DE69825870T2

DE69825870T2 - Laser mit seitlicher Begrenzung

Info

Publication number: DE69825870T2
Application number: DE69825870T
Authority: DE
Inventors: Björn STOLTZ; Ulf ÖHLANDER
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: WO1998042051A1; CN1250551A; HK1027440A1; SE9700931D0; KR20000076262A; CA2283233A1; CA2283233C; EP0966778A1; CN1090831C; EP0966778B1; DE69825870D1; JP2001515659A; AU6428398A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein Laser, und spezieller eine Verbesserung des Einschlusses in Querrichtung bei einem Halbleiterlaser.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Halbleiterlaser, die einen Einschluss in Querrichtung für den Injektionsstrom zur Verfügung stellen, sind wohlbekannt.
Halbleiterlaser mit vergrabenem Wellenleiter, der auch als vergrabene Heterostruktur bekannt ist, sind ebenfalls an sich wohlbekannt, beispielsweise aus der US-A-5,227,015, US-A-5,260,240, US-A-5,398,255, US-A-5,452,315 und US-A-5,470,785.
Es ist sowohl von Lasern mit Stegwellenleiter als auch mit vergrabenem Wellenleiter bekannt, dass bei ihnen eine Steuerung in Querrichtung des elektrischen und optischen Einschlusses erzielt wird.
Unter Richtung in Querrichtung ist eine Richtung senkrecht zur Richtung des Epitaxiewachstums zu verstehen. Für VCSELs (Oberflächenemissionslaser mit vertikaler Cavity) kann die Querrichtung alle Richtungen in der Ebene senkrecht zur Wachstumsrichtung bezeichnen. Für EELs (Randemissionslaser) verläuft die Querrichtung normalerweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserlichtes.
Weiterhin bezeichnet der elektrische Einschluss in Querrichtung das Steuern der Ausbreitung des Injektionsstroms in der Querrichtung, wogegen optischer Einschluss in Querrichtung die Steuerung des Wellenleiters in Querrichtung in bezug auf das Laserlicht bezeichnet.
Bei Stegwellenleiterlasern ist ein Steg (oder eine Mesa) oberhalb des aktiven Bereichs vorgesehen, wo der aktive Bereich in der Nähe des Lasers nicht in der Querrichtung verengt ist. Der elektrische Einschluss in Querrichtung wird durch die endliche Ausbreitung des Injektionsstroms in der aktiven Schicht erzielt, infolge der endlichen Breite des erwähnten Steges. Der optische Einschluss in Querrichtung wird durch das Wellenleiten infolge des Steges erzielt. Bei Lasern mit vergrabenem Wellenleiter wird die aktive Schicht in Querrichtung durch die Mesa verengt (ist beispielsweise darin enthalten). Die Mesa wird mittels Epitaxie vergraben, um eine Beeinträchtigung der Leistung zu verhindern, die durch Kristallfehler in der Nähe des aktiven Laserbereiches hervorgerufen wird. Der elektrische bzw. optische Einschluss in Querrichtung wird infolge der Differenz zwischen dem aktiven Material und dem zum Vergraben verwendeten Material erhalten, in bezug auf den Bandoffset bzw. den Berechnungsindex.
Bei üblichen Stegwellenleiterlasern und Lasern mit vergrabenem Wellenleiter werden allerdings sowohl der elektrische als auch der optische Einschluss in Querrichtung durch die selben Konstruktionsparameter gesteuert, also die körperlichen Abmessungen und das Material der Mesa, der aktiven Schicht, und des zum Vergraben verwendeten Materials.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert. Verschiedene Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Steuerung des Einschlusses in Querrichtung der jeweiligen elektrischen und optischen Eigenschaften zu verbessern, durch wesentliche Entkopplung der Steuerparameter.
Dies wird dadurch erzielt, dass in der Mesa eine oder mehrere Schichten vorgesehen werden, die im wesentlichen in Querrichtung den Strom sperrt bzw. sperren, wobei die Wellenführung in Querrichtung des Laserlichtes nicht wesentlich geändert wird.
Hierdurch nimmt der Schwellenwert und/oder der gesamte Treiberstrom des Lasers ab. Darüber hinaus verlängert sich die Lebensdauer des Lasers. Bei einem Steglaser geht beispielsweise weniger Strom in dem aktiven Bereich verloren, in dem keine Laserwirkung auftritt, wogegen bei einem vergrabenen Laser der Strom in der Nähe der Mesa-Seitenwände abnimmt, welche typische Zentren für Rekombination und Verschlechterung darstellen.
Daher werden gemäß der Erfindung Laser mit besserer Leistung erhalten, beispielsweise einem niedrigerem Schwellenstrom, einem höheren Injektionswirkungsgrad, einer höheren Ausgangsleistung, einer besseren spektralen Steuerung und einer verbesserten Langzeitverlässlichkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Lasers mit vergrabenem Wellenleiter gemäß der Erfindung ist, und
2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Stegwellenleiterlasers gemäß der Erfindung ist.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit vergrabenem Wellenleiter gemäß der Erfindung.
Auf eine an sich bekannte Weise weist der Laser ein Substrat 10 auf, und eine Mesaanordnung 11, die in einer Stromsperrschicht 12 vergraben ist.
Gemäß der Erfindung ist zur Steuerung der Stromverteilung in Querrichtung in der Mesaanordnung 11, um den Strom entlang den Wänden der Mesaanordnung 11 zu verringern, eine Stromsperrschicht 13, die eine Öffnung 14 mit einer geringeren Breite als jener der Mesastruktur 11 aufweist, so angeordnet, dass ihre Öffnung 14 im wesentlichen zur Mesaanordnung 11 zentriert angeordnet ist.
Bei der Mesaanordnung 11 gemäß 1 ist die Stromsperrschicht 13, welche die Öffnung 14 aufweist, von einer darunter liegenden, aktiven Schicht 15 durch eine Abstandsschicht 16 getrennt, und ist eine Mantelschicht 17 oben der Stromsperrschicht 13 vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform füllt die Mantelschicht 17 auch die Öffnung 14 in der Stromsperrschicht 13 aus. Eine Kontaktschicht 18 ist oben auf der Mesaanordnung 11 und der Stromsperrschicht 12 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist die mit der Öffnung 14 versehene Stromsperrschicht 13 in der Mesaanordnung 11 oberhalb der aktiven Schicht 14 angeordnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei Lasern mit vergrabenem Wellenleiter die mit einer Öffnung versehene Stromsperrschicht ebenso auch unterhalb der aktiven Schicht der Mesaanordnung angeordnet sein kann. Tatsächlich kann eine mit einer Öffnung versehene Stromsperrschicht oberhalb der aktiven Schicht angeordnet sein, während eine andere, mit einer Öffnung versehene Stromsperrschicht unterhalb der aktiven Schicht angeordnet ist.
Wie voranstehend erwähnt, ist die mit der Öffnung 14 versehene Stromsperrschicht 13 zu dem Zweck vorgesehen, den Strom an den Wänden der Mesa auf kontrollierte Weise zu verringern.
Infolge der Öffnung 14 in der Stromsperrschicht 13 wird der Ladungsträgertransport dazu gezwungen, im wesentlichen innerhalb der Öffnung 14 in Querrichtung eingeschlossen zu werden, wie dies in 1 durch Pfeile angedeutet ist. Nach Durchgang durch die Öffnung 14 breiten die Ladungsträger zu der aktiven Schicht 15 aus, wo sie mit Ladungsträgern entgegengesetzter Polarität rekombinieren. Infolge der Stromsperrabschnitte der Schicht 13, die sich teilweise über die aktive Schicht 15 erstrecken, wird der Strom entlang den Wänden der Mesaanordnung 11 verringert. Hierdurch wird die Schwelle und/oder der Treiberstrom verringert, und/oder nimmt die Verlässlichkeit des Lasers zu.
2 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Stegwellenleiter-Halbleiterlasers gemäß der Erfindung.
Wie in 1, weist der Laser in 2 auf einem Substrat 20 eine aktive Schicht 24 und eine Mesaanordnung 21 auf, auf an sich bekannte Art und Weise.
Bei der Ausführungsform von 2 wird die Steuerung der Stromverteilung in Querrichtung in der aktiven Schicht 24 dadurch verbessert, dass deren Ausbreitung in Querrichtung in der Mesaanordnung 21 gemäß der Erfindung durch eine Stromsperrschicht 22 festgelegt wird, die eine Öffnung 23 mit geringerer Breite als jener der Mesaanordnung 21 aufweist. Die Stromsperrschicht 22 ist so angeordnet, dass ihre Öffnung 23 im wesentlichen in Beziehung zur Mesaanordnung 21 zentriert ist.
In 2 ist die mit der Öffnung 23 versehene Stromsperrschicht 22 von der darunter liegenden, aktiven Schicht 24 durch eine Abstandsschicht 25 getrennt. Eine Mantelschicht 26 ist oben auf der Stromsperrschicht 22 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform von 2 füllt die Mantelschicht 26 ebenfalls die Öffnung 23 in der Stromsperrschicht 22 aus. Eine Kontaktschicht 27 ist oben auf der Mesaanordnung 21 vorgesehen.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 2 wird der Ladungsträgertransport durch die Stromsperrabschnitte der Schicht 22 dazu gezwungen, im wesentlichen in Querrichtung innerhalb der Öffnung 23 eingeschlossen zu sein, wie dies durch Pfeile in 2 angedeutet ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist daher die mit der Öffnung 14 versehene Stromsperrschicht 13 in einer Mesaanordnung 11 angeordnet, während entsprechend bei der Ausführungsform gemäß 2 die mit der Öffnung 23 versehene Stromsperrschicht 22 in der Mesaanordnung 21 angeordnet ist.
Bei beiden geschilderten Ausführungsformen wird der Strom entlang den Mesawänden verringert, im Vergleich zu bekannten Lasern mit vergrabenem Wellenleiter und Stegwellenleiterlasern.

Claims

Halbleiterlaser mit einer Mesaanordnung (11, 21), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stromsperrschicht (13, 22), die eine Öffnung (14, 23) mit niedrigerer Breite als jener der Mesaanordnung (11, 21) aufweist, innerhalb der Mesaanordnung (11, 21) so angeordnet ist, dass die Öffnung (14, 23) im wesentlichen in bezug auf die Mesaanordnung (11, 21) zentriert ist.
Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stromsperrschicht (13, 22) oberhalb einer laseraktiven Schicht (15, 24) angeordnet ist.
Laser nach Anspruch 1, der ein Laser mit vergrabenem Wellenleiter ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stromsperrschicht oberhalb einer laseraktiven Schicht angeordnet ist.
Laser nach Anspruch 1, der ein Laser mit vergrabenem Wellenleiter ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromsperrschicht oberhalb einer laseraktiven Schicht angeordnet ist, während eine andere Stromsperrschicht unterhalb der aktiven Schicht angeordnet ist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Abstandsschicht (16, 25) zwischen einer aktiven Schicht (15, 24) und der zumindest einen Stromsperrschicht (13, 22) angeordnet ist.