessung der Endfacetten, d. h. die Dicke des Streifens, die typischerweise in der Größenordnung von Mikrometern liegt. Andererseits bildet die Breite der mehrschichtige Laserstruktur die größere Abmessung der Endfacetten, d. h. die Streifenbreite, die typischerweise in der Größenordnung von vielen zehn Mikrometern bis hunderte Mikrometer liegt. Dies wird als die „langsame Achse“ bezeichnet. Da die Streifenbreite viel größer ist als die Lichtwellenlänge, ist die laterale Eigenschaft eines längs der optischen Achse des Wellenleiters propagierenden optischen Feldes längs der breiteren Streifenabmessung hoch Multimodal, und die entsprechende Achse wird als langsame Achse beschrieben, da der Divergenzwinkel viel kleiner als der auf die schnelle Achse bezogene Divergenzwinkel ist.A conventional broad area edge-emitting Fabry-Perot laser diode is implemented as a rectangular gain- or index-guided semiconductor structure. The opposing end facets of the waveguide define highly and partially reflective elements to provide feedback for light oscillation within the resonator. The multi-layer laser diode structure extends the length of the laser and has a large width for electrical injection that extends to opposite side surfaces that also extend the length of the laser. The multilayer semiconductor materials are typically designed so that the laser operates in a single mode along the growth direction of the laser, and this direction is defined as the fast axis direction. Since a semiconductor laser operates in a single mode along the fast axis direction, the brightness of a laser diode in this direction cannot be further improved; it is diffraction limited, so to speak. The spacing between the top and bottom surfaces of the multilayer semiconductor laser structure thus constitutes the minor dimension of the end facets, i. H. the thickness of the strip, which is typically of the order of microns. On the other hand, the width of the multilayer laser structure constitutes the major dimension of the end facets, i. H. the stripe width, which is typically on the order of tens of microns to hundreds of microns. This is referred to as the "slow axis". Because the stripe width is much larger than the light wavelength, the lateral property of an optical field propagating along the optical axis of the waveguide is highly multimodal along the wider stripe dimension, and the corresponding axis is described as the slow axis because the divergence angle is much smaller than that on the fast axis related divergence angle is.

„Multimode-Laserdioden“ oder „Breitstreifenlaser“ (BALs) werden in Hochleistungsanwendungen verwendet. BALs weisen mehrere Moden in der langsamen Achse auf, so dass ihr auf die langsame Achse bezogenes Strahlparameterprodukt (BPP) höher ist als das von Einmoden-Laserdioden. Da sie mit höheren Strömen betrieben werden, wird außerdem die thermische Linsenwirkung ausgeprägter, was ein höheres Indexkontrastprofil in der lateralen Richtung verursacht, wodurch eine größere Zahl an lateralen Moden untergebracht wird. Die Aufweitung des lateralen Divergenzwinkels führt zu einer Verschlechterung des lateralen BPP und der Helligkeit (Leistung: BPP) und gleichzeitig zu einer Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Helligkeit. Dies bedeutet, dass die auf die langsame Achse bezogene Helligkeit abnimmt, obgleich die Leistung typischerweise mit höherem Strom ansteigt. Die Helligkeit kann in BALs verbessert werden, indem die Emitterbreite verringert wird; jedoch liegt der Strom, bei dem die maximale Helligkeit auftritt, auch bei immer niedrigeren Stromwerten. Somit fällt die maximale Ausgangsleistung bei der Maximalhelligkeit ab."Multimode Laser Diodes" or "Broad Area Lasers" (BALs) are used in high power applications. BALs have multiple slow-axis modes, so their slow-axis beam parameter product (BPP) is higher than that of single-mode laser diodes. In addition, as they operate at higher currents, the thermal lensing effect becomes more pronounced, resulting in higher index contrast profile in the lateral direction, accommodating a larger number of lateral modes. The widening of the lateral divergence angle leads to a degradation of the lateral BPP and brightness (power: BPP) and at the same time a reduction of the brightness related to the slow axis. This means that the brightness related to the slow axis decreases, although the power typically increases with higher current. Brightness can be improved in BALs by reducing the emitter width; however, the current at which maximum brightness occurs is also at lower and lower current values. Thus, the maximum output power drops at maximum brightness.

Für leistungsskalierende Anwendungen und zur Verringerung der Kosten pro Watt bei der Fertigung von Diodenlasern ist eine höhere Helligkeit bei einer höheren Ausgangsleistung je Emitter wünschenswert.Higher brightness at higher output power per emitter is desirable for power scaling applications and to reduce cost per watt in manufacturing diode lasers.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Offenbart sind Verfahren, Systeme und Einrichtungen zur Verringerung der Größe des Brechungsindexkontrastes eines lateralen Wellenleiters während des Betriebs einer Laserdiode. Dies kann eine Laserdiode mit einem transversalen Wellenleiter einschließen, der orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter ist, der eine aktive Schicht zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht und einer p-Typ-Wellenleiterschicht enthält, wobei der transversale Wellenleiter durch eine n-Typ-Mantelschicht auf einer n-Seite und eine p-Typ-Mantelschicht auf einer p-Seite begrenzt ist und ein lateraler Wellenleiter in einer longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch eine hochreflektierend (HR) beschichtete Facette und an einem zweiten Ende durch eine teilreflektierend (PR) beschichtete Facette begrenzt ist, wobei der laterale Wellenleiter ferner eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) enthält, die innerhalb des lateralen Wellenleiters unter dem p-Mantel oder auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters oder einer Kombination davon angeordnet ist, wobei sich die HOMSL in longitudinaler Richtung von der HR-Facette aus über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist.Disclosed are methods, systems and apparatus for reducing the magnitude of the refractive index contrast of a lateral waveguide during operation of a laser diode. This may include a laser diode with a transverse waveguide orthogonal to the lateral waveguide containing an active layer between an n-type waveguide layer and a p-type waveguide layer, the transverse waveguide being covered by an n-type cladding layer an n-side and a p-type cladding layer on a p-side, and a lateral waveguide in a longitudinal direction bounded at a first end by a highly reflective (HR) coated facet and at a second end by a partially reflective (PR) coated facet facet, the lateral waveguide further including an embedded higher order mode suppression layer (HOMSL) disposed within the lateral waveguide under the p-cladding, or on one or both sides of the lateral waveguide, or a combination thereof , where the HOMSL extend in the longitudinal direction from the HR facet over ei ne length that is less than the distance between the HR facet and the PR facet.

Ein Brechungsindex der HOMSL, die auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, kann in einigen Beispielen höher als der der p-Typ-Wellenleiterschicht und der p-Mantelschicht sein.A refractive index of the HOMSL located on one or both sides of the lateral waveguide may be higher than that of the p-type waveguide layer and the p-cladding layer in some examples.

In einigen Beispielen kann ein Brechungsindex der HOMSL, die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, niedriger als der der n-Typ-Wellenleiterschicht oder der p-Typ-Wellenleiterschicht oder einer Kombinationen davon sein.In some examples, a refractive index of the HOMSL disposed within the lateral waveguide may be lower than that of the n-type waveguide layer or the p-type waveguide layer, or a combination thereof.

Eine Dicke der HOMSL kann auf Grundlage einer Größe des Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter ausgewählt sein, der durch thermische Linsenwirkung innerhalb des lateralen Wellenleiters während des Betriebs der Laserdiode induziert wird. Die Größe des Brechungsindexkontrastes kann in einem Bereich von 10-5 < Δn<10-3 sein. In einigen Beispielen unterstützt solch ein lateraler Wellenleiter weniger als 10 laterale Moden oder nur eine einzige laterale Mode.A thickness of the HOMSL may be selected based on a magnitude of the refractive index contrast in the lateral waveguide induced by thermal lensing within the lateral waveguide during operation of the laser diode. The size of the refractive index contrast can be in a range of 10 -5 <Δn<10 -3 . In some examples, such a lateral waveguide supports fewer than 10 lateral modes or only a single lateral mode.

In einigen Beispielen kann eine Dicke der HOMSL so gewählt sein, dass ein effektiver Index auf einer Seite des lateralen Wellenleiters, die sich von der HR-Facette aus erstreckt, verringert ist. In einigen Beispielen ist ein solcher lateraler Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt, wobei sich der Stegwellenleiter von der HR-Facette zu der PR-Facette erstreckt.In some examples, a thickness of the HOMSL can be chosen to reduce an effective index on a side of the lateral waveguide that extends from the HR facet. In some examples, such a lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide, the ridge waveguide extending from the HR facet to the PR facet.

In einigen Beispielen überlappt die HOMSL den lateralen Wellenleiter um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt.In some examples, the HOMSL overlaps the lateral waveguide by 0-10 µm on each side, or by 0-20 µm overall.

In einigen Beispielen ist die HOMSL, die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt lateral schmaler als der laterale Wellenleiter.In some examples, the HOMSL located within the lateral waveguide is laterally narrower than the lateral waveguide by 0-10 µm on each side or by 0-20 µm overall.

In einigen Beispielen ist der laterale Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt, der sich in der longitudinalen Richtung ausgehend von der PR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der PR-Facette und der HR-Facette ist.In some examples, the lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide that extends in the longitudinal direction from the PR facet for a length less than the spacing between the PR facet and the HR facet.

In einigen Beispielen weist die HOMSL eine verringerte transversale Wellenleiterdicke in dem aktiven Streifen auf und kann entweder durch Abätzen oder selektives Abscheiden dickerer Schichten, die an den aktiven Streifen angrenzen, ausgebildet sein.In some examples, the HOMSL has a reduced transverse waveguide thickness in the active stripe and can be formed either by etching away or selectively depositing thicker layers adjacent to the active stripe.

In einigen Beispielen enthält die HOMSL Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumaluminiumgalliumarsenid (InAlGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaAsP).In some examples, the HOMSL includes gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium aluminum gallium arsenide (InAlGaAs), indium gallium phosphide (InGaAsP).

In Beispielen, in denen die HOMSL eine dünnere Schicht mit niedrigem Index ist, kann sie aus AlGaAs entlang der Breite des lateralen Wellenleiters in dem HOMSL-Bereich gebildet sein.In examples where the HOMSL is a thinner, low-index layer, it may be formed of AlGaAs along the width of the lateral waveguide in the HOMSL region.

Figurenlistecharacter list

Die anliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen, sind Bestandteil dieser Beschreibung und erläutern zusammen mit der Beschreibung die Vorteile und Prinzipien der vorliegend offenbarten Technologie. In den Zeichnungen,

  • 1 zeigt ein effektives laterales Indexprofil für eine beispielhafte Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die angrenzend an einen lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 2 zeigt ein laterales Indexprofil und eine modale Modellierung für eine beispielhafte Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 3 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 4 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 5 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 6 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist;
  • 7 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 8 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 9 zeigt eine Draufsicht eines beispielhaften lateralen Wellenleiters einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung auf nur einer der Seiten angeordnet ist;
  • 10 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 11 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist;
  • 12 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 13 zeigt eine Draufsicht auf einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf eine Seite angeordnet ist;
  • 14 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 15 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 16 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist;
  • 17 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 18 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist;
  • 19 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 20 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist;
  • 21A zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 21B zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 22 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 23 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 24 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 25 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 26 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist;
  • 27 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt;
  • 28 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt;
  • 29 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt;
  • 30A ist ein Graph, der ein herkömmliches Stufenindexprofil in transversaler Richtung einer Einzelemitterlaserdiode bei Betrieb mit geringer Leistung ohne signifikante thermische Linsenwirkung zeigt;
  • 30B ist ein Graph, der ein Stufenindexprofil mit einem hinzugefügten parabolischen Profil zeigt;
  • 30C ist ein Graph, der ein beispielhaftes „negatives“ Stufenindexprofil mit einem hinzugefügten parabolischen Profil zeigt, welches das Indexprofil in dem Bereich mit negativer Kompensation modelliert;
  • 31A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 31B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in 31A dargestellten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet sind;
  • 31C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode mit einer eingebetteten, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 31D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 32A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 32B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in 32A gezeigten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 32C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode mit einer eingebetteten, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 32D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 33A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die einen Wellenleiterabschnitt mit verringerter Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 33B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in 33A dargestellten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die einen Wellenleiterabschnitt verringerter Dicke hat, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 33C ist eine Draufsicht einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die einen Wellenleiterabschnitt verringerte Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt;
  • 33D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die einen Wellenleiterabschnitt verringerter Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt.
  • 34 ist ein beispielhaftes Diagramm 3400 zur Approximation einer optimierten Dicke einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, um ein spezifisches Delta in dem Index, das durch eine thermische Linsenwirkung verursacht wird, zu kompensieren; und
  • 35 ist ein Graph 3500, der eine Simulation veranschaulicht, die beispielhafte Fernfelder von unterstützten Moden mit und ohne Unterdrückung von Moden höherer Ordnung durch Kompensation der thermischen Linsenwirkung vorhersagt.
The accompanying drawings, in which like reference numbers represent like elements, constitute a part of this specification and, together with the description, explain the advantages and principles of the technology disclosed herein. in the drawings,
  • 1 Figure 12 shows an effective lateral index profile for an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent a lateral waveguide;
  • 2 Figure 12 shows a lateral index profile and modal modeling for an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide;
  • 3 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 4 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 5 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 6 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 7 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 8th Fig. 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher-order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide;
  • 9 Fig. 12 shows a plan view of an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a partial length layer intended for higher order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide on only one of the sides;
  • 10 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 11 Fig. 14 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a partial length layer intended for higher order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide on only one side;
  • 12 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher-order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide;
  • 13 Figure 12 shows a plan view of an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher order mode suppression disposed adjacent the flared laser oscillator waveguide longitudinally on one side;
  • 14 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator expanded waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode having a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator expanded waveguide in the longitudinal direction;
  • 15 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide;
  • 16 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side;
  • 17 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide;
  • 18 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side;
  • 19 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide;
  • 20 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side;
  • 21A Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 21B Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 22 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 23 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 24 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 25 Fig. 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 26 Fig. 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide;
  • 27 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme;
  • 28 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme;
  • 29 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme;
  • 30A Figure 12 is a graph showing a conventional step index profile in the transverse direction of a single emitter laser diode operating at low power without significant thermal lensing;
  • 30B Fig. 14 is a graph showing a step index profile with a parabolic profile added;
  • 30C Figure 12 is a graph showing an example "negative" step index profile with an added parabolic profile that models the index profile in the negative compensation region;
  • 31A Figure 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 31B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs 31A As seen from the exemplary laser diode illustrated, which includes an embedded higher-order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide;
  • 31C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode having an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 31D Figure 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 32A Figure 13 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 32B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs 32A Referring to the exemplary laser diode shown, which includes an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 32C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode having an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 32D Figure 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 33A Figure 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including a higher-order mode suppression layer having a reduced-thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending into extends longitudinally;
  • 33B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs 33A illustrated exemplary laser diode seen from here, which has a specific for suppression of higher-order modes layer that verrin a waveguide section gerter thickness disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 33C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer having a reduced thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally;
  • 33D Fig. 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure seen from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode including a higher order mode suppression layer having a reduced thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending into extends longitudinally.
  • 34 Figure 3400 is an example plot 3400 for approximating an optimized thickness of a higher order mode suppression layer to compensate for a specific delta in index caused by thermal lensing; and
  • 35 FIG. 3500 is a graph illustrating a simulation that predicts exemplary far-fields of supported modes with and without suppression of higher-order modes through thermal lensing compensation.

DETAILLIERTER BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Wie in dieser Anmeldung und in den Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein(e)“ und „der/die/das“ die Pluralformen mit ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Zudem hat der Begriff „enthält“ die Bedeutung „umfasst“. Ferner schließt der Begriff „gekoppelt“ nicht das Vorhandensein von Zwischenelementen zwischen den gekoppelten Elementen aus.As used in this application and the claims, the singular forms "a" and "the" include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the term "contains" has the meaning "comprises". Furthermore, the term "coupled" does not exclude the presence of intermediate elements between the coupled elements.

Die hier beschriebenen Systeme, Einrichtungen und Verfahren sollten in keiner Weise als beschränkend verstanden werden. Vielmehr ist die vorliegende Offenbarung auf alle neuen und nicht nahegelegten Merkmale und Aspekte der verschiedenen offenbarten Ausführungsbeispiele gerichtet, sei es allein oder in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen. Die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen sind weder auf einen bestimmten Aspekt, ein bestimmtes Merkmal oder bestimmte Kombinationen davon beschränkt, noch erfordern die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen, dass ein oder mehrere bestimmte Vorteile vorhanden sind oder Probleme gelöst werden. Sämtliche Funktionsprinzipien sollen die Erläuterung erleichtern, jedoch sind die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen nicht auf solche Funktionsprinzipien beschränkt.The systems, devices, and methods described herein should not be construed as limiting in any way. Rather, the present disclosure is directed to all novel and non-obvious features and aspects of the various disclosed embodiments, whether alone or in various combinations and sub-combinations. The disclosed systems, methods, and devices are not limited to any particular aspect, feature, or combinations thereof, nor do the disclosed systems, methods, and devices require that one or more specific advantages be present or problems be solved. All principles of operation are intended to facilitate explanation, however, the disclosed systems, methods, and devices are not limited to such principles of operation.

Obgleich die Operationen einiger der offenbarten Verfahren in einer bestimmten, sequenziellen Reihenfolge beschrieben sind, um eine bequeme Präsentation zu ermöglichen, sollte klar sein, dass diese Art der Beschreibung eine Umordnung einschließt, es sei denn, der im Folgenden verwendete spezifische Wortlaut erfordert eine bestimmte Reihenfolge. So können beispielsweise sequenziell beschriebene Operationen in einigen Fällen umgeordnet oder gleichzeitig durchgeführt werden. Ferner zeigen die anliegenden Figuren der Einfachheit halber die verschiedenen Weisen, in denen die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen im Zusammenhang mit anderen System, Verfahren und Einrichtungen verwendet werden können. Zudem werden in der Beschreibung gelegentlich Begriffe wie „erzeugen“ und „vorsehen/bereitstellen“ verwendet, um die offenbarte Technologie zu beschreiben. Diese Begriffe stellen hochgradige Abstraktionen der tatsächlich durchgeführten Operationen dar. Die tatsächlichen Operationen, die diesen Begriffen entsprechen, werden in Abhängigkeit der jeweiligen Implementierung variieren und sind für einen Fachmann leicht zu erkennen.Although the operations of some of the disclosed methods are described in a particular sequential order for convenience in presentation, it should be understood that this manner of description includes rearrangement unless specific language used hereinafter requires a particular order . For example, operations described sequentially may in some cases be reordered or performed concurrently. Furthermore, for the sake of simplicity, the accompanying figures show the various ways in which the disclosed systems, methods, and devices can be used in conjunction with other systems, methods, and devices. Additionally, terms such as "create" and "provide" are occasionally used in the description to describe the disclosed technology. These terms represent high-level abstractions of the actual operations performed. The actual operations that correspond to these terms will vary depending on the particular implementation and are readily apparent to one skilled in the art.

In einigen Beispiele werden Werte, Prozeduren oder Einrichtungen als „niedrigste/geringste“, „beste“, „Minimum“ oder in ähnlicher Weise bezeichnet. Dabei wird deutlich, dass solche Beschreibungen darauf hinweisen sollen, dass eine Auswahl unter vielen verwendeten funktionalen Alternativen getroffen werden kann, und solche Auswahlen müssen nicht besser, kleiner oder in andere Weise gegenüber anderen Auswahlen zu bevorzugen sein. Beispiele werden unter Bezugnahme auf Richtungen beschrieben, die mit „oben“, „unten“, „obere(r)“, „untere(r)“ und dergleichen bezeichnet werden. Diese Begriffe werden verwendet, um die Beschreibung zu erleichtern, implizieren aber keine bestimmte räumliche Ausrichtung.In some examples, values, procedures, or facilities are labeled "lowest/least," "best," "minimum," or the like. It is understood that such descriptions are intended to indicate that a choice can be made among many functional alternatives used, and such choices need not be better, smaller, or otherwise preferable to other choices. Examples are described with reference to directions labeled "up," "down," "upper," "lower," and the like. These terms are used to facilitate description but do not imply a particular spatial orientation.

Wie oben diskutiert, ist es wünschenswert, in BALs die Leistung effizient zu skalieren und die Helligkeit zu verbessern und dabei die auf die Ausgangsleistung bezogenen Nachteile zu minimieren. Hier sind Verfahren, Systeme und Einrichtungen beschrieben, die auf eine höhere Helligkeit bei höherer Ausgangsleistung abzielen, in dem der auf die langsame Achse bezogene Divergenzwinkel verringert wird, ohne die Emitterbreite zu reduzieren. Das Ziel besteht darin, die Moden höherer Ordnung in der langsamen Achse zu unterdrücken und dabei die Lasermoden niedriger Ordnung zu erhalten.As discussed above, it is desirable to be able to efficiently scale power and improve brightness in BALs while minimizing output power-related penalties. Methods, systems and devices are described here which are aimed at higher brightness at higher output power direction by reducing the divergence angle related to the slow axis without reducing the emitter width. The goal is to suppress the higher order modes in the slow axis while preserving the lower order lasing modes.

Schicht zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung (HOMSL)Higher order mode suppression layer (HOMSL)

Um die weiter oben in dem Abschnitt „Hintergrund“ diskutierten Nachteile herkömmlicher Laserdioden zu überwinden, wird eine Laserdiode benötigt, die konfiguriert ist, um Moden höherer Ordnung in der lateralen Richtung (d. h. orthogonal zur Ausbreitungsrichtung) zu unterdrücken und dabei Lichtmoden niedriger Ordnung zu erhalten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Strukturen zur Unterdrückung Moden höherer Ordnung angrenzend an den lateralen Wellenleiter der Laserdiode angeordnet werden. Strukturen zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung können eine Vielzahl an Materialien beinhalten und können als indexgeführte Strukturen, antiwellengeführte Strukturen und/oder Strukturen mit hohem Verlust sein.In order to overcome the disadvantages of conventional laser diodes discussed above in the Background section, what is needed is a laser diode that is configured to reject higher-order modes in the lateral direction (i.e. orthogonal to the direction of propagation) while preserving lower-order light modes. This can be achieved by placing higher order mode suppression structures adjacent to the lateral waveguide of the laser diode. Higher order mode suppression structures may include a variety of materials and may be index-guided, anti-wave-guided, and/or high-loss structures.

In einem Beispiel kann die zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) angrenzend an den lateralen Wellenleiter an oder nahe der hinteren Facette angeordnet sein und sich über weniger als die volle Länge des Wellenleiters in Längsrichtung erstrecken. Die HOMSL kann umfassen: indexgeführte Strukturen, antiwellengeführte Strukturen und/oder Strukturen mit hohem Verlust. Beispielsweise können sich die indexgeführten, antiwellengeführten und/oder verlustreichen Strukturen bis zu 20% oder in einem anderen Beispiel zwischen 5% - 50% der Länge des Wellenleiters, gemessen von der hinteren Facette erstrecken. Erstreckt sich die HOMSL nur über eine kurze Distanz in Längsrichtung, so wird der Verlust für die nicht unterdrückten Moden der Laserdiode minimiert, und die Diode kann effizienter arbeiten, als wenn sich eine HOMSL-Struktur über die gesamte Länge erstrecken würde.In one example, the higher order mode suppression layer (HOMSL) may be disposed adjacent the lateral waveguide at or near the back facet and may extend less than the full longitudinal length of the waveguide. The HOMSL may include: index-guided structures, anti-wave-guided structures, and/or high-loss structures. For example, the index-guided, anti-wave-guided, and/or lossy structures may extend up to 20%, or in another example between 5%-50% of the length of the waveguide measured from the back facet. If the HOMSL extends only a short longitudinal distance, the loss for the non-suppressed modes of the laser diode is minimized and the diode can operate more efficiently than if a HOMSL structure extended the full length.

In einem anderen Beispiel kann die HOMSL angrenzend an einen aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter angeordnet sein und sich entweder über eine volle longitudinale Länge des Wellenleiters oder eine partielle longitudinale Länge des Wellenleiters, gemessen von der hinteren Facette, erstrecken. Indem die Diode in dieser Weise aufgebaut wird, kann der Vorteil der Reduzierung von Moden höherer Ordnung durch Unterdrückung derselben mittels der HOMSL kombiniert werden mit den Vorteilen der Verwendung eines aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiters (FLOW), wie er in dem US Patent Nr. 9,166,369 beschrieben ist, das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.In another example, the HOMSL may be placed adjacent to a flared laser oscillator waveguide and extend either a full longitudinal length of the waveguide or a partial longitudinal length of the waveguide as measured from the rear facet. By constructing the diode in this way, the advantage of reducing higher order modes by suppressing them using the HOMSL can be combined with the advantages of using a laser oscillator expanded waveguide (FLOW) as shown in FIG U.S. Patent No. 9,166,369 which is incorporated herein by reference.

In einem weiteren Beispiel kann eine Laserdiode eine eingebettete aperiodische Hoch- und Niedrigindex-Struktur mit hohem Verlust in dem Hochindexmaterial enthalten, das angrenzend an den Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung angeordnet ist. Die aperiodische Struktur kann Moden höherer Ordnung unterdrücken, indem sie Moden höherer Ordnung im Vergleich zu Moden niedrigerer Ordnung und/oder der Grundmode überproportional überlappt. Die aperiodischen Strukturen sind so gewählt, dass sie für Moden höherer Ordnung hohe Verluste einführen, aber die Verluste für Moden niedrigerer Ordnung und/oder die Grundmode minimieren. Die aperiodische Struktur kann über die Gesamtlänge des Wellenleiters längs der longitudinalen Richtung oder über eine kürzere Länge, die sich von der hinteren Facette aus erstreckt, angeordnet sein. Die aperiodische Struktur kann auch längs der longitudinalen Richtung eines Breitstreifenlasers (BAL) oder eines aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiters angeordnet sein.In another example, a laser diode may include an embedded high- and low-index, high-loss aperiodic structure in the high-index material disposed adjacent the waveguide along the longitudinal direction. The aperiodic structure can suppress higher-order modes by disproportionately overlapping higher-order modes compared to lower-order modes and/or the fundamental mode. The aperiodic structures are chosen to introduce high losses for higher order modes but minimize losses for lower order modes and/or the fundamental mode. The aperiodic structure can be arranged over the entire length of the waveguide along the longitudinal direction or over a shorter length extending from the rear facet. The aperiodic structure can also be arranged along the longitudinal direction of a broad area laser (BAL) or a laser oscillator expanded waveguide.

1 stellt das Indexprofil 100 dar, das den relativen Brechungsindex für einen beispielhaften lateralen Wellenleiter mit angrenzenden HOMSL zeigt. Ein Abschnitt 102 des Indexprofils 100 repräsentiert den relativen Brechungsindex des lateralen Wellenleiters gegenüber Abschnitten 104, die den relativen Brechungsindex der angrenzenden HOMSL repräsentiert. 1 FIG. 12 depicts the index profile 100 showing the relative refractive index for an exemplary lateral waveguide with adjacent HOMSL. A portion 102 of the index profile 100 represents the relative index of refraction of the lateral waveguide versus portions 104 representing the relative index of refraction of the adjacent HOMSL.

In einem Beispiel ist die HOMSL eine antiwellengeführte Struktur, die eine Vielzahl von Materialien mit einem Brechungsindex umfasst, der höher als der Brechungsindex des Wellenleiters ist. Die HOMSL kann eine Vielzahl von dotierten und undotierten Materialien umfassen. Das HOMSL Material kann in verständiger Weise gewählt werden, um die Effizienz gegenüber dem BPP unter den Laserbetriebsbedingungen zu optimieren. Einige Beispiele von antiwellengeführten HOMSL-Materialien für den Fall, dass der ursprüngliche Wellenleiter Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) enthält, beinhalten dotiertes Galliumarsenid (GaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder dergleichen oder Kombinationen davon. Andere Kombinationen von Materialien, die den Wellenleiter und die antiwellengeführten Strukturen bilden, wird der Fachmann in Betracht ziehen, und der beanspruchte Gegenstand ist diesbezüglich nicht beschränkt.In one example, the HOMSL is an anti-wave guided structure that includes a variety of materials with a refractive index higher than the refractive index of the waveguide. The HOMSL can include a variety of doped and undoped materials. The HOMSL material can be judiciously chosen to optimize efficiency over the BPP under the laser operating conditions. Some examples of anti-wave guided HOMSL materials in the case where the original waveguide contains aluminum gallium arsenide (AlGaAs) include doped gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), or the like, or combinations thereof. Other combinations of materials forming the waveguide and anti-wave guided structures will occur to those skilled in the art and the claimed subject matter is not limited in such respects.

2 stellt das Indexprofil 200 dar, das den relativen Brechungsindex für einen beispielhaften lateralen Wellenleiter mit einer HOSML, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist, und eine modale Modellierung für einige der ersten lateralen Wellenleitermoden zeigt. Ein Abschnitt 202 des Indexprofils 200 repräsentiert den relativen Brechungsindex des lateralen Wellenleiters gegenüber Abschnitt 204, welche die relativen Brechungsindizes der HOMSL repräsentieren. In einem Beispiel ist die HOMSL eine indexgeführte aperiodische Struktur, die Hoch- und Niedrigindexmaterialien mit hohem Verlust in dem Hochindexmaterial enthält, das Moden höherer Ordnung im Vergleich zu den niedrigeren Ordnungen/Grundmoden überproportional überlappt. In einem Beispiel hat das Niedrigindexmaterial einen Brechungsindex, der niedriger als der effektive Brechungsindex des lateralen Wellenleiters ist, und das Hochindexmaterial hat einen Brechungsindex, der höher als der effektive Brechungsindex des lateralen Wellenleiters ist. Abschnitte 204 zeigen die relativen Indizes der aperiodischen Struktur mit Hoch- und Niedrigindexmaterialien. Der mittlere Brechungsindex der HOMSL kann niedriger als der Modalindex sein, so dass die HOMSL in dem indexgeführten Regime statt in dem antigeführten Regime ist, jedoch ziehen die Bereiche mit lokal hohem Index das elektrische Feld oder die Intensität ein und wechselwirken lokal mit dem Material und führen einen hohen Verlust in den Moden höherer Ordnung ein. Eine modale Modellierung 206 veranschaulicht das modale Verhalten von Moden 0-4. Je höher die Modalzahl ist, desto mehr Überlapp hat die Mode mit dem Hochindexbereich der HOMSL, so dass der Verlust in den Moden höherer Ordnung höher ist im Vergleich zu den Moden niedrigerer Ordnung (210-216)/Grundmode (208). 2 FIG. 20 depicts the index profile 200 that describes the relative index of refraction for an exemplary lateral waveguide with a HOSML placed adjacent to the lateral waveguide and a shows modal modeling for some of the first lateral waveguide modes. A portion 202 of the index profile 200 represents the relative index of refraction of the lateral waveguide versus portion 204 representing the relative indices of refraction of the HOMSL. In one example, the HOMSL is an index-guided aperiodic structure containing high and low index materials with high loss in the high index material that overlaps higher order modes disproportionately compared to the lower orders/fundamental modes. In one example, the low index material has an index of refraction that is lower than the effective index of refraction of the lateral waveguide and the high index material has an index of refraction that is higher than the effective index of refraction of the lateral waveguide. Sections 204 show the relative indices of the aperiodic structure with high and low index materials. The mean refractive index of the HOMSL may be lower than the modal index, such that the HOMSL is in the index-guided regime rather than the anti-guided regime, however, the locally high index regions pull in the electric field or intensity and interact locally with the material and lead high loss in the higher order modes. A modal modeling 206 illustrates the modal behavior of modes 0-4. The higher the mode number, the more overlap the mode has with the high-index region of the HOMSL, so the loss in the higher-order modes is higher compared to the lower-order (210-216)/fundamental (208) modes.

Die Beispiele in den 3-26 zeigen der Einfachheit halber und zum Zwecke der Veranschaulichung Beispiele für Quantentopflaser. Jedoch können verschiedene andere Lasertypen so konfiguriert sein, dass sie HOMSL-Merkmale aufweisen, wie z. B. Doppelheterostrukturlaser, Interbandkaskadenlaser, Bragg-Spiegellaser, Laser mit verteilter Rückkopplung, Quantenkaskadenlaser, Laser mit einer Abstrahlung vertikal zur Kavitätoberfläche (VCSEL) und/oder Laser mit einer Abstrahlung vertikal zu externen Kavitätoberfläche (VECSEL), um nur einige zu nennen. Deshalb ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Quantentopflaserdioden beschränkt.The examples in the 3-26 show examples of quantum well lasers for simplicity and illustrative purposes. However, various other types of lasers can be configured to have HOMSL features, such as: B. double heterostructure lasers, interband cascade lasers, Bragg mirror lasers, lasers with distributed feedback, quantum cascade lasers, lasers with a radiation vertical to the cavity surface (VCSEL) and / or lasers with a radiation vertical to external cavity surface (VECSEL), just to name a few. Therefore, the claimed subject matter is not limited to quantum well laser diodes.

3 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhafte Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellengleiter angeordnet ist. In einem Beispiel ist eine Laserdiode 300 ein Quantentopflaser. 3 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide. In one example, a laser diode 300 is a quantum well laser.

In einem Beispiel ist die Laserdiode 300 so gefertigt, dass sie ein Substrat 304, eine n-Typ-Halbleiterschicht 306 und eine p-Typ-Halbleiterschicht 308 aufweist. Ein Quantentopf 302 befindet sich zwischen der n-Typ-Halbleiterschicht 306 und der p-Typ-Halbleiterschicht 308. Eine n-Mantelschicht 310 ist außerhalb der n-Typ-Halbleiterschicht 306 angeordnet. Eine p-Mantelschicht 312 ist außerhalb der p-Typ-Halbleiterschicht 308 angeordnet. Ein n-Metallkontakt 314 ist auf dem n-Substrat 304 angeordnet. Ein p-Metallkontakt 316 ist unter der p-Mantelschicht 312 angeordnet. Der Quantentopf 302, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und die p-Typ-Halbleiterschicht 308 bilden einen transversalen Wellenleiterabschnitt 318 der Laserdiode 300. Die Begrenzung des lateralen Wellenleiters 340 ist durch gepunktete Linien veranschaulicht, die sich auf den n-Metallkontakt 314 längs der longitudinalen Richtung erstrecken.In one example, the laser diode 300 is fabricated to include a substrate 304, an n-type semiconductor layer 306, and a p-type semiconductor layer 308. FIG. A quantum well 302 is located between the n-type semiconductor layer 306 and the p-type semiconductor layer 308. An n-cladding layer 310 is arranged outside the n-type semiconductor layer 306. FIG. A p-cladding layer 312 is arranged outside the p-type semiconductor layer 308. FIG. An n-metal contact 314 is arranged on the n-substrate 304. FIG. A p-metal contact 316 is disposed under the p-cladding layer 312. FIG. The quantum well 302, the n-type semiconductor layer 306 and the p-type semiconductor layer 308 form a transverse waveguide section 318 of the laser diode 300. The boundary of the lateral waveguide 340 is illustrated by dotted lines extending to the n-metal contact 314 along the extend in the longitudinal direction.

Die laterale Strahlgröße des Diodenlasers ist durch die Breite des aktiven Bereichs oder die Breite des lateralen Wellenleiters bestimmt. Da die Breite des Wellenleiters in der lateralen Richtung deutlich größer als die Lichtwellenlänge ist, werden in der lateralen Richtung viele Moden erzeugt. Die HOMSL 320 ist angrenzend an den lateralen Wellenleiter 340 längs der longitudinalen Richtung angeordnet. In 3 ist die HOMSL 320 ferner zwischen Luft und der p-Mantelschicht 312 außerhalb des transversalen Wellenleiters 318 angeordnet. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass sich die HOMSL 320 dort befindet. Die HOMSL 320 kann in einer Vielzahl von Positionen in der Epitaxialstruktur angeordnet sein, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.The lateral beam size of the diode laser is determined by the width of the active region or the width of the lateral waveguide. Since the width of the waveguide in the lateral direction is significantly larger than the light wavelength, many modes are generated in the lateral direction. The HOMSL 320 is arranged adjacent to the lateral waveguide 340 along the longitudinal direction. In 3 Furthermore, the HOMSL 320 is located between air and the p-cladding layer 312 outside of the transverse waveguide 318 . However, it is not necessary for the HOMSL 320 to be there. The HOMSL 320 can be located in a variety of positions in the epitaxial structure, and the claimed subject matter is not limited in these respects.

In einem Beispiel enthält die HOMSL 320 ein Hochindexmaterial, wobei der Index der HOMSL 320 höher ist als der Index des lateralen Wellenleiters 340. Die HOMSL 320 ist so konfiguriert, dass sie für Moden höherer Ordnung unterschiedlich mehr Verlust einbringt, wodurch diese in der lateralen Richtung (d. h. orthogonal zur Ausbreitung) unterdrückt werden. Die Einbeziehung dieses eingebetteten oder oberflächlichen Hochindexmaterials bewirkt eine überproportionale Antiführung von Moden höherer Ordnung, die mit dem Hochindexmaterial überlappen, im Vergleich zu Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode.In one example, the HOMSL 320 includes a high-index material, with the index of the HOMSL 320 being higher than the index of the lateral waveguide 340. The HOMSL 320 is configured to introduce differentially more loss for higher-order modes, reducing them in the lateral direction (ie orthogonal to propagation) can be suppressed. The inclusion of this high index embedded or surface material causes disproportionate antiguiding of higher order modes that overlap the high index material compared to lower order/fundamental modes.

Zur Fertigung der Laserdiode 300 kann eine Vielzahl bekannter Materialien und Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat 304 Galliumarsenid (GaAs) enthalten. Die n-Typ-Halbleiterschicht 306, die p-Typ-Halbleiterschicht 308 der n-Mantel 310 und/oder der p-Mantel 318 können auf dem GaAs-Substrat 304 aufgewachsen werden und eines der folgenden Materialien enthalten: Indium (In), Gallium (Ga), Aluminium (Al), Arsen (As), Phosphor (P), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder dergleichen oder beliebige Kombinationen davon. N-Typ und p-Typ-Schichten können mit Dotierstoffen dotiert werden, um die gewünschten n-Typ- oder p-Typ-Materialien herzustellen. Der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.A variety of known materials and methods may be used to fabricate the laser diode 300 . For example, the substrate 304 may include gallium arsenide (GaAs). The n-type semiconductor layer 306, the p-type semiconductor layer 308, the n-cladding 310 and/or the p-cladding 318 can be grown on the GaAs substrate 304 and can contain one of the following materials: indium (In), gallium (Ga), aluminum (Al), arsenic (As), phosphorus (P), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or the like, or any combination thereof. N-type and p-type layers can be doped with dopants to produce the desired n-type or p-type materials. The claimed subject matter is not limited in this regard.

Das Material für die HOMSL 320 kann ein absorbierendes Material sein, so dass es Moden höherer Ordnung absorbiert, um die Effizienz im Vergleich zu dem Strahlparameterprodukt (BPP) unter den Betriebsbedingungen zu optimieren. Das Material der HOMSL 320 kann absorbierend oder nicht absorbierend sein.The material for the HOMSL 320 may be an absorbing material so that it absorbs higher order modes to optimize efficiency versus beam parameter product (BPP) under the operating conditions. The material of the HOMSL 320 can be absorbent or non-absorbent.

4 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel ist die Laserdiode 400 ein Quantentopflaser ähnlich der in 3 dargestellten Laserdiode. Jedoch enthält die Laserdiode 400 eine HOMSL 402, die ein absorbierendes Material aufweist. Das für die HOMSL 402 gewählte absorbierende Material kann ein Halbleitermaterial wie die oben genannten, Metall (z. B. Titan (Ti) oder Nickel (Ni)) oder Halbmetall (z. B. Zinn (Sn) oder As) enthalten. Das HOMSL-Material 402 kann dotiert oder undotiert sein. Die HOMSL 402 kann auf der Oberfläche des Substrats 304 epitaktisch aufgewachsen oder abgeschieden sein, anstatt eingebettet zu sein. 5 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel ist die Laserdiode 500 ein Quantentopflaser ähnlich der in 3 dargestellten Laserdiode. Jedoch enthält die Laserdiode 500 eine aperiodische HOMSL-Struktur 502, die Hoch- und Niedrigindex-Materialien aufweist. Ein Niedrigindex-Material 506 hat einen niedrigeren Brechungsindex als ein Hochindexmaterial 504 und als der effektive Index des lateralen Wellenleiters 340. Das Hochindexmaterial 504 und das Niedrigindexmaterial 506 können dieselben Materialien enthalten, die unterschiedlich dotiert sind, um unterschiedliche Brechungsindizes zu erreichen, oder sie können völlig verschiedene Materialien enthalten. Beispielsweise kann das Hochindexmaterial 504 ein abgeschiedenes Dielektrikum oder einen Halbleiter enthalten, und das Niedrigindexmaterial kann Luft, ein Dielektrikum oder Halbleitermaterialien enthalten. 4 12 is a cross-sectional perspective view illustrating a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide. In one example, the laser diode 400 is a quantum well laser similar to that in FIG 3 shown laser diode. However, the laser diode 400 includes a HOMSL 402 that includes an absorbing material. The absorbing material chosen for the HOMSL 402 may include a semiconductor material such as those mentioned above, metal (e.g. titanium (Ti) or nickel (Ni)) or semi-metal (e.g. tin (Sn) or As). The HOMSL material 402 can be doped or undoped. The HOMSL 402 may be epitaxially grown or deposited on the surface of the substrate 304 instead of being buried. 5 12 is a cross-sectional perspective view illustrating a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide. In one example, the laser diode 500 is a quantum well laser similar to that in FIG 3 shown laser diode. However, the laser diode 500 includes an aperiodic HOMSL structure 502 comprising high and low index materials. A low-index material 506 has a lower index of refraction than a high-index material 504 and than the effective index of the lateral waveguide 340. The high-index material 504 and the low-index material 506 may contain the same materials doped differently to achieve different indices of refraction, or they may entirely contain different materials. For example, the high index material 504 may include a deposited dielectric or semiconductor, and the low index material may include air, dielectric, or semiconductor materials.

In einem Beispiel erstrecken sich die Niedrig- und Hochindexmaterialien in alternierender Folge von den Seiten des lateralen Wellenleiters 314 nach außen. Das Niedrigindexmaterial 506 ist angrenzend an den lateralen Wellenleiter 340 angeordnet. Das Niedrigindexmaterial 506 ist dem lateralen Wellenleiter 340 näher als das Hochindexmaterial 340. Das Hochindexmaterial 504 ist außerhalb des Niedrigindexmaterials 506 angeordnet. Das Muster aus Hochindex-/Niedrigindexmaterial kann sich in der HOMSL-Struktur 502 einige Male aperiodisch wiederholen. Wie oben erwähnt, kann die aperiodische Struktur der HOMSL 502 einen mittleren Brechungsindex aufweisen, der niedriger als der effektive Modalindex in dem lateralen Wellenleiter oder höher als der Modalindex des lateralen Wellenleiters ist. Die für die aperiodische Struktur der HOMSL 502 selektierten Materialen sind so gewählt, dass sie für Moden höherer Ordnung einen hohen Verlust einbringen, aber den Verlust für Moden niedriger Ordnungen/Grundmode minimieren.In one example, the low and high index materials extend outwardly from the sides of the lateral waveguide 314 in an alternating sequence. The low index material 506 is located adjacent to the lateral waveguide 340 . The low index material 506 is closer to the lateral waveguide 340 than the high index material 340. The high index material 504 is located outside of the low index material 506. FIG. The pattern of high index/low index material may be aperiodically repeated in the HOMSL structure 502 a number of times. As mentioned above, the aperiodic structure of the HOMSL 502 can have an average refractive index that is lower than the effective modal index in the lateral waveguide or higher than the modal index of the lateral waveguide. The materials selected for the aperiodic structure of the HOMSL 502 are chosen to introduce high loss for higher order modes but minimize loss for lower order/fundamental modes.

6 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel ist eine Laserdiode 600 ein Quantentopflaser ähnlich der in 5 dargestellten Laserdiode. Jedoch enthält die Laserdiode 600 eine HOMSL 502, die nur auf einer Seite des lateralen Wellenleiters 340 angeordnet ist. In einem Beispiel ist HOMSL 502 so konfiguriert, dass sie Moden höherer Ordnung unterdrückt, wenn sie asymmetrisch (wie in dieser Konfiguration) um den Wellenleiter 340 verteilt ist und/oder wenn HOMSL-Strukturen symmetrisch um den Wellenleiter 340 angeordnet sind. 6 12 is a cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide. In one example, a laser diode 600 is a quantum well laser similar to that in FIG 5 shown laser diode. However, the laser diode 600 includes a HOMSL 502 located on one side of the lateral waveguide 340 only. In one example, HOMSL 502 is configured to suppress higher order modes when distributed asymmetrically (as in this configuration) about waveguide 340 and/or when HOMSL structures are symmetrically placed about waveguide 340.

7 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breistreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung angeordnet ist. In einem Beispiel enthält eine Breitstreifenlaserdiode 700 eine HOMSL 702, die symmetrisch um den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. Die HOMSL 702 ist eine aperiodische, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schichtstruktur, die einen Bereich aus Niedrigindexmaterial 706 aufweist, der sich mit einem Bereich aus Hochindexmaterial 704 abwechselt. Das Niedrigindexmaterial 706 hat einen Brechungsindex, der niedriger ist als der effektive Brechungsindex der Materialien, die den lateralen Wellenleiter 340 aufbauen. Die HOMSL 702 erstreckt sich über die gesamte Länge des lateralen Wellenleiters 340 von der hinteren Facette 730 bis zur vorderen Facette 732. 7 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad stripe laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide along the longitudinal direction. In one example, a broad area laser diode 700 includes a HOMSL 702 symmetrically placed about the lateral waveguide. The HOMSL 702 is an aperiodic layered structure designed to suppress higher order modes, comprising a region of low index material 706 alternating with a region of high index material 704 . The low index material 706 has an index of refraction that is lower than the effective index of refraction of the materials making up the lateral waveguide 340 . The HOMSL 702 extends the entire length of the lateral waveguide 340 from the rear facet 730 to the front facet 732.

8 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breistreifenlaser 800 eine verkürzte HOMSL 802, die symmetrisch um den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. Die HOMSL 802 enthält eine aperiodische, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht, die ein Niedrigindexmaterial 806 aufweist, das sich mit einem Hochindexmaterial 804 ähnlich dem in 5 gezeigten abwechselt. Jedoch erstreckt die HOMSL 802 nicht über die volle Länge des lateralen Wellenleiters 340 von der hinteren Facette 730 zu der vorderen Facette 732. Vielmehr erstreckt sich die HOMSL 802 nur über einen Teil der Länge des lateralen Wellenleiters 340, und zwar ausgehend von der hinteren Facette 730. Die hintere Facette 730 ist mit einer hochreflektierenden (HR) Beschichtung bedeckt, und die vordere Facette 732 ist mit einer teilreflektierenden (PR) Beschichtung bedeckt. Der Umstand, dass sich die HOMSL 802 nur über eine kurze Länge von der hinteren Facette 730 aus erstreckt, hat den Vorteil, dass der Verlust für nicht unterdrückte Moden minimiert ist, so dass die Laserdiode effizient arbeitet, ohne den Verlust für Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen, da die Gesamtintensität der sich vorwärts und rückwärts ausbreitenden Felder längs der longitudinalen Richtung zur hinteren Facette hin kleiner als zu vorderen Facette hin ist. Somit sind die Verluste proportional kleiner. 8th 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide along the longitudinal direction. In one example, a broad stripe laser 800 includes a truncated HOMSL 802 symmetrically placed about the lateral waveguide. The HOMSL 802 includes an aperiodic higher-order mode suppression layer comprising a low-index material 806 that is compatible with a high-index material 804 similar to that in FIG 5 shown alternates. However, the HOMSL 802 does not extend the full length of the lateral waveguide 340 from the rear facet 730 to the front facet 732. Rather, the HOMSL 802 extends only part of the length of the lateral waveguide 340, starting from the rear facet 730 The rear facet 730 is covered with a highly reflective (HR) coating and the front facet 732 is covered with a partially reflective (PR) coating. The fact that the HOMSL 802 only extends a short length from the rear facet 730 has the advantage that the loss for non-suppressed modes is minimized, allowing the laser diode to operate efficiently without the loss for lower order/ to significantly increase the fundamental mode, since the total intensity of the forward and backward propagating fields along the longitudinal direction is smaller towards the rear facet than towards the front facet. Thus the losses are proportionally smaller.

9 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breitstreifenlaser 900 eine verkürzte HOMSL 902, die asymmetrisch um den lateralen Wellenleiter 340 längs der longitudinalen Richtung angeordnet ist. Die HOMSL 902 enthält eine aperiodische, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schichtstrukur, die Niedrigindexmaterialien 906 aufweist, die sich mit Hochindexmaterialien 904 ähnlich wie in 8 abwechseln. Ein einziges HOMSL-Merkmal 902 erstreckt sich nur über einen Teil der Länge des lateralen Wellenleiters 340 ausgehend von der hinteren Facette 730. Die hintere Facette 730 ist mit einer HR-Beschichtung bedeckt, und die vordere Facette 732 ist mit einer PR-Beschichtung bedeckt. Wiederum hat der Umstand, dass sich die HOMSL ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über eine geringe Länge erstreckt, den Vorteil, dass der Verlust für nicht unterdrückte Moden minimiert wird, so dass die Laserdiode effizient arbeitet, ohne den Verlust für Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen. 9 12 is a cross-sectional view showing an exemplary waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, a broad area laser 900 includes a truncated HOMSL 902 disposed asymmetrically about the lateral waveguide 340 along the longitudinal direction. HOMSL 902 includes an aperiodic, higher-order mode suppression layer structure comprising low-index materials 906 that interact with high-index materials 904 similar to FIG 8th alternate. A single HOMSL feature 902 extends only part of the length of the lateral waveguide 340 from the back facet 730. The back facet 730 is covered with an HR coating and the front facet 732 is covered with a PR coating. Again, the fact that the HOMSL extends only a short length from the rear facet 730 has the advantage of minimizing the loss for non-suppressed modes, allowing the laser diode to operate efficiently without the loss for lower order/ to increase the basic mode significantly.

10 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breistreifenlaser 1000 eine verkürzte HOMSL 1002, die symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 340 angeordnet ist. Die HOMSL 1002 enthält ein Hochindexmaterial, das so konfiguriert ist, dass sein Brechungsindex größer als der Brechungsindex des lateralen Wellenleiters 340 ist. Das Hochindexmaterial der HOMSL 1002 ist im imstande, durch Antiführung in dem lateralen Wellenleiter 340 erzeugte Moden höherer Ordnung zu unterdrücken, die mit dem Hochindexmaterial der HOMSL 1000 überlappen, während es wenig bis gar keinen Effekt auf darin erzeugte Moden niedrigeren Ordnung/Grundmode hat, da es nur sehr wenig Überlapp zwischen den Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode und dem Hochindexmaterial gibt. 10 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary broad area laser diode waveguide with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, a broad stripe laser 1000 includes a truncated HOMSL 1002 symmetrically disposed about lateral waveguide 340. FIG. The HOMSL 1002 includes a high index material that is configured such that its index of refraction is greater than the index of refraction of the lateral waveguide 340 . The high-index material of the HOMSL 1002 is able to suppress higher-order modes generated by antiguiding in the lateral waveguide 340 that overlap with the high-index material of the HOMSL 1000, while having little to no effect on lower-order/fundamental modes generated therein there is very little overlap between the lower order/fundamental modes and the high index material.

11 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breitstreifenlaser 1100 eine verkürzte HOMSL 1102, die asymmetrisch um den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. Die HOMSL 1102 enthält ein Hochindexmaterial ähnlich dem im 10 gezeigten. Die HOMSL 1102 sieht für die in dem lateralen Wellenleiter 340 erzeugten Moden höherer Ordnung eine Antiführung vor. Es ist nicht erforderlich, dass die HOMSL 1102 symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 340 verteilt ist, um in Bezug auf zumindest einige der Moden höherer Ordnung eine Antiführung bereitzustellen. Ferner erstreckt sich das einzige HOMSL-Merkmal 1102 nur über einen Teil der Länge des lateralen Wellenleiters 340 ausgehend von der hinteren Facette 730. Die hintere Facette 730 ist mit einer HR-Beschichtung bedeckt, und die vordere Facette 732 ist mit einer PR-Beschichtung bedeckt. Wiederum hat der Umstand, dass sich die HOMSL 1102 nur über eine kleine Länge von der hinteren Facette 1130 aus erstreckt, den Vorteil, dass Moden höherer Ordnung unterdrückt werden, während der Verlust für nicht nicht unterdrückte Moden minimiert ist, so dass die Laserdiode effizienter arbeitet, ohne den Verlust für Moden niedrigerer Ordnung und/oder Grundmode signifikant zu erhöhen. 11 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary broad area laser diode waveguide with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, a broad area laser 1100 includes a truncated HOMSL 1102 placed asymmetrically about the lateral waveguide. The HOMSL 1102 contains a high index material similar to the im 10 shown. The HOMSL 1102 provides antiguiding for the higher order modes generated in the lateral waveguide 340 . The HOMSL 1102 is not required to be symmetrically distributed about the lateral waveguide 340 to provide anti-guiding with respect to at least some of the higher order modes. Furthermore, the single HOMSL feature 1102 extends only part of the length of the lateral waveguide 340 from the rear facet 730. The rear facet 730 is covered with an HR coating and the front facet 732 is covered with a PR coating . Again, the fact that the HOMSL 1102 only extends a small distance from the rear facet 1130 has the advantage that higher order modes are suppressed while the loss for non-unsuppressed modes is minimized so that the laser diode operates more efficiently , without significantly increasing the loss for lower-order and/or fundamental modes.

5 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften Wellenleiter eines Breitstreifenlasers mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an einen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breistreifenlaser 1200 eine verkürzte HOMSL 1202, die symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 340 angeordnet ist. Die HOMSL 1202 enthält ein absorbierendes Material, das aus einem Halbleitermaterial in einer Vielzahl von Zusammensetzungen, Dotierungen, Kristallinitäten und/oder Morphologien; aus Halbmetallen; oder Metallen bestehen kann. Das absorbierende Material hat die Funktion, Moden höherer Ordnung in der lateralen Richtung in dem lateralen Wellenleiter 340 zu unterdrücken, in dem es den Umlaufverlust der Moden höherer Ordnung überproportional erhöht. Die HOMSL erstreckt sich ausgehend von der hinteren Facette 730 nicht über die volle Länge des lateralen Wellenleiters 340. Der Umstand, dass sich die HOMSL 1202 ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über eine geringe Länge erstreckt, hat den Vorteil, dass der Verlust für die nichtunterdrückten Moden minimiert ist, so dass die Laserdiode effizienter arbeitet, ohne den Verlust für die Moden höherer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen. 5 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary broad area laser waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent a waveguide. In one example, a broad stripe laser 1200 includes a truncated HOMSL 1202 symmetrically disposed about lateral waveguide 340. FIG. The HOMSL 1202 includes an absorbing material composed of a semiconductor material in a variety of compositions, dopings, crystallinities and/or morphologies; from semimetals; or metals. The absorbing material has the function of suppressing higher order modes in the lateral direction in the lateral waveguide 340 by disproportionately increasing the round trip loss of the higher order modes. The HOMSL does not extend from the rear facet 730 over the full length of the lateral waveguide 340. The fact that the HOMSL 1202 extends from the rear facet 730 only over a short length has the advantage that the loss for the non-suppressed modes is minimized so that the laser diode operates more efficiently without significantly increasing the loss for the higher-order/fundamental modes.

13 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an einen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Breitstreifenlaser 1300 eine verkürzte HOMSL 1302, die asymmetrisch um den lateralen Wellenleiter 340 angeordnet ist. Die HOMSL 1302 enthält ein absorbierendes Material ähnlich dem in 12 gezeigten. Die HOMSL 1302 absorbiert in dem lateralen Wellenleiter 340 Moden höherer Ordnung überproportional, wodurch Moden höherer Ordnung, welche die HOMSL 1302 räumlich stärker überlappen, unterdrückt werden. Daher unterdrückt die HOMSL 1302 Moden höherer Ordnung, wobei die Auswirkung auf Moden niedrigerer Orden und die Grundmode minimiert sind. Zudem erstreckt sich das einzige HOMSL-Merkmal 1302 ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über einen Teil der Länge des lateralen Wellenleiters 340. Die hintere Facette 1330 ist mit einer HR-Beschichtung bedeckt, und die vordere Facette 732 ist mit einer PR-Beschichtung bedeckt. Der Umstand, dass sich die HOMSL 1302 ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über eine geringe Länge erstreckt, hat den Vorteil, dass Moden höherer Ordnung unterdrückt werden, während der Verlust für die nicht unterdrückten Moden minimiert ist, so dass die Laserdiode effizienter arbeitet, ohne den Verlust für Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen. 13 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent a waveguide. In one example, a broad area laser 1300 includes a truncated HOMSL 1302 disposed asymmetrically about lateral waveguide 340. FIG. The HOMSL 1302 contains an absorbent material similar to that in 12 shown. The HOMSL 1302 disproportionately absorbs higher-order modes in the lateral waveguide 340, thereby suppressing higher-order modes that spatially overlap the HOMSL 1302 more. Therefore, the HOMSL 1302 suppresses higher order modes, while minimizing the impact on lower order modes and the fundamental mode. In addition, the single HOMSL feature 1302 extends from the rear facet 730 for only part of the length of the lateral waveguide 340. The rear facet 1330 is covered with an HR coating and the front facet 732 is covered with a PR coating . The fact that the HOMSL 1302 extends only a short length from the rear facet 730 has the advantage that higher order modes are suppressed while the loss for the non-suppressed modes is minimized, so that the laser diode operates more efficiently. without significantly increasing the loss for lower order/fundamental modes.

14 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an einen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Laser 1400 einen aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (FLOW) 1418, der anstelle eines rechtwinkligen Breitstreifenlaserwellenleiters verwendet werden kann. Der FLOW 1440 weist einen aufgeweiteten Strominjektionsbereich auf, der sich zwischen der hinteren Facette 730, die eine hochreflektierende (HR) Beschichtung hat, und der vorderen Facette 732, die eine teilreflektierende (PR) Beschichtung hat, längs der longitudinalen Richtung erstreckt und aufweitet. Indem die Breite des elektrisch gepumpten Streifens zur hochreflektierenden Facette hin verringert ist, wird verhindert, dass die Moden höherer Ordnung mit größeren Divergenzwinkeln zurück in den Laser gekoppelt werden. Die auf die langsame Achse bezogene Divergenz des Lasers ist deshalb kleiner als bei einer Vorrichtung mit rechtwinkliger Geometrie, die für den Teilreflektor die gleiche Breite aufweist. Ferner kann Licht, das sich in dem aufgeweiteten Strominjektionsbereich näher an der vorderen PR-Facette 732 ausbreitet, einen thermische Wellenleiter bilden, der näher an der Breite der schmaleren hinteren HR-Facette 730 liegt, was an der vorderen Facette 732 zu einer Strahlausgabe mit einer wesentlich geringeren Strahlbreite als die Breite der vorderen Facette 732 führt. Im Ergebnis ist das Strahlparameterprodukt BPP (Breite des auf die langsame Achse bezogenen Nahfeldes mal der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz) kleiner für FLOW-Vorrichtungen als für BAL-Vorrichtungen. Da das Nahfeld kleiner als die physikalische Breite auf der Seite der vorderen Facette 732 ist, können FLOW-Vorrichtungen mit einer größeren Gesamtfläche als BAL konstruiert werden, ohne dass das BPP beeinträchtigt wird. Der vergrößerte gepumpte Gesamtbereich, der durch die Aufweitung des aufgeweiteten Strominjektionsbereichs bereitgestellt wird, dient dazu, den thermischen Widerstand und den elektrischen Reihenwiderstand in der Vorrichtung zu verringern, was zu einer höheren Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer zu optischer Leistung führt. Im Vergleich zu BAL-Vorrichtungen führt dies auf zu einer höheren Ausgangsleistung bei einem gegebenen Betriebsstrom. Eine höhere Leistung und ein kleineres BPP führen zu einer erhöhten Strahlhelligkeit in der langsamen Achse. Zusätzlich zur Anwendung auf Breitstreifendiodenlaser kann das FLOW-Konzept auch auf andere Arten von halbleiterbasierten Fabry-Perot-Lasern angewandt werden, wie z. B. Quantenkaskadenlaser (QCL), Interbandquantenkaskadenlaser (IQL). Breitstreifendiodenlaser mit aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleitern können spezielle Verwendung insbesondere auch in Laserdiodenmodulen finden, die für verschiedenen Anwendungen wie Faserkopplung und direktes Pumpen konfiguriert werden können. 14 FIG. 14 is a plan view illustrating an exemplary laser oscillator flared waveguide with a higher order mode suppression layer disposed adjacent to a waveguide. In one example, a laser 1400 includes a laser oscillator flared waveguide (FLOW) 1418, which may be used in place of a broad area rectangular laser waveguide. The FLOW 1440 has a flared current injection region that extends and flares along the longitudinal direction between the rear facet 730, which has a highly reflective (HR) coating, and the front facet 732, which has a partially reflective (PR) coating. By reducing the width of the electrically pumped stripe towards the highly reflective facet, the higher order modes with larger divergence angles are prevented from being coupled back into the laser. The slow axis divergence of the laser is therefore smaller than for a device with rectangular geometry having the same width for the sub-reflector. Furthermore, light propagating in the expanded current injection region closer to the front PR facet 732 can form a thermal waveguide closer to the width of the narrower rear HR facet 730, resulting in a beam output at the front facet 732 with a much smaller beam width than the front facet 732 width. As a result, the beam parameter product BPP (width of the slow-axis near-field times the slow-axis divergence) is smaller for FLOW devices than for BAL devices. Because the near field is smaller than the physical width on the front facet 732 side, FLOW devices can be constructed with a larger total area than BAL without compromising the BPP. The increased total pumped area provided by the expansion of the expanded current injection area serves to reduce the thermal resistance and electrical series resistance in the device, resulting in higher electrical-to-optical power conversion efficiency. Compared to BAL devices, this results in higher output power for a given operating current. Higher power and smaller BPP result in increased beam brightness in the slow axis. In addition to being applied to broad area diode lasers, the FLOW concept can also be applied to other types of semiconductor-based Fabry-Perot lasers, such as: B. Quantum Cascade Laser (QCL), Interband Quantum Cascade Laser (IQL). Broad area diode lasers with expanded laser oscillator waveguides can also find special uses in particular in laser diode modules that can be configured for various applications such as fiber coupling and direct pumping.

In einem Beispiel kann die HOSML 1402 eine aperiodische Struktur aus einer ersten Schicht aus Niedrigindexmaterial 1406 enthalten, wobei der Index des Niedrigindexmaterials 1406 kleiner ist als der effektive Brechungsindex des Materials, das den FLOW 1440 aufbaut. Die HOMSL 1402 enthält ferner eine zweite Schicht aus Hochindexmaterial 1404, wobei der Index des Hochindexmaterials 1404 größer oder kleiner als der effektive Brechungsindex des Materials ist, das den FLOW 1440 ausbildet. Wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, kann sich die HOMSL 1402 in dem indexgeführten oder dem anti-geführten Regime befinden. Immer noch unter Bezugnahme auf 14 werden dadurch, dass die HOMSL 1402 mit dem FLOW 1440 gekoppelt ist, die Effekte zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung kombiniert, die entweder mit der HOMSL 1402 oder dem FLOW 1440 allein erzielt werden könnten, um so das BPP weiter zu verringern.In one example, HOSML 1402 may include an aperiodic structure of a first layer of low index material 1406, where the index of low index material 1406 is less than the effective index of refraction of the material making up FLOW 1440. The HOMSL 1402 further includes a second layer of high index material 1404, the index of the high index material 1404 being higher or lower ner than the effective index of refraction of the material forming the FLOW 1440. As above with reference to 5 described, the HOMSL 1402 may be in the index-guided or the anti-guided regime. Still referring to 14 For example, coupling the HOMSL 1402 to the FLOW 1440 combines the higher order mode suppression effects that could be achieved with either the HOMSL 1402 or the FLOW 1440 alone, thereby further reducing the BPP.

15 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufweiteten Laseroszillator-Wellenleiter mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält eine Laserdiode 1500 den FLOW 1440 und eine verkürzte HOMSL 1502, die symmetrisch um den FLOW 1440 angeordnet ist. Die HOMSL 1502 enthält eine aperiodische Struktur, die ein Niedrigindexmaterial 1506 und ein Hochindexmaterial 1504 aufweist, die wie gemäß 14 beschrieben zusammengesetzt ist. In einem Beispiel erstreckt sich die HOMSL 1502 ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über einen Teil der Länge des FLOW 1440. Die HOMSL 1502 ist nicht nahe der vorderen Facette 730 angeordnet. Diese Architektur verbindet die durch eine HOMSL-Struktur erzielte Unterdrückung von Moden höherer Ordnung in Kombination mit einer FLOW-Struktur, da sich die HOMSL 1502 über weniger als die volle Länge des FLOW 1440 erstreckt, wodurch der Verlust für nicht unterdrückte Moden minimiert ist, so dass die Laserdiode effizient arbeitet, ohne den Verlust für die Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen, wie oben unter Bezugnahme auf 8 erklärt ist. 15 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, a laser diode 1500 includes the FLOW 1440 and a truncated HOMSL 1502 symmetrically placed about the FLOW 1440. FIG. The HOMSL 1502 includes an aperiodic structure comprising a low index material 1506 and a high index material 1504, as shown in FIG 14 is composed as described. In one example, the HOMSL 1502 extends from the rear facet 730 only a portion of the length of the FLOW 1440. The HOMSL 1502 is not located close to the front facet 730. FIG. This architecture combines the higher order mode suppression achieved by a HOMSL structure in combination with a FLOW structure, since the HOMSL 1502 extends less than the full length of the FLOW 1440, thereby minimizing the loss for non-suppressed modes, so that the laser diode operates efficiently without significantly increasing the loss for the lower order/fundamental modes, as referred to in FIG 8th is explained.

16 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die ein Beispiel eines aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiters mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel kann eine Laserdiode 1600 eine HOMSL 1602 enthalten, die asymmetrisch um einen FLOW 1440 verteilt ist. Die HOMSL 1602 kann sich ausgehend von der hinteren Facette 730 nur um eine Teillänge des FLOW 1440 erstrecken. In einem Beispiel kann eine einzige verkürzte HOMSL 1602 in Kombination mit dem FLOW 1440 so arbeiten, dass Moden höherer Ordnung effizient unterdrückt werden. Eine solche Architektur ist beispielsweise wünschenswert, um Materialkosten zu sparen oder andere Strukturen in der Epitaxialschichtstruktur der Laserdiode 1600 unterzubringen. 16 Fig. 12 is a cross-sectional plan view showing an example of a flared laser oscillator waveguide having a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the waveguide. In one example, a laser diode 1600 may include a HOMSL 1602 distributed asymmetrically around a FLOW 1440. FIG. The HOMSL 1602 may only extend a partial length of the FLOW 1440 from the rear facet 730 . In one example, a single truncated HOMSL 1602 can operate in combination with the FLOW 1440 to efficiently suppress higher order modes. Such an architecture is desirable, for example, to save material costs or to accommodate other structures in the epitaxial layer structure of the laser diode 1600.

17 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften Wellenleiter einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält eine Laserdiode 1700 den FLOW 1440 und eine HOMSL 1702, die symmetrisch um den FLOW 1440 angeordnet ist. Die HOMSL 1702 ist verkürzt und erstreckt sich ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über einen Teil der Länge des FLOW 1440. Die HOMSL 1702 weist im Vergleich zu dem Material, das in dem FLOW 1440 verwendet wird, ein Hochindexmaterial auf. Indem die Breite des elektrisch gepumpten Streifens des FLOW 1440 zur hochreflektierenden Facette hin verschmälert ist, wird verhindert, dass die Moden höherer Ordnung mit höheren Divergenzwinkeln zurück in den Laser gekoppelt werden. Die verkürzte HOMSL 1702 sorgt durch eine überproportionale Antiführung von Moden höherer Ordnung, die mit dem Hochindexmaterial zu der HR-Facette hin überlappen, für eine weitere Unterdrückung von Moden höherer Ordnung. 17 12 is a plan view illustrating an exemplary laser diode waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, a laser diode 1700 includes the FLOW 1440 and a HOMSL 1702 symmetrically placed about the FLOW 1440. FIG. The HOMSL 1702 is truncated, extending only part of the length of the FLOW 1440 from the rear facet 730. The HOMSL 1702 is a high index material compared to the material used in the FLOW 1440. Narrowing the width of the electrically pumped stripe of FLOW 1440 towards the highly reflective facet prevents the higher order modes with higher divergence angles from being coupled back into the laser. The shortened HOMSL 1702 provides further higher order mode suppression by disproportionately antiguiding higher order modes that overlap with the high index material towards the HR facet.

18 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften Wellenleiter eines Lasers mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an einen Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält ein Laser 1800 eine verkürzte HOMSL 1802, die asymmetrisch um den FLOW 1440 verteilt ist. Die HOMSL 1802 kann ein Hochindexmaterial ähnlich dem in 17 beschriebenen enthalten. Die HOMSL 1802 kann sich ausgehend von der hinteren Facette 730 des FLOW 1440 nur über eine Teillänge erstrecken. Die einzige verskürzte HOMSL 1802 kann in Kombination mit dem FLOW 1440 so arbeiten, dass Moden höherer Ordnung effizient unterdrückt werden. Diese Architektur ist beispielsweise wünschenswert, um Materialkosten zu sparen oder andere Strukturen in der Epitaxialschichtstruktur des Lasers 1800 unterzubringen. 18 FIG. 14 is a plan view illustrating an exemplary laser waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent a waveguide. In one example, a laser 1800 includes a truncated HOMSL 1802 distributed asymmetrically around the FLOW 1440. The HOMSL 1802 can be a high index material similar to that in 17 included. The HOMSL 1802 may only extend a partial length from the rear facet 730 of the FLOW 1440 . The only shortened HOMSL 1802 can work in combination with the FLOW 1440 in such a way that higher order modes are efficiently suppressed. This architecture is desirable, for example, to save on material costs or to accommodate other structures in the laser 1800 epitaxial layer structure.

19 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel enthält eine Laserdiode 1900 den FLOW 1440. Eine HOSML 1902 ist symmetrisch um den FLOW 1440 angerordnet. Die HOMSL 1902 ist verkürzt und erstreckt sich ausgehend von der hinteren Facette 730 nur über einen Teil der Länge des FLOW 1440. Die HOMSL 1902 enthält absorbierendes Material. Wie unter Bezugnahme auf 4 diskutiert, bringt das absorbierende Material vorzugsweise für die Moden höherer Ordnung einen höheren Verlust ein und unterdrückt dadurch Moden höherer Ordnung, die räumlich mit der HOMSL 1902 überlappen. 19 FIG. 14 is a plan view illustrating an exemplary laser oscillator flared waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the waveguide. In one example, a laser diode 1900 contains the FLOW 1440. A HOSML 1902 is symmetrically placed around the FLOW 1440. The HOMSL 1902 is truncated, extending only part of the length of the FLOW 1440 from the rear facet 730. The HOMSL 1902 contains absorbent material. As referring to 4 discussed, the absorbing material preferentially introduces higher loss for the higher order modes and thereby suppresses higher order modes that spatially overlap the HOMSL 1902.

20 zeigt im Querschnitt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht darstellt, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel kann ein Laser 2000 eine verkürzte HOMSL 2002 enthalten, die symmetrisch um den FLOW 1440 verteilt ist. Die HOMSL 2002 kann ein absorbierendes Material ähnlich dem unter Bezugnahme auf 19 beschriebenen enthalten. Die HOMSL 2002 kann sich ausgehend von der hinteren Facette 730 des FLOW 1440 sich nur über eine Teillänge erstrecken. Eine einzige verkürzte HOMSL 2002 kann in Kombination mit dem FLOW 1440 so arbeiten, dass Moden höherer Ordnung effizienter als mit der HOMSL 2002 oder dem FLOW 1440 allein unterdrückt werden. Diese Architektur ist beispielsweise wünschenswert, um Materialkosten zu sparen oder andere Strukturen in der Epitaxialschichtstruktur des Lasers 2000 unterzubringen. 20 12 is a cross-sectional plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide with a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In an example, a laser 2000 may include a truncated HOMSL 2002 symmetrically distributed around FLOW 1440 . The HOMSL 2002 may use an absorbent material similar to that referred to 19 included. The HOMSL 2002 may only extend a partial length from the rear facet 730 of the FLOW 1440 . A single truncated HOMSL 2002 can operate in combination with the FLOW 1440 to suppress higher order modes more efficiently than either the HOMSL 2002 or the FLOW 1440 alone. This architecture is desirable, for example, to save on material costs or to accommodate other structures in the laser 2000 epitaxial layer structure.

Ansatz der VerstärkungsanpassungGain Matching Approach

In einem Beispiel können Moden höherer Ordnung in dem lateralen Wellenleiter reduziert werden, indem die Strommenge verringert wird, welche die aktive Schicht in dem lateralen Wellenleiter erreicht, in der Moden höherer Ordnung verstärkt auftreten. Dies kann durch Verstärkungsanpassung erreicht werden. Herkömmlicherweise geht eine Verstärkungsanpassung mit einer Strominjektion von der p-Seite der Heterostruktur einher. Jedoch ist eine Verstärkungsanpassung von der p-Seite aus mit Ineffizienzen behaftet. Dagegen erzeugt eine Verstärkungsanpassung von der n-Seite aus eine diffuse Trägerverteilung, die stärker in erster Linie mit der Grundmode und dann mit den Profilen von Moden niedrigerer Ordnung überlappt, wodurch die gewünschten Moden eine höhere Verstärkung und die unerwünschten Moden höherer Ordnung eine geringere Verstärkung erhalten.In one example, higher order modes in the lateral waveguide can be reduced by reducing the amount of current reaching the active layer in the lateral waveguide where higher order modes are more prevalent. This can be achieved by gain adjustment. Conventionally, gain matching involves current injection from the p-side of the heterostructure. However, gain adjustment from the p-side has inefficiencies. In contrast, gain matching from the n-side produces a diffuse carrier distribution that overlaps more primarily with the fundamental mode and then with the profiles of lower-order modes, giving the desired modes higher gain and the undesired higher-order modes lower gain .

27 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema aufweist. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung durch Strominjektion über einen nMetallkontakt 2714 durchgeführt, der so gestaltet ist, dass er schmaler als der p-Metallkontakt 316 ist. Der n-Metallkontakt 2714 ist in der Mitte des lateralen Wellenleiters 2714 in der longitudinalen Richtung angeordnet, und eine Kavität 2710 ermöglicht ein laterales Trägerverteilungsmuster 2702. 27 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having an adapted n-side current injection scheme. In one example, gain adjustment is performed by current injection via an n-metal contact 2714 that is designed to be narrower than p-metal contact 316 . The n-metal contact 2714 is located at the center of the lateral waveguide 2714 in the longitudinal direction, and a cavity 2710 allows for a lateral carrier distribution pattern 2702.

28 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema aufweist. Eine Laserdiode 2800 weist eine n-Seite 2820 und eine p-Seite 2822 auf. Die n-Seite 2820 enthält einen n-Metallkontakt 2814, die n-Mantelschicht 310, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und das n-Substrat 304. Die p-Seite enthält die p-Mantelschicht 312, die p-Typ-Halbleiterschicht 308 und den p-Metallkontakt 316. Der transversale Wellenleiter 318 enthält den Quantentopf 302, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und die p-Typ-Halbleiterschicht 308. Ein longitudinaler Wellenleiter 2814 kann auf verschiedene Weise definiert sein (z. B. durch Verstärkungsführung, Stegwellenleiter oder Indexführung oder dergleichen oder eine Kombination davon), wie durch gepunktete Linien auf der oberen Seite des Substrats 304 und dem n-Metallkontakt 2814 veranschaulicht ist. Der p-Metallkontakt 316 ist unter der p-Mantelschicht 312 angeordnet. Der n-Metallkontakt 2814 erstreckt sich längs der Kavität 2810 des longitudinalen Wellenleiters 2814. 28 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having an adapted n-side current injection scheme. A laser diode 2800 has an n-side 2820 and a p-side 2822 . The n-side 2820 contains an n-metal contact 2814, the n-cladding layer 310, the n-type semiconductor layer 306 and the n-substrate 304. The p-side contains the p-cladding layer 312, the p-type semiconductor layer 308 and p-metal contact 316. Transverse waveguide 318 includes quantum well 302, n-type semiconductor layer 306, and p-type semiconductor layer 308. A longitudinal waveguide 2814 can be defined in a variety of ways (e.g., by gain routing, ridge waveguide or index guide or the like or a combination thereof) as illustrated by dotted lines on the top side of the substrate 304 and the n-metal contact 2814. P-metal contact 316 is located under p-cladding layer 312 . The n-metal contact 2814 extends along the cavity 2810 of the longitudinal waveguide 2814.

Eine Verstärkungsanpassung ausgehend von der n-Seite kann durch Einbringen eines lateralen Trägerverteilungsmusters 2802 erreicht werden, indem ein schmaler Streifen eines n-Metallkontakts 2814 auf der n-Seite 2820 der Laserdiode 2800 angeordnet ist, anstatt der herkömmlichen Metallisierung der gesamten n-Seite. Der dünne n-Metallkontakt 2814 kann an einer Vielzahl von Stellen gegenüber dem p-Metallkontakt 316 angeordnet sein. In einem Beispiel ist der n-Metallkontakt 2814 so versetzt, dass sich seine Kante an der Emitter-Halbebene 2804 befindet. Es wird eine Verstärkungsanpassung ausgehend von der n-Metallseite 2820 vorgenommen, welche Moden höherer Ordnung, die sich in dem Wellenleiter 2840 ausbreiten, dadurch reduziert, dass die Größe der Verstärkung für die Moden höherer Ordnung verringert wird.Gain matching from the n-side can be achieved by introducing a lateral carrier distribution pattern 2802 by placing a narrow strip of n-metal contact 2814 on the n-side 2820 of the laser diode 2800 instead of the conventional full n-side metallization. The thin n-metal contact 2814 can be disposed in a variety of locations opposite the p-metal contact 316. FIG. In one example, n-metal contact 2814 is offset such that its edge is on emitter half-plane 2804 . A gain adjustment is made from the n-metal side 2820 which reduces higher order modes propagating in the waveguide 2840 by reducing the magnitude of the gain for the higher order modes.

In einem Beispiel kann der n-Metallkontakt 2814 eine variable Breite längs der Kavität aufweisen, um das Trägerprofil in der lateralen und der longitudinalen Richtung zu modulieren. Dies ist in 28 gezeigt, worin eine Breite L1 des n-Metallkontakt 2814 kleiner als eine zweite Breite L2 ist. Dadurch wird eine Verstärkungsanpassung in der longitudinalen Richtung bereitgestellt, welche die Verstärkung für die Moden höherer Ordnung zur HR-Facette (hochreflektierend) hin reduziert, so dass die Laserdiode 2800 effizienter arbeitet, ohne den Verlust für Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode signifikant zu erhöhen.In one example, the n-metal contact 2814 can have a variable width along the cavity to modulate the beam profile in the lateral and longitudinal directions. this is in 28 is shown wherein a width L1 of the n-metal contact 2814 is less than a second width L2. This provides a gain adjustment in the longitudinal direction that reduces the gain for the higher order modes toward the HR facet (highly reflective) so that the laser diode 2800 operates more efficiently without significantly increasing the lower order/fundamental mode loss.

29 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema aufweist. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung durch Strominjektion über einen aufgeweiteten n-Metallkontakt 2914 vorgenommen, der so gestaltet ist, dass er schmaler als der p-Metallkontakt 316 ist. Der n-Metallkontakt 2914 ist auf der HR-Seite schmaler und auf der PR-Seite breiter (aber lateral zentriert). Der n-Metallkontakt 2914 ist in der Mitte des lateralen Wellenleiters 2914 in der Längsrichtung angeordnet, und eine Kavität 2910 ermöglicht ein laterales Trägerverteilungsmuster 2902. 29 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having an adapted n-side current injection scheme. In In one example, gain adjustment is made by current injection via a flared n-metal contact 2914 that is designed to be narrower than p-metal contact 316 . The n-metal contact 2914 is narrower on the HR side and wider on the PR side (but laterally centered). The n-metal contact 2914 is located in the middle of the lateral waveguide 2914 in the longitudinal direction, and a cavity 2910 allows for a lateral carrier distribution pattern 2902.

Hybride Verstärkungsanpassung/HOMSL-AnsatzHybrid Gain Matching/HOMSL Approach

Eine weitere Reduzierung von Moden höherer Ordnung in einem lateralen Wellenleiter kann unter Verwendung eines Hybridansatzes vorgenommen werden, indem 1) die Ausbreitung von Moden höherer Ordnung in dem Wellenleiter durch Anwendung eines angepassten Strominjektionsschemas verringert wird, um die Verstärkung anzupassen oder die Verstärkung für Moden höherer Ordnung zu benachteiligen und ihnen dadurch die Verstärkung zu entziehen und die Moden höherer Ordnung zu unterdrücken, und 2) eine HOMSL angrenzend an den lateralen Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung eingefügt wird, um Moden höherer Ordnung, die trotz der Verstärkungsanpassung erzeugt werden, weiter zu unterdrücken.Further reduction of higher order modes in a lateral waveguide can be done using a hybrid approach by 1) reducing the propagation of higher order modes in the waveguide by applying an adjusted current injection scheme to adjust the gain or the gain for higher order modes and thereby depriving them of gain and suppressing the higher order modes, and 2) inserting a HOMSL adjacent the lateral waveguide along the longitudinal direction to further suppress higher order modes generated despite the gain matching.

21A zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist. Eine Laserdiode 2100 weist eine n-Seite 2120 und eine p-Seite 2122 auf. Die n-Seite 2120 enthält einen n-Metallkontakt 2114, die n-Mantelschicht 310, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und das n-Substrat 304. Die p-Seite 2122 enthält die p-Mantelschicht 312, die p-Typ-Halbleiterschicht 308, den p-Metallkontakt 316 und die HOMSL 320. Der Wellenleiter 318 enthält den Quantentopf 302, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und die p-Typ-Halbleiterschicht 308. Der longitudinale Wellenleiter 2114 kann in verschiedene Weisen definiert werden (z. B. durch Verstärkungsführung, Stegwellenleiter oder Indexführung oder dergleichen oder eine Kombination davon). Der longitudinale Wellenleiter 2114 enthält eine Kavität 2110, die durch gestrichelte Linien auf der oberen Seite des Substrats 304 und dem n-Metallkontakt 2140 dargestellt ist. Der p-Metallkontakt 316 ist unter der p-Mantelschicht 312 angeordnet. Der n-Metallkontakt 2114 erstreckt sich längs der Kavität 2110 des longitudinalen Wellenleiters 2140. 21A 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide. A laser diode 2100 has an n-side 2120 and a p-side 2122 . The n-side 2120 includes an n-metal contact 2114, the n-cladding layer 310, the n-type semiconductor layer 306, and the n-substrate 304. The p-side 2122 includes the p-cladding layer 312, the p-type semiconductor layer 308, p-metal contact 316, and HOMSL 320. Waveguide 318 includes quantum well 302, n-type semiconductor layer 306, and p-type semiconductor layer 308. Longitudinal waveguide 2114 can be defined in a number of ways (e.g .by gain guiding, ridge waveguide or index guiding or the like or a combination thereof). The longitudinal waveguide 2114 includes a cavity 2110 represented by dashed lines on the top of the substrate 304 and the n-metal contact 2140. FIG. P-metal contact 316 is located under p-cladding layer 312 . The n-metal contact 2114 extends along the cavity 2110 of the longitudinal waveguide 2140.

Wie oben diskutiert, kann eine Verstärkungsanpassung von der n-Seite aus durch Einbringen eines lateralen Trägerverteilungsmusters 2102 erreicht werden, indem der n-Metallkontakt 2114 auf der n-Seite der Laserdiode angeordnet wird. In 21A ist der n-Metallkontakt 2114 so versetzt, dass sich seine Kante an der Emitter-Halbebene 2104 befindet. Die Trägerinjektion wird von der n-Metallseite her vorgenommen. Zudem enthält die HOMSL 320 ein Hochindexmaterial, das symmetrisch längs der longitudinalen Richtung um den lateralen Wellenleiter 2110 angeordnet ist. Dieser Hybridansatz kann Moden höherer Ordnung, die sich in dem Wellenleiter 2140 ausbreiten, reduzieren, indem die Größe der Verstärkung für die Moden höherer Ordnung verringert und die Moden höherer Ordnung über die HOMSL 320 unterdrückt werden.As discussed above, gain matching can be achieved from the n-side by introducing a lateral carrier distribution pattern 2102 by placing the n-metal contact 2114 on the n-side of the laser diode. In 21A the n-metal contact 2114 is offset so that its edge is on the emitter half-plane 2104. The carrier injection is carried out from the n-metal side. In addition, the HOMSL 320 includes a high-index material symmetrically disposed about the lateral waveguide 2110 along the longitudinal direction. This hybrid approach can reduce higher order modes propagating in the waveguide 2140 by reducing the amount of gain for the higher order modes and suppressing the higher order modes across the HOMSL 320 .

In einem anderen Beispiel kann eine HOMSL-Struktur, die symmetrisch um den Wellenleiter 2140 angeordnet ist, anstelle einer symmetrisch angeordneten HOMSL-Struktur verwendet werden. In einem Beispiel sollte eine asymmetrische HOMSL-Struktur, wie in den 9, 11, 16, 18 und 20 gezeigt, in der Heterostruktur in Reihe mit dem n-Metallkontakt 2114 angeordnet werden, wie in 21B gezeigt ist. Diese Konfiguration ist effizienter, als die HOMSL-Struktur auf der entgegengesetzten Seite anzuordnen, da den Moden höherer Ordnung Verstärkung entzogen wird und sie unterhalb der Schwellenträgerdichte liegt.In another example, a HOMSL structure symmetrically placed about the waveguide 2140 may be used instead of a symmetrically placed HOMSL structure. In an example, an asymmetric HOMSL structure, as in the 9 , 11 , 16 , 18 and 20 shown, can be placed in series with the n-metal contact 2114 in the heterostructure, as in FIG 21B is shown. This configuration is more efficient than placing the HOMSL structure on the opposite side since gain is stripped from the higher order modes and it is below the threshold carrier density.

Ferner können auch andere HOMSL-Strukturen verwendet werden, um das hier beschriebene Verfahren zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung durch den Hybrid aus Verstärkungsanpassung/HOMSL vorzunehmen. Statt die Hochindexmaterialien der HOMSL 320 einzusetzen, können beispielsweise absorbierende und/oder aperiodische Materialien verwendet werden, wie oben in Bezug auf die HOMSL 402 der 4 und die HOMSL 502 der 5 beschrieben ist. Ferner sorgt der hybride Verstärkungsanpassungs-/HOMSL-Ansatz unter Verwendung einer p-seitigen Verstärkungsanpassung für eine Unterdrückung von Moden höherer Ordnung, die gegenüber einer herkömmlichen p-seitigen Verstärkungsanpassung oder gegenüber einer Unterdrückung von Moden höherer Ordnung unter Verwendung einer HOMSL-Struktur allein verbessert ist. 22 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel ist ein n-Metallkontakt 2214 so gestaltet, dass er schmaler als die Breite des p-Metallkontakts 316 ist. Der n-Metallkontakt 2214 ist an der Halbebene 2204 des Wellenleiters 2240 zentriert. Dadurch wird eine diffuse Trägerverteilung längs des mit 2202 bezeichneten Pfads in der lateralen Richtung erzeugt, wodurch ein Trägerdichteprofil kreiert wird, das stärker in erster Linie mit der Grundmode und dann mit dem Profilen der Moden niedrigerer Ordnung überlappt als die unterdrückten Moden höherer Ordnung. Dieses Strominjektionsprofil ist so konfiguriert, dass der Überlapp mit den lateralen Moden niedrigerer Ordnung und den Grundmoden optimiert ist, indem den gewünschten Moden eine höhere Verstärkung und den unerwünschten Moden höherer Ordnung eine geringere Verstärkung bereitgestellt wird. Ferner kann die Breite des n-Metallkontakts 2214 längs der Kavität 2210 variabel sein, um die Menge an Trägern zu modellieren, die längs der longitudinalen Richtung der Kavität 2210 injiziert werden.Also, other HOMSL structures can be used to implement the hybrid gain matching/HOMSL higher order mode suppression method described herein. For example, instead of employing the high index materials of HOMSL 320, absorptive and/or aperiodic materials may be used, as discussed above with respect to HOMSL 402 of US Pat 4 and the HOMSL 502 of the 5 is described. Furthermore, the hybrid gain matching/HOMSL approach using p-side gain matching provides higher order mode rejection that is improved over conventional p-side gain matching or higher order mode rejection using a HOMSL structure alone . 22 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher-order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, n-metal contact 2214 is designed to be narrower than the width of p-metal contact 316 . N-metal contact 2214 is at half-plane 2204 of the waveguide 2240 centered. This creates a diffuse carrier distribution along the path labeled 2202 in the lateral direction, creating a carrier density profile that overlaps primarily with the fundamental mode and then with the profiles of the lower order modes than the suppressed higher order modes. This current injection profile is configured to optimize the overlap with the lower order lateral modes and the fundamental modes by providing higher gain to the desired modes and lower gain to the higher order undesired modes. Furthermore, the width of the n-metal contact 2214 along the cavity 2210 may be variable to model the amount of carriers injected along the longitudinal direction of the cavity 2210. FIG.

23 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschicht struktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung durch Strominjektion über einen n-Metallkontakt 2314 vorgenommen, der gegenüber dem p-Metallkontakt 316 versetzt ist. Der HOMSL 402 (vgl. 4) ist symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 2314 längs der longitudinalen Richtung angeordnet und enthält ein absorbierendes Material. In einem Beispiel kann die HOMSL n- oder p-dotiertes GaAs oder geordnetes oder ungeordnetes InGaAs mit einer geringeren Bandlücke als die Laserwellenlänge sein. 23 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer disposed adjacent the waveguide. In one example, gain adjustment is made by current injection via n-metal contact 2314 that is offset from p-metal contact 316 . The HOMSL 402 (cf. 4 ) is arranged symmetrically about the lateral waveguide 2314 along the longitudinal direction and contains an absorbing material. In an example, the HOMSL can be n- or p-doped GaAs, or ordered or disordered InGaAs with a bandgap lower than the lasing wavelength.

24 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die an den Wellenleiter angrenzt. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung durch Strominjektion über einen n-Metallkontakt 2414 vorgenommen, der so gestaltet ist, dass er schmaler als der p-Metallkontakt 316 ist. Der n-Metallkontakt 2414 ist in der Mitte des lateralen Wellenleiters 2414 und der Kavität 2410 angeordnet. Die HOMS1 402 (vgl. 4) ist symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 2414 angeordnet und enthält ein absorbierendes Material. 24 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer adjacent to the waveguide. In one example, gain adjustment is made by current injection via an n-metal contact 2414 that is designed to be narrower than p-metal contact 316 . The n-metal contact 2414 is placed in the center of the lateral waveguide 2414 and the cavity 2410 . The HOMS1 402 (cf. 4 ) is arranged symmetrically around the lateral waveguide 2414 and contains an absorbing material.

25 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung über einen n-Metallkontakt 2514 vorgenommen, der gegenüber dem p-Metallkontakt 316 versetzt ist. Die HOMSL 502 (vgl. 5), die eine aperiodische Hochindexschicht 504 und eine Niedrigindexschicht 506 aufweist, ist symmetrisch um den lateralen Wellenleiter 2514 angeordnet. 25 12 is a cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the waveguide. In one example, a gain adjustment is made via an n-metal contact 2514 that is offset from p-metal contact 316 . The HOMSL 502 (cf. 5 ) comprising an aperiodic high-index layer 504 and a low-index layer 506 is arranged symmetrically about the lateral waveguide 2514.

26 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode darstellt, die ein angepasstes n-seitiges Strominjektionsschema und eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die angrenzend an den Wellenleiter angeordnet ist. In einem Beispiel wird eine Verstärkungsanpassung durch Strominjektion über einen n-Metallkontakt 2614 vorgenommen, der so gestaltet ist, dass er schmaler als der p-Metallkontakt 316 ist. Der n-Metallkontakt 2614 ist in der Mitte des Wellenleiters 2640 und einer Kavität 2610 angeordnet. Die HOMSL 502 (vgl. 5) ist symmetrisch um den longitudinalen Wellenleiter 2640 angeordnet und enthält ein absorbierendes Material. 26 12 is a cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode having a matched n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the waveguide. In one example, gain adjustment is made by current injection via an n-metal contact 2614 that is designed to be narrower than p-metal contact 316 . The n-metal contact 2614 is placed in the center of the waveguide 2640 and a cavity 2610 . The HOMSL 502 (cf. 5 ) is arranged symmetrically about the longitudinal waveguide 2640 and contains an absorbing material.

Merkmale der eingebetteten HOMSL zur Kompensation der thermischen LinsenwirkungFeatures of the embedded HOMSL to compensate for thermal lensing

Indexführung und Verstärkungsführung sind die vorherrschenden Eingrenzungsmechanismen, mit denen laterale optischen Moden (d. h. quer zur langsamen Achse) in Breitstreifenlaserkavitäten eingegrenzt werden. Eine Eingrenzung vertikaler Moden (d. h. quer zur schnellen Achse) wird typischerweise mit Indexführung unter Verwendung von n-Typ- und p-Typ-Mantelschichten vorbestimmter Brechungsindizes durchgeführt. Im Allgemeinen werden laterale optische Moden, die von einer Halbleiterlaserkavität, die eine Variation des lateralen Brechungsindex von Null in einem stromlosen, kalten Zustand aufweist, unterstützt werden, während eines gespeisten Zustands verstärkungsgeführt, da der injizierte Strom eine laterale Indexvariation zwischen elektrisch gepumpten und ungepumpten Bereichen induziert.Index guidance and gain guidance are the dominant confinement mechanisms used to confine lateral (i.e., transverse to the slow axis) optical modes in broad area laser cavities. Vertical mode confinement (i.e., transverse to the fast axis) is typically performed with index guidance using n-type and p-type cladding layers of predetermined refractive indices. In general, lateral optical modes supported by a semiconductor laser cavity that has zero lateral refractive index variation in an unpowered, cold state are gain-guided during a driven state because the injected current introduces a lateral index variation between electrically pumped and unpumped regions induced.

Bei Betrieb mit hoher Leistung verursacht ein lateraler thermischer Gradient eine laterale Indexdifferenz zwischen dem lateralen Wellenleiter und dem Mantel, die mit thermischer Linsenwirkung einhergeht. Die Größe eines durch thermische Linsenwirkung verursachten positiven, lateralen Indexkontrastes kann von verschiedenen Eigenschaften und Parametern der Kavität abhängen, darunter Länge, Halbleierschichtdicken, Trägerdichten, Typ und Dicke der aktiven Schicht, Emitter-/Reflektorbreiten, Verstärkung, Betriebswellenlänge, Menge der von dem Diodenlaser erzeugten Abwärme und Wärmeübertragung zwischen dem Diodenübergang und der Wärmesenke, etc., wie von einem Fachmann leicht erkannt wird.During high power operation, a lateral thermal gradient causes a lateral index difference between the lateral waveguide and the cladding, which is associated with thermal lensing. The magnitude of positive lateral index contrast caused by thermal lensing can depend on various cavity properties and parameters, including length, semiconductor layer thicknesses, carrier densities, active layer type and thickness, emitter/reflector widths, gain, operating wavelength length, amount of waste heat generated by the diode laser, and heat transfer between the diode junction and the heat sink, etc., as will be readily appreciated by one skilled in the art.

Der auf die langsame Achse bezogene Divergenzwinkel eines von der Halbleitervorrichtung emittierten Ausgangsstrahls kann durch die laterale Wellenleitereingrenzung nahe der hochreflektierenden Facette stark beeinflusst werden. Die Indexführung (hervorgerufen durch thermische Linsenwirkung) in dem lateralen Wellenleiter nahe der hochreflektierenden Facette kann unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung unterstützen, was zu einer auf die langsame Achse bezogenen Divergenz und zu verminderter Strahlqualität führt.The slow-axis divergence angle of an output beam emitted from the semiconductor device can be strongly affected by the lateral waveguide confinement near the highly reflective facet. Index guiding (caused by thermal lensing) in the lateral waveguide near the highly reflective facet can support unwanted higher-order lateral modes, resulting in slow-axis divergence and reduced beam quality.

Diese Beispiele beschreiben Verfahren, Systeme und Einrichtungen, die dazu dienen, das Auftreten von lateralen Moden höherer Ordnung im Gerätebetrieb zu verringern, die durch hohen Indexkontrast induzierte thermische Linsenwirkung verursacht werden. Der erhöhte Wellenleiterindexkontrast infolge der thermischen Linsenwirkung wird ausgeglichen oder kompensiert, indem auf der HR-Seite der Fabry-Perot-Kavität ein Indexkompensationsbereich ausgebildet wird. Dies verringert die Größe der durch Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung.These examples describe methods, systems and devices for reducing the occurrence of higher order lateral modes in device operation caused by high index contrast induced thermal lensing. The increased waveguide index contrast due to thermal lensing is offset or compensated for by forming an index compensation region on the HR side of the Fabry-Perot cavity. This reduces the magnitude of index contrast induced thermal lensing.

30A ist ein Graph 3002, der ein herkömmliches Stufenindexprofil in der lateralen Richtung einer Einzelemitterlaserdiode bei Betrieb mit geringer Leistung ohne signifikante thermische Linsenwirkung zeigt. 30B ist ein Graph 3004, der ein Stufenindexprofil in der lateralen Richtung einer Einzelemitterlaserdiode zeigt, dem ein parabolisches Profil hinzugefügt ist. Dies ist ein Indexmodell für ein herkömmliches Wellenleiterprofil mit thermischer Linsenwirkung bei Betrieb mit höherer Leistung. Dies zeigt, wie sich das Profil unter der thermischen Linsenwirkung bei hohem Betriebsstrom entwickelt. 30C ist ein Graph 3006, der ein potentielles Indexprofil in der lateralen Richtung einer Einzelemitterlaserdiode zeigt, die für eine Kompensation von thermischer Linsenwirkung beim Betrieb mit höherer Leistung sorgt. Das „negative“ Stufenindexprofil, dem ein parabolisches Profil hinzugefügt ist, modelliert das Indexprofil in dem Bereich mit negativer Kompensation. Das auf die thermische Linsenwirkung bezogene Indexprofil erzeugt unter Betriebsbedingungen einen schwach indexgeführten Bereich. 30A FIG. 3002 is a graph showing a conventional step index profile in the lateral direction of a single emitter laser diode operating at low power without significant thermal lensing. 30B FIG. 3004 is a graph showing a step index profile in the lateral direction of a single emitter laser diode with a parabolic profile added. This is an index model for a conventional thermal lensing waveguide profile operating at higher power. This shows how the profile evolves under thermal lensing at high operating current. 30C FIG. 3006 is a graph showing a potential index profile in the lateral direction of a single emitter laser diode that provides compensation for thermal lensing during higher power operation. The "negative" step index profile, with a parabolic profile added, models the index profile in the negative compensation region. The thermal lensing related index profile produces a weak index guided area under operating conditions.

Wie weiter unten genauer beschrieben ist, beinhalten die Verfahren zur Erzielung eines solchen Profils das Einbringen lateraler Merkmale mit höherem Brechungsindex angrenzend an und/oder überlappend mit dem lateralen Wellenleiter, die Verringerung der transversalen Wellenleiterdicke in dem aktiven Streifen, und/oder das Einbringen einer dünnen Niedrigindexschicht innerhalb des transversalen Wellenleiters.As described in more detail below, methods for achieving such a profile include introducing higher index of refraction lateral features adjacent and/or overlapping the lateral waveguide, reducing the transverse waveguide thickness in the active stripe, and/or introducing a thin one Low-index layer within the transverse waveguide.

Die 31A - 31D zeigen verschiedene Ansichten einer Laserdiode 3100.the 31A - 31D show different views of a laser diode 3100.

31A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode 3100 mit einer eingebetteten, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht (HOMSL) 3104, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters 3106 angeordnet sind. Die Laserdiode 3100 kann verschiedene Geometrien und Konfigurationen aufweisen und verschiedene Anordnungen von p-Typ-, n-Typ-, aktiven, abgedeckten und dielektrischen Schichten enthalten. Der Begriff „eingebettet“ soll sich hier auf eine Schicht zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung und/oder auf ein Merkmal beziehen, das zwischen Schichten innerhalb der Epitaxialschichtstruktur der Laserdiode 3100 (oder anderer hier beschriebener Laserdioden) angeordnet ist. In einigen Beispielen kann jedoch die Schicht oder das Merkmal zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung nicht eingebettet sein und in gleicher oder ähnlicher Weise arbeiten wie die eingebettete Schicht oder das Merkmal zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung. 31A 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode 3100 with an embedded higher order mode suppression layer (HOMSL) 3104 disposed on adjacent sides of a lateral waveguide 3106. FIG. The laser diode 3100 can have various geometries and configurations and can include various arrangements of p-type, n-type, active, capped, and dielectric layers. As used herein, the term “embedded” is intended to refer to a higher order mode suppression layer and/or a feature interposed between layers within the epitaxial layer structure of the laser diode 3100 (or other laser diodes described herein). However, in some examples, the higher order mode suppression layer or feature may not be embedded and may operate in the same or similar manner as the higher order mode suppression layer or feature embedded.

In einem Beispiel wird die Laserdiode 3100 in einer vereinfachten Epitaxialstruktur dargestellt und enthält eine n-Typ-Mantelschicht 3108 und eine p-Typ-Mantelschicht 3110, zwischen denen ein transversaler Wellenleiter oder eine Kavität 3112 ausgebildet ist. Der transversale Wellenleiter 3112 ist orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter 3106 und enthält eine n-Typ-Wellenleiterschicht 3114, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 3116 oder eine aktive Schicht 3118. Die aktive Schicht 3118 enthält typischerweise eine oder mehrere Quantentöpfe, jedoch sind auch andere Konfigurationen möglich, darunter p-n-Übergang, Homostrukturen, Heterostrukturen, Doppelheterostrukturen, Quantendrähte, Quantenpunkte, etc. Die p-Typ-Mantelschicht 3110 kann in verschiedene Formen geätzt werden, um Stegstrukturen 3120 oder Mesas auszubilden, die sich entweder über die gesamte longitudinale Länge der Diode 3100 erstrecken oder sich ausgehend von der Seite des Partialreflektors (PR) 3122 nur über eine Teillänge der Diode 3100 erstrecken. Zusätzlich können eine oder mehr dielektrische und/oder Deckschichten (nicht gezeigt) auf der Laserdiode 3100 ausgebildet sein, um Strom durch die aktive Schicht 3118 zu leiten.In one example, the laser diode 3100 is shown in a simplified epitaxial structure and includes an n-type cladding layer 3108 and a p-type cladding layer 3110 between which a transverse waveguide or cavity 3112 is formed. Transverse waveguide 3112 is orthogonal to lateral waveguide 3106 and includes an n-type waveguide layer 3114, a p-type waveguide layer 3116, or an active layer 3118. Active layer 3118 typically includes one or more quantum wells, but other configurations are also possible possible, including pn-junction, homostructure, heterostructure, double-heterostructure, quantum wires, quantum dots, etc. The p-type cladding layer 3110 can be etched into various shapes to form ridge structures 3120 or mesas extending either along the entire longitudinal length of the diode 3100 or extending from the side of the partial reflector (PR) 3122 over only a partial length of the diode 3100. Additionally, one or more dielectric and/or cap layers (not shown) may be formed on laser diode 3100 to conduct current through active layer 3118 .

31B ist eine von der teilreflektierenden (PR) Seite 3122 der in 30A gezeigten beispielhaften Laserdiode 3100 her gesehene Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur. 31B is one of the partially reflective (PR) side 3122 of in 30A The exemplary laser diode 3100 shown in FIG.

Der laterale Wellenleiter 3106 ist in der longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch die HR-beschichtete Facette 3124 und an einem zweiten Ende durch eine PR-beschichtete Facette 3126 begrenzt. In einem Beispiel ist die HOMSL 3104 unterhalb der p-Typ-Mantelschicht 3110 auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters ausgebildet. Die HOMSL 3104 erstreckt sich ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3124 in longitudinale Richtung um eine Länge, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist. Die eingebettete HOMSL 3104 erstreckt sich nicht zur PR-Seite 3122 und ist deshalb von der PR-Seite 3122 hergesehen nicht sichtbar.Lateral waveguide 3106 is bounded in the longitudinal direction at a first end by HR coated facet 3124 and at a second end by PR coated facet 3126 . In one example, the HOMSL 3104 is formed beneath the p-type cladding layer 3110 on one or both sides of the lateral waveguide. The HOMSL 3104 extends longitudinally from the HR coated facet 3124 by a length less than the distance between the HR facet and the PR facet. Embedded HOMSL 3104 does not extend to PR side 3122 and is therefore not visible from PR side 3122 .

31C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode 3100, die eingebettete HOMSL-Merkmale 3104 enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters 3106 angeordnet sind und sich von der HR-Facette 3124 in longitudinaler Richtung erstreckt. 31C 12 is a top view of an exemplary laser diode 3100 that includes embedded HOMSL features 3104 disposed on adjacent sides of a lateral waveguide 3106 and extending from the HR facet 3124 in the longitudinal direction.

Hährend des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3100, führt das Temperaturprofil, das aus einer lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3106, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3106 hervorruft. In einem Beispiel kann eine partielle oder vollständige Kompensation im Hinblick auf den erhöhten Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3106 erzielt werden, indem die HOMSL-Merkmale 3104 strategisch angrenzend an den lateralen Wellenleiter 3106 auf einer oder beiden lateralen Seiten angeordnet werden. Die HOMSL 3104 ist zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 3116 und der p-Typ-Mantelschicht 3110 ausgebildet. Alternativ kann die HOMSL 3104 auch zwischen der n-Typ-Wellenleiterschicht 3114 und der n-Typ-Mantelschicht 3108 ausgebildet werden. Die HOMSL 3104 kann ferner auch so ausgebildet sein, dass sie den lateralen Wellenleiter 3106 geringfügig überlappt, um eine auf die Modengröße bezogene Fehlanpassung zwischen den beiden Bereichen zu kompensieren oder aus anderen Gründen.During high power operation of the laser diode 3100, the temperature profile resulting from lateral heat propagation results in a thermal lensing effect in the lateral waveguide 3106 that causes a refractive index contrast in the lateral waveguide 3106. In one example, partial or full compensation for the increased refractive index contrast in the lateral waveguide 3106 can be achieved by strategically placing the HOMSL features 3104 adjacent to the lateral waveguide 3106 on one or both lateral sides. The HOMSL 3104 is formed between the p-type waveguide layer 3116 and the p-type cladding layer 3110 . Alternatively, the HOMSL 3104 can also be formed between the n-type waveguide layer 3114 and the n-type cladding layer 3108 . The HOMSL 3104 may also be formed to slightly overlap the lateral waveguide 3106 to compensate for a mode size mismatch between the two regions or for other reasons.

Das Hinzufügen von HOMSL-Strukturen 3104 (z. B. mit GaAs) zu einem BAL kann mit einer Vielzahl von Verfahren erfolgen, die dem Fachmann an sich bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielweisen kann eine modifizierte Maske und Ätzung eingesetzt werden, um eine HOMSL 3104 mit ausgewählten Versätzen gegenüber dem Stegwellenleiter 3120 auszubilden. Die HOMSL-Hochindexmerkmale 3104, die an den kanten des Stegwellenleiters 3120 angeordnet sind, können Moden höherer Ordnung überproportional überlappen, jedoch bedeutet die Fehlanpassung in der Modengröße von Moden identischer Ordnung zwischen der HR-Seite und der PR-Seite, dass der Versatz zwischen dem Oxidsteg 3120 und der HOMSL 3104 in der lateralen Richtung so gewählt wird, dass das Auftreten übermäßiger Verluste vermieden wird, indem die unterstützten Lasermoden ausgekoppelt werden.Adding HOMSL structures 3104 (e.g., with GaAs) to a BAL can be done using a variety of methods well known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in this regard. For example, a modified mask and etch may be employed to form a HOMSL 3104 with selected offsets from the ridge waveguide 3120. FIG. The HOMSL high-index features 3104 located at the edges of the ridge waveguide 3120 may disproportionately overlap higher order modes, however, the mismatch in mode size of identical order modes between the HR side and the PR side means that the offset between the Oxide ridge 3120 and the HOMSL 3104 in the lateral direction is chosen so that the occurrence of excessive losses is avoided by the supported laser modes are coupled out.

Verschiedene Simulationen deuten darauf hin, dass für verschiedene Größenordnungen von Indexkontrasten der Trend der Modengröße unabhängig davon, um welche Ordnung es sich handelt, vorhersagbar ist. Die Größenordnung der Indexkontraste liegt in einem Bereich von 10-5<Δn<10-3. Die vorhergesagte Fehlanpassung in der Größe des lateralen Wellenleiters 3106 (oder der Überlapp in der HOMSL 3104 über den lateralen Wellenleiter) kann in einem Bereich von 2-6 um auf jeder Seite oder 4-12 um insgesamt sein.Various simulations indicate that for different orders of index contrasts, the trend in mode size is predictable regardless of which order it is. The order of magnitude of the index contrasts is in a range of 10-5<Δn<10-3. The predicted mismatch in size of the lateral waveguide 3106 (or the overlap in the HOMSL 3104 over the lateral waveguide) can be in a range of 2-6 µm on each side or 4-12 µm overall.

In einem anderen Beispiel ist die HOMSL 3104 so ausgebildet, dass sie den lateralen Wellenleiter 3106 lateral überlappt, um eine Fehlanpassung in dem lateral Modenbereich zwischen einem HOMSL-Bereich 3104 und einem indexgeführten Bereich um einen Wert zwischen 0-10um auf jeder Seite oder 0-20um insgesamt zu kompensieren.In another example, the HOMSL 3104 is formed to laterally overlap the lateral waveguide 3106 to reduce a mismatch in the lateral mode region between a HOMSL region 3104 and an index-guided region by a value between 0-10um on each side or 0- 20to compensate in total.

31D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der HR-Seite 3102 einer beispielhaften Laserdiode 3100 her gesehen, die eine eingebettete HOMSL 3104 aufweist, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters 3106 angeordnet ist und sich von der HR-beschichteten Facette 3124 in longitudinaler Richtung erstreckt. 31D 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure seen from the HR side 3102 of an exemplary laser diode 3100 having an embedded HOMSL 3104 disposed on adjacent sides of a lateral waveguide 3106 and extending longitudinally from the HR coated facet 3124 extends.

In einem Beispiel erstreckt sich die HR-Seite 3102 ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3124 bis etwa zu einem Mittelpunkt 3130 (gestrichelte Linie). Die PR-Seite 3122 erstreckt sich ausgehend von der PR-beschichteten Facette 3126 etwa bis zu dem Mittelpunkt 3130.In one example, the HR side 3102 extends from the HR coated facet 3124 to about a midpoint 3130 (dashed line). PR side 3122 extends from PR coated facet 3126 to about midpoint 3130.

Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3102 eine thermische Linsenwirkung, jedoch ist bei Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3104 dieser Bereich schwach indexgeführt; daher hat er ein Indexprofil, das näherungsweise dem in 30C gezeigten entspricht. Ebenso enthält die PR-Seite 3122 einen indexgeführten Bereich, der auch eine Linsenwirkung während des Betriebs ohne Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3104 erfährt und daher näherungsweise dem in 30B gezeigten Indexprofil entspricht.Under operating conditions, the HR side 3102 experiences thermal lensing, but when suppressed or compensated by the HOMSL 3104, this area is weakly index-guided; therefore, it has an index profile that approximates that in 30C shown. Likewise contains the PR side 3122 an index-guided area, which also experiences a lens effect during operation without suppression or compensation by the HOMSL 3104 and therefore approximates that in 30B index profile shown.

Um die Größe einer durch den Indexkontrast auf der HR-Seite 3102 der Laserdiode 3100 induzierten thermischen Linsenwirkung zu reduzieren, kann die HOMSL 3104 ein Material mit einem höheren Brechungsindex als die umgebenden Materialien enthalten. Der relative Brechungsindex (n) für die HOMSL 3104 in Bezug auf die transversalen Wellenleiterschichten ist nHOMSL 3104 > np-Typ-Mantelschicht-3110 / nn-Typ-Mantelschicht 3108 > np-Typ-Wellenleiterschicht 3116 / nn-Typ-Wellenleiterschicht.In order to reduce the magnitude of thermal lensing induced by the index contrast on the HR side 3102 of the laser diode 3100, the HOMSL 3104 may contain a material with a higher index of refraction than the surrounding materials. The relative index of refraction (n) for the HOMSL 3104 with respect to the transverse waveguide layers is n HOMSL 3104 > n p - type - cladding layer 3110 / n n-type cladding layer 3108 > n p-type waveguide layer 3116 / n n-type -waveguide layer .

Um die Größe des durch die thermische Linsenwirkung induzierten Indexkontrasts auf der HR-Seite 3102 zu reduzieren, sind zudem der Brechungsindex und die Dicke 3128 der HOMSL 3104 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3128 sollte auf Grundlage von deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes erfolgen (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3102 des lateralen Wellenleiters 3106). Eine bestimmte Dicke 3128 der HOMSL 3104, eine Schwellendicke oder ein Dickenbereich (hier zusammenfassend als „Dicke“ bezeichnet), welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3102 hinreichend reduzieren, könen durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabellen und vorausschauende Analysen etc.In addition, to reduce the magnitude of the thermal lensing-induced index contrast on the HR side 3102, the refractive index and thickness 3128 of the HOMSL 3104 are carefully chosen. The choice of thickness 3128 should be based on its effect on the magnitude of the refractive index contrast (i.e. the potential effective index contrast on the HR side 3102 of the lateral waveguide 3106). A particular HOMSL 3104 thickness 3128, threshold thickness, or range of thicknesses (collectively referred to herein as "thickness") that sufficiently reduces the magnitude of index contrast-induced thermal lensing on the HR side 3102 may be identified by a variety of methods , including simulation, experiments, reference tables and predictive analysis, etc.

Die Dicke 3128 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3102 relativ zur thermischen Linsenwirkung und reduziert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3106 in dem Bereich nahe der HOMSL 3104. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um so einen schwach indexgeführten Bereich zu erzeugen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen lateralen Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 3102. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt der laterale Wellenleiter 3106 auf der HR-Seite weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie höhere Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen BALs.The thickness 3128 determines the Δn on the HR side 3102 relative to thermal lensing and reduces the guiding ability of the lateral waveguide 3106 in the region near the HOMSL 3104. In various examples, the thicknesses can be chosen such that the lensing effect is largely compensated for to create such a weak index-guided area. This allows weak index guidance of a few lateral modes or, in the extreme case, just a single lateral mode at high operating current on the HR side 3102. Such a weakly guided region can support 10 or fewer lateral modes, or just one mode. As a result, the lateral waveguide 3106 on the HR side supports fewer lateral modes and allows for a reduction in slow-axis divergence and higher brightness compared to conventional BALs.

Da die HOMSL so konstruiert ist, dass sie die thermische Linsenwirkung im Hochleistungsbetrieb größtenteils kompensiert, kann auf der HR-Seite 3102 für den Betrieb mit geringer Leistung effektiv ein antigeführter Bereich vorhanden sein, der beim Betrieb mit höherer Leistung mit dem Einsetzen der thermischen Linsenwirkung in einen schwach indexgeführten Bereich übergeht.Because the HOMSL is designed to largely compensate for thermal lensing in high power operation, there can effectively be an anti-guided region on the HR side 3102 for low power operation, which at higher power operation coincides with the onset of thermal lensing in merges into a weakly indexed area.

32A-32D zeigen verschiedene Ansichten einer Laserdiode 3200. 32A - 32D show different views of a laser diode 3200.

32A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode 3200, die eine eingebettete HOMSL 3204 enthält. 32A FIG. 3 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode 3200 that includes an embedded HOMSL 3204. FIG.

Die Laserdiode 3200 ist in einer vereinfachten epitaktischen Struktur dargestellt und enthält eine n-Typ-Mantelschicht 3208 und eine p-Typ-Mantelschicht 3210, zwischen denen ein transversaler Wellenleiter oder eine Kavität 3212 ausgebildet ist. Der transversale Wellenleiter 3212 ist orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter 3206 und enthält eine n-Typ-Wellenleiterschicht 3214, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 3216 und eine aktive Schicht 3218. Stegstrukturen 3220 können sich über einen Teil oder die gesamte longitudinale Länge der Diode 3200 zwischen der HR-Seite 3202 und der PR-Seite 3222 erstrecken.Laser diode 3200 is shown in a simplified epitaxial structure and includes an n-type cladding layer 3208 and a p-type cladding layer 3210 between which a transverse waveguide or cavity 3212 is formed. The transverse waveguide 3212 is orthogonal to the lateral waveguide 3206 and includes an n-type waveguide layer 3214, a p-type waveguide layer 3216 and an active layer 3218. Fin structures 3220 may span part or all of the longitudinal length of the diode 3200 between the HR side 3202 and the PR side 3222 extend.

Die HOMSL 3204 ist innerhalb des transversalen Wellenleiters 3212 innerhalb der p-Typ-Wellenleiterschicht 3216 angeordnet. Alternativ kann die HOMSL 3204 in der n-Typ-Wellenleiterschicht 3214 angeordnet sein.HOMSL 3204 is disposed within transverse waveguide 3212 within p-type waveguide layer 3216 . Alternatively, the HOMSL 3204 can be arranged in the n-type waveguide layer 3214 .

In einem Beispiel kann die HOMSL 3204 eine dünne Schicht eines Materials mit niedrigerem Index enthalten. Obgleich die HOMSL 3204 in dem transversalen Wellenleiter 3212 angeordnet ist, befindet sie sich auch innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206; deshalb wird der effektive Index des lateralen Wellenleiters 3206 durch das Vorhandensein der HOMSL 3204 mit niedrigerem Index verringert. Der Index des lateralen Mantels 3210 bleibt unverändert.In one example, the HOMSL 3204 may include a thin layer of lower index material. Although HOMSL 3204 is located within transverse waveguide 3212, it is also located within lateral waveguide 3206; therefore the effective index of the lateral waveguide 3206 is reduced by the presence of the lower index HOMSL 3204 . The index of the lateral cladding 3210 remains unchanged.

32B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der PR-Seite 3222 der in 32A gezeigten beispielhaften Laserdiode 3200 her gesehen, welche die innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206 angeordnete HOMSL 3204 enthält. Der laterale Wellenleiter 3206 ist in der longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch die HR-beschichtete Facette 3224 und an einem zweiten Ende durch eine PR-beschichtete Facette 3226 begrenzt. In einem Beispiel ist die HOMSL 3204 in einer p-Typ-Wellenleiterschicht 3216 (oder n-Typ-Wellenleiterschicht 3214) eingebettet. Da sich jedoch die HOMSL 3204 ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3224 in longitudinaler Richtung über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist, ist sie von der PR-Seite 3222 her gesehen in den Epitaxialschichten nicht sichtbar. 32B 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the PR side 3222 of FIG 32A See the exemplary laser diode 3200 shown that includes the HOMSL 3204 disposed within the lateral waveguide 3206 . The lateral waveguide 3206 is in the longitudinal Direction limited at a first end by HR coated facet 3224 and at a second end by PR coated facet 3226 . In one example, the HOMSL 3204 is embedded in a p-type waveguide layer 3216 (or n-type waveguide layer 3214). However, since the HOMSL 3204 extends longitudinally from the HR coated facet 3224 for a length less than the distance between the HR facet and the PR facet, it is viewed from the PR side 3222 in not visible in the epitaxial layers.

32C ist eine Draufsicht einer beispielhaften Laserdiode 3200, die eine eingebettete HOMSL 3204 enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in der longitudinalen Richtung erstreckt. 32C 12 is a top view of an exemplary laser diode 3200 that includes an embedded HOMSL 3204 disposed within a lateral waveguide and extending in the longitudinal direction.

Während des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3200 führt das Temperaturprofil, das aus der lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3206, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3206 induziert. In einem Beispiel kann eine teilweise oder vollständige Kompensation hinsichtlich des erhöhten Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter 3206 erzielt werden, indem ein HOMSL 3204 innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206 strategisch platziert wird. Die HOMSL 3204 kann um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt lateral schmaler als der laterale Wellenleiter 3206 sein.During high power operation of the laser diode 3200, the temperature profile resulting from lateral heat propagation results in a thermal lensing effect in the lateral waveguide 3206 that induces a refractive index contrast in the lateral waveguide 3206. In one example, partial or full compensation for the increased refractive index contrast in the lateral waveguide 3206 can be achieved by strategically placing a HOMSL 3204 within the lateral waveguide 3206 . HOMSL 3204 may be laterally narrower than lateral waveguide 3206 by 0-10 µm on each side or 0-20 µm overall.

Das Hinzufügen der HOMSL-Strukturen 3204 (z. B. mit AlGaAs) zu einem BAL kann mit einer Vielzahl an Verfahren vorgenommen werden, die dem Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.Adding the HOMSL structures 3204 (e.g., with AlGaAs) to a BAL can be done using a variety of methods known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in these respects.

32D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der HR-Seite 3202 einer beispielhaften Laserdiode 3200 her gesehen, die eine eingebettete HOMSL 3204 enthält, die innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206 angeordnet ist und sich ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3224 in der longitudinalen Richtung erstreckt. In einem Beispiel erstreckt sich die HR-Seite 3202 von der HR-beschichteten Facette 3224 bis etwa zu dem Mittelpunkt 3230 (gestrichelte Linie). Die PR-Seite 3222 erstreckt sich von der PR-beschichteten Facette 3226 bis etwa zu dem Mittelpunkt 3230. 32D Figure 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure seen from the HR side 3202 of an exemplary laser diode 3200 that includes an embedded HOMSL 3204 disposed within the lateral waveguide 3206 and extending from the HR coated facet 3224 in the longitudinal direction extends. In one example, HR side 3202 extends from HR coated facet 3224 to about midpoint 3230 (dashed line). The PR side 3222 extends from the PR coated facet 3226 to about the midpoint 3230.

Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3202 eine thermische Linsenwirkung, jedoch wird mit der Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3204, in dem der Indexkontrast durch Einbringen eines Materials mit niedrigerem Index in den lateralen Wellenleiter 3206 verringert wird, der Bereich der HR-Seite 3202 schwach indexgeführt. Um die Größe einer durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 zu verringern, kann die HOMSL 3204 ein Material mit einem niedrigeren Index als die umgebenden Materialien enthalten. Der relative Brechungsindex (n) für die HOMSL 3204 in Bezug auf die transversalen Wellenleiterschichten ist: nNiedrigindexschicht <np-Wellenleiter/nn-Wellenleiter<nn-Mantel/nn-Mantel.Under operating conditions, the HR side 3202 experiences a thermal lensing effect, however, with suppression or compensation by the HOMSL 3204, in which the index contrast is reduced by introducing a lower index material into the lateral waveguide 3206, the area of the HR side 3202 weakly indexed. To reduce the magnitude of index contrast induced thermal lensing on the HR side 3202, the HOMSL 3204 may contain a lower index material than the surrounding materials. The relative index of refraction (n) for the HOMSL 3204 with respect to the transverse waveguide layers is: n low- index layer <n p-waveguide /n n-waveguide <n n-clad /n n-clad .

Um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 zu verringern, werden ähnlich wie bei der HOMSL 3104 die Dicke 3228 und der Brechungsindex der HOMSL 3204 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3228 basiert auf deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3202 des lateralen Wellenleiters 3206). Eine bestimmte Dicke 3228 der HOMSL 3204, welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 hinreichend verringert, kann durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabelle und vorausschauende Analyse etc.To reduce the magnitude of the index contrast induced thermal lensing effect on the HR side 3202, similar to the HOMSL 3104, the thickness 3228 and refractive index of the HOMSL 3204 are carefully chosen. The choice of thickness 3228 is based on its effect on the magnitude of the refractive index contrast (i.e. the potential effective index contrast on the HR side 3202 of the lateral waveguide 3206). A particular thickness 3228 of HOMSL 3204 that sufficiently reduces the magnitude of index contrast induced thermal lensing on the HR side 3202 can be identified by a variety of methods including simulation, experimentation, look-up table and predictive analysis, etc.

Die Dicke 3228 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3202 in Relation zur thermischen Linsenwirkung und verringert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3206 in dem Bereich nahe der HOMSL 3204. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die thermische Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um einen schwach indexgeführten Bereich zu erzeugen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen lateralen Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 3202. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine einzige Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt so der laterale Wellenleiter 3206 auf der HR-Seite 3202 weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie eine höhere Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen BALs.The thickness 3228 determines the Δn on the HR side 3202 in relation to thermal lensing and reduces the guiding ability of the lateral waveguide 3206 in the region near the HOMSL 3204. In various examples, the thicknesses can be chosen such that the thermal lensing is largely compensated to create a weak index-guided area. This allows weak index guidance of a few lateral modes or, in the extreme case, just a single lateral mode at high operating current on the HR side 3202. Such a weakly guided region can support 10 or fewer lateral modes, or just a single mode. As a result, the lateral waveguide 3206 on the HR side 3202 supports fewer lateral modes and allows for a reduction in slow-axis divergence and higher brightness compared to conventional BALs.

In verschiedenen Beispielen können die HOMSL 3104 und die HOMSL 3204 aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, die dem Fachmann bekannt sind, und welche die hier offenbarten Einschränkungen in Bezug auf die Abmessung und die relativen Brechungsindizes hinreichend erfüllen, um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter zu verringern, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise können die HOMSL 3104 und/oder die HOMSL 3204 aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, darunter Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumaluminiumgalliumarsenid (InAlGaAs) und/oder Indiumgalliumphosphid (InGaAsP).In various examples, HOMSL 3104 and HOMSL 3204 may be formed from a variety of materials known to those skilled in the art that sufficiently meet the dimensional and relative refractive index constraints disclosed herein to limit the magnitude of the index contrast induced thermal lensing in the lateral waveguide and the claimed subject matter is not limited in this regard. For example, HOMSL 3104 and/or HOMSL 3204 may be formed from a variety of materials including gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium aluminum gallium arsenide (InAlGaAs), and/or indium gallium phosphide (InGaAsP).

Die 33A-33D zeigen verschiedene Ansichten einer Laserdiode 3300.the 33A - 33D show different views of a laser diode 3300.

33A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode 3300, die einen transversalen Wellenlängenabschnitt mit verringerter Dicke enthält, hier als HOMSL 3304 bezeichnet. Die Laserdiode 3300 ist in einer vereinfachten Epitaxialstruktur dargestellt und enthält eine n-Typ-Mantelschicht 3308 und eine p-Typ-Mantelschicht 3310, zwischen denen ein transversalen Wellenleiter oder eine Kavität 3312 ausgebildet ist. Der transversale Wellenleiter 3312 ist orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter 3306 und enthält eine n-Typ-Wellenleiterschicht 3314, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 3316 und eine aktive Schicht 3318. Stegstrukturen 3320 können sich über einen Teil oder die gesamte longitudinale Länge der Diode 3300 zwischen der HR-Seite 3202 und der PR-Seite 3222 erstrecken. Die HOMSL 3304 kann innerhalb des transversalen Wellenleiters 3312 in der p-Typ-Wellenleiterschicht 16 ausgebildet sein. Alternativ kann ein transversaler Wellenleiterabschnitt HOMSL 3304 mit verringerter Dicke in der n-Typ-Wellenleiterschicht 3314 ausgebildet sein. Das HOMSL-Merkmal 3304 kann als Rinne, Einschnitt, Kanal oder dergleichen oder als Kombination davon ausgebildet sein. 33A FIG. 3300 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode 3300 that includes a reduced thickness transverse wavelength section, referred to herein as HOMSL 3304. FIG. The laser diode 3300 is shown in a simplified epitaxial structure and includes an n-type cladding layer 3308 and a p-type cladding layer 3310 between which a transverse waveguide or cavity 3312 is formed. The transverse waveguide 3312 is orthogonal to the lateral waveguide 3306 and includes an n-type waveguide layer 3314, a p-type waveguide layer 3316 and an active layer 3318 the HR side 3202 and the PR side 3222 extend. HOMSL 3304 may be formed within transverse waveguide 3312 in p-type waveguide layer 16 . Alternatively, a reduced thickness transverse waveguide section HOMSL 3304 may be formed in the n-type waveguide layer 3314 . The HOMSL feature 3304 may be formed as a groove, indentation, channel, or the like, or a combination thereof.

Obgleich die HOMSL 3304 in dem transversalen Wellenleiter 3212 in der p-Typ-Wellenleiterschicht 3316 angeordnet ist, befindet sie sich auch innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306; der effektive Index des lateralen Wellenleiters 3306 ist deshalb durch das Vorhandensein der HOMSL 3304 verringert.Although HOMSL 3304 is located in transverse waveguide 3212 in p-type waveguide layer 3316, it is also located within lateral waveguide 3306; the effective index of the lateral waveguide 3306 is therefore reduced by the presence of the HOMSL 3304.

33B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der PR-Seite 3322 der in 33A gezeigten beispielhaften Laserdiode 3300 her gesehen, welche die HOMSL 3304 enthält, die innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306 angeordnet ist. Der laterale Wellenleiter 3306 ist in einer longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch die HR-beschichtete Facette 3324 und an einem zweiten Ende durch die PR-beschichtete Facette 3326 begrenzt. In einem Beispiel ist die HOMSL 3304 in der p-Typ-Wellenleiterschicht 3316 (oder der n-Typ-Wellenleiterschicht 3314) ausgebildet. Da sich jedoch die HOMSL 3304 ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3324 in longitudinaler Richtung über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette 3324 und der PR-Facette 3326 ist, ist sie von der PR-Seite 3322 her gesehen in den Epitaxialschichten nicht sichtbar. 33B Fig. 13 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the PR side 3322 of Fig 33A See the exemplary laser diode 3300 shown, which includes the HOMSL 3304 disposed within the lateral waveguide 3306. FIG. Lateral waveguide 3306 is bounded in a longitudinal direction by HR coated facet 3324 at a first end and by PR coated facet 3326 at a second end. In one example, HOMSL 3304 is formed in p-type waveguide layer 3316 (or n-type waveguide layer 3314). However, because the HOMSL 3304 extends longitudinally from the HR coated facet 3324 for a length less than the distance between the HR facet 3324 and the PR facet 3326, it is from the PR side 3322 seen in the epitaxial layers.

33C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode 3200, die eine HOMSL 3304 enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in der longitudinalen Richtung ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3324 über eine Länge erstreckt, die kleiner ist als der Abstand zwischen der HR-Facette 3324 und der PR-Facette 3326. 33C 12 is a plan view of an exemplary laser diode 3200 that includes a HOMSL 3304 disposed within a lateral waveguide and extending in the longitudinal direction from the HR coated facet 3324 a length less than the spacing between the HR facet 3324 and the PR facet 3326.

Während des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3300 führt das Temperaturprofil, das aus der lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3306, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3306 induziert. In einem Beispiel kann eine teilweise oder vollständige Kompensation hinsichtlich des erhöhten Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter 3306 erzielt werden, in dem die HOMSL 3304 innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306 strategisch platziert wird. Eine Rinne für die HOMSL 3304 kann so ausgebildet werden, dass sie um 0-10 µm auf jeder Seite oder um 0-20 µm insgesamt lateral schmaler ist als der laterale Wellenleiter 3306.During high power operation of the laser diode 3300, the temperature profile resulting from lateral heat propagation results in a thermal lensing effect in the lateral waveguide 3306 that induces a refractive index contrast in the lateral waveguide 3306. In one example, partial or full compensation for the increased refractive index contrast in the lateral waveguide 3306 can be achieved by strategically placing the HOMSL 3304 within the lateral waveguide 3306 . A trough for the HOMSL 3304 can be formed to be laterally narrower than the lateral waveguide 3306 by 0-10 µm on each side or 0-20 µm overall.

Das Hinzufügen einer auf die HOMSL 3304 bezogenen Rinne, eines Einschnitts, eines Kanals, etc. zu einem BAL kann mit einer Vielzahl von Verfahren erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise kann die HOMSL 3304 durch Abätzen oder selektives Abscheiden dickerer Schichten, die an den aktiven Streifen angrenzen, ausgebildet werden.The addition of a HOMSL 3304 related gully, incision, channel, etc. to a BAL can be done by a variety of methods known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in this regard. For example, the HOMSL 3304 can be formed by etching away or selectively depositing thicker layers adjacent to the active stripe.

33D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der HR-Seite 3302 einer beispielhaften Laserdiode 3300 her gesehen, die eine eingebettete HOMSL 3304 enthält, die innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306 angeordnet ist und sich ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3324 in der longitudinalen Richtung erstreckt. In einem Beispiel erstreckt sich die HR-Seite 3302 von der HR-beschichteten Facette 3324 bis etwa zur Mitte 3330 (gestrichelte Linie). Die PR-Seite 3322 erstreckt sich ausgehend von der PR-beschichteten Facette 3326 bis etwa zur Mitte 3330. 33D FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of a vertical epitaxial layer structure viewed from the HR side 3302 of an exemplary laser diode 3300 that includes an embedded HOMSL 3304 disposed within the lateral waveguide 3306 and extending from the HR layer th facet 3324 extends in the longitudinal direction. In one example, the HR side 3302 extends from the HR coated facet 3324 to about the middle 3330 (dashed line). The PR side 3322 extends from the PR coated facet 3326 to about the middle 3330.

Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3302 eine thermische Linsenwirkung, jedoch wird mit der Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3304 durch die Bereitstellung des Abschnittes mit dünnerer transversaler Wellenlängendicke der Bereich der HR-Seite 3302 schwach indexgeführt, wodurch die Größe einer durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 verringert wird. Je kleiner die Dicke des transversalen Wellenleiters 3312 in einem Beispiel ist, desto höher ist der effektive Brechungsindex, wodurch der laterale Wellenleiter 3306 einen niedrigeren Brechungsindex als der laterale Mantel haben kann.Under operating conditions, the HR side 3302 experiences a thermal lensing effect, however, with the suppression or compensation by the HOMSL 3304, by providing the section with thinner transverse wavelength thickness, the area of the HR side 3302 is weakly index guided, reducing the magnitude of an index contrast induced thermal lensing on the HR side 3302 is reduced. In one example, the smaller the thickness of the transverse waveguide 3312, the higher the effective index of refraction, allowing the lateral waveguide 3306 to have a lower index of refraction than the lateral cladding.

Um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 zu verringern, wird ähnlich wie bei der HOMSL 3104 die Dicke 3328 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3328 basiert auf deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3302 des lateralen Wellenleiters 3306). Eine bestimmte Dicke 3328 der HOMSL 3304, welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 hinreichend verringert, kann durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabelle und vorausschauende Analyse etc.To reduce the magnitude of the index contrast induced thermal lensing effect on the HR side 3302, the thickness 3328 is chosen judiciously, similar to the HOMSL 3104. The choice of thickness 3328 is based on its effect on the magnitude of the refractive index contrast (i.e. the potential effective index contrast on the HR side 3302 of the lateral waveguide 3306). A particular thickness 3328 of HOMSL 3304 that sufficiently reduces the magnitude of the index contrast induced thermal lensing effect on the HR side 3302 can be identified by a variety of methods including simulation, experimentation, look-up table and predictive analysis, etc.

Die Dicke 3328 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3302 in Relation zur thermischen Linsenwirkung und verringert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3306 in dem Bereich nahe der HOMSL 3304. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die thermische Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um einen schwach indexgeführten Bereich auszuführen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen laterale Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 33002. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt der laterale Wellenleiter 3306 an der HR-Seite 3302 weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie eine höhere Helligkeit im Vergleich zu konventionellen BALs.The thickness 3328 determines the Δn on the HR side 3302 in relation to thermal lensing and reduces the guiding ability of the lateral waveguide 3306 in the region near the HOMSL 3304. In various examples, the thicknesses can be chosen such that the thermal lensing is largely compensated to run a weakly indexed region. This allows weak index guidance of a few lateral modes or, in the extreme case, just a single lateral mode at high operating current on the HR side 33002. Such a weakly guided region can support 10 or fewer lateral modes, or even just one mode. As a result, the lateral waveguide 3306 on the HR side 3302 supports fewer lateral modes and allows for a reduction in slow-axis divergence and higher brightness compared to conventional BALs.

SIMULATIONEN UND BEISPIELESIMULATIONS AND EXAMPLES

Die HOMSL 3104 und die HOMSL 3204 können jeweils durch eine Vielzahl von Verfahren gefertigt werden, die den Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Für die Herstellung kann es erforderlich sein, eine geeignete Dicke der HOMSL 3104 zu bestimmen, die ausreicht, um den Indexkontrast auf der HR-Seite zu reduzieren. Diese relative Differenz in Δn kann für eine Simulationsberechnung der Beziehung zwischen der Dicke der HOMSL 3104 und Δn berücksichtigt werden.HOMSL 3104 and HOMSL 3204 can each be fabricated by a variety of methods known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in these respects. Manufacturing may require determining a suitable thickness of HOMSL 3104 sufficient to reduce the index contrast on the HR side. This relative difference in Δn can be considered for a simulation calculation of the relationship between the thickness of the HOMSL 3104 and Δn.

34 ist ein Graph 3400, der eine Simulation des Einflusses der Dicke auf Δn zur Approximation einer optimierten Dicke eine eingebettete HOMSL 3104 zeigt, um ein bestimmtes Delta in dem Index zu kompensieren, das durch eine thermische Linsenwirkung verursacht wird. Die spezifische HOMSL 3104 kann aus GaAs gefertigt sein und ist zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 3116 und der p-Typ-Mantelschicht 3110 mit einem Brechungsindex ausgebildet, der niedriger ist als der von GaAs ist. Ein negatives Δn bedeutet eine negative laterale Indexdifferenz zwischen dem lateralen Wellenleiter und dem Mantel. Mit Hilfe des Graphen 3400 kann durch Approximation die Dicke der HOMSL 3104 optimiert werden, um ein spezifisches Delta in dem Index zu kompensieren, das durch eine thermische Linsenwirkung verursacht wird. Obgleich die Simulation spezifisch für den in 34 gezeigten geometrischen Ansatz ist, gibt es andere Verfahren, um die schwach indexgeführte HR-Seite 3102 des Emitters zu erreichen. Dazu gehören die Verringerung der Dicke des transversalen Wellenleiters in den aktiven Streifen. Beide Ansätze würden einen verringerten Indexkontrast zwischen dem lateralen Wellenleiter und dem Mantel erzielen. 34 FIG. 3400 is a graph 3400 showing a simulation of the effect of thickness on Δn to approximate an optimized thickness of an embedded HOMSL 3104 to compensate for a certain delta in index caused by thermal lensing. The specific HOMSL 3104 can be made of GaAs and is formed between the p-type waveguide layer 3116 and the p-type cladding layer 3110 with a refractive index lower than that of GaAs. A negative Δn means a negative lateral index difference between the lateral waveguide and the cladding. Using the graph 3400, by approximation, the thickness of the HOMSL 3104 can be optimized to compensate for a specific delta in the index caused by thermal lensing. Although the simulation is specific to the in 34 geometric approach shown, there are other methods to reach the weakly index-guided HR side 3102 of the emitter. These include reducing the thickness of the transverse waveguide in the active stripes. Both approaches would achieve reduced index contrast between the lateral waveguide and the cladding.

Die für die thermische Linsenwirkung erforderliche approximative Indexkompensation wird anhand der simulierten Strahlausbreitung eines Wellenleiters und anhand des gleichzeitig simulierten Fernfeldes ermittelt.The approximate index compensation required for the thermal lens effect is determined using the simulated beam propagation of a waveguide and the simultaneously simulated far field.

35 ist ein Graph 3500, der eine Simulation zur Vorhersage der Fernfelder von unterstützten Moden mit oder ohne Unterdrückung von Moden höherer Ordnung durch Kompensation der thermischen Linsenwirkung zeigt. Das spezifische Beispiel ist ein BAL mit 200 um lateraler Wellenleiterbreite und typischem Stufenindex sowie thermischer Linsenwirkung. Die Reduzierung der unterstützten Moden impliziert eine Verringerung in dem Fernfeld von -10,9 Grad bis ~4,3 Grad. Die auf die langsame Achse bezogene Fernfelddivergenz einer Vielzahl von BALs mit HOMSLs unter verschiedenen Stufenindizes und thermischen Linsenwirkungen sind in der nachfolgenden Tabelle simuliert und zusammengefasst: Start Wellenleiterbreite Δn „Therma“ Parabel Gesamt HOM Weitfeld 1/e^2 um Index Index Index M Grad Multimode 100 0.0004 0 0.0004 - 6.7 Mode höchster Ordnung 100 0.0004 0.0004 0.0008 12 8.9 Mode höchster Ordnung 100 0.0004 0.0004 0.0008 13 9.3 Mode höchster Ordnung 100 0.0004 0.0008 0.0012 15 11.2 Mode höchster Ordnung 100 0.0004 0.001 0.0014 16 12.3 Mode höchster Ordnung 100 -0.001 0.0012 0.0002 1 5.2 Mode höchster Ordnung 100 -0.0008 0.001 0.0002 1 4.85 Multimode 200 0.0004 0 0.0004 - 6.35 Mode höchster Ordnung 200 0.0004 0.0004 0.0008 26 9.1 Mode höchster Ordnung 200 0.0004 0.0008 0.0012 31 10.9 Mode höchster Ordnung 200 0.0004 0.0012 0.0016 35 12.55 Mode höchster Ordnung 200 -0.0004 0.0012 0.0008 17 9.1 Mode höchster Ordnung 200 -0.0008 0.0012 0.0004 7 6.3 Mode höchster Ordnung 200 -0.0006 0.0008 0.0002 3 4.3 Mode höchster Ordnung 200 -0.0007 0.0008 0.0001 1 3.3 35 Figure 3500 is a graph showing a simulation for predicting the far fields of assisted modes with or without suppression of higher order modes by thermal lensing compensation. The specific example is a BAL with 200 µm lateral waveguide width and typical step index and thermal lensing. The reduction of the supported modes implies a Ver reduction in the far field from -10.9 degrees to ~4.3 degrees. The slow-axis referenced far-field divergence of a variety of BALs with HOMSLs under different step indices and thermal lens powers are simulated and summarized in the table below: begin waveguide width Δn "Therma" parable in total HOM Widefield 1/e^2 around index index index M Degree multimode 100 0.0004 0 0.0004 - 6.7 Fashion of the highest order 100 0.0004 0.0004 0.0008 12 8.9 Fashion of the highest order 100 0.0004 0.0004 0.0008 13 9.3 Fashion of the highest order 100 0.0004 0.0008 0.0012 15 11.2 Fashion of the highest order 100 0.0004 0.001 0.0014 16 12.3 Fashion of the highest order 100 -0.001 0.0012 0.0002 1 5.2 Fashion of the highest order 100 -0.0008 0.001 0.0002 1 4.85 multimode 200 0.0004 0 0.0004 - 6.35 Fashion of the highest order 200 0.0004 0.0004 0.0008 26 9.1 Fashion of the highest order 200 0.0004 0.0008 0.0012 31 10.9 Fashion of the highest order 200 0.0004 0.0012 0.0016 35 12.55 Fashion of the highest order 200 -0.0004 0.0012 0.0008 17 9.1 Fashion of the highest order 200 -0.0008 0.0012 0.0004 7 6.3 Fashion of the highest order 200 -0.0006 0.0008 0.0002 3 4.3 Fashion of the highest order 200 -0.0007 0.0008 0.0001 1 3.3

Wie oben beschrieben, wird eine flache Indexstufe verwendet, um den Indexkontrast zu bestimmen, der erforderlich ist, um das Fernfeld bei geringer Betriebsleistung anzupassen. Die Spalte HOM bezeichnet die Ordnung der vorhergesagten Mode mit der höchsten Ordnung.As described above, a flat index step is used to determine the index contrast required to match the far field at low operating power. The HOM column denotes the order of the predicted mode with the highest order.

Die vorstehende Beschreibung von Laserdioden, Epitaxialschichtstrukturen, verschiedenen Merkmalen/Strukturen innerhalb der Epitaxialschichten und Wellenleitern sind lediglich Beispiele und dienen der Veranschaulichung; andere Strukturen und Merkmale oder Kombinationen von Strukturen und/oder Merkmalen sind denkbar und liegen innerhalb des Bereichs des offenbarten Gegenstands; der Anspruchsgegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.The foregoing description of laser diodes, epitaxial layer structures, various features/structures within the epitaxial layers, and waveguides are merely examples and are for purposes of illustration; other structures and features or combinations of structures and/or features are contemplated and are within the scope of the disclosed subject matter; the claimed subject matter is not limited in this regard.

Nach der Beschreibung und Veranschaulichung der allgemeinen und spezifischen Prinzipien von Beispielen der vorliegend offenbarten Technologie sollte es offensichtlich sein, dass die Beispiele in der Anordnung und im Detail modifiziert werden können, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Wir beanspruchen alle Modifikationen und Variationen, die innerhalb des Geistes und des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen.Having described and illustrated the general and specific principles of examples of the technology disclosed herein, it should be apparent that the examples may be modified in arrangement and detail without departing from such principles. We claim all modifications and variations coming within the spirit and scope of the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 9166369 [0027]US9166369 [0027]

Claims (16)

Laserdioden, umfassend: einen transversalen Wellenleiter, der orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter ist, der eine aktive Schicht zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht und einer p-Typ-Wellenleiterschicht umfasst, wobei der transversale Wellenleiter durch eine n-Typ-Mantelschicht auf einer n-Seite und durch eine p-Typ-Mantelschicht auf einer p-Seite begrenzt ist; einen lateralen Wellenleiter, der in einer longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch eine hochreflektierend (HR) beschichtete Facette und an einem zweiten Ende durch eine teilreflektierend (PR) beschichtete Facette begrenzt ist, wobei der laterale Wellenleiter ferner eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) enthält, die unter dem p-Mantel innerhalb des lateralen Wellenleiters oder auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters oder einer Kombination davon angeordnet ist, wobei sich die HOMSL in einer longitudinalen Richtung ausgehend von der HR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist. Laser diodes, comprising: a transverse waveguide orthogonal to the lateral waveguide comprising an active layer between an n-type waveguide layer and a p-type waveguide layer, the transverse waveguide being penetrated by an n-type cladding layer on an n-side and through a p-type cladding layer is defined on a p-side; a lateral waveguide bounded in a longitudinal direction at a first end by a highly reflective (HR) coated facet and at a second end by a partially reflective (PR) coated facet, the lateral waveguide further having an embedded, for suppression of higher modes Order specific layer (HOMSL) which is arranged under the p-cladding within the lateral waveguide or on one or both sides of the lateral waveguide or a combination thereof, the HOMSL extending in a longitudinal direction starting from the HR facet over a length that is less than the distance between the HR facet and the PR facet. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der HOMSL, die auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, höher ist als der der p-Typ-Wellenleiterschicht und der p-Mantelschicht.laser diode after claim 1 , wherein the refractive index of the HOMSL arranged on one or both sides of the lateral waveguide is higher than that of the p-type waveguide layer and the p-cladding layer. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der HOMSL, die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, niedriger ist als der der n-Typ-Wellenleiterschicht oder der p-Typ-Wellenleiterschicht oder einer Kombination davon.laser diode after claim 1 , wherein the refractive index of the HOMSL arranged inside the lateral waveguide is lower than that of the n-type waveguide layer or the p-type waveguide layer or a combination thereof. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der HOMSL auf Grundlage einer Größe des Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter ausgewählt ist, der durch thermische Linsenwirkung innerhalb des lateralen Wellenleiters während des Betriebs der Laserdiode induziert wird.laser diode after claim 1 wherein a thickness of the HOMSL is selected based on a magnitude of the refractive index contrast in the lateral waveguide induced by thermal lensing within the lateral waveguide during operation of the laser diode. Laserdiode nach Anspruch 4, wobei die Dicke der HOMSL ferner so gewählt ist, dass die Größe des Brechungsindexkontrastes des lateralen Wellenleiters während des Betriebs verringert ist.laser diode after claim 4 , wherein the thickness of the HOMSL is further chosen to reduce the magnitude of the refractive index contrast of the lateral waveguide during operation. Laserdiode nach Anspruch 5, wobei die Größe des Brechungsindexkontrastes in dem Bereich von 10-5 < Δn < 10-3 ist.laser diode after claim 5 , where the magnitude of the refractive index contrast is in the range of 10 -5 < Δn < 10 -3 . Laserdiode nach Anspruch 5, wobei der laterale Wellenleiter weniger als zehn laterale Moden unterstützt.laser diode after claim 5 , where the lateral waveguide supports fewer than ten lateral modes. Laserdiode nach Anspruch 5, wobei der laterale Wellenleiter eine einzige laterale Mode unterstützt.laser diode after claim 5 , where the lateral waveguide supports a single lateral mode. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der HOMSL so gewählt ist, dass ein effektiver Index auf einer Seite des lateralen Wellenleiters, die sich ausgehend von der HR-Facette erstreckt, verringert ist.laser diode after claim 1 , wherein a thickness of the HOMSL is chosen to reduce an effective index on a side of the lateral waveguide extending from the HR facet. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die HOMSL Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumaluminiumgalliumarsenid (InAlGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaAsP) enthält.laser diode after claim 1 , where the HOMSL contains gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium aluminum gallium arsenide (InAlGaAs), indium gallium phosphide (InGaAsP). Laserdiode nach Anspruch 1, wobei der laterale Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt ist, wobei sich der Stegwellenleiter von der HR-Facette zu der PR-Facette erstreckt.laser diode after claim 1 wherein the lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide, the ridge waveguide extending from the HR facet to the PR facet. Laserdiode nach Anspruch 2, wobei die HOMSL den lateralen Wellenleiter lateral um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt überlappt.laser diode after claim 2 , where the HOMSL laterally overlaps the lateral waveguide by 0-10 µm on each side or by 0-20 µm overall. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnete HOMSL lateral um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt schmaler ist als der laterale Wellenleiter.laser diode after claim 1 , where the HOMSL located within the lateral waveguide is laterally narrower than the lateral waveguide by 0-10 µm on each side or by 0-20 µm overall. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei der laterale Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt ist, der sich in der longitudinalen Richtung ausgehend von der PR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der PR-Facette und der HR-Facette ist.laser diode after claim 1 wherein the lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide extending in the longitudinal direction from the PR facet over a length less than the distance between the PR facet and the HR facet. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die transversale Wellenleiterdicke in dem aktiven Streifen entweder durch Abätzen oder selektives Abscheiden dickerer Schichten, die an einen aktiven Streifen angrenzen, verringert ist.laser diode after claim 1 , wherein the transverse waveguide thickness in the active stripe is reduced either by etching away or selectively depositing thicker layers adjacent to an active stripe. Laserdiode nach Anspruch 1, wobei eine dünnere Schicht mit niedrigem Index entlang der Breite des lateralen Wellenleiters in einem Bereich der HOMSL angeordnet ist.laser diode after claim 1 , where a thinner low-index layer is placed along the width of the lateral waveguide in a region of the HOMSL.
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