DE1589967C - Diodenlaser - Google Patents

Description

zwischen JlT vorspiegelten Fläche 9 und der nach innen etwa 30'Vu des Lichtes spiegelnden Fläche 10 hin und her reflektiert wird und nach jeder Reflexion in dem p-n-Übergang eine Verstärkung erfährt. Ein nahezu rlächenhaftes Nutzstrahlenbündel 13 tritt bei der Linie 12 aus dem Diodenlascr aus. Da das Nutzstrahlenbündel 13 aber in Wirklichkeit nicht genau flächenförmig ist, gehen von der Linie 12 auch Strahlen aus, die nicht in der Ebene des p-n-Übergangcs liegen, wie durch die gestrichelt gezeichnete keulenförmige Strahlungscharakteristik 14 angedeutet ist. Der Öffnungswinkel der Strahlungscharakteristik 14 kann z. B. etwa 20° betragen, wobei diese Charakteristik übrigens nicht symmetrisch sein muß, und ihr Maximum etwas unter oder über der Ebene des p-n-Überganges 3 liegen kann. Wenn man das Bündel 13 auf einen Schirm 15 fallen läßt, dessen Abstand vom Diodenlaser 1 z. B. etwa 10 cm beträgt, so sollte man erwarten, daß die Intensität der Belichtung des Schirmes 15 oder einer entsprechenden photographischen Platte von einer zentralen mittleren Linie größter Intensität aus nach oben und unten allmählich auf Null abnehmen sollte. Tatsächlich ergibt sich aber bei Verwendung der bekannten Diodenlaser auf dem Schirm 15 ein Muster von Interferenzstreifen 16, wie in Fig. 2 ganz schematisch angedeutet ist.

Zur Erklärung des Auftretens dieses sogenannten »Fernfeld«-Interferenzmusters der bekannten Diodenlaser wurde bisher angenommen, daß von der Linie 12 ausgehende Strahlen auf Montageteile, z. B. auf einen relativ sehr großen Montageblock fallen, und von diesen Montageteilen auf den Schirm 15 reflektiert werden. Obwohl ein solcher Effekt sicherlich bei gewissen Meßanordnungen auftreten kann, hat es sich doch gezeigt, daß aliein durch Verbesserung der Montage, insbesondere Verkleinerung des Montageblockes 2, der unerwünschte Interferenzeffekt nicht beseitigt werden kann.

Bei dem dargestellten Diodenlaser 1 ist nun das Auftreten des Interferenzmusters 16-vermieden, bis auf ganz geringfügige Schwankungen der Beleuchtungsintensität, die von einem zentralen Maximum aus nach oben und unten gemäß nahezu glatten Kurven abnimmt. Diese Wirkung läßt sich wie folgt erklären:

An der Linie 17, längs welcher der pn-übergang die Spiegelfläche 9 berührt, wird bereits ein Teil der Strahlen gestreut, so daß reflektierte Strahlen 18 unterhalb des p-n-Uberganges 8 die Fläche 10 längs einer Linie 19 treffen, wobei die gezeichneten Strahlen 18 natürlich lediglich einen willkürlich herausgegriffenen Bereich der gestreuten Strahlen darstellen. Bei den bekannten Lasern treten diese Strahlen 18 ebenfalls gemäß einer keulenförmigen Charakteristik 14' aus der Fläche 10 aus, und die austretenden Strahlen 20 interferieren mit dem Nutzstrahlenbündel 13.

Bei dem dargestellten Diodenlaser 1 treffen die Strahlen 18 nun auf den aufgerauhten Teil 10 & der Fläche K), wo die austretende Strahlung diffus gestreut wird, damit ihre Kohärenz verliert und nicht mehr fähig ist, im Fernfeld des Nutzstrahlenbündels 13 wirksam mit demselben zu interferieren.
Der aufgerauhte Teil 10 ό der Fläche 10 darf sich

ίο nicht ganz bis zur Linie 12 erstrecken, weil sonst im Strahlenbündel 13 selbst Beugungserscheinungen auftreten, die praktisch ein dem Streifen 16 ganz ähnliches Interferenzmuster im Fernfeld dieses Bündels erzeugen. Solche Interferenzen müssen auch bei dem eingangs erwähnten, bekannten Diodenlaser auftreten, da bei demselben die Abdeckung bis in den pn-Übergangsbereich hineinreicht. Der angegebene Abstand von etwa 4 μ hat sich als sehr zweckmäßig ergeben, wenn man das Aufrauhen des Flächenteiles 10 b mittels einer »Drahtsäge«, d. h. eines hin und her bewegten Drahtes von etwa 100 μ Durchmesser unter Anwendung von Diamantpulver bewirkt, wobei der Draht etwa 20 μ tief in den Körper eindringt.

Ein Aufrauhen des oberen Teiles 10 a der Fläche 10 hätte bei dem beschriebenen Diodenlaser 1 keinen Zweck, weil die Lichtstrahlen in dessen p-Zone 7 sehr stark absorbiert werden, im Gegensatz zur n-Zone 6 und zum p'-n-Übergang 8. Es ist aber denkbar, daß bei einem aus anderen Materialien bestehenden Diodenlaser sowohl die p-Zone als auch die n-Zone gut lichtdurchlässig sein können, in welchem Falle clie ganze Fläche 10 mit Ausnahme zweier schmaler Streifen über und unter der Linie 12 aufzurauhen wären.

Wenn man die Seitenfläche 9 nicht verspiegelt, wie dies bei bekannten Lasern häufig der Fall ist, so daß auch bei der Linie 17 ein Nutzstrahlenbündel austritt, so wird man natürlich vorteilhaft auch den unteren Teil dieser Seitenfläche 10 aufrauhen. Statt den Flächenteil 10 b aufzurauhen, kann man denselben auch abdecken, z. B. verspiegeln, mit einem undurchsichtigen Belag überziehen oder in einem kleinen Abstand von demselben eine Abschirmung vorsehen. Das Aufrauhen ist bei den experimentellen Untersuchungen bevorzugt worden, da es ohne komplizierte Apparaturen leicht ausführbar ist.

Es sei noch erwähnt, daß im allgemeinen auch beim beschriebenen wie bei den bekannten Diodenlasern die Intensität der das Strahlenbündel 13 bildenden Strahlen längs der Austrittslinie 12 nicht konstant ist, sondern mehr oder weniger örtlich konzentriert ist. Es ergeben sich daher gewisse Interferenzen auch auf beiden Seiten des in F i g. 2 gezeigten Interferenzmusters. Dieser Interferenzeffekt, der durch die Erfindung nicht behoben wird, ist aber bei guten Diodenlasern klein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Wie später näher erläutert werden soll, können Patentansprüche: solche Interferenzen dadurch entstehen, daß Licht strahlen außerhalb der pn-Übergangszone in der

1. Diodenlaser mit einem Halbleiterkörper, der η-Zone oder der p-Zone hin und her reflektiert eine p-Zone und eine von dieser durch einen pn- 5 werden.

Übergangsbereich getrennte η-Zone aufweist, von Dies trifft bei den meisten, bisher üblichen Diodenweichen Zonen mindestens eine lichtdurchlässig lasern zu, welche keine Abdeckung der fraglichen ist, mit zwei den pn-Übergangsbereich enthalten- Halbleiterkörperoberflächen haben. Fernfeldinterden, spiegelnden Halbleiterkörperoberflächen, die ferenzen können aber auch dadurch entstehen, daß ein durch einen von der p-Zone zur η-Zone io an der Austrittsstelle der pn-Übergangszone, Beufließenden Gleichstrom erzeugtes und verstärktes gungserscheinungen im Nutzstrahlbündel selbst auf-Strahlenbündel in einer parallel zum pn-Über- treten. Dies ist bei dem eingangs erwähnten, begangsbereich liegenden Ebene innerhalb des Halb- kannten Diodenlaser der Fall.

leiterkörpers hin und her reflektieren und von Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß

denen mindestens eine der Halbleiterkörperober- 15 dadurch gelöst, daß an Stelle der Abdeckung auch

flächen für den Austritt eines Nutzstrahlbündels eine Oberflächenaufrauhung vorgesehen sein kann

aus dem an der Oberfläche liegenden pn-Uber- und daß der abgedeckte oder aufgerauhte Teil der

gangsbereich unvollständig spiegelnd ausgebildet unvollständig spiegelnden Halbleiterkörperoberfläche

und teilweise mit einer den Lichtdurchtritt ver- sich mindestens über den an ihr liegenden Teil der

hindernden Abdeckung versehen ist, dadurch 20 lichtdurchlässigen Zone erstreckt und mit gering-

gekennzeichnet, daß an Stelle der Ab- fügigem Abstand an den lichtemittierenden pn-

deckung auch eine Oberflächenaufrauhung vorge- Übergangsbereich angrenzt.

sehen sein kann und daß der abgedeckte oder auf- Versuche haben gezeigt, daß es besonders zweckgerauhte. Teil (10 b) der unvollständig spiegeln- mäßig ist, wenn der aufgerauhte oder abgedeckte Teil den Halbleiterkörperoberfläche (10) sich min- 25 der unvollständig spiegelnden Halbleiterkörperoberdestens über den an ihr liegenden Teil der licht- fläche von dem lichtemittierenden pn-Übergaangsbedurchlässigen Zone erstreckt und mit gering- reich einen Abstand von etwa 4 μ hat.
fügigem Abstand an den lichtemittierenden pn- I_n der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Übergangsbereich (12) angrenzt. die Erfindung aufweisenden Diodenlasers schema-

2. Diodenlaser nach Anspruch 1, dadurch ge- 3° tisch dargestellt. Es zeigt

kennzeichnet, daß der aufgerauhte oder abge- Fig. 1 eine den die Erfindung aufweisenden

deckte Teil (10 b) der unvollständig spiegelnden Diodenlaser enthaltende Meßanordnung und
Halbleiterkörperoberfläche (10) von dem licht- F i g. 2 eine Draufsicht auf einen in obiger Anord-

emittierenden pn-Ubergangsbereich (12) einen nung vorgesehenen zum Auffangen der Laserstrahlen Abstand von etwa 4 μ hat. 35 dienenden Schirm.

Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Laserdiode 1, die auf einem elektrisch leitenden Montage-

block 2 befestigt ist. Die untere und die obere Oberfläche des quaderförmigen Körpers der Laserdiode 1 40 sind je mit einer flächenförmigen Elektrode 3 bzw. 4 versehen. Die Elektrode 4 ist mit einem Zuführungs-

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dioden- leiter 5 verbunden, dem eine in bezug auf den Monlaser mit einem Halbleiterkörper, der eine p-Zone und tageblock 2 positive Spannung zugeführt wird, um eine von dieser durch einen pn-Übergangsbereich ge- die Diode zu speisen. Die Diode weist eine n-Zone 6 trennte η-Zone aufweist, von welchen Zonen min- 45 und eine p-Zone 7 auf, die durch einen zu den Elekdestens eine lichtdurchlässig ist, mit zwei den pn- troden 3, 4 parallelen p-n-Übergang 8 getrennt sind. Übergangsbereich enthaltenden, spiegelnden Halb- Die Diode besteht z. B. aus einem Galliumarsenidleiterkörperoberflächen, die ein durch einen von der Kristallkörper, welcher in der η-Zone Telluriump-Zone zur η-Zone fließenden Gleichstrom erzeugtes und in der p-Zone Zinkverunreinigungen enthält. Die und verstärktes Strahlenbündel in einer parallel zum 5° Kanten des Diodenkörpers können z. B. Längen pn-Übergangsbereich liegenden Ebene innerhalb des haben, die im Bereiche von etwa 200 bis 300 μ lie-Halbleiterkörpers hin und her reflektieren und von gen. Die Seitenflächen 9 und 10 können Spaltebenen denen mindestens eine der Halbleiterkörperober- des Kristallrohlings entsprechen, aus dem der Diodenflächen für den Austritt eines Nutzstrahlbündels aus körper abgespaltet worden ist, oder poliert sein. Die dem an der Oberfläche liegenden pn-Ubergangs- 55 Seitenäche 9 ist vollständig verspiegelt, so daß absobereich unvollständig spiegelnd ausgebildet und teil- lut kein Licht aus derselben austreten kann. Die weise mit einer den Lichtdurchtritt verhindernden Seitenfläche 10 weist einen oberen Teil 10 α auf, der Abdeckung versehen ist. nach dem Abspalten des Diodenkörpers unverändert

Ein derartiger Diodenlaser ist aus dem deutschen gelassen worden ist, und einen unteren Teil 10 b, der Gebrauchsmuster 1 955 988 bekannt. 6° aufgerauht worden ist. Die Grenzlinie 11 der Teile

Bei dem bekannten Diodenlaser besteht die Ab- 10 α und 10 b liegt etwa 4 μ unter dem lichtemittierendeckung aus zwei Schichten, von denen die untere den pn-Ubergangsbereich 12, der im folgenden als elektrisch isoliert und die zweite reflektierend wirkt, Linie bezeichnet wird, längs welcher der nur etwa wobei bezweckt wird, eine metallische Leitung 2 μ dicke p-n-Ubergang 8 die Seitenfläche 10 schneidet, zwischen der p-Zone und der η-Zone zu vermeiden. 65 Abgesehen von der Tatsache, daß der untere Teil Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 10 b der Seitenfläche 10 aufgerauht ist, ist eine dergrunde, Interferenzmuster im Fernfeld des Nutzstrahl- artige Anordnung bekannt. In derselben entsteht ein bündeis zu vermeiden. Lichtstrahlenbündel, das im p-n-Ubergang verläuft,