DE19523267A1

DE19523267A1 - Lasermodul

Info

Publication number: DE19523267A1
Application number: DE19523267A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl Ing Storm; Helmut Dr Rer Nat Dr Hirth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-02

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Lasermodul mit einem oberflächenemittierenden Sendeelement für den langwelligen Bereich und mit einem Träger.

Es wurden oberflächenemittierende Laserdioden mit senkrechtem Resonator (VCSEL: vertical cavity surface emitting laserdiode) entwickelt. Im Unterschied zu einer kantenemittierenden Laserdiode, deren Strahltaille einen Durchmesser um einen µm hat, ist bei der oberflächenemittierenden Laserdiode die Strahltaille mit ungefähr 9 bis 10 µm so groß wie die einer Einmodenfaser. Dadurch läßt sich ohne Transformation des Strahls bei einer Kopplung zwischen Laserdiode und Einmodenfaser ein nahezu hundertprozentiger Koppelwirkungsgrad erreichen. Die Abstrahlrichtung ist entsprechend der Ausrichtung des Resonators senkrecht zur Oberfläche der Laserdiode. Durch den Einsatz mikrostrukturierter Siliziumsubstrate und oberflächenemittierender Sendeelemente ist eine Reduzierung der Kosten durch Einsparung von aktiven Justagetechniken bei der Ankopplung zwischen Lichtleitfaser und Sendeelement möglich. Zum Einsatz von oberflächenemittierenden Sendeelementen, beispielsweise in der Übertragungstechnik, ist es notwendig, daß diese eine ausreichende Lebensdauer im Dauerbetrieb aufweisen. Bisher sind nur oberflächenemittierende Sendeelemente im kurzwelligen Bereich mit zufriedenstellenden Kennwerten hergestellt worden. Ein Dauerbetrieb von oberflächenemittierenden Sendeelementen, die Licht im langwelligen Bereich emittieren, erscheint zur Zeit nicht realisierbar. Eines der grundlegenden Probleme stellt dabei die Wärmeabfuhr dar. Da aufgrund der schlechteren Güte der aktiven Schichten von oberflächenemittierenden Sendeelementen für den langwelligen Bereich, diese mit einer höheren Energie gepumpt werden müssen, muß auch mehr Wärme abgeführt werden. Da aber materialbedingt eine schlechtere Wärmekopplung vorliegt, treten thermische Probleme auf, die die Lebensdauer der oberflächenemittierenden Sendeelemente für den langwelligen Bereich im Dauerbetrieb begrenzen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lasermodul mit einem oberflächenemittierenden Sendeelement für den langwelligen Bereich anzugeben, das bei Zimmertemperatur im Dauerbetrieb betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Lasermodul mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das oberflächenemittierende Sendeelement des Lasermoduls wird nicht direkt mit einem Injektionsstrom elektrisch gepumpt, sondern optisch von einem zweiten oberflächenemittierenden Sendeelement, das Licht im kurzwelligen Bereich emittiert. Damit entfallen die thermischen Probleme, die üblicherweise beim direkten elektrischen Pumpen von oberflächenemittierenden Sendeelementen für den langwelligen Bereich auftreten. Durch den Einsatz eines oberflächenemittierenden Sendelementes für den kurzwelligen Bereich als Pumpquelle wird eine schnelle Modulierbarkeit des Lasermoduls erreicht. Aufgrund der geringen Divergenz des Ausgangsstrahls des oberflächenemittierenden Sendeelementes ist eine gute Strahlverkopplung zu realisieren. Bei der Ankopplung des Lasermoduls an eine Faser ist keine aktive Justage notwendig. Außerdem können optische Bauelemente zur Strahlanpassung eingespart werden. Eine gute Pumpeffizienz kann erzielt werden, indem in der aktiven Zone des oberflächenemittierenden Sendeelements für den langwelligen Bereich eine GRIN-SCH-MQW-Struktur vorgesehen wird, deren Claddingmaterial im Bandabstand auf die Wellenlänge des Pumplichts angepaßt ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur erläutert.

Auf einem Träger T befindet sich ein oberflächenemittierendes Sendeelement VCSEL, das Licht im kurzwelligen Bereich emittiert. Die Wellenlänge λ1 liegt zwischen 850 und 950 nm. Das oberflächenemittierende Sendeelement für den kurzwelligen Bereich VCSEL ist mittels flip-chip-bonding FCB auf dem Träger T montiert. Es weist Halbleiterschichten HL1 und zwei Spiegel S1 und S2 auf. Als Kontakt ist auf der Oberfläche eine Goldschicht K vorgesehen, die auch zur Abstrahlung von Wärme dient. Das Licht aus dem oberflächenemittierenden Sendeelement für den kurzwelligen Bereich VCSEL mit der Wellenlänge λ₁ dringt durch den Träger T und trifft auf das zweite oberflächenemittierende Sendeelement VCSEL′, das für den langwelligen Bereich geeignet ist. Dieses Sendeelement baut sich ebenfalls aus den Halbleiterschichten HL2 und zwei Spiegeln S3 und S4 auf. Es ist auf die Rückseite des Trägers T montiert. Licht der Wellenlänge λ1, dringt durch die Spiegel S3 in die aktiven Halbleiterschichten ein. Von den aktiven Halbleiterschichten wird Licht der zweiten Wellenlänge λ2 beispielsweise 1300 nm oder 1550 nm emittiert.

Es wird ein monolithisch oder hybrid integriertes Bauelement vorgeschlagen, indem Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Gitterkonstanten und Bandabständen eingesetzt werden. Um einen durch einen elektrischen Strom gepumpten VCSE-Laser, ein oberflächenemittierendes Sendeelement, für den kurzwelligen Bereich herzustellen, werden auf GaAs angepaßte Epitaxieschichten eingesetzt. Die Emission dieser Schichten wird auf einen zweiten Halbleiterbereich, der auf Indiumphosphid angepaßte Epitaxieschichten enthält, abgebildet und dort zum optischen Pumpen einer VCSE-Laserstruktur für den langwelligen Bereich verwendet.

Claims

1. Lasermodul mit einem oberflächenemittierenden Sendeelement (VCSEL′) für den langwelligen Bereich mit folgenden Merkmalen:
es ist ein Träger (T) vorgesehen, auf dem Träger (T) befindet sich ein oberflächenemittierendes Sendeelement (VCSEL), das Licht im kurzwelligen Bereich emittiert, das oberflächenemittierende Sendeelement (VCSEL) für den kurzwelligen Bereich ist als Pumpquelle für das oberflächenemittierende Sendeelement (VCSEL′) für den langwelligen Bereich eingesetzt.

2. Lasermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenemittierenden Sendeelemente (VCSEL, VCSEL′) einen senkrechten Resonator aufweisen.

3. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Injektionsstrom vorgesehen ist, um das oberflächenemittierende Sendeelement (VCSEL) für den kurzwelligen Bereich zu pumpen.

4. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der aktiven Zone des oberflächenemittierenden Sendeelements (VCSEL′) für den langwelligen Bereich auf Indiumphosphid angepaßte Epitaxieschichten vorgesehen sind.

5. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der aktiven Zone des oberflächenemittierenden Sendeelementes (VCSEL) für den kurzwelligen Bereich auf Galliumarsenid angepaßte Epitaxieschichten vorgesehen sind.

6. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der aktiven Zone des oberflächenemittierenden Sendeelementes eine GRIN-SCH-MQW-Struktur vorgesehen ist.

7. Lasermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Claddingmaterial der GRIN-SCH-MQW-Struktur im Bandabstand auf die Wellenlänge des Pumplichtes angepaßt ist.

8. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des emittierten Lichts des oberflächenemittierenden Sendeelementes (VCSEL) für den kurzwelligen Bereich zwischen 850 und 980 nm liegt.

9. Lasermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des emittierten Lichtes des oberflächenemittierenden Sendeelementes (VCSEL′) für den langwelligen Bereich zwischen 1300 und 1560 nm liegt.