DE2422287A1

DE2422287A1 - Halbleiter-laserdiode fuer dauerbetrieb

Info

Publication number: DE2422287A1
Application number: DE2422287A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Dr Meixner; Karl-Heinz Dipl Phys Zschauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-08
Filing date: 1974-05-08
Publication date: 1975-11-13

Description

Halblefter-Laserdiode für Dauerbetrieb.
Die Erfindung betrifft eine Laserdiode mit einer in einem Anteil eines Halbleiterkörpers befindlichen, streifenförmig verlaufenden, laseraktiven Zone und mit einem zu dieser Sone parallelen, mesa-förmigen Leitfähigkeitsprofil.
Beim Betrieb von Laserdioden muß dafür gesorgt werden, daß die durch den hohen Stromfluß in Halbleiterkörper erzeugte Wärme möglichst schnell und vollständig nach außen abgeführt wird. Da das HalbleitermateriaL der Laserdiode, die z.13.
aus einem GaAs-Kristall besteht, nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, muß die aktive Zone, in der der größte Teil der erzeugten Wärme entsteht, möglichst nahe bei einer Wärmesenke liegen. Bei den herkömmlichen, in Mesa-Struktur aufgebauten Laserdioden läßt sich dies aber nur sehr schwer verna -wirlichen, weil dert'l2/um breite, die laseraktive Zone enthaltende Teil des Halbleiterkörpers, der in einem großflächigen Diodenkörper von z.B. 500x500x100/uz Größe eingebettet ist, nur mit großen Komplikationen auf eine Wärmesenke aufbauen läßt.
Eine genügend große Wärmeableitung kann bei einer Laserdiode erreicht werden, wenn man die durch Stromdurchfluß erwärmten Gebiete und die laseraktive Zone auf einen im Halbleiter-Kristall streifenförmig verlaufenden Anteil des Halbleiter-Kristalles beschränkt. Bei einer solchen Anordnung verläuft der elektrische Strom nicht durch den gesamten Halbleiter-Kristall, sondern nur in einem verengten Bereich. Damit wird erreicht, daß die Wärmeerzeugung ebenfalls auf diesen Bereich beschränkt bleibt und die entstandene Wärme durch den übrigen Teil des Halbleiterkörpers in ausreichendem Maße nach außen abfließt.
Wie in den Siemens Forschungs- und Entwicklungaberichten Bd.2 (1973), Nr.4, S.210 ff., in Appl.Phys.Lett. 18 (1971), S.155 ff., in Proceedings of the IEEE (1972), S.726 beschrieben ist, läßt sich ein solcher streifenförmiger Aufbau der stromdurchflossenen Gebiete und der laseraktiven Zone im Halbleiter-Kristall einmal dadurch erreichen, daß die Elektroden für die Stromzuführung nur in einem streifenförmigen Gebiet des Halbleiter-Kristalles angebracht sind, so daß der Stromfluß im wesentlichen nur in dem zwischen diesen Elektroden befindlichen Anteil des Halbleiter-Kristalles stattfindet. Die gleiche Wirkung kann mit Sperrschichten erreicht werden, die den aktiven Teil des Ha lblelter-Krista 1-les von dem nichtaktiven Teil elektrisch trennen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die außerhalb der erwunschten aktiven Zone liegenden Gebiete des Halbleiter-Kristalles durch Protonenbeschuß hochohmig zu machen. Mit diesen Mitteln erreicht man im Halbleiter-Kristall ein mesa-förmiges Leitfähigkeitsprofil.
Bei einer Laserdiode mit einem solchen streifenförmigen Aufbau ist jedoch nachteilig, daß aus der angeregten laseraktiven Zone Lichtstrahlung in den nichtangeregten Teil gelangt und damit für den Laservorgang verlorengeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Strahlungsverluste zu verringern.
Diese Aufgabe wird bei einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 gekennzeichneten Laserdiode erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß zu beiden Seiten der laseraktiven Zone im Halbleiterkörper kanalförmig verlaufende Aushebungen enthalten sind, die die lasersktive Zone seitlich begrenzen.
Be einer solchen erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiter-Laserdiode tritt an den seitlichen Begrenzungsflächen der laseraktiven Zone ein Brechungsindexsprung auf. Aufgrund dieses Brechungsindexaprunges ist die seitliche Wellenführung der Laserstrahlung verbessert und Strahlungsverluste aufgrund seitlichen Austretens der Strahlung vermindert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Vorteilhafterweise ist die Halbleiter-Laserdiode so gebaut, daß auf der mit den kanalförmigen Aushebungen versehenen Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Schicht mit großer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist, die mit dem die laseraktive Zone enthaltenden Gebiet und den seitlich von kanalförmigen Aushebungen befindlichen Gebieten in Wärmekontakt steht. Damit wird eine gute Wärmeableitung erreicht. Die seitlich von den Aushebungen befindlichen Gebiete ermöglichen dabei eine einfache Handhabung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiter-Laserdiode beschrieben und anhand der Figur näher erläutert.
Auf einem Halbleiter-Kristall 1 aus GaAs, der mit Se oder Te n-leitend dotiert ist, sind mehrere Schichten- 2 bis 6 aufgebracht. Dabei besteht die Schicht 2 aus (GaAl)As, das mit Te n-dotiert ist, mit einer Dicke von 5/um. Die Schicht 3 besteht aus GaAs, das n-leitend ist, mit einer Dicke von 0,5 bis 0,2/um. Die Schicht 4 besteht aus (GeAl)As, das mit Ge pleitend dotiert ist. Die Schicht 4 hat eine Dicke von etwa 2/um. Die Schicht 5 besteht aus GaAs, das mit Zn und Ge pdotiert ist. Die Dicke der Schicht 5 beträgt etwa 1/um. Die Schicht 6 besteht aus Metall, z.B. Gold, und dient als p-Kontakt. Auf der Unterseite 7 des Halbleiter-Kristalles ist eine Metallschicht 11 aus.Au-Ge-Eutektikum aufgebracht, die mit einer elektrischen Zuleitung 16 versehen ist. Die kanalförmigenAushebungnl3,14haben eine Breite, die in der Größenordnung von 10/um liegt. Sie begrenzen die: laseraktive Zone 3, die eine Breite von ca. 12/um hat. Die an die kanalförmigen -Aushebungen angrenzenden Gebiete 8 und 9 des Halbleiterkörpers sind hochohmig, was durch Beschuß dieser Gebiete mit Protonen von etwa 300 keV und unter Zuhilfename einer das Gebiet 10 abdeckenden Maske erreicht wird. Damit ergibt sich das bereits eingangs beschriebene mesa-förmige Leitfähigkeitsprofil. Beim Betrieb einer so aufgebauten Halbleiter-Laserdiode verläuft der elektrische Strom nur durch das Gebiet 10. Mit der Schicht 6 steht eine Wärmesenke 12 aus wärmeleitendem Material in thermischem Kontakt, das die aus dem Gebiet 10 abfließende Wärme zu einer nicht dargestellten Kithlfläche leitet. Die zu beiden Seiten des stromleitenden Gebietes 10 befindlichen hochohmigen Gebiete 8 und 9 haben gegenüber dem Gebiet 10 eine wesentlich größere, z.B.
10-fache, Breite. Sie dienen als "Stützfüße" für die Wärmesenke 12 undermöglichen eine einfache Handhabung des Halbleiterkörpers beim Aufbringen dieser Wärmesenke.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche Halbleiter-Laserdiode mit einer in einem Anteil eines Halbleiterkörpers befindlichen, streifenförmig verlaufenden laseraktiven Zone und mit einem zu dieser Zone parallelen mesa-förmigen Leitfähigkeitsprofil, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zu beiden Seiten der laseraktiven Zone im Halbleiterkörper (1) kanalförmige Aushebungen (13, 14) enthalten sind, die die laseraktive Zone (3) seitlich begrenzen und seitlich von den übrigen Anteilen des Halbleiterkörpers trennen.
2. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß auf der mit den kanalförmigen Aushebungen (13, 14) versehenen Oberfläche (15) des Halbleiterkörpers eine Schicht mit großer Warmeleitfähigkeit (12) aufgebracht ist, die mit dem die laseraktive Zone enthaltenden Gebiet (10) und den seitlich von kanalförmigen Aushebungen befindlichen Gebieten (8 und 9) in Wärmekontakt steht.
3. Halbleiter-Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper aus einem Substrat und auf diesem Substrat aufgebrachten, aufeinanderliegenden Schichten besteht.

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