DE60128546T2 - Halbleiterdiodenlaser mit verbesserter Strahldivergenz - Google Patents

Halbleiterdiodenlaser mit verbesserter Strahldivergenz Download PDF

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Description

  • PRIORITÄT
  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der U.S. Provisional Application No. 60/176,909 , eingereicht am 20. Januar 2000, in Anspruch.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterdiodenlaser. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterdiodenlaser mit asymmetrischen Bandlücken und Brechungsindizes in den Mantelschichten vom n- und p-Typ.
  • HINTERGRUND
  • Ein Halbleiterdiodenlaser umfasst typischerweise einen Körper aus einem Halbleitermaterial oder aus Materialien mit einem Wellenleiterbereich und einem Mantelbereich an jeder Seite des Wellenleiterbereichs. Im Wellenleiterbereich liegt ein weiterer Bereich, wie beispielsweise ein Quantentopfbereich, in welchem Photonen erzeugt werden, wenn die Diode durch einen elektrischen Strom richtig vorgespannt wird. Allgemein sind Mantelbereiche so dotiert, dass sie zueinander von entgegengesetztem Leitungstyp sind, und bestehen aus einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als der des Materials des Wellenleiterbereichs, um so zu versuchen, die Photonen auf den Wellenleiterbereich zu beschränken.
  • Viele Anwendungen von Halbleiterlaserdioden profitieren von einer breiten Wellenleiterlaserausgestaltung, bei welcher die Wellenleiterdicke W 3 bis 4 mal größer ist als W0, der Wellenleiterdicke in herkömmlichen Lasern, welche die maximale Überlappung der optischen Mode 0. Ordnung mit dem Quantentopfbereich bereitstellt. Wie in US 5,818,860 offenbart, kann eine Verwendung eines breiten Wellenleiters eine Überlappung der optischen Mode 0. Ordnung mit der Mantelschicht minimieren. Eine Wellenleiterverbreiterung hat den doppelten Vorteil des Maximierens der Leistungsausgabe des Lasers aufgrund einer verringerten Absorption im Mantel und des Verringerns der Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen optischen Schadens der Spiegelfacette aufgrund einer Nahfeldausdehnung.
  • EP 0 920 097 A (MITSUI CHEMICALS, INC) vom 2. Juni 1999 (1999-06-02) offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung mit optischen Leiterschichten, die jeweils an beiden Flächen der aktiven Schicht ausgebildet sind, wobei die optischen Leiterschichten eine Bandlücke aufweisen, die breiter ist als diejenige der aktiven Schicht. Eine Mantelschicht vom n-Typ und eine Mantelschicht vom p-Typ sind jeweils so ausgebildet, dass sie die aktive Schicht und die optischen Leiterschichten zwischen sich eingeschoben haben, wobei die Mantelschichten eine Bandlücke aufweisen, die breiter ist als diejenigen der optischen Leiterschichten. Der Brechungsindex der Mantelschicht vom p-Typ ist niedriger als derjenige der Mantelschicht vom n-Typ.
  • US 5 555 271 A (HONDA ET AL.) vom 10. September 1996 (1996-09-10) offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem GaAs-Substrat vom n-Typ, auf welchem eine Mantelschicht vom n-Typ aus AlGaInP, eine aktive Schicht und eine Mantelschicht vom p-Typ aus AlGaInP ausgebildet sind. Eine Mantelsperrschicht vom P-Typ, die aus AlGaInP oder AlInP gebildet ist, ist in der Mantelschicht vom p-Typ vorgesehen.
  • LELONG ET AL.: "A pulsed high-power quantum well laser using an asymmetric waveguide", Semiconductor Science and Technology, IOP, Bristol, GB, Band 11, Nr. 4 vom 1 April 1996 (1996-04-01), Seiten 568-570, offenbart einen gespannten InGaAs-Quantentopflaser, der einen breiten asymmetrischen optischen Multimode-Wellenleiter umfasst, welcher die optische Leistungsdichte an den Spiegeln des Lasers verringert, um eine höhere maximale Ausgabeleistung zu erzeugen. Eine Modentrennung wird durch richtiges Positionieren des Quantentopfs erreicht.
  • Viele Anwendungen benötigen, zusätzlich dazu, dass sie von einem breiten Wellenleiter profitieren, eine Einzelmode-Ausgabe. Beispielsweise werden Halbleiterdiodenlaser oft als eine Pumpquelle zur Signalverstärkung bei faseroptischer Telekommunikation verwendet. Wenn die Signalverstärkung auf erbium-dotierte Faserverstärker ("erbium doped fiber amplifiers"; EDFA) angewiesen ist, weist eine Einzelmode-Laserausgabe einen hohen Einkopplungswirkungsgrad in den Verstärker auf.
  • Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass ein Verbreitern des Wellenleiterbereichs über einen bestimmten materialabhängigen Schwellwert hinaus (z. B. ungefähr 1 μm für die von den Erfindern verwendeten Materialien) zu einer Erzeugung von zusätzlichen optischen Moden führen kann, wodurch das Einkoppeln der Laserausgabe in den Verstärker verringert wird. Somit sind bekannte Diodenlaseranordnungen sowohl in ihrer Nahfeldausdehnung und in ihrer vertikalen (senkrecht zu der Strukturebene) Fernfeldstrahl-Divergenzverschmälerung begrenzt. Das erstere kann einen Schaden an der Laserfacette verursachen, wenn der Laser bei gewünschter Leistung betrieben wird, und das letztere kann den Einkopplungswirkungsgrad der Laserausgabe in andere Vorrichtungen verringern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um diese Probleme in bekannten Systemen zu verringern, wird ein Hochleistungs-Halbleiterdiodenlaser mit einem Quantentopf oder mehreren Quantentöpfen, die sich im Wesentlichen in der Mitte des Wellenleiters befinden, hierin diskutiert.
  • Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben ein Verbreitern des Wellenleiters über das Maß in bis jetzt entworfenen Lasern hinaus, während die Einzelmodeeigenschaften des Lasers mit verbesserter Nahfeldverteilung und Fernfelddivergenz erhalten bleiben. Um diese Ergebnisse zu erzielen, sind verschiedene Ausführungsformen derart ausgestaltet, dass die Brechungsindexverteilung asymmetrisch ist, wie von der Mantelschicht an einer Seite des Wellenleiterbereichs zur Mantelschicht an der anderen Seite des Wellenleiterbereichs (d. h., in der vertikalen Richtung) gemessen. Zusätzlich umfassen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verschiedene Ausgestaltungen, in welchen ein Quantentopf in der Mitte des Wellenleiterbereichs positioniert ist.
  • Die Asymmetrie der Brechungsindexverteilung verhindert, dass gerade Nicht-Null-Moden im Wellenleiterbereich lasern, während die mittige Position des Quantentopfs verhindert, dass ungerade Moden im Wellenleiterbereich lasern. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung stellen die Ausdrücke "gerade Nicht-Null-Moden" und "ungerade Moden" andere Moden höherer Ordnung dar, und zwar die Grundmode ausgenommen.
  • Die vertikale Ausgestaltung des Lasers kann in einer Ausführungsform eine Fernfeldstrahldivergenz von ungefähr 20 Grad bereitstellen, welche sich leicht in einen EDFA mit einem Kerndurchmesser von 4 μm mit einer numerischen Apertur (NA) von 0,2 einkoppeln lässt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Einzelmode-Halbleiterdiodenlaser einen Wellenleiterbereich, eine Mantelschicht vom p-Typ und eine Mantelschicht vom n-Typ. Der Wellenleiterbereich weist einen ersten Brechungsindex n1 auf, die Mantelschicht vom p-Typ weist einen zweiten Brechungsindex n2 auf, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, und die Mantelschicht vom n-Typ weist einen dritten Brechungsindex n3 auf, der kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der zweite Brechungsindex ist. Der Bandlückenunterschied zwischen der Mantelschicht vom p-Typ und dem Wellenleiterbereich ist größer als derjenige zwischen der Mantelschicht vom n-Typ und dem Wellenleiter.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Querschnittsdiagramm einer Bandlücke einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Diagramm eines Brechungsindex' einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Kurve der Fernfelddivergenz, gemessen mittels der Halbwertsbreite als einer Funktion einer Wellenleiterbreite gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Querschnittdiagramm einer Bandlücke einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Diagramm eines Brechungsindex' einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Kurve der Fernfelddivergenz, gemessen mittels der Halbwertsbreite als einer Funktion einer Wellenbreite gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Kurve des optischen Confinementfaktors als einer Funktion einer Wellenleiterbreite gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Kurve des optischen Confinementfaktors als einer Funktion einer Wellenleiterbreite gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine vertikale Struktur eines Halbleiterdiodenlasers mit verbesserter vertikaler Einzelmode-Nahfeldstrahlausbreitung und Fernfeldstrahldivergenz bereit. Falls gewünscht, ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Halbleiterdiodenlaser mit einem breiten Wellenleiter.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, wie nachstehend beschrieben, so ausgestaltet, dass sie eine Fernfelddivergenz zulassen, die ein Einkoppeln in eine zweite Vorrichtung erleichtert. Beispielsweise können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Pumpen für EDFA-Vorrichtungen verwendet werden, eine geeignete Fernfelddivergenz vorausgesetzt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein breiter Wellenleiter ein Wellenleiter mit einer Dicke W, die zumindest ungefähr drei mal größer ist als W0, der Wellenleiterdicke in herkömmlichen Lasern, welche das maximale Überlappen der optische Mode mit dem Quantentopfbereich des Lasers bereitstellt.
  • 1 ist ein Querschnittsdiagramm einer Bandlücke einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Beispiel dieser Ausführungsform kann ein Halbleiterdiodenlaser sein, der eine Strahlung von 0,98 μm ausstrahlt, um so in einen EDFA einzukoppeln. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 101, einen Mantel vom n-Typ 102, einen Wellenleiterbereich 103, der Quantentöpfe 104 umfasst, welche in der Mitte der Wellenleiterschicht positioniert sind, und einen Mantel vom p-Typ 105. Es besteht ein Unterschied in den Bandlückenenergien 101a zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Substrat, und es besteht ein Unterschied in den Bandlückenenergien 102a zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter. In der Ausführungsform, die von 1 dargestellt wird, ist der Unterschied in den Bandlückenenergien 105a zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter größer als der Unterschied in den Bandlückenenergien 102a zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter. Zusätzlich ist die Energiebandlücke der Schicht 102 größer als die Energiebandlücke der Schicht 103, aber kleiner als die Energiebandlücke der Schicht 105.
  • In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 101 ein GaAs-Verbundstoff, der Mantel vom n-Typ 102 ist ein AlGaAs- oder InGaAsP-Verbundstoff, der Wellenleiter 103 ist ein InGaAsP- oder AlGaAs-Verbundstoff und der Mantel vom p-Typ 105 ist ein AlGaAs- oder InGaP-Verbundstoff, die Quantentöpfe 104 umfassen InGaAs- oder InGaAsP-Verbundstoffe. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Verbundstoffe beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr jeglichen Verbundstoff verwenden, der für solche Vorrichtungen zweckmäßig ist.
  • 2 ist ein Diagramm eines Brechungsindex' einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus 2 ersichtlich, ist der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Mantel vom p-Typ und dem Wellenleiter größer als der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter, wodurch ein asymmetrisches optisches Confinement für eine Ausbreitung eines Einzelmodestrahls im Wellenleiter gebildet wird.
  • 3 ist eine graphische Darstellung einer Fernfelddivergenz für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit 0,98 μm, gemessen mittels der Halbwertsbreite ("full width at half maximum"; FWHM), als einer Funktion einer Wellenleiterbreite für einen vorgegebenen Satz von Materialien. Diese Figur kann dazu verwendet werden, eine Vorrichtung mit einer gewünschten Fernfelddivergenz zu entwerfen. Wie aus dieser Figur ersichtlich, kann man beispielsweise, falls eine Fernfelddivergenz mit einer FWHM von 20 Grad erwünscht ist, den Wellenleiter entweder 0,5 μm oder 2,7 μm breit machen.
  • Werte der Wellenleiterdicke, die eine vertikale Divergenz von 20 Grad bereitstellen, hängen von den Zusammensetzungen der Mäntel und Wellenleiter ab, sind aber ungefähr proportional zu der Wellenlänge der Ausgabe des Lasers. Niveaus von Dotierung und vertikale Verteilung der Dotiermaterialien im Mantel sollten beruhend auf zwei Vorraussetzungen optimiert werden. Erstens sollte ein Widerstand der Vorrichtung minimiert werden. Zweitens sollte ein Erzeugen von zusätzlichen optischen Verlusten vermieden werden, die höher sind als andere Arten von internen Verlusten, welche durch Streuen an den Homogenitäten und Absorption im aktiven Bereich verursacht werden.
  • Die zweite Voraussetzung sollte zumindest für die Ausgestaltung mit einer mäßigen Wellenleiterdicke berücksichtigt werden, da das Eindringen eines optischen Felds in den Mantel im Fall von asymmetrischen breiten Wellenleiterstrukturen sehr klein ist. In den asymmetrischen Strukturen dringt das optische Feld nur in die Mantelschichten vom n-Typ ein, und das n-Dotieren sollte durch zusätzliche optische Verluste begrenzt werden. Für eine Mantelschicht vom p-Typ kann eine abgestufte Dotierung von 1-3 × 1018 cm–3 verwendet werden.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass die Dicke der Mantelbereiche groß genug sein sollte, um Verluste aufgrund eines Eindringens eines optischen Felds in das Substrat (oder in die Kontaktschicht [nicht in den Figuren gezeigt]) zu verhindern. Für die oben diskutierten Verbundstoffe ist beispielsweise ein Mantel vom p-Typ mit einer Dicke von 1 bis 1,5 μm ausreichend. Für einen Mantel vom n-Typ sollte die Dicke für Ausführungsformen, die einen breiten Wellenleiter (z. B. 2,7 μm) aufweisen, verschieden sein von der Dicke für andere Beispiele, die einen mäßig dicken Wellenleiter (z. B. 0,5 μm) aufweisen. Für Ausführungsformen mit breitem Wellenleiter, kann die Dicke des Mantels vom n-Typ die gleiche sein wie die Dicke des Mantels vom p-Typ (z. B. –1 μm). Für ein Beispiel eines mäßig dicken Wellenleiters kann eine Manteldicke von 3 bis 4 μm verwendet werden.
  • 4 ist ein Querschnittsdiagramm einer Energiebandlücke einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform strahlt der Halbleiterdiodenlaser eine Strahlung von 1,48 μm aus. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 401 ein InP-Verbundstoff, der Mantel vom n-Typ 402 ist ein InGaAsP- oder InGaAlAs-Verbundstoff, der Wellenleiter 403 ist ein InGaAsP- oder InGaAlAs-Verbundstoff und der Mantel vom P-Typ 405 ist ein InP- oder InAlAs-Verbundstoff. Quantentöpfe können InGaAsP-, InGaAs- oder InGaAlAs-Verbundstoffe sein. Wie es typischerweise der Fall ist, weist der Wellenleiter 403 einen in der Mitte positionierten Quantentopf oder Quantentöpfe 404 auf. Wie in der Ausführungsform aus 1, ist der Bandlückenunterschied 402a zwischen dem Mantel vom n-Typ 402 und dem Wellenleiter 403 kleiner als der Bandlückenunterschied 405a zwischen dem Mantel vom p-Typ 405 und dem Wellenleiter 403.
  • 5 ist eine Kurve eines Brechungsindex als einer Funktion einer vertikalen Entfernung in der Laserstruktur für die in 4 gezeigte Ausführungsform, aber mit zwei Quantentöpfen. Es sollte beachtet werden, dass im vorliegenden Kontext der Ausdruck "vertikal" im Kontext der Figur zu verstehen ist und keine absolute Richtung angibt. Mit anderen Worten ist der Brechungsindex in 5 als eine Funktion einer Entfernung, von links nach rechts, gezeigt, entsprechend der in 4 gezeigten Laserstruktur, von unten nach oben. Wie für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnend, ist der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Mantel vom p-Typ 405 und dem Wellenleiter 403 größer als der Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Mantel vom n-Typ 402 und dem Wellenleiter 403.
  • Eine vertikale Fernfeldstrahldivergenz in der Ausführungsform und einem weiteren Beispiel aus 4 und 5 ist wiederum eine Funktion der Wellenleiterbreite, wie in 6 gezeigt. Wie aus dieser Figur ersichtlich, kann man, falls eine Fernfelddivergenz mit einer FWHM von 20 Grad erwünscht ist, eine Wellenleiterdicke von entweder ungefähr 0,5 μm (mäßige Wellenleiterdicke) oder 3,5 μm (breiter Wellenleiter) auswählen.
  • 7 und 8 sind Kurven des optischen Confinementfaktors als einer Funktion der Wellenleiterbreite. 7 stellt den optischen Confinementfaktor für einen Laser mit 0,98 μm dar, und 8 stellt den optischen Confinementfaktor für einen Laser mit 1,48 μm dar. Die vertikal gestrichelten Linien in diesen Figuren bezeichnen die Wellenleiterdicke, die eine vertikale Divergenz von ungefähr 20°-22° bereitstellt. Die Verringerung des optischen Confinements ist vorteilhaft für einen Hochleistungsbetrieb, da das Leistungsniveau, bei welchem ein katastrophaler optischer Schaden auftritt, umgekehrt proportional zum optischen Confinementfaktor ist. Bei einer Wellenleiterdicke von ungefähr 2,5 μm wird der optische Confinementfaktor halbiert, und die maximale Ausgabeleistung wird voraussichtlich verdoppelt.
  • Ein Maximieren der Asymmetrie in den zwei Brechungsindexstufen (d. h., zwischen dem Mantel vom p-Typ und dem Wellenleiter einerseits, und zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter andererseits) ermöglicht es einem, die Breite des Wellenleiters zu maximieren, der ohne Einbringen zusätzlicher transversaler Moden in einer erzeugten Laserstrahlung verwendet werden kann. Die Asymmetrie in den zwei Brechungsindexstufen hängt von der Asymmetrie zwischen den zwei Bandlückenunterschieden ab (d. h., der Bandlückenunterschied zwischen dem Mantel vom p-Typ und dem Wellenleiter einerseits, und zwischen dem Mantel vom n-Typ und dem Wellenleiter andererseits). Somit lässt ein Maximieren des Brechungsindexschritts an der p-Typ-Mantel-Seite des Wellenleiters und zugleich ein Minimieren des Brechungsindexschritts auf der n-Typ-Mantel-Seite des Wellenleiters den breitesten Wellenleiter zu, ohne Einbringen ebener transversaler Nicht-Null-Moden.
  • Die Abhängigkeit der maximalen Wellenleiterdicke W2 von den Brechungsindizes n2 und n3 ist durch Gleichung (1) angegeben. Natürlich gibt diese Gleichung das theoretische Maximum an, und in der Praxis ist das Gleichheitszeichen eventuell nicht genau gleich. Bei den ausgewählten n2 und n3 kann der Wellenleiter mit einem mittig positionierten Quantentopf, der die Dicke W2 aufweist, einen Laserbetrieb in der transversalen (vertikalen) Mode 0. Ordnung bereitstellen, und zwar mit einer maxi mal breiten Nahfeldverteilung und einer minimalen Fernfelddivergenz. Die erste und andere ebene Moden existieren nicht bei W ≤ W2. (In der Praxis wird diese Ungleichheit wieder zu "weniger als oder ungefähr gleich".) Zusätzlich wird ein Lasern mit ungerader Mode durch das mittige Positionieren der Quantentöpfe im Wellenleiter beseitigt.
    Figure 00100001
    wobei λ die Wellenlänge der Strahlung ist, n1 der erste Brechungsindex des Wellenleiters ist, n3 der Brechungsindex des n-Mantels und n2 der Brechungsindex des p-Mantels ist, und
    Figure 00100002
  • Die gewünschte Brechungsindexverteilung kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wenn die folgenden zwei Kriterien erfüllt sind. Erstens muss die Mantelschicht vom p-Typ so gewählt sein, dass die Bandlücke maximiert wird. Zweites muss die Mantelschicht vom n-Typ so gewählt sein, dass der Mantel vom n-Typ eine Bandlücke aufweist, welche die Bandlücke des Wellenleiters um ein Maß in der Größenordnung von kT überschreitet, wobei k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur der Vorrichtung während des Betriebs ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist allein zum Zwecke der Veranschaulichung mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden. Der Fachmann wird aus dieser Beschreibung erkennen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, aber mit Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden kann, die nur durch den Geist und den Umfang der angehängten Ansprüche beschränkt sind. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen (einen Laser mit 0,98 μm und einen Laser mit 1,48 μm) zur leichteren Erklärung und zum leichteren Verständnis beschrieben. Jedoch können jegliche bekannten zweckmäßigen Materialien und ihre jeweiligen Dicken verwendet werden, so lange die oben beschriebene funktionale Beziehung zwischen Bandlücke, Brechungsindex und Wellenleiterdicke das optische Confinement und die oben diskutierten Verteilungs-/Divergenzkriterien erfüllen.

Claims (11)

  1. Halbleiterdiodenlaser mit einer charakteristischen Strahlungsausgabe, die eine vertikale Fernfelddivergenz mit einer Halbwertsbreite, FWHM, aufweist, wobei der Halbleiterdiodenlaser aufweist: (a) einen Wellenleiterbereich (103) mit einem ersten Brechungsindex, wobei der Wellenleiterbereich einen im Wesentlichen mittig positionierten Quantentopfbereich (104), eine erste Seite und eine zweite Seite umfasst, wobei der Wellenleiterbereich eine Dicke W aufweist; (b) eine Mantelschicht vom p-Typ (105) mit einem zweiten Brechungsindex, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, wobei die Mantelschicht vom p-Typ (105) an der ersten Seite angeordnet ist; und (c) eine Mantelschicht vom n-Typ (102) mit einem dritten Brechungsindex, der kleiner als der erste Brechungsindex und größer als der zweite Brechungsindex ist, wobei die Mantelschicht vom n-Typ (102) an der zweiten Seite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterdicke W 3 bis 4 mal größer ist als W0, die Wellenleiterdicke, welche die maximale Überlappung der optischen Mode 0. Ordnung mit dem Quantentopfbereich (104) bereitstellt.
  2. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem der zweite Brechungsindex minimiert ist und der dritte Brechungsindex maximiert ist, und zwar in Abhängigkeit der Randbedingungen, dass der dritte Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist und dass die zweiten und dritten Brechungsindizes kleiner als der erste Brechungsindex sind.
  3. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem die Wellenleiterdicke W bestimmt wird durch die Gleichung
    Figure 00120001
    wobei λ eine Wellenlänge der Strahlung ist, n1 der erste Brechungsindex ist, n3 der dritte Brechungsindex ist, n2 der zweite Brechungsindex ist, und
    Figure 00130001
    gilt.
  4. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem die vertikale Fernfelddivergenz der Strahlung ca. 22 Grad oder weniger beträgt.
  5. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem der Mantel vom p-Typ (105) ein Verbundstoff der Form AlGaAs und/oder ein Verbundstoff der Form InGaP ist und der Mantel vom n-Typ (102) ein Verbundstoff der Form AlGaAs und/oder ein Verbundstoff der Form InGaAsP ist.
  6. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem der Mantel vom p-Typ (105) ein Verbundstoff der Form InP ist und der Mantel vom n-Typ (102) ein Verbundstoff der Form InGaAsP ist.
  7. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem die Mantelschicht vom n-Typ (102) eine Bandlücke aufweist, welche die Bandlücke des Wellenleiters um ein Maß (102a) in der Größenordnung von kT überschreitet, wobei k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur der Vorrichtung während des Betriebs ist.
  8. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem ein optischer Confinementfaktor der Strahlung im Quantentopfbereich (104) kleiner als ungefähr 0,012 ist.
  9. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem W zwischen ca. 2,5 und ca. 3,5 Mikrometer liegt.
  10. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der Mantelschicht vom n-Typ (102) der Dicke der Mantelschicht vom p-Typ (105) entspricht.
  11. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 6, bei dem die vertikale Fernfelddivergenz der Strahlung ca. 20 Grad beträgt.
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