DE3708666A1 - Laser arrangement having coupled semiconductor lasers which can be driven (selected) separately - Google Patents

Laser arrangement having coupled semiconductor lasers which can be driven (selected) separately

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Abstract

A laser arrangement having coupled semiconductor lasers which can be driven separately consisting of a p-doped carrier substrate (1), a p-doped first layer (2) having n-doped edge strips (3), a first laser stripe (5), an n<+>-doped coupling strip (6), a second laser stripe (7), a p-doped covering strip (8) and a second n-doped layer (4) which is grown on the first layer (2) and encloses and covers this layer structure in the form of strips, and in which a p<+>-doped region (9) is constructed on the covering stripe (8) as far as the surface, the carrier substrate (1), the p<+>-doped region (9) and the n-doped part of the second layer (4) being provided with metal contacts (10, 11, 12). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung mit getrennt an­ steuerbaren verkoppelten Halbleiterlasern.The invention relates to a laser arrangement with separately controllable coupled semiconductor lasers.

Das Arbeitsprinzip des Lasers beruht im wesentlichen darauf, daß die in einem aktiven Bereich erzeugte Strahlung wegen Reso­ nanz nur für gewisse Frequenzen verstärkt wird. Die Oberflächen an den Enden der zumeist streifenförmig ausgebildeten laserak­ tiven Bereiche wirken als teildurchlässige Spiegel. Wenn die Längenausdehnung dieses aktiven Bereiches einer ganzen Anzahl von halben Wellenlängen entspricht, tritt Resonanz auf. Eine Einfrequenz-Laserdiode kann z.B. dadurch hergestellt werden, daß statt nur eines laseraktiven Bereiches deren mehrere vorhanden sind, die untereinander verkoppelt werden.The principle of operation of the laser is essentially based on that the radiation generated in an active area due to Reso is only amplified for certain frequencies. The surfaces at the ends of the mostly strip-shaped laser tive areas act as semitransparent mirrors. If the Longitude of this active area of a whole number of half wavelengths, resonance occurs. A Single frequency laser diode can e.g. be made by that instead of just one laser-active area, there are several are present, which are coupled together.

Eine verkoppelte Laserdiodenanordnung ist zum Beispiel in der DE-OS 34 34 741.0 beschrieben. Diese Anordnung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Aufbau dadurch, daß die beiden laseraktiven Zonen symmetrisch zu einer epitaktisch abgeschie­ denen Mittelschicht liegen. Bei dieser Anordnung läßt sich keine Einteilung in aktiven und passiven Teil mehr angeben. Insbesondere ist es nicht möglich, die laseraktiven Zonen getrennt anzusteuern. Für ältere laser arrays mit Verkopplung sei auf die in der genannten Druckschrift angegebenen Litera­ turzitate verwiesen. Eine allgemeine physikalisch-technische Darstellung findet man in dem Artikel "Single-frequency semi- conductor lasers" in IEEE spectrum (1983), Seite 38 bis 45.A coupled laser diode arrangement is for example in FIG DE-OS 34 34 741.0 described. This arrangement differs differs from the structure described above in that the two laser-active zones symmetrical to an epitaxially fired which are middle class. With this arrangement, no longer specify a division into active and passive parts. In particular, it is not possible to use the laser-active zones to be controlled separately. For older laser arrays with coupling be on the litera specified in the mentioned publication turzitate referenced. A general physical-technical Representation can be found in the article "Single-frequency semi- conductor lasers "in IEEE spectrum (1983), pages 38 to 45.

Die Verkopplung verschiedener Halbleiterlaserstreifen läßt sich bei gewinngeführten Lasern dadurch erreichen, daß die aktiven Streifen in hinreichend kleinen seitlichen Abständen zueinan­ der angeordnet werden. Wenn verschiedene laseraktive Streifen mit spiegelnden Endflächen zum Beispiel durch Ausätzen von Gruben versehen werden sollen und die einzelnen Streifen ge­ trennt mit elektrischer Kontaktierung belegt werden sollen, müssen Mindestabstände zwischen diesen Laserstreifen eingehal­ ten werden. Bei gewinngeführten Lasern genügt dieser minimale Abstand für eine ausreichende Verkopplung. Bei indexgeführten Lasern wie BH-Lasern sind die laseraktiven Streifen von Halb­ leitermaterial mit relativ zum Streifen niedrigerem Bre­ chungsindex umgeben. Bei diesen indexgeführten Lasern klingen die Feldintensitäten außerhalb der aktiven Schicht sehr rasch ab, so daß bei den minimalen herstellbaren Abständen der ak­ tiven Streifen keine Verkopplung möglich ist. Eine im Prinzip denkbare Verfeinerung der Herstellungstechnik, die auch eine getrennte elektrische Kontaktierung der Laserstreifen ermögli­ chen würde, könnte keine sinnvolle Verkopplung schaffen, weil bei diesen Lasertypen für eine laterale Verkopplung Abstände nötig wären, die bereits in der Größenordnung der zu emittie­ renden Lichtwellenlänge liegen, was dazu führt, daß das Laserdiodenarray nurmehr wie ein einzelner Resonator wirkt.Different semiconductor laser strips can be coupled achieve with profit-led lasers in that the active Stripes to each other in sufficiently small lateral distances which are arranged. If different laser active strips with reflective end faces, for example by etching out  Pits are to be provided and the individual strips ge should be electrically separated must maintain minimum distances between these laser strips be. This minimum is sufficient for profit-led lasers Distance for sufficient coupling. For index-managed Lasers such as BH lasers are the laser-active strips of half conductor material with a lower Bre relative to the strip surrounding index. Sound with these index-guided lasers the field intensities outside the active layer very quickly from, so that at the minimum producible distances the ak tive stripes no coupling is possible. In principle conceivable refinement of manufacturing technology, which is also a Separate electrical contacting of the laser strips possible would not create a meaningful coupling because for these types of lasers for lateral coupling distances would be necessary, which are already of the order of magnitude to be emitted renden light wavelength, which leads to that Laser diode array only acts like a single resonator.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aufbau für eine Halbleiterlaseranordnung mit einer engen Lokalisierung der Strahlungsfeldintensitäten auf die aktiven Bereiche, insbesondere durch Indexführung, anzugeben, so daß zum Zweck der Frequenzselektion und -stabilisierung verschiedene aktive Bereiche optisch miteinander verkoppelt sind und dennoch getrennt angesteuert werden können.The object of the present invention is to provide a structure for a semiconductor laser device with a narrow localization the radiation field intensities on the active areas, in particular by index management, so that for the purpose frequency selection and stabilization various active Areas are optically coupled with each other and yet can be controlled separately.

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Anordnung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in an arrangement according to the invention solved the features of claim 1.

Die Lösung besteht darin, daß auf einem Trägersubstrat eine erste Schicht aus dotiertem Halbleitermaterial des ersten Lei­ tungstyps aufgewachsen ist und auf dieser ersten Schicht eine Folge von streifenförmigen weiteren Schichten aufgebracht ist. Bei dieser Folge von Schichten handelt es sich in der Reihen­ folge, in der sie aufgewachsen sind, um einen ersten Laserstrei­ fen, einen stark dotierten Koppelstreifen des zweiten Leitungs­ typs, einen zweiten Laserstreifen und einen dotierten Deck­ streifen des ersten Leitungstyps. Auf der ersten Schicht be­ findet sich eine zweite Schicht aus dotiertem Halbleiterma­ terial des zweiten Leitungstyps, die die eben beschriebenen streifenförmigen Schichten an den Längsseiten umgibt und bedeckt. Auf der freien Seite des Trägersubstrates ist ein Metallkontakt als Elektrode angebracht. Entsprechend befinden sich auf der freien Seite der zweiten Schicht Metallkontakte als weitere Elektroden. Einer dieser auf der zweiten Schicht aufgebrachten Metallkontakte befindet sich auf einem unmittel­ bar über dem Deckstreifen in dem Material der zweiten Schicht aufgebrachten bis zur Oberfläche dieser zweiten Schicht reichen­ den stark dotierten Bereich des ersten Leitungstyps. Zur Vermeidung von Leckströmen sind in der ersten Schicht parallel zu den Laserstreifen Randstreifen aus dotiertem Halbleiterma­ terial des zweiten Leitungstyps ausgebildet. Dabei ist sicher­ gestellt, daß zwischen diesem Randstreifen und der zweiten Schicht noch soviel Material der ersten Schicht vorhanden ist, daß durch die zweimalige Aufeinanderfolge von Halbleiterma­ terial unterschiedlicher Dotierung ein Stromfluß in diesen Randbereichen unterbunden ist. Auf diese Weise ist erreicht, daß der zu dem auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Metall­ kontakt fließende Strom auf einen engen streifenförmigen Bereich des ersten Laserstreifens konzentriert ist. Mittels des auf der freien Seite des Trägersubstrates aufgebrachten Metallkontaktes kann der erste Laserstreifen angesteuert werden; mittels des auf dem in der zweiten Schicht ausgebilde­ ten stark dotierten Bereich aufgebrachten Metallkontaktes kann der zweite Laserstreifen angesteuert werden. Die gemeinsame Stromzuführung erfolgt über einen weiteren Metallkontakt, der auf der zweiten Schicht außerhalb des stark dotierten Bereichs aufgebracht ist. Zweckmäßig sind der Koppelstreifen, die zweite Schicht und die strombegrenzenden Randstreifen n-leitend dotiert während die übrigen dotierten Schichten p-leitend ausgebildet sind.The solution is that on a carrier substrate first layer of doped semiconductor material of the first Lei type and grew up on this first layer Sequence of further layers in the form of strips is applied. This sequence of layers is in the series follow where they grew up for a first laser streak fen, a heavily doped coupling strip of the second line typs, a second laser strip and a doped deck  strips of the first conduction type. On the first layer be there is a second layer of doped semiconductor ma material of the second conduction type, which the just described strip-shaped layers on the long sides and covered. There is a on the free side of the carrier substrate Metal contact attached as an electrode. Are accordingly metal contacts on the free side of the second layer as further electrodes. One of these on the second layer applied metal contacts is on an immediate bar above the cover strip in the material of the second layer applied to the surface of this second layer the heavily doped area of the first conductivity type. To Avoiding leakage currents are parallel in the first layer to the laser strips edge strips made of doped semiconductor ma material of the second conduction type. It is safe put that between this edge strip and the second Layer there is still so much material from the first layer, that by the two-fold succession of semiconductor Ma material different doping a current flow in this Marginal areas is prevented. In this way it is achieved that the to the metal deposited on the carrier substrate contact flowing current on a narrow strip-shaped Area of the first laser strip is concentrated. By means of the applied on the free side of the carrier substrate The first laser strip can be driven by metal contact will; by means of that formed on the second layer th heavily doped area applied metal contact can the second laser strip can be controlled. The common Power is supplied via another metal contact, the on the second layer outside the heavily doped area is applied. The coupling strip is expedient, the second Layer and the current-limiting edge strips n-type doped while the remaining doped layers are p-conducting are trained.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur. The following is a description of an exemplary embodiment based on the Figure.  

Auf einem Trägersubstrat 1 aus p-leitend dotiertem InP befinden sich zwei n-leitend dotierte Streifen aus InGaAsP, die an den Seiten der Oberfläche des Trägersubstrates verlaufen. Über dem Trägersubstrat 1 und den eben genannten Randstreifen 3 verläuft eine erste Schicht 2 aus p-leitend dotiertem InP, die einerseits die durch die Randstreifen 3 hervorgerufene Unebenheit der Trä­ gersubstratoberfläche ausgleicht und zusätzlich die Randstrei­ fen 3 nach oben mit InP-Material abdeckt.On a carrier substrate 1 made of p-doped InP there are two n-doped strips of InGaAsP, which run on the sides of the surface of the carrier substrate. Above the carrier substrate 1 and the edge strips 3 just mentioned, a first layer 2 of p-doped InP runs, which on the one hand compensates for the unevenness of the carrier substrate surface caused by the edge strips 3 and additionally covers the edge strips 3 upwards with InP material.

Auf dieser ersten Schicht 2 ist eine dickere zweite Schicht 4 aus n-leitend dotiertem InP-Material aufgebracht. Diese Schicht ist in der Mitte durch eine in Längsrichtung verlaufende gra­ benförmige Aussparung unterbrochen. Diese Aussparung reicht bis zur ersten Schicht 2, während die zweite Schicht 4 an der Ober­ seite, d.h. der der ersten Schicht 2 gegenüberliegenden Seite, nicht unterbrochen ist.A thicker second layer 4 of n-type doped InP material is applied to this first layer 2 . This layer is interrupted in the middle by a longitudinal gra ben-shaped recess. This recess extends to the first layer 2 , while the second layer 4 is not interrupted on the upper side, ie the side opposite the first layer 2 .

Der ausgesparte Graben enthält eine erste Laserschicht 5 aus InGaAsP-Material, das auf der ersten Schicht 2 aufgebracht ist. Darauf folgt ein Koppelstreifen 6 aus stark n-leitend dotiertem InP-Material. Darauf ist eine weitere Schicht aus InGaAsP-Mate­ rial aufgebracht, die den zweiten Laserstreifen 7 bildet. Der Koppelstreifen 6 dient als n-leitender Bereich für die Strah­ lungserzeugung und als verkoppelnde Schicht zwischen den laseraktiven Streifen 5 und 7.The recessed trench contains a first laser layer 5 made of InGaAsP material, which is applied to the first layer 2 . This is followed by a coupling strip 6 made of InP material doped with a high n-conductivity. A further layer of InGaAsP material is applied thereon, which forms the second laser strip 7 . The coupling strip 6 serves as an n-type region for generating radiation and as a coupling layer between the laser-active strips 5 and 7 .

Auf dem zweiten Laserstreifen 7 ist ein p-leitend dotierter Deckstreifen 8 aus InP-Material abgeschieden, der den oberen Bereich der grabenförmigen Aussparung auffüllt. Zwischen dem Deckstreifen 8 und der Oberfläche der zweiten Schicht 4 ist in dem InP-Material der zweiten Schicht 4 ein stark p-leitend do­ tierter Bereich 9 ausgebildet, der die Deckschicht 8 über­ deckt und bis zur Oberfläche der zweiten Schicht 4 reicht.A p-type doped cover strip 8 made of InP material is deposited on the second laser strip 7 and fills the upper region of the trench-shaped recess. Between the cover strip 8 and the surface of the second layer 4 , a strongly p-conductive doped region 9 is formed in the InP material of the second layer 4 , which covers the cover layer 8 and extends to the surface of the second layer 4 .

Auf der freien Seite des Trägersubstrates 1 ist ein Metall­ kontakt 12 für den Anschluß des positiven Pols, der zur Ansteuerung des ersten Laserstreifens 5 dient, angebracht. Auf dem stark p-leitend dotierten Bereich 9 ist ein zweiter Metallkontakt 11 für den Anschluß des positiven Pols, der der Ansteuerung des zweiten Laserstreifens 7 dient, aufgebracht. Die starke Dotierung dient der Ausbildung eines ohmschen Kontaktes, d.h. eines gut leitenden Metall-Halbleiter-Überganges.On the free side of the carrier substrate 1 , a metal contact 12 for the connection of the positive pole, which serves to control the first laser strip 5 , is attached. A second metal contact 11 for the connection of the positive pole, which serves to control the second laser strip 7 , is applied to the region 9 which is heavily p-conductively doped. The strong doping serves to form an ohmic contact, ie a highly conductive metal-semiconductor junction.

Auf der freien Seite der zweiten Schicht 4 ist außerhalb des stark p-leitend dotierten Bereiches 9 mindestens ein weiterer Metallkontakt 10 für eine negative Elektrode aufgebracht. Bei der in der Figur dargestellten Anordnung sind die weiteren Me­ tallkontakte 10 als zwei an den Seiten der freien Oberfläche der zweiten Schicht 4 verlaufende Metallstreifen ausgebildet.At least one further metal contact 10 for a negative electrode is applied to the free side of the second layer 4 outside the region 9 which is heavily p-conductively doped. In the arrangement shown in the figure, the further metal contacts 10 are formed as two metal strips running on the sides of the free surface of the second layer 4 .

Die n-leitend dotierten Randstreifen 3 dienen der seitlichen Einschnürung des Stromes für die Speisung des ersten Laser­ streifens 5 auf einen dem ersten Laserstreifen 5 gegenüberlie­ genden streifenförmigen Bereich in der ersten Schicht 2.The n-type doped edge strips 3 are the lateral constriction of the current for the supply of the first laser stripe 5 on a first laser strips 5 gegenüberlie constricting strip-shaped region in the first layer. 2

Claims (4)

1. Laseranordnung mit getrennt ansteuerbaren verkoppelten Halbleiterlasern, wobei auf einem Trägersubstrat (1) aus dotiertem Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps eine erste Schicht (2) aus dotiertem Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps und eine zweite Schicht (4) aus dotiertem Halb­ leitermaterial des zweiten Leitungstyps aufgebracht sind und Metallkontakte (10; 11; 12) für die Elektroden auf der jeweils freien Seite des Trägersubstrates (1) und der zweiten Schicht (4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die zweite Schicht (4) in der Mitte grabenförmig bis zur Oberfläche der ersten Schicht (2) ausgespart ist,
  • - daß in dieser grabenförmigen Aussparung der zweiten Schicht (4) auf der ersten Schicht (2) ein erster Laserstreifen (5), ein stark dotierter Koppelstreifen (6) des zweiten Leitungs­ typs, ein zweiter Laserstreifen (7) und ein dotierter Deck­ streifen (8) des ersten Leitungstyps übereinander aufgewach­ sen sind,
  • - daß die zweite Schicht (4) den Deckstreifen (8) bedeckt,
  • - daß unmittelbar über dem Deckstreifen (8) in dem Material der zweiten Schicht (4) ein stark dotierter Bereich (9) des ersten Leitungstyps ausgebildet ist, wobei dieser Bereich (9) bis zur Oberfläche der zweiten Schicht (4) ausgedehnt ist und den zweiten Laserstreifen (7) nicht berührt,
  • - daß im Rand der ersten Schicht (2) parallel zu den Laser­ streifen (5; 7) verlaufende dotierte Randstreifen (3) des zweiten Leitungstyps ausgebildet sind und zwischen diesen Randstreifen (3) und der zweiten Schicht (4) noch Material der ersten Schicht (2) vorhanden ist und
  • - daß mindestens ein Metallkontakt (11) auf der freien Saite der zweiten Schicht (4) über dem stark dotierten Bereich (9) aufgebracht ist und
  • - daß am Material der zweiten Schicht (4) außerhalb des stark dotierten Bereiches (9) mindestens ein weiterer Metallkon­ takt (10) angebracht ist.
1. Laser arrangement with separately controllable coupled semiconductor lasers, a first layer ( 2 ) made of doped semiconductor material of the first conductivity type and a second layer ( 4 ) made of doped semiconductor material of the second conductivity type being applied to a carrier substrate ( 1 ) made of doped semiconductor material and metal contacts ( 10 ; 11 ; 12 ) are provided for the electrodes on the respective free side of the carrier substrate ( 1 ) and the second layer ( 4 ), characterized in that
  • - That the second layer ( 4 ) in the middle is trenched up to the surface of the first layer ( 2 ),
  • - That in this trench-shaped recess of the second layer ( 4 ) on the first layer ( 2 ) a first laser strip ( 5 ), a heavily doped coupling strip ( 6 ) of the second line type, a second laser strip ( 7 ) and a doped deck strip ( 8 ) the first line type has grown up on top of each other,
  • - That the second layer ( 4 ) covers the cover strip ( 8 ),
  • - That immediately above the cover strip ( 8 ) in the material of the second layer ( 4 ) a heavily doped region ( 9 ) of the first conductivity type is formed, which region ( 9 ) is extended to the surface of the second layer ( 4 ) and the does not touch the second laser strip ( 7 ),
  • - That in the edge of the first layer ( 2 ) parallel to the laser strips ( 5 ; 7 ) extending doped edge strips ( 3 ) of the second conductivity type are formed and between these edge strips ( 3 ) and the second layer ( 4 ) still material of the first layer ( 2 ) is present and
  • - That at least one metal contact ( 11 ) is applied to the free string of the second layer ( 4 ) over the heavily doped region ( 9 ) and
  • - That the material of the second layer ( 4 ) outside the heavily doped region ( 9 ) at least one further Metallkon clock ( 10 ) is attached.
2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1), die erste Schicht (2) und der Deckstreifen (8) p-leitend dotiert sind und das übrige Halbleitermaterial außerhalb der Laserstreifen (5; 7) n-leitend dotiert ist.2. Laser arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier substrate ( 1 ), the first layer ( 2 ) and the cover strip ( 8 ) are doped p-type and the remaining semiconductor material outside the laser strips ( 5 ; 7 ) doped n-type is. 3. Laseranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1), die erste Schicht (2) und der Deck­ streifen (8) schwach n-leitend dotiert sind und das übrige Halbleitermaterial außerhalb der Laserstreifen (5;7) stark p-leitend dotiert ist.3. Laser arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier substrate ( 1 ), the first layer ( 2 ) and the cover strip ( 8 ) are weakly n-doped and the rest of the semiconductor material outside the laser strips ( 5; 7 ) strongly p -conditionally endowed. 4. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1), die erste Schicht (2), die zweite Schicht (4), der Koppelstreifen (6) und der Deckstreifen (8) InP-Material sind und das übrige Halbleitermaterial InGaAsP ist.4. Laser arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier substrate ( 1 ), the first layer ( 2 ), the second layer ( 4 ), the coupling strip ( 6 ) and the cover strip ( 8 ) are InP material and the remaining semiconductor material is InGaAsP.
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