DE3923354A1

DE3923354A1 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE3923354A1
Application number: DE19893923354
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Rer Nat Beneking
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1991-01-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Halbleiterlasern, beispielsweise Streifenlasern mit einem streifenförmigen laseraktiven Volumen, wird, ana log zu anderen Lasertypen, durch Besetzungsinversion und der daraus resultierenden stimulierten Emission eine mehr oder weniger kohärente Lichterzeugung erzielt. Bei konventionellen Halbleiterlasern ist dabei der ge samte optische Resonator von einer ganzflächigen Metal lisierungs-Kontaktschicht bedeckt.

Diese bekannten Anordnungen besitzen jedoch einen unbe friedigenden Wirkungsgrad, sind nur bei extrem kleinen Abmessungen monomodal und zeigen einen "chirp", d.h. eine Variation der Laserfrequenz in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte im Resonatorraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halblei terlaser anzugeben, bei dem diese Nachteile vermieden werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Me tallisierungsschicht aus voneinander getrennten Kontakt streifen besteht, und daß der jeweilige mittige Abstand der Kontaktstreifen der zu erzeugenden Wellenlänge des Halbleiterlasers entspricht.

Die Injektion von Ladungsträgern in den Resonatorraum und die daraus resultierende Besetzungsinversion ist somit nicht gleichförmig längs des gesamten Resonator raums, sondern periodisch unter Berücksichtigung der gewünschten monomodalen Lichterzeugung. Die Ladungsträ ger werden nur dort injiziert, wo das sich unter der Resonanzbedingung ergebende elektrische Feld Maxima besitzt. Wegen der daraus resultierenden periodischen Erregung wird demzufolge auch die Verstärkung des Lasers weitgehend auf eine einzige, nämlich die gewünschte Wel lenlänge beschränkt.

Weiterhin wird der Wirkungsgrad des Lasers vergrößert, da an den Stellen ineffektiver "Totvolumina" zwischen den Stellen maximaler elektrischer Feldstärke keine La dungsträger injiziert werden.

Wegen der nur an bestimmten Stellen erfolgenden Ladungs trägerinjektion ist auch eine Verringerung der mittleren zusätzlichen Ladungsdichte im Resonatorraum, die eine Änderung des Brechungsindex bewirkt, möglich. Diese re lative Änderung des Brechungsindex ist demgemäß gegen über bekannten Anordnungen stark verringert, was eine Reduktion der Frequenzmodulation, also einen verringer ten "chirp" zur Folge hat.

Die Breite der Kontaktstreifen muß so gewählt werden, daß die Erregung mehr oder weniger auf den Bereich der Maximalamplitude der elektrischen Feldstärke beschränkt bleibt. Es hat sich gezeigt, daß hierzu eine Potential- Beaufschlagung in einem Bereich vonnöten ist, der etwa 30% einer Halbperiode, bezogen auf die Laserwellenlän ge, entspricht; dies bedeutet, daß die Breite der Kon taktstreifen jeweils ca. 1/6 der Lichtwellenlänge betra gen sollte.

Die periodische Anordnung der Kontaktstreifen wird durch Strukturierung einer Isolationsschicht oder durch Isola tions-Implantation hergestellt.

Die Erfindung soll nun nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels beschrieben werden.

In der Figur ist ein Halbleiterlaser mit einer einfachen Heterostruktur am Beispiel eines GaAs/GaAlAs-Lasers dar gestellt.

Auf einem hoch N-leitenden Substrat 1, beispielsweise aus Gallium-Arsenid, wird eine Schicht 2 aus beispiels weise N-Gallium-Aluminium-Arsenid aufgewachsen; auf die ser wird die eigentliche aktive Schicht 3 aus GaAs mit verringertem Bandabstand gegenüber der vorherigen Zone abgeschieden, gefolgt von einer Schicht 4, die wiederum aus Breitband-Material, beispielsweise GaAlAs, besteht, jedoch P-Leitfähigkeit besitzt. Die aktive Schicht 3 ist beispielsweise mit 10¹⁶ cm^-3 dotiert, die darüber und darunter liegenden Schichten 4 und 2 aus Breitband-Mate rial sind mit beispielsweise jeweils 8×10¹⁷ cm^-3 rela tiv hoch dotiert. Über der Schicht 4 ist eine hochlei tende Kontaktschicht 5, beispielsweise wiederum aus GaAs, angeordnet. Ein derartiger Halbleiterlaser mit Spiegel endflächen 6, 7 wird üblicherweise auf der Oberfläche mit einem durchgehenden Metallkontakt versehen, bei spielsweise mittels Legieren. wobei der Metallkontakt zur Verbindung mit dem Pluspol der anzulegenden Spannung dient.

Erfindungsgemäß ist dieser Kontakt jedoch derart räum lich strukturiert, daß im Abstand einer Wellenlänge der gewünschten Lichtfrequenz periodische Kontaktstreifen vorgesehen sind, die wie bei einem üblichen Halbleiter laser beaufschlagt werden.

Dazu wird auf der Kontaktschicht 5 eine Isolationsschicht 8, beispielsweise aus SiO₂, abgeschieden, die durch foto lithographische Prozesse so strukturiert wird, daß eine periodische Struktur schmaler Streifen in die Isolations schicht 8 an den für die Kontaktstreifen vorgesehenen Stellen eingeätzt werden. Bei der anschließenden Metal lisierung mit einer Metallschicht 9 wird die gesamte Oberfläche des Bauelements mit dieser Metallschicht 9 bedeckt, die somit auch mit den periodisch angeordneten Kontaktstreifen 10 verbunden wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Isolations zonen mittels Isolations-Implantation, beispielsweise mittels Protonen-Implantation, zu strukturieren. Dabei wird an den für die Isolationszonen vorgesehenen Stellen durch Protonenbeschuß das Material teil-amorphisiert und damit hochohmig gemacht.

Die Breite der Einzelkontaktstreifen 10 sowie der Perio denabstand 11 der Kontaktstreifen wird nach oben gesag tem gemäß der zu erzeugenden Wellenlänge derart ausge wählt, daß der Periodenabstand 11 exakt einer Wellenlän ge innerhalb des Resonators entspricht, während die Brei te der Kontaktstreifen 10 etwa 1/6 der Wellenlänge be trägt. Bei einer Wellenlänge von beispielsweise 1 µm beträgt der Periodenabstand somit ebenfalls 1 µm, wäh rend die Breite der Kontaktstreifen 10 etwa 0,15 µm be trägt; derartige Abstände sind mit heutigen lithographi schen Methoden relativ leicht herzustellen.

Die Anzahl der Kontaktstreifen auf der Oberfläche rich tet sich dabei nach der für die Injektion der Ladungs träger erforderlichen Länge. Dies bedeutet, daß, wie bsp. in der Figur dargestellt, die gesamte Oberfläche des Re sonators zwischen den Spiegelendflächen mit Kontaktstrei fen versehen wird oder aber nur Teile der Resonator-Ober fläche, bsp. unter Aussparung einer nicht von Kontakt streifen bedeckten Mittelzone.

Claims

1. Halbleiterlaser, auf dessen Oberfläche zur Potential- Beaufschlagung eine Metallisierungsschicht (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungs schicht (9) aus voneinander getrennten Kontaktstreifen (10) besteht, und daß der jeweilige mittige Abstand (11) der Kontaktstreifen (10) der zu erzeugenden Wellenlänge des Halbleiterlasers entspricht.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Breite der Kontaktstreifen (10) etwa 1/6 der zu erzeugenden Wellenlänge des Halbleiterlasers be trägt.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß eine periodisch strukturierte Isola tionsschicht (8) die Oberfläche des Halbleiterlasers teilweise bedeckt, und daß sich die Kontaktstreifen (10) an den nicht von der Isolationsschicht (8) bedeckten Stellen der Oberfläche befinden.

4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Kontaktschicht (5) des Halbleiterlasers eine Isolationsschicht (8) abgeschieden wird, die mittels fotolithographischer Prozesse gemäß des gewünschten Ab stands (11) der Kontaktstreifen (10) strukturiert wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (8) an den gewünschten Stellen mittels Isolations-Implantation erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß nach dem Strukturieren der Isolationsschicht (8) eine Metallisierungsschicht (9) zur Bildung der Kontaktstreifen (10) auf der Oberfläche des Halbleiter lasers abgeschieden wird.