EP2036171A2 - Surface emitting semiconductor body with vertical emission direction and stabilised emission wavelength - Google Patents

Surface emitting semiconductor body with vertical emission direction and stabilised emission wavelength

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EP2036171A2
EP2036171A2 EP07785581A EP07785581A EP2036171A2 EP 2036171 A2 EP2036171 A2 EP 2036171A2 EP 07785581 A EP07785581 A EP 07785581A EP 07785581 A EP07785581 A EP 07785581A EP 2036171 A2 EP2036171 A2 EP 2036171A2
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EP
European Patent Office
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semiconductor body
active region
body according
radiation
emitting semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07785581A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Brick
Wolfgang Diehl
Stephan Lutgen
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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    • H01S5/18383Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with periodic active regions at nodes or maxima of light intensity

Definitions

  • the invention relates to a surface-emitting semiconductor body having a vertical emission direction.
  • the spectral position of the peak wavelength of the radiation propagating in the resonator or the radiation coupled out of the resonator is simplified in a simplified manner with respect to temperature changes of an active region of the semiconductor body provided for generating radiation.
  • a surface-emitting semiconductor body with a vertical emission direction which is provided for operation with a resonator, comprises a semiconductor layer sequence with an active region and at least two semiconductor layers arranged outside the active region.
  • the active region has a plurality of quantum structures, wherein each quantum structure is associated with a geometric center with respect to its extent along the emission direction.
  • the geometric centers of the quantum structures along the emission direction are arranged at a mean optical distance D from one another and an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is intentionally detuned with respect to an integer multiple of half the average optical distance D.
  • Such a detuning can advantageously result in a dependence during operation of the semiconductor body in the resonator a peak wavelength of a generated in the active region and provided for amplification in the resonator radiation from a temperature of the active region to be reduced.
  • the peak wavelength may be stabilized against a change in the output power of the radiation generated in the active region.
  • the semiconductor body is provided for operation in a predetermined operating range.
  • a surface-emitting semiconductor body having a vertical emission direction has a semiconductor layer sequence with an active region.
  • the semiconductor body is designed such that it stabilizes the wavelength such that, during operation of the semiconductor body in a resonator, a peak wavelength of radiation generated in the active region is stabilized in a predetermined operating range with respect to a change in the output power of the radiation generated in the active region.
  • the reduced change in the peak wavelength with a change in the output power is achieved by a suitable structure of the semiconductor body.
  • additional elements in the resonator for stabilizing the peak wavelength can be dispensed with.
  • the semiconductor layer sequence comprises at least two semiconductor layers arranged outside the active region.
  • the active region has a plurality of quantum structures, wherein each quantum structure is associated with a geometric center with respect to its extension along the emission direction.
  • the geometric centers of the quantum structures along the emission direction are arranged at a mean optical distance D from one another and an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integer multiple of half the average optical distance.
  • the semiconductor body is preferably designed such that physical effects which counteract an increase in the peak wavelength of the radiation generated in the active region of the semiconductor body with increasing temperature of the active region are purposefully intensified.
  • Such effects are, for example, mode hopping or a change in the refractive indices of semiconductor layers in the case of a change in the charge carrier density in the semiconductor layers during operation of the semiconductor body.
  • the peak wavelength of the radiation generated in operation in a resonator in the active region may be considered to be stabilized against a change in the output of the radiation generated in the active region if the change in the peak wavelength increases with the temperature of the active region or with the output power the radiation is lower than in a semiconductor body, as described in the aforementioned article by Kuznetsov et al. has been described in such a way that all the optical layer thicknesses of the semiconductor layers arranged outside the active region are an integer multiple of one common value, this common value is determined by the desired peak wavelength of the radiation generated in the semiconductor body.
  • the peak wavelength may be considered to be stabilized if the peak wavelength changes more slowly as the temperature of the active region changes or the output of the radiation generated in the active region changes than due to the change in the refractive index of the semiconductor materials used in the semiconductor body with the temperature of the active area is the case.
  • the change of the refractive indices with the temperature is a material-specific value of these semiconductor materials. For example, for a conventional GaAs-based semiconductor body by Kuznetsov et al. a temperature-induced resonance shift of + 0, lnm / ° C indicated.
  • a surface-emitting semiconductor body with a vertical emission direction is understood to mean a semiconductor body in which a radiation generated in the semiconductor body is predominantly from a surface of the semiconductor body which is parallel to the semiconductor layers of the semiconductor body
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor body extends, emerges from the semiconductor body.
  • the direction in which the radiation generated in the semiconductor body is predominantly emitted is thus perpendicular or substantially perpendicular to the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence.
  • the lower limit of the predetermined operating range is formed by the laser threshold of the semiconductor body.
  • the laser threshold is In this case, the pump power understood, in which the operation of the semiconductor body in the resonator, the laser activity, that is, the emission of coherent radiation used.
  • the upper limit of the predetermined operating range is formed by an operating point in which the maximum output power is achieved, particularly preferably by an upper limit of the laser activity of the surface-emitting semiconductor body.
  • the so-called thermal rollover of the semiconductor body leads to an upper limit of the laser activity.
  • the thermal rollover causes a maximum output power of the radiation generated in the active area can not be exceeded with further increase in pump power.
  • the cause of this is thermally induced loss mechanisms in the active region, which lead to an interruption of the pump power beyond the operating point of the maximum output power to a suspension of the laser activity.
  • the predetermined operating range is the entire range of the laser activity.
  • the limits of the operating range are thus the laser threshold and the upper limit of the laser activity.
  • the pumping power can be supplied in particular electrically or optically to the active region of the semiconductor body.
  • the semiconductor body is designed such that the peak wavelength of the radiation generated in the active region in the given Operating range by 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, in particular changes by 1 nm or less.
  • two adjacent quantum structures of the active region are separated by a respective barrier.
  • the quantum structures for generating, preferably coherent, radiation are provided.
  • radiation is generated in the quantum structures by means of radiative recombination of quantized electrons with quantized holes.
  • the emission of the radiation to be amplified in the active region preferably takes place along the emission direction.
  • quantum structure encompasses any structure in which charge carriers can experience or experience quantization of their energy states by confinement.
  • quantum structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the extent of a barrier along the emission direction is at least as great as the extent of a quantum structure along the emission direction.
  • the extent of the barriers is at least twice as large as the extent of the quantum structures, preferably at least five times as large as the extent of the quantum structures.
  • the thickness of the barrier is particularly preferably designed such that the mean optical distance D is approximately equal to the distance between two adjacent maxima of the intensity of a standing wave field forming in the operation of the semiconductor body in the resonator for the active area corresponds to amplifying radiation.
  • the deviation from the mean optical distance D and the distance between two adjacent maxima of the intensity of the standing wave field is typically at most 5%, preferably at most 2%, particularly preferably at most 1%.
  • the smaller this deviation the closer the center of each quantum structure can be arranged in each case one of these maxima of the standing wave field.
  • the amplification for radiation to be amplified in the active region can be increased.
  • the active region 5 comprises quantum structures or more, more preferably 10 quantum structures or more.
  • the absorption of the pump radiation can advantageously be increased when the active region is pumped optically.
  • the thickness of the active region increases at the same time, which increases the duration of the deposition of the active region in the production of the semiconductor body.
  • a number of quantum structures, including 10 and 25 inclusive, such as 14 quantum structures, have therefore been found to be advantageous.
  • the geometric centers of the quantum structures are arranged equidistantly, wherein the optical distance of the geometric centers of two adjacent quantum structures in each case corresponds to the distance between two adjacent maxima of the intensity of a standing wave field in the resonator for the radiation to be amplified in the active region.
  • the quantum structures of the active region can be arranged particularly precisely in each case at a maximum of the intensity of a standing wave field in the resonator for the radiation to be amplified in the active region.
  • the active region is designed as a resonant periodic gain structure (RPG structure), wherein one period of the resonant periodic gain structure is formed by a respective quantum structure and in each case one barrier adjacent thereto.
  • RPG structure resonant periodic gain structure
  • the quantum structure is preferably carried out the same in all periods.
  • the quantum structure is designed so that a radiation to be amplified in the active region is amplified resonantly by the quantum structures.
  • a quantum structure in each case comprises exactly one quantum layer. This allows a particularly simple and reproducible production of the quantum structure.
  • a quantum structure comprises a group of two and up to five quantum layers. These can be separated by intermediate layers.
  • a number of two to five quantum layers is advantageous, since it means that the extent of the quantum structure along the emission direction is sufficiently small that all quantum layers of a quantum structure are in the region of a maximum of the quantum structure Standing wave field of the radiation to be amplified can be arranged.
  • the mean optical distance D is understood to mean the arithmetic mean of the optical path length between the geometric center points of two adjacent quantum structures along the emission direction.
  • the calculation of the optical path length is based on the refractive index of the relevant semiconductor layers for the radiation to be amplified in the resonator.
  • Half the average optical distance is abbreviated to D / 2 in the following.
  • an optical layer thickness of a semiconductor layer means the optical path length through the semiconductor layer along the emission direction, ie the layer thickness multiplied by the refractive index of the semiconductor layer for the radiation to be amplified in the active region.
  • An optical layer thickness is in particular considered to be detuned with respect to a predetermined base value if the deviation of the optical layer thickness from the base value exceeds typical deviations, for example due to manufacturing tolerances. Accordingly, a layer whose optical layer thickness deviates from the basic value within typical statistical fluctuations is not to be regarded as deliberately detuned.
  • semiconductor layers such as MOVPE or MBE
  • semiconductor layers can be deposited whose actual layer thickness is less than 1% of the predetermined Layer thickness deviates.
  • the deviation of the optical layer thickness can also be in this range.
  • a semiconductor layer is referred to below as being detuned with respect to a predetermined base value if its optical layer thickness is greater than the predetermined base value.
  • a semiconductor layer whose optical layer thickness is deliberately detuned with respect to an integer multiple of D or with respect to an odd multiple of D / 2 is referred to herein as positively detuned relative to an integer multiple of D or an odd multiple of D / 2, respectively the optical layer thickness is greater than a nearest integer multiple of D or a nearest odd multiple of D / 2.
  • a semiconductor layer is designated detuned with respect to a predetermined base value if its optical layer thickness is smaller than the base value.
  • the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is 1% or more and 45% or less compared to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or an integer multiple of D relative to D tune.
  • the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is particularly preferably opposite to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or to an integral multiple of D relative to D by 2% or more and by 35% or less tune.
  • the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is detuned by 5% or more and by 30% or less relative to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or an integer multiple of D relative to D.
  • the active region is arranged between the semiconductor layers arranged outside the active region.
  • both semiconductor layers arranged outside the active region are deliberately detuned with respect to an integral multiple of D or with respect to an odd multiple of D / 2.
  • one of the semiconductor layers arranged outside the active region is larger than an integer multiple of D / 2, that is positively detuned against D / 2, and one of the semiconductor layers arranged outside the active region is smaller than an integral multiple of D / 2 , that is detuned negatively against D / 2.
  • the semiconductor body has a radiation passage area for radiation to be amplified in the active region. Radiation to be amplified in the semiconductor body can be coupled out of the semiconductor body through this radiation passage area and coupled into the semiconductor body. Particularly preferably, the radiation to be amplified in the active region occurs perpendicular to the radiation passage area through it.
  • the resonator is formed by means of a Bragg mirror formed in the semiconductor body. The semiconductor layers forming the Bragg mirror can be p-doped, n-doped, intrinsic or essentially undoped. Doped semiconductor layers can be used to inject charge carriers into the active region.
  • the Bragg mirror is preferably arranged on the side of the active region which faces away from the radiation passage area.
  • the Bragg mirror is formed with one of the semiconductor layers arranged outside the active region and intentionally detuned.
  • the Bragg mirror preferably comprises further semiconductor layers which are intentionally detuned with respect to an odd-numbered multiple of D / 2, in particular with respect to D / 2.
  • one of the deliberately detuned semiconductor layers of the Bragg mirror is detuned by at least 1% and at most 45% compared with D / 2.
  • the detuning to D / 2 is at least 2% and at most 35%, more preferably at least 5% and at most 25%, for example 8%.
  • all semiconductor layers which are arranged on the side of the active region which faces away from the radiation passage area are detuned by at least 1% and at most 45%.
  • the detuning to D / 2 is at least 2% and at most 35%, more preferably at least 5% and at most 20%, for example 8%.
  • all semiconductor layers which are on the the radiation passage area facing away from the active area are arranged, in particular the Bragg mirror forming semiconductor layers, a percentage equal detuning.
  • the semiconductor body has a window layer adjoining the radiation passage area. This is preferably formed by one of the outside of the active region arranged and deliberately detuned semiconductor layers. Between the window layer and the active region, a further semiconductor layer may be arranged.
  • one of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area for example the window layer, has a band gap which is sufficiently large so that radiation to be amplified by the active area is not or only slightly absorbed during the transmission through this semiconductor layer.
  • absorption losses of the radiation power to be amplified can be advantageously reduced.
  • the bandgap of one of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area is greater than that of the barriers in the active area, so that this semiconductor layer in the active area can prevent free charge carriers generated therefrom, to the radiation passage area to get. Non-radiative recombination of these free charge carriers
  • the radiation passage area can be largely avoided.
  • the output power of the radiation to be amplified in the active region can advantageously be increased with the same pump power.
  • the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area may be p-doped, n-doped, intrinsic or substantially undoped. Doped semiconductor layers can be used to inject charge carriers into the active region.
  • the optical layer thickness of at least one of the semiconductor layers arranged between the active area and the radiation passage area is 1% or more and 45% or less relative to an integer multiple of D relative to D; preferably detuned by 2% or more and by 35% or less, more preferably by 5% or more and by 30% or less.
  • Radiation passage area arranged semiconductor layers against an integer multiple of D relative to D by 1% or more and by 45% or less, preferably by 2% or more and by 35% or less, more preferably by 5% or more and by 30% or less, out of tune. It is furthermore preferred that the optical layer thicknesses of D between the active region and the window layer are deliberately detuned from D to twice, including five times, by D.
  • the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area are positively detuned and the semiconductor layers arranged on the side of the active area remote from the radiation passage area, in particular the semiconductor layers of the Bragg mirror, are negatively detuned.
  • the dependence of the peak wavelength of the radiation to be amplified by the semiconductor body on the temperature of the active region and thus the change in the peak wavelength at a change in the output power to be amplified by the semiconductor body radiation can be reduced particularly effective.
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor body by means of an epitaxial deposition process for example by MBE or MOVPE, produced on a growth substrate.
  • This may for example contain a III-V semiconductor material such as GaAs or consist of such a material.
  • the quantum layers preferably contain In x Gai -x As with 0 ⁇ x ⁇ l. Particularly preferred is an indium content of 0.05 ⁇ x ⁇ 0.25. InGaAs-containing quantum layers are particularly suitable for the generation of radiation in the wavelength range from about 900 nm to about 1.5 ⁇ m.
  • the intermediate layers as well as the barriers can contain GaASi -y P y with 0 ⁇ y ⁇ l or Al z Gai -2 As with 0 ⁇ z ⁇ 1. in this connection values of 0.05 ⁇ y ⁇ 0.25 and 0.02 ⁇ z ⁇ 0.15 have proved to be particularly advantageous.
  • a barrier may be formed by a plurality of barrier layers, wherein the barrier layers may contain different materials.
  • Semiconductor layer sequence in particular the active region, designed to be voltage-compensated.
  • a semiconductor layer sequence is termed stress-compensated if the semiconductor layer sequence is formed by pressure-stressed and tension-stressed semiconductor layers in such a way that the stresses compensate each other or substantially compensate each other.
  • this voltage compensation it is possible to deposit comparatively thick semiconductor layer stacks with high crystal quality. Crystal defects such as dislocations, which occur increasingly in highly stressed layers, can thus be advantageously avoided.
  • the active region is designed so that the strain of the quantum layers of a quantum structure, is compensated by the strain of the associated intermediate layers and a barrier adjacent to the quantum structure.
  • the stress of a pressure-stressed InGaAs-containing quantum well can be compensated by a GaAsP-containing barrier or a GaAsP-containing intermediate layer.
  • the resonator is designed as an external resonator.
  • the external resonator is particularly preferably formed by means of an external resonator mirror.
  • the external resonator mirror is designed in particular spaced from the semiconductor body. In this case, between the resonator mirror and the semiconductor body, there is preferably a free-wheeling region in which radiation circulating in the resonator does not pass through a solid-state material.
  • a beam path for circulating in the resonator radiation outside the semiconductor body free of mode-selecting elements is not required with advantage.
  • a stabilization of the peak wavelength can be achieved by the suitable targeted detuning of semiconductor layers arranged outside the active region, additional elements within the resonator for stabilizing the peak wavelength can be dispensed with. This applies in particular to frequency-selective elements such as etalons, which are used in conventional lasers for stabilizing the peak wavelength or for selecting a desired mode.
  • the semiconductor body is particularly preferably embodied as wavelength-stabilizing in such a way that, in its operation in the resonator, the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region changes by 0.5% / LOOK or less, preferably by 0.2%, when the temperature of the active region changes. / LOOK or less, especially around 0.1% / LOOK or less changes. Additional elements arranged outside the semiconductor body in the resonator and intended for wavelength stabilization are advantageously not required for this purpose. For example, a temperature increase of the active region may occur as the power at which the semiconductor body is pumped increases. The reason for this is pump power, which is not converted into the desired laser radiation, but as power loss leads to heating of the active area.
  • the temperature of the active region increases as the optical pump power increases.
  • the temperature increase of the active region may be caused by an increase in the current injected into the active region.
  • the change of a near infrared peak wavelength at a temperature change of the active region may be 0.05nm / K or less, preferably 0.02nm / K or less, particularly preferably 0.01nm / K or less.
  • a nonlinear optical element for example a nonlinear optical crystal, is arranged in the resonator, in particular between the radiation passage area of the semiconductor body and the external resonator end mirror.
  • This nonlinear optical element preferably serves to convert the radiation to be amplified in the resonator into radiation having a different wavelength by means of nonlinear optical frequency mixing, for example frequency multiplication. Due to the non-linear-optical frequency mixing, in particular by frequency doubling, particularly preferably, a conversion of non-visible radiation, for example of radiation in the near infrared range, into visible radiation takes place at least in part. Due to the arrangement of the non-linear optical element within the resonator, a non-linear optical radiation conversion can be carried out particularly efficiently.
  • the semiconductor body is provided for an electrical pumping of the active region.
  • the semiconductor layers arranged outside the active region are expediently doped, so that charge carriers can be impressed into the active region from both sides of the active region via the semiconductor layers arranged outside the active region.
  • a contact is disposed on the prefabricated semiconductor body, which is electrically conductively connected to the semiconductor body.
  • a contact is preferably metallic or contains a TCO (transparent conductive oxide) material.
  • at least one semiconductor layer is electrically conductively connected to a contact on both sides of the semiconductor body, so that at Applying a voltage between the contacts, a current can be impressed into the semiconductor body.
  • the semiconductor body is provided for optical pumping of the active region.
  • Semiconductor layer sequence of the semiconductor body, in particular the arranged outside the active region semiconductor layers is not required.
  • the barriers for absorbing the pump radiation radiated into the semiconductor body by a pump radiation source are formed. Since the extent of the barriers along the emission direction is typically greater than the extension of the quantum structure, so a larger portion of the active region can serve for absorption, whereby the absorption of the pump power in the active region is promoted.
  • the quantum layers can be designed to absorb the pump radiation.
  • the energy difference between the photons absorbed in the active region and the emitted photons provided for amplification in the resonator can be reduced.
  • the heat introduced into the active region due to power loss can be reduced.
  • the pump radiation source is preferably provided for the lateral pumping of the semiconductor body, that is, the pump radiation generated by the pump radiation source runs parallel or substantially parallel to the radiation passage area of the semiconductor body and thus perpendicular or in the Substantially perpendicular to the radiation to be amplified by the active region of the semiconductor body.
  • the pump radiation source is preferably an edge emitting semiconductor laser structure.
  • the pump radiation source may be formed as edge-emitting wide-band laser.
  • the pump radiation preferably strikes the radiation passage area perpendicularly or obliquely, that is, at an acute angle to a normal of the radiation passage area different from 0 °, onto the radiation passage area.
  • the pump radiation source and the semiconductor body are monolithically integrated, that is, the semiconductor body and the pump radiation source are epitaxially deposited on a common growth substrate.
  • the pump radiation source and the semiconductor layer sequence are arranged side by side on the common growth substrate.
  • the layer thicknesses of the individual semiconductor layers of the pump laser or of the semiconductor body can be set very precisely in epitaxy, so that advantageously a high positioning accuracy of the edge-emitting structure to the active region of the vertically emitting semiconductor body is possible.
  • the semiconductor body is embodied as wavelength-stabilizing in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region of the semiconductor body changes by 5 nm / W or less, preferably by 2 nm / W or less, if the absorbed pump power is changed changes by ln / W or less.
  • the spectral position of the peak wavelength of the semiconductor body emitted in the vertical direction laser radiation is thus largely independent of the optical pump power.
  • the optical pump power can be varied without significantly changing the spectral position of the peak wavelength. Consequently, within the predetermined operating range of the semiconductor body, the output power of the radiation generated by the semiconductor body can be varied without the peak wavelength changing significantly.
  • the semiconductor body is arranged on a carrier.
  • the carrier typically serves to mechanically stabilize the semiconductor layer sequence.
  • the carrier may be formed by the growth substrate on which the semiconductor layer sequence is deposited.
  • the carrier is different from the growth substrate of the semiconductor layer sequence.
  • the support does not have to meet the high requirements of crystalline purity, but rather may be selected in view of other criteria such as mechanical stability, optical, thermal or electrical properties.
  • the carrier is arranged on a heat-conducting element.
  • a side of the carrier facing away from the semiconductor body is thermally conductively connected to the heat-conducting element.
  • a thermally conductive connection layer may be arranged between the carrier and the semiconductor body. This connection layer can be for example a solder connection.
  • the semiconductor body may be clamped with the carrier on the heat conducting element.
  • the heat conducting element preferably contains one of the following materials: copper, diamond, silver, Al 2 O 3 , AlN, SiC, Ge, GaAs, BN, copper-diamond.
  • the wearer may also contain one of these materials.
  • the growth substrate is partially or completely detached.
  • the detachment can be done over the entire area or in areas.
  • the separation preferably takes place in a mechanical and / or chemical process.
  • a semiconductor laser component comprises the surface-emitting semiconductor body and the resonator.
  • the semiconductor laser component is designed as a semiconductor disk laser.
  • Disk lasers typically have a comparatively large extent in the lateral direction with respect to the extent in the vertical vertical emission direction.
  • the temperature of the active region is comparatively homogeneous. This advantageously allows a high beam quality of the radiation to be amplified in the semiconductor body.
  • Semiconductor laser device for optically pumping a laser, such as a fiber laser, a solid-state laser or a semiconductor laser provided.
  • Semiconductor laser device with stabilized peak wavelength of the radiation to be amplified in the semiconductor body is particularly suitable for the optical pumping of a laser, since the peak wavelength can be largely independent of the temperature of the active region tuned to an absorption spectrum of the laser to be pumped. A decreasing efficiency of optical pumping by the semiconductor laser device due to a change in the peak wavelength of the radiation to be amplified by the semiconductor body can thus be largely avoided.
  • the semiconductor laser component is intended for operation in a display device, in particular a projection arrangement. This is particularly preferred
  • a layer arranged outside the active region and deliberately detuned with respect to an integer multiple of D / 2 is designed as a dielectric layer which is arranged on the semiconductor body on the part of the radiation passage area.
  • the deposition of the dielectric layer preferably takes place on the prefabricated semiconductor body, for example by means of sputtering or vapor deposition.
  • a stabilization of the peak wavelength of the radiation generated in the active region of a semiconductor body against a change in the output power and / or a change in the temperature of the active region in this case by means of the targeted detuning of the dielectric layer instead of the targeted detuning one outside the active region arranged semiconductor layer take place.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of an alternative embodiment of the active region of the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention
  • FIG. 6A shows a simulated course of the change in the peak wavelength ⁇ E of the radiation generated in operation in a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed pump power P A
  • FIG. 6B a corresponding simulated curve for a conventional semiconductor body
  • FIG. 1 schematically shows a sectional view of a semiconductor body 1 according to the invention.
  • the semiconductor body comprises a semiconductor layer sequence 2, which has an active region 3. Furthermore, the semiconductor body has a radiation passage area 11 for radiation to be generated in the active region.
  • the semiconductor body is arranged on a carrier 10, wherein the carrier is formed, for example, by a GaAs growth substrate 10 for the semiconductor layer sequence.
  • the active region 3 comprises a plurality of quantum structures 40, preferably 5 quantum structures or more, particularly preferably 10 quantum structures or more, for example 14 quantum structures.
  • a sufficiently large number of quantum structures is advantageous because it can increase the output power of the radiation generated in the active region.
  • the number of quantum structures in the fabrication increases, so does the duration of deposition, the number of quantum structures is typically 30 or less, preferably 20 or less.
  • Two adjacent quantum structures 40 are each separated by a barrier 45.
  • the barrier 45 in each case has a first barrier layer 46 and a second barrier layer 47.
  • the barrier 45 is preferably at least as thick as the quantum structure, preferably at least twice as thick as the thickness of the quantum structure, particularly preferably at least five times as thick as the thickness of the quantum structure.
  • a quantum structure 40 is formed by a quantum layer 41.
  • the geometric center of the quantum structure 40 with respect to its extent along the emission direction thus corresponds to the geometric center of the quantum layer 41 along the emission direction.
  • the quantum layer 41 contains by way of example In o , 2 Ga o , 8 As and is 10 nm thick.
  • the first barrier layer 46 is formed by a 50 ran wide layer of GaAsP. This barrier layer is designed to compensate for the strain of the pressure-stressed InGaAs quantum layer 41.
  • the thickness of the first barrier layer 46 is preferably selected so that the tension of the barrier layer is equal in magnitude or substantially equal to the strain of the quantum layer, but with opposite signs, so that these distortions compensate each other.
  • the first barrier layer 46 is arranged on the side of the quantum layer 41 facing away from the radiation passage area.
  • the barrier layer may be arranged on the side of the quantum layer facing the radiation passage area.
  • the quantum layer 41 may, for example, be between two GaAsP-containing first barrier layers 46 embedded, wherein the thickness of the two GaAsP-containing first barrier layers, each with about 25 nm is in turn selected so that the strain of the two GaAsP-containing first barrier layers 46 compensates that of the quantum layer 41.
  • the second barrier layer 47 is exemplified by AlGaAs and 92nm thick.
  • This ternary semiconductor compound is characterized in that the lattice constant increases only very slowly with increasing Al content.
  • AlGaAs layers grow approximately unstrained on a GaAs growth substrate, allowing the deposition of thick layers of high crystal quality.
  • the distance between the geometric centers of two adjacent quantum structures 40 along the emission direction is thus adjustable in a simple manner over the thickness of the second barrier layer 47.
  • the semiconductor body 1 is provided for operation in a resonator.
  • the mean distance D between the geometrical centers of two adjacent quantum structures 40 deviates by less than 5%, preferably by less than 2%, particularly preferably by less than 1%, from the distance between two adjacent maxima of the standing wave field resulting during operation of the semiconductor body 1 in the resonator, from.
  • the geometric center of each quantum structure 40 may be located near a maximum of the standing wave field. This can be during operation of the
  • Semiconductor body advantageously the gain for in the active region 3 to be amplified radiation can be optimized.
  • the distance between two adjacent maxima of the standing wave field corresponds to half the peak wavelength in Semiconductor body of the circulating in the resonator and in the semiconductor body to be amplified radiation.
  • the geometric centers of the quantum structures 40 are arranged in an equidistant, and thus the average distance D corresponding distance.
  • D in turn deviates as little as possible from the distance between two adjacent maxima of the standing wave field.
  • the geometric center of each quantum structure 40 may be located exactly in the maximum of the standing wave field.
  • Embodiment for generating laser radiation having a peak wavelength of about 1060 nm.
  • material compositions and layer thicknesses of the semiconductor layers of the active region 3 are not limited to the values given in this embodiment.
  • suitable variation of the material compositions and layer thicknesses it is also possible to generate radiation with a different peak wavelength, for example in the near infrared.
  • the quantum layer 41 In x Gai -x As may contain 0 ⁇ x ⁇ 1, preferably 0.05 ⁇ x ⁇ 0.25.
  • the band gap decreases, so that semiconductor bodies 1 are also possible for generating radiation having a larger peak wavelength.
  • the first barrier layer 46 may include GaASi -7 P 7 with 0 ⁇ y ⁇ 1, preferably with 0.05 ⁇ y ⁇ 0.25.
  • the second barrier layer 47 may comprise Al z Ga z As, with 0 ⁇ z ⁇ 1, preferably with 0.02 ⁇ z ⁇ 0.2.
  • the material compositions specified for the quantum structure and the barrier comprise in each case the binary semiconductor crystals GaAs, InAs, GaP and AlAs, and the ternary semiconductor crystals InGaAs, AlGaAs and GaAsP which can be formed therefrom.
  • the active region may be formed by such lattice-matched materials that voltage compensation is not required.
  • the second barrier layer 47 can then be dispensed with.
  • an active region for which no voltage compensation is necessary, can be formed by a GaAs quantum layer and an Al z Gai -z As barrier with 0 ⁇ z ⁇ 1.
  • III-V semiconductor materials such as InP or GaSb, as well as ternary or quaternary semiconductor crystals which can be formed with GaAs, GaP, InP, AlAs or InAs can also be used as materials for the
  • Semiconductor layer sequence 2 in particular for the active region 3, find use.
  • This Bragg mirror acts as a mirror of the resonator.
  • the Bragg mirror comprises 26 semiconductor layer pairs 60, wherein the number of semiconductor layer pairs can also deviate from this value. Typical of the number of semiconductor layer pairs is a value between 10 and 40 inclusive.
  • a semiconductor layer 61 is formed by GaAs, and a semiconductor layer 62 is formed by AlAs.
  • the Bragg mirror 6 can be designed to be particularly efficient, since the refractive indices of these two materials are comparatively strongly different for a similar lattice constant.
  • at least one of the layers contains a ternary AlGaAs material or another semiconductor material, in particular one of the materials which can be used for the active region 3.
  • the thickness of the semiconductor layer 61 is 72 nm and the thickness of the semiconductor layer 62 is 85 nm.
  • the resulting optical layer thicknesses for the semiconductor layers 61 and 62 are intentionally detuned to D / 2.
  • the optical layer thicknesses are about 8% smaller than D / 2.
  • the optical layer thicknesses of all semiconductor layers of the Bragg mirror 6, in particular by the same percentage, are deliberately detuned from D / 2. But it may also be sufficient if not all semiconductor layers of the Bragg mirror 6 are detuned. In particular, semiconductor layers of the Bragg mirror which are at a comparatively large distance from the active region are not necessarily intentionally detuned against D / 2 or an integer multiple of D / 2. One or a plurality of semiconductor layers of the Bragg mirror can therefore have an optical layer thickness of D / 2 or an odd multiple of D / 2.
  • the detuning of the detuned semiconductor layers of the Bragg mirror 6 can deviate from 8%.
  • the deviation of the optical layer thickness of the detuned layers from D / 2 is 1% or more and 45% or less.
  • a range between 2% inclusive and 35% inclusive is advantageous.
  • Particularly preferred is a detuning between 5% inclusive and 20% inclusive.
  • the semiconductor layers of the Bragg mirror 6 may be p-doped, n-doped or undoped. Doped semiconductor layers are particularly advantageous when the semiconductor body 1 is provided for an electrical pumping of the active region 3. Thus, charge carriers can be injected into the active region via the Bragg mirror. In the case of a semiconductor body which is provided for optical pumping of the active region, doping of the semiconductor layers of the Bragg mirror 6 can be dispensed with.
  • a window layer 52 is arranged, which forms the radiation passage area 11.
  • the window layer 52 includes In 0 0 5GA, 5P and has a thickness of 537 nm.
  • a further semiconductor layer 51 is arranged between the window layer and the active region 3.
  • the semiconductor layer 51 contains Al o , io Ga o , 9 oAs and is 333 nm thick.
  • the band gap of the window layer 52 is so large that the window layer is transparent or substantially transparent to radiation to be amplified in the active region. Thus, absorption-related losses of radiation to be amplified in the resonator can be advantageously minimized.
  • the bandgap of the window layer 52 is preferably larger than that of the semiconductor layers within the active region.
  • the window layer in the active region can prevent free charge carriers generated from reaching the radiation passage area 11. Non-radiative recombination of these free charge carriers at the radiation passage area can thus be largely avoided, while radiative recombination of these charge carriers within the active region can be promoted.
  • the output power of the radiation to be amplified in the active region can advantageously be increased with the same pump power.
  • the optical layer thickness of the window layer 52 is 3.26 times D and is thus detuned by 26% relative to the nearest integer multiple of D.
  • the optical layer thickness of the semiconductor layer 51 is 2.16 times that of D and is thus positively detuned with respect to D by 16% compared with 2 * D.
  • the optical layer thicknesses as well as the detuning between the active region 3 and the radiation passage area 11 can of course 16% and 26% respectively.
  • the optical layer thickness of at least one of the semiconductor layers arranged and detuned between the radiation passage area and the active area, for example the window layer 52, differs by 1% or more and 45% or less relative to an integer multiple of D relative to the D.
  • the detuning of the semiconductor layers is between 2% and 35% inclusive. In particular, the detuning may be between 5% inclusive and 30% inclusive.
  • optical layer thicknesses of the semiconductor layers of the semiconductor layers arranged between the active region 3 and the radiation passage area 11 are preferably two to five times greater than D or are deliberately detuned by D from two to five times. Optical layer thicknesses in this range have proved to be particularly advantageous for stabilizing the peak wavelength.
  • Semiconductor layers may also have thicknesses that correspond to an odd multiple of D / 2 or are deliberately detuned with respect to the odd multiple of D / 2.
  • a semiconductor layer having a thickness that corresponds to an odd multiple of D / 2 may have the effect of an antireflection coating, so that unwanted reflections at the
  • Radiation passage area 11 of the radiation to be amplified in the active region 3 at the exit from the semiconductor body or at the entrance to the Semiconductor body can be reduced by the radiation passage area.
  • all semiconductor layers, which are arranged between the active region and the radiation passage area are deliberately detuned with respect to an integral multiple of D.
  • Radiation passage area arranged semiconductor layers deviates from an integer multiple of D.
  • the detuning of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area has an opposite sign to the detuning of the side of the active area which faces away from the radiation passage area. This has proved to be particularly advantageous for reducing the dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region. Deviating from this, a deliberate detuning of the semiconductor layers with the same sign, that is positively detuned semiconductor layers on both sides of the active region or negatively detuned semiconductor layers on both sides of the active region, can reduce the dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region Episode.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view for an alternative embodiment of an active region 3 of the first embodiment.
  • the active area differs essentially by the structure of the plurality of Quantum structures 40, of which a quantum structure is shown as an example.
  • the quantum structure 40 has two quantum layers 41. These quantum layers are separated by an intermediate layer 42.
  • a barrier 45 is in turn formed by a first barrier layer 46 and a second barrier layer 47.
  • Material composition of the active region layers may be as described in connection with FIG.
  • the intermediate layer may have the same composition as the first barrier layer 46 or like the second barrier layer 47.
  • a quantum structure 40 may also have more than two quantum layers 41.
  • the number of quantum layers per quantum structure is less than or equal to 5, particularly preferably less than or equal to 3.
  • the number of quantum layers per quantum structure is less than or equal to 5, particularly preferably less than or equal to 3.
  • FIG. 3 schematically shows a sectional view of an exemplary semiconductor laser component 100 having a semiconductor body 1 according to the invention.
  • the semiconductor body is intended for optical pumping and has a semiconductor layer sequence 2, which may be designed as described in connection with FIG. 1 and FIG.
  • the semiconductor laser device 100 is known as
  • Radiation passage area 11 typically greater than the extension in the direction perpendicular thereto, which represents the direction of the radiation to be amplified during operation of the semiconductor body.
  • the heat generated during operation of the semiconductor body 1 in the active region is dissipated via the carrier 10, predominantly in the direction perpendicular to the radiation passage area.
  • a comparatively homogeneous temperature distribution in the active region in the lateral direction can be achieved. This enables a good beam quality of the radiation emitted by the semiconductor laser component at comparatively high pump powers.
  • a pump radiation source 15 is formed by an edge-emitting semiconductor laser, which is monolithically integrated with the semiconductor body 1. That is, the semiconductor body 1 and the semiconductor laser 15 are deposited on a common growth substrate. In this case, the semiconductor layer sequence 2 described in connection with FIG. 1 and the edge-emitting semiconductor laser are arranged at a distance from one another on the common growth substrate serving as carrier 10. The optical pumping thus takes place laterally, that is, parallel or substantially parallel to the radiation passage area 11.
  • the semiconductor body is fastened by means of a connection layer 85 on a heat-conducting element 80.
  • generated heat can be removed from the semiconductor body 1 in the heat conducting element, which can be designed as a heat sink.
  • the heat-conducting element preferably consists of a material with high thermal conductivity or contains at least one such. Particularly suitable materials are, for example, copper, diamond, aluminum nitride or silicon carbide.
  • the bonding layer can be made thermally and / or electrically conductive.
  • the connection layer 85 can enable a mechanically stable and permanent connection of the carrier to the heat-conducting element.
  • the bonding layer 85 may include an adhesive or a solder.
  • the semiconductor body 1 with the carrier 10 may be clamped onto the heat-conducting element 80. In this case, the connection layer 85 can be dispensed with.
  • a monolithic integration of the pump radiation source 15 and the semiconductor body is not mandatory. Rather, the pump radiation source can also be manufactured separately and arranged, for example, on the heat-conducting element 80.
  • the active region 2 does not necessarily have to be pumped laterally.
  • the pump radiation source can also be arranged, for example, so that the of the
  • Pump radiation source provided pump radiation perpendicular to the radiation passage area or at an acute angle to a normal of the radiation passage area 11 is coupled through the radiation passage area in the semiconductor body 1.
  • a resonator 71 is formed, in which the radiation to be amplified by the active region 3 circulates.
  • the external resonator mirror forms a resonator end mirror, at which this radiation is partially decoupled.
  • the external resonator mirror is formed so as to be spaced apart from the semiconductor body, so that the radiation circulating in the resonator passes through a freewheeling region between the radiation passage area 11 of the semiconductor body 1 and the external resonator mirror.
  • a beam path in the resonator 71 and outside of the semiconductor body 1 is preferably carried out free of additional, mode-selecting elements.
  • Such elements provided for mode selection are not required due to the embodiment of the semiconductor body described in connection with FIG. 1 for stabilizing the peak wavelength.
  • a nonlinear optical element 75 may be arranged in the resonator. This element is preferably used for the conversion of radiation to be amplified in the active region 3 by means of nonlinear optical processes such as frequency multiplication, sum or difference frequency generation.
  • the nonlinear optical element may be implemented as a nonlinear optical crystal.
  • Preferred crystals are, for example, KNbO 3 , BaNaNbO 15 , LiIO 3 , KTiOPO 4 (KTP), LiNbO 3 , LiB 3 O 5 and ⁇ -BaB 2 O 4 (BBO).
  • the non-linear optical element particularly preferably serves to frequency-double the radiation to be amplified in the active region 3.
  • near-infrared radiation may be at least partially converted to visible light by non-linear optical processes.
  • a radiation to be amplified in the active region of 1060 nm can be converted by means of frequency doubling into green light of the wavelength 530 nm.
  • the pump radiation source 15 may be provided for continuous wave or pulsed operation. Pulsed operation has the advantage that the output power of the pump radiation source increases during the pulse. This is particularly advantageous if the radiation to be amplified in the active region 3 is intended for conversion by means of a nonlinear optical process, since this increases the efficiency of the nonlinear optical process and thus also the power of this converted radiation, averaged over time.
  • the barriers 45 for absorbing the radiation of the pump laser are provided. As the barriers are typically wider than the quantum layers, this can increase the absorption of the pump power in the active region. Alternatively, however, the quantum structures 40 can also be provided for absorbing the pump radiation. In this case, the difference between the photon energy of the pump radiation and the energy of the photons of the radiation to be amplified in the active region 3 can be reduced, whereby the heating of the active region during operation of the semiconductor body 1 can advantageously be reduced.
  • the semiconductor body 1 is used for optically pumping a laser 90.
  • a laser may, for example, be a solid-state laser, a fiber laser or a semiconductor laser.
  • the fundamental radiation of the radiation to be amplified in the active region of the semiconductor body and / or a radiation generated by means of the nonlinear optical element 75 by means of a suitable nonlinear optical process can serve as pump radiation.
  • the carrier 10 may be different from the growth substrate. This can be thinned or completely removed, which can take place over the entire area or in areas. Such a removal is advantageous, in particular in growth substrates with comparatively low thermal conductivity, since the heat arising in the active region during operation of the semiconductor body can be better dissipated into the heat-conducting element 80.
  • FIG. 4 shows a semiconductor body 1 according to the invention, which is provided for operation in a display device 95, which is designed as a projection arrangement.
  • a resonator is formed.
  • a nonlinear optical element 75 is located in the resonator.
  • the nonlinear optical element is provided for frequency doubling of the radiation propagating in the resonator and to be amplified in the active region 3, one in the active region generated radiation with a peak wavelength of 1060 nm is converted into green light of wavelength 530nm.
  • This green light strikes a deflecting optics 96, which is preferably movable about two mutually perpendicular axes.
  • the frequency-doubled radiation exiting from the coupling-out mirror can be specifically directed to a predetermined position of a projection plane 99, wherein the position of the predefined position is preferably varied in a grid-like manner on the projection plane.
  • the projection plane 99 is additionally illuminated by a red and a blue emitting laser device, not shown, so that a color image can be displayed by appropriate superimposition of these three beams on the projection plane.
  • the semiconductor body 1 is provided for electrically pumping the active region 3.
  • a first contact 17 and a second contact 18 are provided.
  • the first contact 17 is in particular electrically conductively connected to a window layer 52 arranged outside the active region.
  • the second contact 18 is electrically conductively connected to the carrier 10.
  • the carrier is arranged on the heat conducting element 80 by means of the connecting layer 85, wherein a growth substrate for a semiconductor layer sequence 2 is removed.
  • the contacts 17 and 18 preferably contain a metal and are particularly preferably metallic. Preferred materials are, for example, Ni, Cu, Au, Ag, Al or Pt.
  • the first contact 17 is preferably designed such that radiation to be amplified from the active area can emerge from the radiation passage area 11.
  • the first contact may have a recess, so that the
  • Radiation passage area of the semiconductor body in the region of the recess is exposed and the radiation in this area can emerge from the semiconductor body 1.
  • the first contact 17 may be formed by a transparent to be amplified in the active region radiation material.
  • the contact may contain a TCO material (transparent conductive oxide), such as ITO (indium tin oxide), or consist of such a material.
  • the first contact may be the
  • Cover radiation passage area 11 also over the entire surface.
  • the charge carriers can advantageously be injected into the active region 3 in a particularly uniform manner over the lateral extent of the semiconductor body 1.
  • the semiconductor layer sequence 2 can be embodied as described in connection with FIG. 1 and FIG. This relates in particular to the deliberate detuning of the semiconductor layers arranged outside the active region.
  • the semiconductor layers arranged between the radiation passage area 11 and the active area 3 as well as the semiconductor layers of the Bragg mirror 6 are preferably doped in order to enable an injection of charge carriers via the contact 17 or the contact 18 into the active area.
  • the semiconductor layers of the Bragg mirror are n-doped and the semiconductor layers arranged between the radiation passage area 11 and the active region 3 are p-doped or vice versa.
  • the active region 3 is intrinsically doped.
  • the semiconductor body 2 can thus have a pin diode structure.
  • an optically pumped semiconductor body according to the invention as described in connection with FIG. 3 may also be designed for operation with a projection arrangement.
  • a result of a measurement of the peak wavelength ⁇ E of the radiation generated in an active region of a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed in the active region pump power P A is shown in Figure 5 by means of a curve 400.
  • the semiconductor body is designed as described in connection with FIG. 1.
  • the semiconductor body was operated in a resonator 71, a resonator end mirror being formed by an external resonator mirror 70, as shown in FIG.
  • the semiconductor body is arranged on a heat conducting element 80, which serves as a heat sink. The temperature of the heat sink was kept constant during the measurement.
  • a curve 401 the result of a corresponding measurement on a conventional semiconductor body is represented by a curve 401.
  • This conventional semiconductor body differs from a semiconductor body according to the invention substantially in that none of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integer multiple of D / 2.
  • Curve 401 shows a continuous increase in peak wavelength as the absorbed pump power increases over wide ranges of absorbed pump power.
  • a curve 402 illustrates the trend of the increase of the peak wavelength. The slope of this curve corresponds to one Increase of the peak wavelength of 10nm / W. With a thermal resistance of the semiconductor layers of 100 K / W arranged between the active region and the heat sink, this corresponds to a change of the peak wavelength with a change of the temperature of the active region of 0.1 nm / K.
  • Such a change in the peak wavelength with the temperature of the active region is typical of conventional semiconductor bodies.
  • the reason for this is inter alia the decrease in the band gap of the semiconductor layers with increasing temperature.
  • this effect can cause a change in the peak wavelength of typically 0.3 nm / K.
  • a change in the refractive index of the semiconductor layers with the temperature of the active region leads to an increase in the peak wavelength.
  • the consequent increase in peak wavelength is typically about 0.06 nm / K. Therefore, in the operation of conventional GaAs-containing semiconductor bodies in a resonator, the increase in the peak wavelength is typically at least 0.06nm / K unless wavelength stabilization measures are taken.
  • Curve 400 is substantially horizontal, that is, the peak wavelength changes by less than 0.5 nm over the entire range of absorbed pump power between about 400 mW and about 1300 mW. Based on the peak wavelength of 1060 nm, this is less than 0.05%. Thus, the peak wavelength is approximately independent of the absorbed pump power.
  • the optical pump power can therefore be advantageously varied without the peak wavelength changing significantly. This is particularly advantageous when the to be amplified by the semiconductor body Radiation is provided for frequency conversion by means of a nonlinear optical element, since such a conversion is efficient only for a very narrow spectral range. A change in the peak wavelength could therefore disadvantageously lead to a less efficient nonlinear optical frequency conversion.
  • a stable peak wavelength is also particularly advantageous for the optical pumping of lasers since the peak wavelength of the radiation emitted by the semiconductor body can be set optimally to the absorption maximum of the laser to be pumped, independently of the pumping power with which the semiconductor body is pumped.
  • FIGS. 6A and 6B show the changes in the peak wavelength ⁇ with the absorbed pump power P A for the semiconductor bodies on which the measurements shown in FIG. 5 have been performed are to be expected according to a theoretical model.
  • FIG. 6A shows a simulation for the semiconductor body according to the invention for three different temperatures of the heat sink, wherein a curve 510 is based on a temperature of 10 ° C., a curve 530 a temperature of 30 ° C. and a curve 550 a temperature of 50 ° C. , Correspondingly, FIG.
  • FIG. 6B shows simulations for a conventional semiconductor body, wherein a curve 511 is based on a temperature of 10 ° C., a curve 531 has a temperature of 30 ° C., and a curve 551 has a temperature of 50 ° C.
  • the curve 402 again shows a continuous increase of the peak wavelength with the absorbed pump power with a constant slope of 10nm / W and 0, lnm / K, respectively.
  • an increase of the peak wavelength with the absorbed pump power is also to be expected for all temperatures of the heat sink.
  • the increase is, however, significantly lower.
  • the absolute change of the peak wavelength in the shown range of the absorbed pump power is clearly below 4 nm for all curves, whereas this change in the conventional semiconductor body is more than 7 nm for all curves.
  • the dependence of the peak wavelength on the temperature of the heat sink is significantly reduced for the semiconductor body according to the invention.
  • the output power P E emitted by the semiconductor body is represented as a function of the absorbed pump power.
  • a curve 600 shows the result of a measurement on the semiconductor body according to the invention and a curve 601 shows the result of a measurement on the conventional semiconductor body.
  • the laser activity sets. In an area around the operating point of the maximum output power 615, ie in the range of about 1 W, the output power during operation of the semiconductor body according to the invention with more than 0.24 W only about 10% below the output power in the operation of the conventional semiconductor body, in the same absorbed pump power achieved an output power of slightly more than 0.26 W. Above about 1.1 W, the upper limit of the laser activity 610 is achieved in the semiconductor body according to the invention. The reason for this is the thermal rollover of the semiconductor body.
  • Semiconductor layers make it possible to form a semiconductor body in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified during operation of the semiconductor body changes insignificantly with a change in the temperature of the active region, without the output power at a certain absorbed pump power compared to that of a conventional semiconductor body greatly reduced by about 20% or more.
  • FIGS. 5 to 7 The dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region has been shown in FIGS. 5 to 7 merely by way of example for optical pumping. Even with an electrically pumped semiconductor body designed according to the invention, such a stabilization of the peak wavelength can be achieved in relation to changes in the temperature of the active region.
  • the symbols 700 show the result of a measurement of the peak wavelength ⁇ E of the radiation generated in the active region as a function of the output power P E of the radiation generated in operation in a resonator in the active region of a semiconductor body according to the invention.
  • the output power is applied over the entire operating range in which the semiconductor body exhibits laser activity. This laser activity starts at laser threshold 620.
  • a maximum output power 615 is determined by the thermal rollover of the semiconductor body according to the invention.
  • the fluctuation of the peak wavelength over the entire operating range is ⁇ 0.3 nm. Accordingly, the semiconductor body is embodied such that it is wavelength-stabilized such that the peak wavelength changes significantly less than 1 nm over the entire range of the laser activity of the semiconductor body. As explained in connection with the description of FIGS. 5 and 7, no further measures for wavelength stabilization were taken even when carrying out the measurements shown in FIG.

Abstract

A surface emitting semiconductor body with vertical emission direction is disclosed, for use with a resonator and comprising a semiconductor layer sequence with an active region, wherein the semiconductor body has a wavelength stabilising form such that a peak wavelength of the radiation generated in the active region in a given operating range for the semiconductor body is stabilised against changes in output power of the radiation generated in the active region.

Description

Beschreibung description
Oberflächenemittierender Halbleiterkörper mit vertikaler Emissionsrichtung und stabilisierter EmissionswellenlängeSurface emitting semiconductor body with vertical emission direction and stabilized emission wavelength
Die Erfindung betrifft einen oberflächenemittierenden Halbleiterkörper mit einer vertikalen Emissionsrichtung.The invention relates to a surface-emitting semiconductor body having a vertical emission direction.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 102006030247.8 und 102006042196.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German patent applications 102006030247.8 and 102006042196.5, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit vertikaler Emissionsrichtung sind beispielsweise aus einem Artikel von Kuznetsov et al . (IEEE Journal of Selected Topics Quantum Electronics, Vol. 5, No. 3, May/June 1999, pages 561-573) bekannt. Die spektrale Position der Peak-Wellenlänge der im Betrieb solcher Halbleiterlaser im aktiven Bereich erzeugten Strahlung hängt typischerweise von der Temperatur des aktiven Bereichs ab. So kann eine Erhöhung der Temperatur des aktiven Bereichs eine verringerte Bandlückenenergie bewirken, was eine Verschiebung der Peak-Wellenlänge zu größeren Wellenlängen verursachen kann. In vielen Anwendungsfällen, etwa wenn die vom Halbleiterlaser erzeugte Strahlung zur Konversion in einem nichtlinear-optischen Kristall vorgesehen ist, ist jedoch eine möglichst stabile Peak-Wellenlänge von großem Vorteil. In einem möglichen Verfahren kann die Stabilisierung der Peak-Wellenlänge über die Regelung der Betriebstemperatur des Halbleiterlasers erfolgen. Solche Verfahren sind jedoch vergleichsweise aufwändig.Surface emitting semiconductor lasers having a vertical emission direction are known, for example, from an article by Kuznetsov et al. (IEEE Journal of Selected Topics Quantum Electronics, Vol. 5, No. 3, May / June 1999, pages 561-573). The spectral position of the peak wavelength of the radiation generated in the operation of such semiconductor lasers in the active region typically depends on the temperature of the active region. Thus, increasing the temperature of the active region may cause a decreased bandgap energy, which may cause a shift of the peak wavelength to longer wavelengths. However, in many applications, such as when the radiation generated by the semiconductor laser is intended to be converted into a nonlinear optical crystal, the most stable possible peak wavelength is of great advantage. In one possible method, the stabilization of the peak wavelength can take place via the regulation of the operating temperature of the semiconductor laser. However, such methods are comparatively expensive.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen oberflächenemittierenden Halbleiterkörper, der zum Betrieb mit einem Resonator vorgesehen ist, anzugeben, wobei die spektrale Position der Peak-Wellenlänge der im Resonator propagierenden beziehungsweise der aus dem Resonator ausgekoppelten Strahlung vereinfacht gegenüber Temperaturänderungen eines zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereichs des Halbleiterkörpers stabilisiert ist.It is an object of the present invention to provide a surface emitting semiconductor body suitable for operation The spectral position of the peak wavelength of the radiation propagating in the resonator or the radiation coupled out of the resonator is simplified in a simplified manner with respect to temperature changes of an active region of the semiconductor body provided for generating radiation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen oberflächenemittierenden Halbleiterkörper mit vertikaler Emissionsrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a surface-emitting semiconductor body having a vertical emission direction according to the independent claims. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst ein oberflächenemittierender Halbleiterkörper mit einer vertikalen Emissionsrichtung, der zum Betrieb mit einem Resonator vorgesehen ist, eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich sowie mindestens zwei außerhalb des aktiven Bereichs angeordnete Halbleiterschichten. Dabei weist der aktive Bereich eine Mehrzahl von Quantenstrukturen auf, wobei jeder Quantenstruktur bezüglich ihrer Ausdehnung entlang der Emissionsrichtung ein geometrischer Mittelpunkt zugeordnet ist. Hierbei sind die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen entlang der Emissionsrichtung in einem mittleren optischen Abstand D zueinander angeordnet und eine optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten ist gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen des halben mittleren optischen Abstands D verstimmt.In a first embodiment according to the invention, a surface-emitting semiconductor body with a vertical emission direction, which is provided for operation with a resonator, comprises a semiconductor layer sequence with an active region and at least two semiconductor layers arranged outside the active region. In this case, the active region has a plurality of quantum structures, wherein each quantum structure is associated with a geometric center with respect to its extent along the emission direction. In this case, the geometric centers of the quantum structures along the emission direction are arranged at a mean optical distance D from one another and an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is intentionally detuned with respect to an integer multiple of half the average optical distance D.
Durch eine derartige Verstimmung kann im Betrieb des Halbleiterkörpers im Resonator mit Vorteil eine Abhängigkeit einer Peak-Wellenlänge einer im aktiven Bereich erzeugten und zur Verstärkung im Resonator vorgesehenen Strahlung von einer Temperatur des aktiven Bereichs vermindert sein. Zudem kann die Peak-Wellenlänge gegenüber einer Änderung der Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung stabilisiert sein.Such a detuning can advantageously result in a dependence during operation of the semiconductor body in the resonator a peak wavelength of a generated in the active region and provided for amplification in the resonator radiation from a temperature of the active region to be reduced. In addition, the peak wavelength may be stabilized against a change in the output power of the radiation generated in the active region.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper zum Betrieb in einem vorgegebenen Betriebsbereich vorgesehen.In a preferred embodiment, the semiconductor body is provided for operation in a predetermined operating range.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist ein oberflächenemittierender Halbleiterkörper mit einer vertikalen Emissionsrichtung eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf. Dabei ist der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet, dass im Betrieb des Halbleiterkörpers in einem Resonator eine Peak- Wellenlänge einer im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in einem vorgegebenen Betriebsbereich gegenüber einer Änderung der Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung stabilisiert ist.In a second embodiment according to the invention, a surface-emitting semiconductor body having a vertical emission direction has a semiconductor layer sequence with an active region. In this case, the semiconductor body is designed such that it stabilizes the wavelength such that, during operation of the semiconductor body in a resonator, a peak wavelength of radiation generated in the active region is stabilized in a predetermined operating range with respect to a change in the output power of the radiation generated in the active region.
Die verminderte Änderung der Peak-Wellenlänge bei einer Änderung der Ausgangsleistung wird durch einen geeigneten Aufbau des Halbleiterkörpers erreicht. Mit Vorteil kann auf zusätzliche Elemente im Resonator zur Stabilisierung der Peak-Wellenlänge verzichtet werden.The reduced change in the peak wavelength with a change in the output power is achieved by a suitable structure of the semiconductor body. Advantageously, additional elements in the resonator for stabilizing the peak wavelength can be dispensed with.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge mindestens zwei außerhalb des aktiven Bereichs angeordnete Halbleiterschichten . In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform weist der aktive Bereich eine Mehrzahl von Quantenstrukturen auf, wobei jeder Quantenstruktur bezüglich ihrer Ausdehnung entlang der Emissionsrichtung ein geometrischer Mittelpunkt zugeordnet ist. Hierbei sind die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen entlang der Emissionsrichtung in einem mittleren optischen Abstand D zueinander angeordnet und eine optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten ist gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen des halben mittleren optischen Abstands verstimmt.In a preferred embodiment of the second embodiment, the semiconductor layer sequence comprises at least two semiconductor layers arranged outside the active region. In a further preferred embodiment of the second embodiment, the active region has a plurality of quantum structures, wherein each quantum structure is associated with a geometric center with respect to its extension along the emission direction. In this case, the geometric centers of the quantum structures along the emission direction are arranged at a mean optical distance D from one another and an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integer multiple of half the average optical distance.
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt so ausgebildet, dass physikalische Effekte, die einer Zunahme der Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers erzeugten Strahlung mit steigender Temperatur des aktiven Bereichs entgegen wirken, gezielt verstärkt werden. Solche Effekte sind beispielsweise Modensprünge (mode hopping) oder eine Änderung des Brechungsindizes von Halbleiterschichten bei einer Änderung der Ladungsträgerdichte in den Halbleiterschichten im Betrieb des Halbleiterkörpers.The semiconductor body is preferably designed such that physical effects which counteract an increase in the peak wavelength of the radiation generated in the active region of the semiconductor body with increasing temperature of the active region are purposefully intensified. Such effects are, for example, mode hopping or a change in the refractive indices of semiconductor layers in the case of a change in the charge carrier density in the semiconductor layers during operation of the semiconductor body.
Die Peak-Wellenlänge der im Betrieb in einem Resonator im aktiven Bereich erzeugten Strahlung kann gegenüber einer Änderung der Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung als stabilisiert angesehen werden, wenn die Änderung der Peak-Wellenlänge mit Zunahme der Temperatur des aktiven Bereichs oder mit der Ausgangsleistung der Strahlung geringer ist als bei einem Halbleiterkörper, der wie im eingangs erwähnten Artikel von Kuznetsov et al . beschrieben derartig ausgeführt ist, dass alle optischen Schichtdicken der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten einem ganzzahligen Vielfachen eines gemeinsamen Werts entsprechen, wobei dieser gemeinsame Wert durch die angestrebte Peak-Wellenlänge der im Halbleiterkörper erzeugten Strahlung vorgegeben ist.The peak wavelength of the radiation generated in operation in a resonator in the active region may be considered to be stabilized against a change in the output of the radiation generated in the active region if the change in the peak wavelength increases with the temperature of the active region or with the output power the radiation is lower than in a semiconductor body, as described in the aforementioned article by Kuznetsov et al. has been described in such a way that all the optical layer thicknesses of the semiconductor layers arranged outside the active region are an integer multiple of one common value, this common value is determined by the desired peak wavelength of the radiation generated in the semiconductor body.
Weiterhin kann die Peak-Wellenlänge als stabilisiert angesehen werden, wenn sich die Peak-Wellenlänge bei Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs oder bei Änderung der Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung langsamer ändert als dies in Folge der Änderung des Brechungsindizes der im Halbleiterkörper eingesetzten Halbleitermaterialien mit der Temperatur des aktiven Bereichs der Fall ist. Hierbei ist die Änderung des Brechungsindizes mit der Temperatur ein materialspezifischer Wert dieser Halbleitermaterialien. Beispielsweise wird für einen herkömmlichen auf GaAs basierenden Halbleiterkörper von Kuznetsov et al . eine temperatur- induzierte Resonanzverschiebung von +0,lnm/°C angegeben.Furthermore, the peak wavelength may be considered to be stabilized if the peak wavelength changes more slowly as the temperature of the active region changes or the output of the radiation generated in the active region changes than due to the change in the refractive index of the semiconductor materials used in the semiconductor body with the temperature of the active area is the case. Here, the change of the refractive indices with the temperature is a material-specific value of these semiconductor materials. For example, for a conventional GaAs-based semiconductor body by Kuznetsov et al. a temperature-induced resonance shift of + 0, lnm / ° C indicated.
Unter einem oberflächenemittierenden Halbleiterkörper mit einer vertikalen Emissionsrichtung wird im Rahmen der Erfindung ein Halbleiterkörper verstanden, bei dem eine im Halbleiterkörper erzeugte Strahlung überwiegend seitens einer Oberfläche des Halbleiterkörpers, welche parallel zu den Halbleiterschichten derIn the context of the invention, a surface-emitting semiconductor body with a vertical emission direction is understood to mean a semiconductor body in which a radiation generated in the semiconductor body is predominantly from a surface of the semiconductor body which is parallel to the semiconductor layers of the semiconductor body
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers verläuft, aus dem Halbleiterkörper austritt. Die Richtung, in welche die im Halbleiterkörper erzeugte Strahlung überwiegend abgestrahlt wird, steht damit senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu den Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge .Semiconductor layer sequence of the semiconductor body extends, emerges from the semiconductor body. The direction in which the radiation generated in the semiconductor body is predominantly emitted is thus perpendicular or substantially perpendicular to the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die untere Grenze des vorgegebenen Betriebsbereichs durch die Laserschwelle des Halbleiterkörpers gebildet. Unter der Laserschwelle wird dabei diejenige Pumpleistung verstanden, bei der im Betrieb des Halbleiterkörpers im Resonator die Laseraktivität, das heißt die Emission von kohärenter Strahlung, einsetzt.In a preferred embodiment, the lower limit of the predetermined operating range is formed by the laser threshold of the semiconductor body. Under the laser threshold is In this case, the pump power understood, in which the operation of the semiconductor body in the resonator, the laser activity, that is, the emission of coherent radiation used.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die obere Grenze des vorgegebenen Betriebsbereichs durch einen Betriebspunkt, in dem die maximale Ausgangsleistung erzielt wird, besonders bevorzugt durch eine Obergrenze der Laseraktivität des oberflächenemittierenden Halbleiterkörpers gebildet. In der Regel führt das so genannte thermische Überrollen des Halbleiterkörpers zu einer Obergrenze der Laseraktivität. Das thermische Überrollen bewirkt, dass eine maximale Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung bei weiterer Erhöhung der Pumpleistung nicht überschritten werden kann. Die Ursache hierfür sind thermisch induzierte Verlustmechanismen im aktiven Bereich, die bei einer Erhöhung der Pumpleistung über den Betriebspunkt der maximalen Ausgangsleistung hinaus zu einem Aussetzen der Laseraktivität führen.In a further preferred embodiment, the upper limit of the predetermined operating range is formed by an operating point in which the maximum output power is achieved, particularly preferably by an upper limit of the laser activity of the surface-emitting semiconductor body. As a rule, the so-called thermal rollover of the semiconductor body leads to an upper limit of the laser activity. The thermal rollover causes a maximum output power of the radiation generated in the active area can not be exceeded with further increase in pump power. The cause of this is thermally induced loss mechanisms in the active region, which lead to an interruption of the pump power beyond the operating point of the maximum output power to a suspension of the laser activity.
Besonders bevorzugt ist der vorgegebene Betriebsbereich der gesamte Bereich der Laseraktivität. Die Grenzen des Betriebsbereichs sind somit die Laserschwelle und die Obergrenze der Laseraktivität.Particularly preferably, the predetermined operating range is the entire range of the laser activity. The limits of the operating range are thus the laser threshold and the upper limit of the laser activity.
Die Pumpleistung kann im Betrieb des Halbleiterkörpers insbesondere elektrisch oder optisch dem aktiven Bereich des Halbleiterkörpers zugeführt werden.In the operation of the semiconductor body, the pumping power can be supplied in particular electrically or optically to the active region of the semiconductor body.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper derart ausgeführt, dass sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in dem vorgegebenen Betriebsbereich um 10 nm oder weniger, besonders bevorzugt im 5 nm oder weniger, insbesondere um 1 nm oder weniger ändert.In a preferred embodiment, the semiconductor body is designed such that the peak wavelength of the radiation generated in the active region in the given Operating range by 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, in particular changes by 1 nm or less.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei benachbarte Quantenstrukturen des aktiven Bereichs durch jeweils eine Barriere voneinander getrennt. Hierbei sind die Quantenstrukturen zur Erzeugung von, bevorzugt kohärenter, Strahlung vorgesehen. Insbesondere wird im Betrieb des Halbleiterkörpers Strahlung in den Quantenstrukturen mittels strahlender Rekombination von quantisierten Elektronen mit quantisierten Löchern erzeugt. Die Emission der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung erfolgt dabei bevorzugt entlang der Emissionsrichtung.In a further preferred embodiment, two adjacent quantum structures of the active region are separated by a respective barrier. Here, the quantum structures for generating, preferably coherent, radiation are provided. In particular, during operation of the semiconductor body, radiation is generated in the quantum structures by means of radiative recombination of quantized electrons with quantized holes. The emission of the radiation to be amplified in the active region preferably takes place along the emission direction.
Die Bezeichnung Quantenstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement" ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren oder erfahren können.Within the scope of the application, the term quantum structure encompasses any structure in which charge carriers can experience or experience quantization of their energy states by confinement.
Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantenstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.In particular, the term quantum structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
Typischerweise ist die Ausdehnung einer Barriere entlang der Emissionsrichtung dabei mindestens so groß wie die Ausdehnung einer Quantenstruktur entlang der Emissionsrichtung. Insbesondere ist die Ausdehnung der Barrieren mindestens doppelt so groß wie die Ausdehnung der Quantenstrukturen, bevorzugt mindestens fünfmal so groß wie die Ausdehnung der Quantenstrukturen. Besonders bevorzugt ist die Dicke der Barriere, das heißt, die Ausdehnung der Barriere entlang der Emissionsrichtung, so ausgebildet, dass der mittlere optische Abstand D etwa dem Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima der Intensität eines sich im Betrieb des Halbleiterkörpers ausbildenden Stehwellenfeldes im Resonator für die im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung entspricht. Dabei beträgt die Abweichung vom mittleren optischen Abstand D und dem Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima der Intensität des Stehwellenfeldes typischerweise höchstens 5%, bevorzugt höchstens 2%, besonders bevorzugt höchstens 1%. Je geringer diese Abweichung ist, desto näher kann der Mittelpunkt einer jeden Quantenstruktur in jeweils einem dieser Maxima des Stehwellenfeldes angeordnet sein. So kann vorteilhaft die Verstärkung für im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung gesteigert werden.Typically, the extent of a barrier along the emission direction is at least as great as the extent of a quantum structure along the emission direction. In particular, the extent of the barriers is at least twice as large as the extent of the quantum structures, preferably at least five times as large as the extent of the quantum structures. The thickness of the barrier, that is to say the extent of the barrier along the emission direction, is particularly preferably designed such that the mean optical distance D is approximately equal to the distance between two adjacent maxima of the intensity of a standing wave field forming in the operation of the semiconductor body in the resonator for the active area corresponds to amplifying radiation. The deviation from the mean optical distance D and the distance between two adjacent maxima of the intensity of the standing wave field is typically at most 5%, preferably at most 2%, particularly preferably at most 1%. The smaller this deviation, the closer the center of each quantum structure can be arranged in each case one of these maxima of the standing wave field. Thus, advantageously, the amplification for radiation to be amplified in the active region can be increased.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der aktive Bereich 5 Quantenstrukturen oder mehr, besonders bevorzugt 10 Quantenstrukturen oder mehr. Mit zunehmender Anzahl von Quantenstrukturen kann bei optischem Pumpen des aktiven Bereichs die Absorption der Pumpstrahlung vorteilhaft erhöht werden. Andererseits nimmt gleichzeitig die Dicke des aktiven Bereichs zu, wodurch sich bei der Herstellung des Halbleiterkörpers die Dauer der Abscheidung des aktiven Bereichs erhöht. Eine Anzahl von zwischen einschließlich 10 und einschließlich 25 Quantenstrukturen, beispielsweise 14 Quantenstrukturen, hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen.In a further preferred embodiment, the active region 5 comprises quantum structures or more, more preferably 10 quantum structures or more. As the number of quantum structures increases, the absorption of the pump radiation can advantageously be increased when the active region is pumped optically. On the other hand, the thickness of the active region increases at the same time, which increases the duration of the deposition of the active region in the production of the semiconductor body. A number of quantum structures, including 10 and 25 inclusive, such as 14 quantum structures, have therefore been found to be advantageous.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen äquidistant angeordnet, wobei der optische Abstand der geometrischen Mittelpunkte zweier benachbarter Quantenstrukturen jeweils dem Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima der Intensität eines Stehwellenfeldes im Resonator für die im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung entspricht. So können die Quantenstrukturen des aktiven Bereichs besonders genau in jeweils einem Maximum der Intensität eines Stehwellenfeldes im Resonator für die im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung angeordnet sein.In a particularly preferred embodiment, the geometric centers of the quantum structures are arranged equidistantly, wherein the optical distance of the geometric centers of two adjacent quantum structures in each case corresponds to the distance between two adjacent maxima of the intensity of a standing wave field in the resonator for the radiation to be amplified in the active region. Thus, the quantum structures of the active region can be arranged particularly precisely in each case at a maximum of the intensity of a standing wave field in the resonator for the radiation to be amplified in the active region.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der aktive Bereich als eine resonante periodische Gewinnstruktur (RPG structure, Resonant Periodic Gain structure) ausgebildet , wobei eine Periode der resonanten periodischen Gewinnstruktur durch jeweils eine Quantenstruktur und jeweils eine daran angrenzende Barriere gebildet ist. Insbesondere die Quantenstruktur ist dabei bevorzugt in allen Perioden gleich ausgeführt. Dabei ist in der resonanten periodischen Gewinnstruktur die Quantenstruktur so ausgebildet, dass eine im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung von den Quantenstrukturen resonant verstärkt wird.In a preferred development, the active region is designed as a resonant periodic gain structure (RPG structure), wherein one period of the resonant periodic gain structure is formed by a respective quantum structure and in each case one barrier adjacent thereto. In particular, the quantum structure is preferably carried out the same in all periods. In this case, in the resonant periodic gain structure, the quantum structure is designed so that a radiation to be amplified in the active region is amplified resonantly by the quantum structures.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst eine Quantenstruktur jeweils genau eine Quantenschicht. Dies ermöglicht eine besonders einfache und reproduzierbare Herstellung der Quantenstruktur.In a further preferred embodiment, a quantum structure in each case comprises exactly one quantum layer. This allows a particularly simple and reproducible production of the quantum structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst eine Quantenstruktur eine Gruppe von zwei und bis fünf Quantenschichten. Diese können durch Zwischenschichten voneinander getrennt sein. Eine Anzahl von zwei bis fünf Quantenschichten ist vorteilhaft, da damit die die Ausdehnung der Quantenstruktur entlang der Emissionsrichtung hinreichend klein ist, so dass alle Quantenschichten einer Quantenstruktur im Bereich eines Maximums des Stehwellenfeldes der zu verstärkenden Strahlung angeordnet sein können.In a further preferred embodiment, a quantum structure comprises a group of two and up to five quantum layers. These can be separated by intermediate layers. A number of two to five quantum layers is advantageous, since it means that the extent of the quantum structure along the emission direction is sufficiently small that all quantum layers of a quantum structure are in the region of a maximum of the quantum structure Standing wave field of the radiation to be amplified can be arranged.
Unter dem mittleren optischen Abstand D wird das arithmetische Mittel der optischen Weglänge zwischen den geometrischen Mittelpunkten jeweils zweier benachbarter Quantenstrukturen entlang der Emissionsrichtung verstanden. Dabei ist für die Berechnung der optischen Weglänge der Brechungsindex der betreffenden Halbleiterschichten für die im Resonator zu verstärkende Strahlung zugrunde zu legen. Der halbe mittlere optische Abstand wird im Folgenden abkürzend als D/2 bezeichnet.The mean optical distance D is understood to mean the arithmetic mean of the optical path length between the geometric center points of two adjacent quantum structures along the emission direction. The calculation of the optical path length is based on the refractive index of the relevant semiconductor layers for the radiation to be amplified in the resonator. Half the average optical distance is abbreviated to D / 2 in the following.
Analog dazu ist unter einer optischen Schichtdicke einer Halbleiterschicht die optische Weglänge durch die Halbleiterschicht entlang der Emissionsrichtung, das heißt die Schichtdicke multipliziert mit dem Brechungsindex der Halbleiterschicht für die im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung zu verstehen.Analogously, an optical layer thickness of a semiconductor layer means the optical path length through the semiconductor layer along the emission direction, ie the layer thickness multiplied by the refractive index of the semiconductor layer for the radiation to be amplified in the active region.
Eine optische Schichtdicke wird insbesondere als gezielt gegenüber einem vorgegebenen Basiswert verstimmt angesehen, wenn die Abweichung der optischen Schichtdicke von dem Basiswert über typische, etwa durch Fertigungstoleranzen bedingte, Abweichungen hinausgeht. Eine Schicht, deren optische Schichtdicke innerhalb typischer statistischer Schwankungen vom Basiswert abweicht, ist demnach nicht als gezielt verstimmt anzusehen.An optical layer thickness is in particular considered to be detuned with respect to a predetermined base value if the deviation of the optical layer thickness from the base value exceeds typical deviations, for example due to manufacturing tolerances. Accordingly, a layer whose optical layer thickness deviates from the basic value within typical statistical fluctuations is not to be regarded as deliberately detuned.
Bei der epitaktischen Abscheidung von Halbleiterschichten, etwa mittels MOVPE oder MBE, können beispielsweise Halbleiterschichten abgeschieden werden, deren tatsächliche Schichtdicke um weniger als 1% von der vorgegebenen Schichtdicke abweicht. Auch die Abweichung der optischen Schichtdicke kann in diesem Bereich liegen.In the epitaxial deposition of semiconductor layers, such as MOVPE or MBE, for example, semiconductor layers can be deposited whose actual layer thickness is less than 1% of the predetermined Layer thickness deviates. The deviation of the optical layer thickness can also be in this range.
Eine Halbleiterschicht wird im Folgenden als positiv gegenüber einem vorgegebenen Basiswert verstimmt bezeichnet, wenn deren optische Schichtdicke größer ist als der vorgegebene Basiswert.A semiconductor layer is referred to below as being detuned with respect to a predetermined base value if its optical layer thickness is greater than the predetermined base value.
Beispielsweise wird eine Halbleiterschicht, deren optische Schichtdicke gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D beziehungsweise gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 gezielt verstimmt ist, im Folgenden als gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D beziehungsweise gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 positiv verstimmt bezeichnet, wenn die optische Schichtdicke größer ist als ein nächstgelegenes ganzzahliges Vielfaches von D beziehungsweise ein nächstgelegenes ungeradzahliges Vielfaches von D/2.For example, a semiconductor layer whose optical layer thickness is deliberately detuned with respect to an integer multiple of D or with respect to an odd multiple of D / 2 is referred to herein as positively detuned relative to an integer multiple of D or an odd multiple of D / 2, respectively the optical layer thickness is greater than a nearest integer multiple of D or a nearest odd multiple of D / 2.
Analog dazu wird eine Halbleiterschicht als negativ gegenüber einem vorgegebenen Basiswert verstimmt bezeichnet, wenn deren optische Schichtdicke kleiner ist als der Basiswert.Analogously, a semiconductor layer is designated detuned with respect to a predetermined base value if its optical layer thickness is smaller than the base value.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 1% oder mehr und um 45% oder weniger verstimmt. Besonders bevorzugt ist die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 2% oder mehr und um 35% oder weniger verstimmt. Insbesondere ist die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 5% oder mehr und um 30% oder weniger verstimmt.In a preferred embodiment, the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is 1% or more and 45% or less compared to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or an integer multiple of D relative to D tune. The optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is particularly preferably opposite to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or to an integral multiple of D relative to D by 2% or more and by 35% or less tune. In particular, the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is detuned by 5% or more and by 30% or less relative to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or an integer multiple of D relative to D.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der aktive Bereich zwischen den außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten angeordnet. Insbesondere sind beide außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D oder gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 verstimmt.In a further preferred embodiment, the active region is arranged between the semiconductor layers arranged outside the active region. In particular, both semiconductor layers arranged outside the active region are deliberately detuned with respect to an integral multiple of D or with respect to an odd multiple of D / 2.
Weiterhin bevorzugt ist eine der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten größer ist als ein ganzzahliges Vielfaches von D/2, das heißt positiv gegenüber D/2 verstimmt, und eine der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten kleiner ist als ein ganzzahliges Vielfaches von D/2, das heißt negativ gegenüber D/2 verstimmt.Further preferably, one of the semiconductor layers arranged outside the active region is larger than an integer multiple of D / 2, that is positively detuned against D / 2, and one of the semiconductor layers arranged outside the active region is smaller than an integral multiple of D / 2 , that is detuned negatively against D / 2.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper eine Strahlungsdurchtrittsflache für im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung auf . Im Halbleiterkörper zu verstärkende Strahlung kann durch diese Strahlungsdurchtrittsflache aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelt und in den Halbleiterkörper eingekoppelt werden. Besonders bevorzugt tritt die im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache durch diese hindurch. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Resonator mittels eines im Halbleiterkörper ausgebildeten Bragg- Spiegels gebildet. Die den Bragg-Spiegel bildenden Halbleiterschichten können p-dotiert, n-dotiert, intrinsisch oder im wesentlichen undotiert sein. Dotierte Halbleiterschichten können zur Injektion von Ladungsträgern in den aktiven Bereich dienen.In a further preferred refinement, the semiconductor body has a radiation passage area for radiation to be amplified in the active region. Radiation to be amplified in the semiconductor body can be coupled out of the semiconductor body through this radiation passage area and coupled into the semiconductor body. Particularly preferably, the radiation to be amplified in the active region occurs perpendicular to the radiation passage area through it. In a further preferred embodiment, the resonator is formed by means of a Bragg mirror formed in the semiconductor body. The semiconductor layers forming the Bragg mirror can be p-doped, n-doped, intrinsic or essentially undoped. Doped semiconductor layers can be used to inject charge carriers into the active region.
Bevorzugt ist der Bragg-Spiegel auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet. Insbesondere ist der Bragg-Spiegel mit einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten und gezielt verstimmten Halbleiterschichten gebildet.The Bragg mirror is preferably arranged on the side of the active region which faces away from the radiation passage area. In particular, the Bragg mirror is formed with one of the semiconductor layers arranged outside the active region and intentionally detuned.
Weiterhin bevorzugt umfasst der Bragg-Spiegel weitere gezielt gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2, insbesondere gegenüber D/2, verstimmte Halbleiterschichten.Furthermore, the Bragg mirror preferably comprises further semiconductor layers which are intentionally detuned with respect to an odd-numbered multiple of D / 2, in particular with respect to D / 2.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine der gezielt verstimmten Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels gegenüber D/2 um mindestens 1% und höchstens 45% verstimmt. Bevorzugt beträgt die Verstimmung gegenüber D/2 mindestens 2% und höchstens 35%, besonders bevorzugt mindestens 5% und höchstens 25%, beispielsweise 8%.In a further preferred refinement, one of the deliberately detuned semiconductor layers of the Bragg mirror is detuned by at least 1% and at most 45% compared with D / 2. Preferably, the detuning to D / 2 is at least 2% and at most 35%, more preferably at least 5% and at most 25%, for example 8%.
Weiterhin bevorzugt sind alle Halbleiterschichten, die auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet sind, insbesondere die den Bragg- Spiegel bildenden Halbleiterschichten, um mindestens 1% und höchstens 45% verstimmt. Bevorzugt beträgt die Verstimmung gegenüber D/2 mindestens 2% und höchstens 35%, besonders bevorzugt mindestens 5% und höchstens 20%, beispielsweise 8% . Insbesondere weisen alle Halbleiterschichten, die auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet sind, insbesondere die den Bragg-Spiegel bildenden Halbleiterschichten, eine prozentual gleiche Verstimmung auf. So kann die Abhängigkeit der Peak- Wellenlänge der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung besonders wirkungsvoll vermindert werden.Further, all semiconductor layers which are arranged on the side of the active region which faces away from the radiation passage area, in particular the semiconductor layers forming the Bragg mirror, are detuned by at least 1% and at most 45%. Preferably, the detuning to D / 2 is at least 2% and at most 35%, more preferably at least 5% and at most 20%, for example 8%. In particular, all semiconductor layers which are on the the radiation passage area facing away from the active area are arranged, in particular the Bragg mirror forming semiconductor layers, a percentage equal detuning. Thus, the dependence of the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region can be reduced particularly effectively.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper eine an die Strahlungsdurchtrittsflache angrenzende Fensterschicht auf. Diese ist bevorzugt durch eine der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten und gezielt verstimmten Halbleiterschichten gebildet. Zwischen der Fensterschicht und dem aktiven Bereich kann eine weitere Halbleiterschicht angeordnet sein.In a further preferred refinement, the semiconductor body has a window layer adjoining the radiation passage area. This is preferably formed by one of the outside of the active region arranged and deliberately detuned semiconductor layers. Between the window layer and the active region, a further semiconductor layer may be arranged.
Bevorzugt weist eine der zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten, beispielsweise die Fensterschicht, eine Bandlücke auf, die hinreichend groß ist, so dass vom aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung bei der Transmission durch diese Halbleiterschicht nicht oder nur geringfügig absorbiert wird. So können Absorptionsverluste der zu verstärkenden Strahlungsleistung vorteilhaft reduziert werden .Preferably, one of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area, for example the window layer, has a band gap which is sufficiently large so that radiation to be amplified by the active area is not or only slightly absorbed during the transmission through this semiconductor layer. Thus, absorption losses of the radiation power to be amplified can be advantageously reduced.
Weiterhin bevorzugt ist die Bandlücke einer der eine der zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten, beispielsweise die Bandlücke der Fensterschicht, größer als diejenige der Barrieren im aktiven Bereich, so dass diese Halbleiterschicht im aktiven Bereich erzeugte freie Ladungsträger daran hindern kann, zur Strahlungsdurchtrittsflache zu gelangen. Nichtstrahlende Rekombination dieser freien Ladungsträger an der Strahlungsdurchtrittsflache kann so weitgehend vermieden werden. Dadurch kann mit Vorteil die Ausgangsleistung der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung bei gleicher Pumpleistung gesteigert werden.Further preferably, the bandgap of one of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area, for example the band gap of the window layer, is greater than that of the barriers in the active area, so that this semiconductor layer in the active area can prevent free charge carriers generated therefrom, to the radiation passage area to get. Non-radiative recombination of these free charge carriers The radiation passage area can be largely avoided. As a result, the output power of the radiation to be amplified in the active region can advantageously be increased with the same pump power.
Weiterhin können die zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten p- dotiert, n-dotiert, intrinsisch oder im Wesentlichen undotiert sein. Dotierte Halbleiterschichten können zur Injektion von Ladungsträgern in den aktiven Bereich dienen.Furthermore, the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area may be p-doped, n-doped, intrinsic or substantially undoped. Doped semiconductor layers can be used to inject charge carriers into the active region.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die optische Schichtdicke von mindestens einer der zwischen dem aktiven Bereich und der Strahlungsdurchtrittsflache angeordneten Halbleiterschichten, beispielsweise optische Schichtdicke der Fensterschicht, gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 1% oder mehr und um 45% oder weniger, bevorzugt um 2% oder mehr und um 35% oder weniger, besonders bevorzugt um 5% oder mehr und um 30% oder weniger, verstimmt. Insbesondere sind die optischen Schichtdicken von allen zwischen dem aktiven Bereich und derIn a further preferred refinement, the optical layer thickness of at least one of the semiconductor layers arranged between the active area and the radiation passage area, for example the optical layer thickness of the window layer, is 1% or more and 45% or less relative to an integer multiple of D relative to D; preferably detuned by 2% or more and by 35% or less, more preferably by 5% or more and by 30% or less. In particular, the optical layer thicknesses of all between the active region and the
Strahlungsdurchtrittsfläche angeordneten Halbleiterschichten, gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 1% oder mehr und um 45% oder weniger, bevorzugt um 2% oder mehr und um 35% oder weniger, besonders bevorzugt um 5% oder mehr und um 30% oder weniger, verstimmt. Weiterhin bevorzugt sind die optischen Schichtdicken der zwischen dem aktiven Bereich und der Fensterschicht gegenüber dem einschließlich zweifachen bis einschließlich fünffachen von D gezielt verstimmt .Radiation passage area arranged semiconductor layers, against an integer multiple of D relative to D by 1% or more and by 45% or less, preferably by 2% or more and by 35% or less, more preferably by 5% or more and by 30% or less, out of tune. It is furthermore preferred that the optical layer thicknesses of D between the active region and the window layer are deliberately detuned from D to twice, including five times, by D.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Verstimmung der zwischen der Strahlungsdurchtrittsfläche und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten eine bezüglich der Verstimmung der auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten, insbesondere die Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels, ein entgegengesetztes Vorzeichen auf. Besonders bevorzugt sind die zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten positiv verstimmt und die auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten, insbesondere die Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels, negativ verstimmt. So kann die Abhängigkeit der Peak- Wellenlänge der vom Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung von der Temperatur des aktiven Bereichs und somit die Änderung der Peak-Wellenlänge bei einer Änderung der Ausgangsleistung der vom Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung besonders wirkungsvoll vermindert werden.In a preferred embodiment, the detuning of the between the radiation passage area and the active Area arranged semiconductor layers with respect to the detuning of the on the radiation passage area facing away from the side of the active region disposed semiconductor layers, in particular the semiconductor layers of the Bragg mirror, an opposite sign. Particularly preferably, the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area are positively detuned and the semiconductor layers arranged on the side of the active area remote from the radiation passage area, in particular the semiconductor layers of the Bragg mirror, are negatively detuned. Thus, the dependence of the peak wavelength of the radiation to be amplified by the semiconductor body on the temperature of the active region and thus the change in the peak wavelength at a change in the output power to be amplified by the semiconductor body radiation can be reduced particularly effective.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieIn a preferred embodiment, the
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers mittels eines epitaktischen Abscheideprozesses, beispielsweise mittels MBE oder MOVPE, auf einem Aufwachssubstrat hergestellt. Dieses kann beispielsweise ein III-V-Halbleitermaterial wie GaAs enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.Semiconductor layer sequence of the semiconductor body by means of an epitaxial deposition process, for example by MBE or MOVPE, produced on a growth substrate. This may for example contain a III-V semiconductor material such as GaAs or consist of such a material.
Bevorzugt enthalten die Quantenschichten InxGai-xAs mit 0 ≤x ≤l . Besonders bevorzugt ist ein Indium-Gehalt von 0,05 ≤ x ≤ 0,25. InGaAs-haltige Quantenschichten eignen sich besonders für die Erzeugung von Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 900nm bis etwa l,5μm.The quantum layers preferably contain In x Gai -x As with 0 ≦ x ≦ l. Particularly preferred is an indium content of 0.05 ≦ x ≦ 0.25. InGaAs-containing quantum layers are particularly suitable for the generation of radiation in the wavelength range from about 900 nm to about 1.5 μm.
Die Zwischenschichten sowie die Barrieren können GaASi-yPy mit 0 ≤ y ≤l oder AlzGai-2As mit 0 ≤ z < 1 enthalten. Hierbei haben sich Werte von 0,05 < y < 0,25 und 0,02 ≤ z < 0,15 als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere kann eine Barriere durch eine Mehrzahl von Barriereschichten gebildet sein, wobei die Barriereschichten unterschiedliche Materialien enthalten können.The intermediate layers as well as the barriers can contain GaASi -y P y with 0 ≦ y ≦ l or Al z Gai -2 As with 0 ≦ z <1. in this connection values of 0.05 <y <0.25 and 0.02 ≦ z <0.15 have proved to be particularly advantageous. In particular, a barrier may be formed by a plurality of barrier layers, wherein the barrier layers may contain different materials.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist dieIn a preferred embodiment, the
Halbleiterschichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, verspannungskompensiert ausgeführt .Semiconductor layer sequence, in particular the active region, designed to be voltage-compensated.
Eine Halbleiterschichtenfolge wird als verspannungskompensiert bezeichnet, wenn die Halbleiterschichtenfolge derart durch druckverspannte und durch zugverspannte Halbleiterschichten gebildet ist, dass sich die Verspannungen gegenseitig kompensieren oder im wesentlichen kompensieren. Mittels dieser VerSpannungskompensation ist es möglich, vergleichsweise dicke Halbleiterschichtstapel mit hoher Kristallqualität abzuscheiden. Kristalldefekte wie Versetzungen, die in stark verspannten Schichten vermehrt auftreten, können so vorteilhaft vermieden werden.A semiconductor layer sequence is termed stress-compensated if the semiconductor layer sequence is formed by pressure-stressed and tension-stressed semiconductor layers in such a way that the stresses compensate each other or substantially compensate each other. By means of this voltage compensation, it is possible to deposit comparatively thick semiconductor layer stacks with high crystal quality. Crystal defects such as dislocations, which occur increasingly in highly stressed layers, can thus be advantageously avoided.
Besonders bevorzugt ist der aktive Bereich so ausgebildet, dass die Verspannung der Quantenschichten einer Quantenstruktur, durch die Verspannung der zugehörigen Zwischenschichten und eine an die Quantenstruktur angrenzende Barriere kompensiert ist.Particularly preferably, the active region is designed so that the strain of the quantum layers of a quantum structure, is compensated by the strain of the associated intermediate layers and a barrier adjacent to the quantum structure.
Beispielsweise kann die Verspannung einer druckverspannten InGaAs-haltigen Quantenschicht durch eine GaAsP-haltige Barriere oder eine GaAsP-haltige Zwischenschicht kompensiert sein. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Resonator als externer Resonator ausgebildet. Der externe Resonator ist besonders bevorzugt mittels eines externen Resonatorspiegels gebildet. Der externe Resonatorspiegel ist insbesondere vom Halbleiterkörper beabstandet ausgeführt. Dabei befindet sich zwischen dem Resonatorspiegel und dem Halbleiterkörper bevorzugt ein Freilaufbereich, in dem im Resonator umlaufende Strahlung kein Festkörpermaterial durchläuft.For example, the stress of a pressure-stressed InGaAs-containing quantum well can be compensated by a GaAsP-containing barrier or a GaAsP-containing intermediate layer. In a further preferred embodiment, the resonator is designed as an external resonator. The external resonator is particularly preferably formed by means of an external resonator mirror. The external resonator mirror is designed in particular spaced from the semiconductor body. In this case, between the resonator mirror and the semiconductor body, there is preferably a free-wheeling region in which radiation circulating in the resonator does not pass through a solid-state material.
Besonders bevorzugt ist ein Strahlengang für im Resonator umlaufende Strahlung außerhalb des Halbleiterkörpers frei von modenselektierenden Elementen. Eine aufwändige Montage solcher Elemente ist mit Vorteil nicht erforderlich. Da eine Stabilisierung der Peak-Wellenlänge durch die geeignete gezielte Verstimmung von außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten erzielbar ist, kann auf zusätzliche Elemente innerhalb des Resonators zur Stabilisierung der Peak-Wellenlänge verzichtet werden. Dies betrifft insbesondere frequenzselektive Elemente wie Etalons, die in herkömmlichen Lasern zur Stabilisierung der Peak- Wellenlänge oder zur Selektion einer gewünschten Mode eingesetzt werden.Particularly preferred is a beam path for circulating in the resonator radiation outside the semiconductor body free of mode-selecting elements. A complex installation of such elements is not required with advantage. Since a stabilization of the peak wavelength can be achieved by the suitable targeted detuning of semiconductor layers arranged outside the active region, additional elements within the resonator for stabilizing the peak wavelength can be dispensed with. This applies in particular to frequency-selective elements such as etalons, which are used in conventional lasers for stabilizing the peak wavelength or for selecting a desired mode.
Besonders bevorzugt ist der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet, dass sich in dessen Betrieb im Resonator die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung bei Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs um 0,5%/lOOK oder weniger, bevorzugt um 0,2%/lOOK oder weniger, besonders um 0,1%/lOOK oder weniger ändert. Zusätzliche, außerhalb des Halbleiterkörpers im Resonator angeordnete und zur Wellenlängenstabilisierung vorgesehene, Elemente sind hierfür mit Vorteil nicht erforderlich. Eine Temperaturerhöhung des aktiven Bereichs kann beispielsweise bei einer Erhöhung der Leistung, mit der der Halbleiterkörper gepumpt wird, auftreten. Ursächlich hierfür ist Pumpleistung, die nicht in die gewünschte Laserstrahlung konvertiert wird, sondern als Verlustleistung zu einer Erwärmung des aktiven Bereichs führt. In der Folge geht bei einem Halbleiterkörper, bei dem die Peak-Wellenlänge der vom aktiven Bereich erzeugten Strahlung von der Temperatur des aktiven Bereichs abhängt, eine Änderung der Ausgangsleistung der im Betrieb des Halbleiterkörpers erzeugten Strahlung durch Änderung der Pumpleistung deshalb mit einer Änderung der Peak-Wellenlänge einher. Bei einem Halbleiterkörper, bei dem die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge gegenüber Änderungen der Temperatur des aktiven Bereichs vermindert ist, kann deshalb auch die Änderung der Peak-Wellenlänge bei einer Änderung der Ausgangsleistung vermindert sein.The semiconductor body is particularly preferably embodied as wavelength-stabilizing in such a way that, in its operation in the resonator, the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region changes by 0.5% / LOOK or less, preferably by 0.2%, when the temperature of the active region changes. / LOOK or less, especially around 0.1% / LOOK or less changes. Additional elements arranged outside the semiconductor body in the resonator and intended for wavelength stabilization are advantageously not required for this purpose. For example, a temperature increase of the active region may occur as the power at which the semiconductor body is pumped increases. The reason for this is pump power, which is not converted into the desired laser radiation, but as power loss leads to heating of the active area. Consequently, in the case of a semiconductor body in which the peak wavelength of the radiation generated by the active region depends on the temperature of the active region, a change in the output power of the radiation generated during operation of the semiconductor body by changing the pump power is therefore accompanied by a change in the peak power. Wavelength. Therefore, in a semiconductor body in which the dependence of the peak wavelength is reduced to changes in the temperature of the active region, the change in the peak wavelength can also be reduced with a change in the output power.
Im Falle eines optischen Pumpens des aktiven Bereichs beispielsweise nimmt deshalb die Temperatur des aktiven Bereichs bei Erhöhung der optischen Pumpleistung zu.For example, in the case of optical pumping of the active region, the temperature of the active region increases as the optical pump power increases.
Bei elektrischem Pumpen des aktiven Bereichs kann die Temperaturerhöhung des aktiven Bereichs durch eine Steigerung des in den aktiven Bereich injizierten Stroms verursacht werden. Bei einem Halbleiterkörper mit geeignet verstimmten, außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten, Halbleiterschichten kann beispielsweise die Änderung einer Peak-Wellenlänge im nahen Infrarot bei einer Temperaturänderung des aktiven Bereichs auf 0,05nm/K oder weniger, bevorzugt auf 0,02nm/K oder weniger, besonders bevorzugt auf 0,01nm/K oder weniger, verringert sein. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist im Resonator, insbesondere zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers und dem externen Resonatorendspiegel, ein nichtlinear-optisches Element, beispielsweise ein nichtlinear-optischer Kristall, angeordnet. Dieses nichtlinear-optische Element dient vorzugsweise der Konversion der im Resonator zu verstärkenden Strahlung in Strahlung mit einer anderen Wellenlänge mittels nichtlinear- optischer Frequenzmischung, etwa Frequenzvervielfachung. Besonders bevorzugt erfolgt durch die nichtlinear-optische Frequenzmischung, insbesondere durch Frequenzverdopplung, zumindest teilweise eine Konversion von nicht-sichtbarer Strahlung, beispielsweise von Strahlung im nahen Infrarotbereich, in sichtbare Strahlung. Durch die Anordnung des nichtlinear-optischen Elements innerhalb des Resonators kann eine nichtlinear-optische Strahlungskonversion besonders effizient erfolgen.When electrically pumping the active region, the temperature increase of the active region may be caused by an increase in the current injected into the active region. For example, in a semiconductor body having appropriately detuned semiconductor layers disposed outside the active region, the change of a near infrared peak wavelength at a temperature change of the active region may be 0.05nm / K or less, preferably 0.02nm / K or less, particularly preferably 0.01nm / K or less. In a further preferred refinement, a nonlinear optical element, for example a nonlinear optical crystal, is arranged in the resonator, in particular between the radiation passage area of the semiconductor body and the external resonator end mirror. This nonlinear optical element preferably serves to convert the radiation to be amplified in the resonator into radiation having a different wavelength by means of nonlinear optical frequency mixing, for example frequency multiplication. Due to the non-linear-optical frequency mixing, in particular by frequency doubling, particularly preferably, a conversion of non-visible radiation, for example of radiation in the near infrared range, into visible radiation takes place at least in part. Due to the arrangement of the non-linear optical element within the resonator, a non-linear optical radiation conversion can be carried out particularly efficiently.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper für ein elektrisches Pumpen des aktiven Bereichs vorgesehen. Dafür sind die außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten zweckmäßigerweise dotiert, so dass Ladungsträger über die außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten von beiden Seiten des aktiven Bereichs in den aktiven Bereich einprägbar sind. Vorzugsweise ist auf dem vorgefertigten Halbleiterkörper ein Kontakt angeordnet, der elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden ist. Ein Kontakt ist bevorzugt metallisch oder enthält ein TCO (transparent conductive oxide) -Material . Insbesondere ist auf beiden Seiten des Halbleiterkörpers jeweils zumindest eine Halbleiterschicht mit einem Kontakt elektrisch leitend verbunden, so dass bei Anlegen einer Spannung zwischen den Kontakten ein Strom in den Halbleiterkörper einprägbar ist.In a preferred embodiment, the semiconductor body is provided for an electrical pumping of the active region. For this purpose, the semiconductor layers arranged outside the active region are expediently doped, so that charge carriers can be impressed into the active region from both sides of the active region via the semiconductor layers arranged outside the active region. Preferably, a contact is disposed on the prefabricated semiconductor body, which is electrically conductively connected to the semiconductor body. A contact is preferably metallic or contains a TCO (transparent conductive oxide) material. In particular, at least one semiconductor layer is electrically conductively connected to a contact on both sides of the semiconductor body, so that at Applying a voltage between the contacts, a current can be impressed into the semiconductor body.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper für ein optisches Pumpen des aktiven Bereichs vorgesehen. Eine Dotierung derIn a further preferred embodiment, the semiconductor body is provided for optical pumping of the active region. A doping of
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers, insbesondere der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten, ist nicht erforderlich.Semiconductor layer sequence of the semiconductor body, in particular the arranged outside the active region semiconductor layers is not required.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Barrieren zur Absorption der von einer Pumpstrahlungsquelle in den Halbleiterkörper eingestrahlten Pumpstrahlung ausgebildet. Da die Ausdehnung der Barrieren entlang der Emissionsrichtung typischerweise größer ist als die Ausdehnung der Quantenstruktur, kann so ein größerer Anteil des aktiven Bereichs zur Absorption dienen, wodurch die Absorption der Pumpleistung im aktiven Bereich gefördert wird.In a preferred embodiment variant, the barriers for absorbing the pump radiation radiated into the semiconductor body by a pump radiation source are formed. Since the extent of the barriers along the emission direction is typically greater than the extension of the quantum structure, so a larger portion of the active region can serve for absorption, whereby the absorption of the pump power in the active region is promoted.
In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsvariante können die Quantenschichten zur Absorption der Pumpstrahlung ausgebildet sein. Dadurch kann die Energiedifferenz zwischen den im aktiven Bereich absorbierten Photonen und den zur Verstärkung im Resonator vorgesehenen emittierten Photonen reduziert werden. So kann vorteilhaft die in den aktiven Bereich aufgrund von Verlustleistung eingebrachte Wärme verringert werden.In an alternative or supplementary embodiment variant, the quantum layers can be designed to absorb the pump radiation. As a result, the energy difference between the photons absorbed in the active region and the emitted photons provided for amplification in the resonator can be reduced. Thus, advantageously, the heat introduced into the active region due to power loss can be reduced.
Bevorzugt ist die Pumpstrahlungsquelle zum lateralen Pumpen des Halbleiterkörpers vorgesehen, das heißt, die von der Pumpstrahlungsquelle erzeugte Pumpstrahlung verläuft parallel oder im wesentlichen parallel zur Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers und damit senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur vom aktiven Bereich des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung.The pump radiation source is preferably provided for the lateral pumping of the semiconductor body, that is, the pump radiation generated by the pump radiation source runs parallel or substantially parallel to the radiation passage area of the semiconductor body and thus perpendicular or in the Substantially perpendicular to the radiation to be amplified by the active region of the semiconductor body.
Bevorzugt handelt es sich bei der PumpstrahlungsquelIe um eine kantenemittierende Halbleiterlaser-Struktur. Beispielsweise kann die Pumpstrahlungsquelle als kantenemittierender Breitstreifenlaser ausgebildet sein.The pump radiation source is preferably an edge emitting semiconductor laser structure. For example, the pump radiation source may be formed as edge-emitting wide-band laser.
Es ist aber auch denkbar, den Halbleiterkörper seitens der Strahlungsdurchtrittsflache optisch zu pumpen. In diesem Fall trifft die Pumpstrahlung bevorzugt senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache oder schräg, das heißt, unter einem von 0° verschiedenen spitzen Winkel zu einer Normalen der Strahlungsdurchtrittsflache, auf die Strahlungsdurchtrittsflache .However, it is also conceivable to optically pump the semiconductor body from the radiation passage area. In this case, the pump radiation preferably strikes the radiation passage area perpendicularly or obliquely, that is, at an acute angle to a normal of the radiation passage area different from 0 °, onto the radiation passage area.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Pumpstrahlungsquelle und der Halbleiterkörper monolithisch integriert, das heißt, der Halbleiterkörper und die Pumpstrahlungsquelle sind auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden. Vorzugsweise sind die Pumpstrahlungsquelle und die Halbleiterschichtenfolge nebeneinander auf dem gemeinsamen Aufwachssubstrat angeordnet .In a preferred embodiment, the pump radiation source and the semiconductor body are monolithically integrated, that is, the semiconductor body and the pump radiation source are epitaxially deposited on a common growth substrate. Preferably, the pump radiation source and the semiconductor layer sequence are arranged side by side on the common growth substrate.
Die Schichtdicken der einzelnen Halbleiterschichten des Pumplasers beziehungsweise des Halbleiterkörpers lassen sich bei der Epitaxie sehr genau einstellen, so dass vorteilhafterweise eine hohe Positionierungsgenauigkeit der kantenemittierenden Struktur zum aktiven Bereich des vertikal emittierenden Halbleiterkörpers möglich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet, dass sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung bei einer Änderung einer absorbierten optischen Pumpleistung um 5nm/W oder weniger, bevorzugt um 2nm/W oder weniger, besonders bevorzugt um lnm/W oder weniger ändert. Die spektrale Position der Peak- Wellenlänge der vom Halbleiterkörper in vertikaler Richtung emittierten Laserstrahlung ist damit weitgehend unabhängig von der optischen Pumpleistung. Somit kann vorteilhaft die optische Pumpleistung variiert werden, ohne dass sich spektrale Position der Peak-Wellenlänge wesentlich verändert. Folglich kann innerhalb des vorgegebenen Betriebsbereichs des Halbleiterkörpers die Ausgangsleistung der vom Halbleiterkörper erzeugten Strahlung variiert werden, ohne dass sich die Peak-Wellenlänge wesentlich verändert.The layer thicknesses of the individual semiconductor layers of the pump laser or of the semiconductor body can be set very precisely in epitaxy, so that advantageously a high positioning accuracy of the edge-emitting structure to the active region of the vertically emitting semiconductor body is possible. In a preferred embodiment, the semiconductor body is embodied as wavelength-stabilizing in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region of the semiconductor body changes by 5 nm / W or less, preferably by 2 nm / W or less, if the absorbed pump power is changed changes by ln / W or less. The spectral position of the peak wavelength of the semiconductor body emitted in the vertical direction laser radiation is thus largely independent of the optical pump power. Thus, advantageously, the optical pump power can be varied without significantly changing the spectral position of the peak wavelength. Consequently, within the predetermined operating range of the semiconductor body, the output power of the radiation generated by the semiconductor body can be varied without the peak wavelength changing significantly.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper auf einem Träger angeordnet . Der Träger dient typischerweise der mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge. Der Träger kann durch das Aufwachssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge abgeschieden ist, gebildet sein.In a preferred embodiment, the semiconductor body is arranged on a carrier. The carrier typically serves to mechanically stabilize the semiconductor layer sequence. The carrier may be formed by the growth substrate on which the semiconductor layer sequence is deposited.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Träger vom Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden. Mit Vorteil muss der Träger im Gegensatz zu dem Aufwachssubstrat nicht die hohen Anforderungen hinsichtlich der kristallinen Reinheit erfüllen, sondern kann vielmehr im Hinblick auf andere Kriterien, wie beispielsweise mechanische Stabilität, optische, thermische oder elektrische Eigenschaften ausgewählt werden. Weiterhin bevorzugt ist der Träger auf einem Wärmeleitelement angeordnet. Insbesondere ist eine dem Halbleiterkörper abgewandte Seite des Trägers thermisch leitend mit dem Wärmeleitelement verbunden. Zwischen dem Träger und dem Halbleiterkörper kann eine thermisch leitende Verbindungsschicht angeordnet sein. Diese Verbindungsschicht kann beispielsweise eine Lotverbindung sein. Alternativ kann der Halbleiterkörper mit dem Träger auf das Wärmeleitelement geklemmt sein.In a preferred embodiment, the carrier is different from the growth substrate of the semiconductor layer sequence. Advantageously, unlike the growth substrate, the support does not have to meet the high requirements of crystalline purity, but rather may be selected in view of other criteria such as mechanical stability, optical, thermal or electrical properties. Further preferably, the carrier is arranged on a heat-conducting element. In particular, a side of the carrier facing away from the semiconductor body is thermally conductively connected to the heat-conducting element. A thermally conductive connection layer may be arranged between the carrier and the semiconductor body. This connection layer can be for example a solder connection. Alternatively, the semiconductor body may be clamped with the carrier on the heat conducting element.
Im Betrieb des Halbleiterkörpers durch Verlustleistung erzeugte Wärme kann über den Träger aus dem Halbleiterkörper in das Wärmeleitelement abgeführt werden. Der für die Wärmeabfuhr dominierende physikalische Effekt ist dabei die Wärmeleitung. Das Wärmeleitelement enthält bevorzugt eines der folgenden Materialien: Kupfer, Diamant, Silber, Al2O3, AlN, SiC, Ge, GaAs, BN, Kupfer-Diamant. Auch der Träger kann eines dieser Materialien enthalten.In the operation of the semiconductor body generated by power dissipation heat can be dissipated via the carrier from the semiconductor body into the heat conducting element. The dominant for the heat dissipation physical effect is the heat conduction. The heat conducting element preferably contains one of the following materials: copper, diamond, silver, Al 2 O 3 , AlN, SiC, Ge, GaAs, BN, copper-diamond. The wearer may also contain one of these materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig abgelöst. Die Ablösung kann dabei vollflächig oder bereichsweise erfolgt sein. Bevorzugt geschieht die Ablösung in einem mechanischen und/oder chemischen Prozess.In a preferred embodiment, the growth substrate is partially or completely detached. The detachment can be done over the entire area or in areas. The separation preferably takes place in a mechanical and / or chemical process.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst ein Halbleiterlaserbauelement den oberflächenemittierenden Halbleiterkörper und den Resonator. Insbesondere ist das Halbleiterlaserbauelement als Halbleiter-Scheibenlaser ausgeführt. Scheibenlaser weisen typischerweise eine vergleichsweise große Ausdehnung in lateraler Richtung bezogen auf die Ausdehnung in die dazu senkrechte vertikale Emissionsrichtung auf . Im aktiven Bereich im Betrieb des Scheibenlasers entstehende Wärme kann vorwiegend entlang der Emissionsrichtung, vorzugsweise über den Träger, aus dem Halbleiterkörper abgeführt werden. In lateraler Ausdehnung ist die Temperatur des aktiven Bereichs deshalb vergleichsweise homogen. Dies ermöglicht vorteilhaft eine hohe Strahlqualität der im Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung.In a further preferred embodiment, a semiconductor laser component comprises the surface-emitting semiconductor body and the resonator. In particular, the semiconductor laser component is designed as a semiconductor disk laser. Disk lasers typically have a comparatively large extent in the lateral direction with respect to the extent in the vertical vertical emission direction. In the active area in the operation of the Disk laser resulting heat can be dissipated mainly along the emission direction, preferably via the carrier, from the semiconductor body. In lateral expansion, therefore, the temperature of the active region is comparatively homogeneous. This advantageously allows a high beam quality of the radiation to be amplified in the semiconductor body.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist dasIn a preferred embodiment that is
Halbleiterlaserbauelement zum optischen Pumpen eines Lasers, beispielsweise eines Faserlasers, eines Festkörperlasers oder eines Halbleiterlasers vorgesehen. EinSemiconductor laser device for optically pumping a laser, such as a fiber laser, a solid-state laser or a semiconductor laser provided. One
Halbleiterlaserbauelement mit stabilisierter Peak-Wellenlänge der im Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung ist zum optischen Pumpen eines Lasers besonders geeignet, da die Peak-Wellenlänge weitgehend unabhängig von der Temperatur des aktiven Bereichs auf ein Absorptionsspektrum des zu pumpenden Lasers abgestimmt sein kann. Eine sich verringernde Effizienz des optischen Pumpens durch das Halbleiterlaserbauelement aufgrund einer Änderung der Peak-Wellenlänge der vom Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung kann so weitgehend vermieden werden.Semiconductor laser device with stabilized peak wavelength of the radiation to be amplified in the semiconductor body is particularly suitable for the optical pumping of a laser, since the peak wavelength can be largely independent of the temperature of the active region tuned to an absorption spectrum of the laser to be pumped. A decreasing efficiency of optical pumping by the semiconductor laser device due to a change in the peak wavelength of the radiation to be amplified by the semiconductor body can thus be largely avoided.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Halbleiterlaserbauelement zum Betrieb in einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einer Projektionsanordnung, vorgesehen. Besonders bevorzugt ist dasIn a further preferred development, the semiconductor laser component is intended for operation in a display device, in particular a projection arrangement. This is particularly preferred
Halbleiterlaserbauelement zur Erzeugung von grünem Licht vorgesehen, wobei beispielsweise eine Konversion von im Halbleiterkörper erzeugter Strahlung mittels Frequenzverdopplung in grünes Licht erfolgt . Von der bisherigen Beschreibung der Erfindung abweichend, ist es auch denkbar, dass eine außerhalb des aktiven Bereichs angeordnete, und gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D/2 verstimmte Schicht als eine dielektrische Schicht ausgebildet ist, die seitens der Strahlungsdurchtrittsflache auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist.Provided semiconductor laser device for generating green light, for example, a conversion of radiation generated in the semiconductor body by means of frequency doubling takes place in green light. Deviating from the previous description of the invention, it is also conceivable that a layer arranged outside the active region and deliberately detuned with respect to an integer multiple of D / 2 is designed as a dielectric layer which is arranged on the semiconductor body on the part of the radiation passage area.
Hierbei erfolgt die Abscheidung der dielektrischen Schicht bevorzugt auf dem vorgefertigten Halbleiterkörper, beispielsweise mittels Sputterns oder Aufdampfens .In this case, the deposition of the dielectric layer preferably takes place on the prefabricated semiconductor body, for example by means of sputtering or vapor deposition.
Eine Stabilisierung der Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich eines Halbleiterkörpers erzeugten Strahlung gegenüber einer Änderung der Ausgangsleistung und/oder gegenüber einer Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs kann in diesem Fall mittels der gezielten Verstimmung der dielektrischen Schicht anstatt der gezielten Verstimmung einer außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschicht erfolgen.A stabilization of the peak wavelength of the radiation generated in the active region of a semiconductor body against a change in the output power and / or a change in the temperature of the active region in this case by means of the targeted detuning of the dielectric layer instead of the targeted detuning one outside the active region arranged semiconductor layer take place.
Insbesondere kann so auf eine Halbleiterschicht, die zwischen dem aktiven Bereich und der Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers angeordnet und gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D/2 verstimmt ist, verzichtet werden.In particular, it is thus possible to dispense with a semiconductor layer which is arranged between the active region and the radiation passage area of the semiconductor body and is deliberately detuned with respect to an integer multiple of D / 2.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further features, advantageous embodiments and advantages of the invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers ,Show it: FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht für eine alternative Ausführung des aktiven Bereichs des ersten Ausführungsbeispiels .Figure 2 is a schematic sectional view of an alternative embodiment of the active region of the first embodiment.
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers ,FIG. 3 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers ,FIG. 4 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of a semiconductor body according to the invention,
Figur 5 ein Ergebnis einer Messung der Peak-Wellenlänge λE der in einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper im Betrieb in einem Resonator erzeugten Strahlung als Funktion der im aktiven Bereich absorbierten Pumpleistung PA verglichen mit dem Ergebnis einer entsprechenden Messung an einem herkömmlichen Halbleiterkörper,5 shows a result of a measurement of the peak wavelength λ E of the radiation generated in operation in a resonator in a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed in the active region pump power P A compared with the result of a corresponding measurement on a conventional semiconductor body,
Figur 6A einen simulierten Verlauf der Änderung der Peak- Wellenlänge ΔλE der in einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper im Betrieb erzeugten Strahlung als Funktion der absorbierten Pumpleistung PA und Figur 6B einen entsprechenden simulierten Verlauf für einen herkömmlichen Halbleiterkörper,6A shows a simulated course of the change in the peak wavelength Δλ E of the radiation generated in operation in a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed pump power P A, and FIG. 6B a corresponding simulated curve for a conventional semiconductor body,
Figur 7, ein Ergebnis einer Messung einer von einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper emittierten Strahlungsleistung PE als Funktion der absorbierten Pumpleistung PA im Vergleich zu einem Ergebnis einer entsprechenden Messung an einem herkömmlichen Halbleiterkörper, und7 shows a result of a measurement of a radiation power P E emitted by a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed one Pumping power P A compared to a result of a corresponding measurement on a conventional semiconductor body, and
Figur 8, ein Ergebnis einer Messung der Peak-Wellenlänge λE der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung als Funktion deren Ausgangsleistung PE.8 shows a result of a measurement of the peak wavelength λ E of the radiation generated in the active region as a function of its output power P E.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The same, similar and equally acting elements are provided in the figures with the same reference numerals.
In Figur 1 ist schematisch eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers 1 gezeigt. Der Halbleiterkörper umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2, die einen aktiven Bereich 3 aufweist. Ferner weist der Halbleiterkörper eine Strahlungsdurchtrittsflache 11 für im aktiven Bereich zu erzeugende Strahlung auf. Der Halbleiterkörper ist auf einem Träger 10 angeordnet, wobei der Träger beispielhaft durch ein GaAs-Aufwachssubstrat 10 für die Halbleiterschichtenfolge gebildet ist.FIG. 1 schematically shows a sectional view of a semiconductor body 1 according to the invention. The semiconductor body comprises a semiconductor layer sequence 2, which has an active region 3. Furthermore, the semiconductor body has a radiation passage area 11 for radiation to be generated in the active region. The semiconductor body is arranged on a carrier 10, wherein the carrier is formed, for example, by a GaAs growth substrate 10 for the semiconductor layer sequence.
Der aktive Bereich 3 umfasst eine Mehrzahl von Quantenstrukturen 40, bevorzugt 5 Quantenstrukturen oder mehr, besonders bevorzugt 10 Quantenstrukturen oder mehr, beispielsweise 14 Quantenstrukturen. Eine hinreichend große Anzahl von Quantenstrukturen ist vorteilhaft, da dadurch die Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung gesteigert werden kann. Da sich mit zunehmender Zahl der Quantenstrukturen bei der Herstellung auch die Dauer der Abscheidung erhöht, beträgt die Anzahl der Quantenstrukturen typischerweise 30 oder weniger, bevorzugt 20 oder weniger. Zwei benachbarte Quantenstrukturen 40 sind jeweils durch eine Barriere 45 voneinander getrennt. Dabei weist die Barriere 45 jeweils eine erste Barriereschicht 46 und eine zweite Barriereschicht 47 auf. Bevorzugt ist die Barriere 45 mindestens so dick wie die Quantenstruktur, bevorzugt mindestens doppelt so dick wie die Dicke der Quantenstruktur, besonders bevorzugt mindestens fünfmal so dick wie die Dicke der Quantenstruktur.The active region 3 comprises a plurality of quantum structures 40, preferably 5 quantum structures or more, particularly preferably 10 quantum structures or more, for example 14 quantum structures. A sufficiently large number of quantum structures is advantageous because it can increase the output power of the radiation generated in the active region. As the number of quantum structures in the fabrication increases, so does the duration of deposition, the number of quantum structures is typically 30 or less, preferably 20 or less. Two adjacent quantum structures 40 are each separated by a barrier 45. In this case, the barrier 45 in each case has a first barrier layer 46 and a second barrier layer 47. The barrier 45 is preferably at least as thick as the quantum structure, preferably at least twice as thick as the thickness of the quantum structure, particularly preferably at least five times as thick as the thickness of the quantum structure.
Eine Quantenstruktur 40 ist durch eine Quantenschicht 41 gebildet. Der geometrische Mittelpunkt der Quantenstruktur 40 bezüglich deren Ausdehnung entlang der Emissionsrichtung entspricht damit dem geometrischen Mittelpunkt der Quantenschicht 41 entlang der Emissionsrichtung.A quantum structure 40 is formed by a quantum layer 41. The geometric center of the quantum structure 40 with respect to its extent along the emission direction thus corresponds to the geometric center of the quantum layer 41 along the emission direction.
Die Quantenschicht 41 enthält beispielhaft Ino,2Gao,8As und ist 10 nra dick. Die erste Barriereschicht 46 ist hierbei durch eine 50 ran breite Schicht aus GaAsP gebildet. Diese Barriereschicht ist zur Kompensation der Verspannung der druckverspannten InGaAs-Quantenschicht 41 ausgebildet.The quantum layer 41 contains by way of example In o , 2 Ga o , 8 As and is 10 nm thick. The first barrier layer 46 is formed by a 50 ran wide layer of GaAsP. This barrier layer is designed to compensate for the strain of the pressure-stressed InGaAs quantum layer 41.
Die Dicke der ersten Barriereschicht 46 ist dabei bevorzugt so gewählt, dass die Verspannung der Barriereschicht betragsmäßig gleich oder im wesentlichen gleich der Verspannung der Quantenschicht, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen ist, so dass sich diese Verspannungen gegenseitig kompensieren. Die erste Barriereschicht 46 ist auf der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Seite der Quantenschicht 41 angeordnet. Alternativ kann die Barriereschicht auf der der Strahlungsdurchtrittsflache zugewandten Seite der Quantenschicht angeordnet sein. Als weitere Alternative kann die Quantenschicht 41 beispielsweise zwischen zwei GaAsP-haltigen ersten Barriereschichten 46 eingebettet sein, wobei die Dicke der beiden GaAsP-haltigen ersten Barriereschichten mit jeweils etwa 25 nm wiederum so gewählt ist, dass die Verspannung der beiden GaAsP-haltigen ersten Barriereschichten 46 diejenige der Quantenschicht 41 kompensiert .The thickness of the first barrier layer 46 is preferably selected so that the tension of the barrier layer is equal in magnitude or substantially equal to the strain of the quantum layer, but with opposite signs, so that these distortions compensate each other. The first barrier layer 46 is arranged on the side of the quantum layer 41 facing away from the radiation passage area. Alternatively, the barrier layer may be arranged on the side of the quantum layer facing the radiation passage area. As a further alternative, the quantum layer 41 may, for example, be between two GaAsP-containing first barrier layers 46 embedded, wherein the thickness of the two GaAsP-containing first barrier layers, each with about 25 nm is in turn selected so that the strain of the two GaAsP-containing first barrier layers 46 compensates that of the quantum layer 41.
Die zweite Barriereschicht 47 ist beispielhaft durch AlGaAs gebildet und 92nm dick. Diese ternäre Halbleiterverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gitterkonstante mit zunehmendem Al-Gehalt nur sehr langsam zunimmt. AlGaAs- Schichten wachsen auf einem GaAs-Aufwachssubstrat deshalb annähernd unverspannt auf, was die Abscheidung von dicken Schichten mit hoher Kristallqualität ermöglicht. Der Abstand zwischen den geometrischen Mittelpunkten zweier benachbarter Quantenstrukturen 40 entlang der Emissionsrichtung ist damit auf einfache Weise über die Dicke der zweiten Barriereschicht 47 einstellbar.The second barrier layer 47 is exemplified by AlGaAs and 92nm thick. This ternary semiconductor compound is characterized in that the lattice constant increases only very slowly with increasing Al content. As a result, AlGaAs layers grow approximately unstrained on a GaAs growth substrate, allowing the deposition of thick layers of high crystal quality. The distance between the geometric centers of two adjacent quantum structures 40 along the emission direction is thus adjustable in a simple manner over the thickness of the second barrier layer 47.
Der Halbleiterkörper 1 ist zum Betrieb in einem Resonator vorgesehen. Typischerweise weicht der mittlere Abstand D zwischen den geometrischen Mittelpunkten zweier benachbarter Quantenstrukturen 40 um weniger als 5%, bevorzugt um weniger als 2%, besonders bevorzugt um weniger als 1% vom Abstand zwischen zwei benachbarten Maxima des Stehwellenfeldes, das sich im Betrieb des Halbleiterkörpers 1 im Resonator ausbildet, ab. So kann der geometrische Mittelpunkt jeder Quantenstruktur 40 nahe einem Maximum des Stehwellenfeldes angeordnet sein. Dadurch kann im Betrieb desThe semiconductor body 1 is provided for operation in a resonator. Typically, the mean distance D between the geometrical centers of two adjacent quantum structures 40 deviates by less than 5%, preferably by less than 2%, particularly preferably by less than 1%, from the distance between two adjacent maxima of the standing wave field resulting during operation of the semiconductor body 1 in the resonator, from. Thus, the geometric center of each quantum structure 40 may be located near a maximum of the standing wave field. This can be during operation of the
Halbleiterkörpers vorteilhaft die Verstärkung für im aktiven Bereich 3 zu verstärkende Strahlung optimiert werden. Der Abstand zweier benachbarter Maxima des Stehwellenfeldes entspricht dabei der halben Peak-Wellenlänge im Halbleiterkörper der im Resonator umlaufenden und im Halbleiterkörper zu verstärkenden Strahlung.Semiconductor body advantageously the gain for in the active region 3 to be amplified radiation can be optimized. The distance between two adjacent maxima of the standing wave field corresponds to half the peak wavelength in Semiconductor body of the circulating in the resonator and in the semiconductor body to be amplified radiation.
Bevorzugt sind die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen 40 in einem äquidistanten, und damit dem mittleren Abstand D entsprechenden, Abstand angeordnet. Insbesondere weicht D wiederum möglichst wenig vom Abstand zweier benachbarter Maxima des Stehwellenfeldes ab. So kann der geometrische Mittelpunkt jeder Quantenstruktur 40 genau im Maximum des Stehwellenfeldes angeordnet sein.Preferably, the geometric centers of the quantum structures 40 are arranged in an equidistant, and thus the average distance D corresponding distance. In particular, D in turn deviates as little as possible from the distance between two adjacent maxima of the standing wave field. Thus, the geometric center of each quantum structure 40 may be located exactly in the maximum of the standing wave field.
Der aktive Bereich des in Figur 1 gezeigtenThe active region of the one shown in FIG
Ausführungsbeispiels ist zur Erzeugung von Laserstrahlung mit einer Peak-Wellenlänge von etwa 1060 nm vorgesehen.Embodiment is provided for generating laser radiation having a peak wavelength of about 1060 nm.
Selbstverständlich sind Materialzusammensetzungen und Schichtdicken der Halbleiterschichten des aktiven Bereichs 3 nicht auf die in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Werte beschränkt. Durch geeignete Variation der Materialzusammensetzungen und Schichtdicken kann auch Strahlung mit einer anderen Peak-Wellenlänge, beispielsweise im nahen Infrarot, erzeugt werden.Of course, material compositions and layer thicknesses of the semiconductor layers of the active region 3 are not limited to the values given in this embodiment. By suitable variation of the material compositions and layer thicknesses, it is also possible to generate radiation with a different peak wavelength, for example in the near infrared.
Insbesondere kann die Quantenschicht 41 InxGai-xAs mit 0 ≤ x ≤ 1, vorzugsweise mit 0,05 ≤ x ≤ 0,25, enthalten. Bei einem höheren In-Gehalt verringert sich beispielsweise die Bandlücke, so dass auch Halbleiterkörper 1 zur Erzeugung von Strahlung mit einer größeren Peak-Wellenlänge möglich sind.In particular, the quantum layer 41 In x Gai -x As may contain 0 ≦ x ≦ 1, preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.25. At a higher In content, for example, the band gap decreases, so that semiconductor bodies 1 are also possible for generating radiation having a larger peak wavelength.
Die erste Barriereschicht 46 kann GaASi-7P7 mit 0 < y < 1, vorzugsweise mit 0,05 ≤ y ≤ 0,25, enthalten. Die zweite Barriereschicht 47 kann AlzGai-zAs, mit 0 ≤ z ≤ 1, vorzugsweise mit 0,02 ≤z < 0,2, enthalten. Die für die Quantenstruktur und die Barriere angegebenen Materialzusammensetzungen umfassen dabei insbesondere jeweils die binären Halbleiterkristalle GaAs, InAs, GaP und AlAs, und die daraus bildbaren ternären Halbleiterkristalle InGaAs, AlGaAs und GaAsP.The first barrier layer 46 may include GaASi -7 P 7 with 0 <y <1, preferably with 0.05 ≦ y ≦ 0.25. The second barrier layer 47 may comprise Al z Ga z As, with 0 ≦ z ≦ 1, preferably with 0.02 ≦ z <0.2. In particular, the material compositions specified for the quantum structure and the barrier comprise in each case the binary semiconductor crystals GaAs, InAs, GaP and AlAs, and the ternary semiconductor crystals InGaAs, AlGaAs and GaAsP which can be formed therefrom.
Der aktive Bereich kann alternativ durch derart gitterangepasste Materialen gebildet sein, dass eine VerSpannungskompensation nicht erforderlich ist. Auf die zweite Barriereschicht 47 kann dann verzichtet werden.Alternatively, the active region may be formed by such lattice-matched materials that voltage compensation is not required. The second barrier layer 47 can then be dispensed with.
Beispielsweise kann ein aktiver Bereich, für den keine VerSpannungskompensation nötig ist, durch eine GaAs- Quantenschicht und eine AlzGai-zAs-Barriere mit 0 ≤ z < 1 gebildet sein.For example, an active region, for which no voltage compensation is necessary, can be formed by a GaAs quantum layer and an Al z Gai -z As barrier with 0 ≦ z <1.
Auch andere III-V-Halbleitermaterialien, beispielsweise InP oder GaSb sowie ternäre oder quaternäre Halbleiterkristalle, die mit GaAs, GaP, InP, AlAs oder InAs gebildet werden können, können als Materialien für dieOther III-V semiconductor materials, such as InP or GaSb, as well as ternary or quaternary semiconductor crystals which can be formed with GaAs, GaP, InP, AlAs or InAs can also be used as materials for the
Halbleiterschichtenfolge 2, insbesondere für den aktiven Bereich 3, Verwendung finden.Semiconductor layer sequence 2, in particular for the active region 3, find use.
Außerhalb des aktiven Bereichs sind auf der der Strahlungsdurchtrittsflache 11 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 3 Halbleiterschichten angeordnet, welche einen Bragg-Spiegel 6 bilden. Dieser Bragg-Spiegel fungiert als ein Spiegel des Resonators. Der Bragg-Spiegel umfasst 26 Halbleiterschichtenpaare 60, wobei die Zahl der Halbleiterschichtenpaare auch von diesem Wert abweichen kann. Typisch für die Anzahl der Halbleiterschichtenpaare ist ein Wert zwischen einschließlich 10 und einschließlich 40. Dadurch kann eine ausreichend hohe Reflektivität des Bragg- Spiegels für im Resonator zu verstärkende Strahlung bei gleichzeitiger bei der Herstellung hinreichend kurzer Abscheidedauer des Bragg-Spiegels erreicht werden.Outside the active region 3 semiconductor layers are arranged on the side facing away from the radiation passage area 11 of the active region, which form a Bragg mirror 6. This Bragg mirror acts as a mirror of the resonator. The Bragg mirror comprises 26 semiconductor layer pairs 60, wherein the number of semiconductor layer pairs can also deviate from this value. Typical of the number of semiconductor layer pairs is a value between 10 and 40 inclusive. As a result, a sufficiently high reflectivity of the Bragg mirror for radiation to be amplified in the resonator can be achieved while simultaneously producing a sufficiently short deposition time of the Bragg mirror.
In dem Halbleiterschichtenpaar 60 ist eine Halbleiterschicht 61 durch GaAs und eine Halbleiterschicht 62 durch AlAs gebildet. Mit diesen Materialien kann der Bragg-Spiegel 6 besonders effizient ausgebildet sein, da die Brechungsindizes dieser beiden Materialien bei ähnlicher Gitterkonstante vergleichsweise stark unterschiedlich sind. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest eine der Schichten ein ternäres AlGaAs-Material oder ein anderes Halbleiter-Material, insbesondere eines der für den aktiven Bereich 3 einsetzbaren Materialien, enthält.In the semiconductor layer pair 60, a semiconductor layer 61 is formed by GaAs, and a semiconductor layer 62 is formed by AlAs. With these materials, the Bragg mirror 6 can be designed to be particularly efficient, since the refractive indices of these two materials are comparatively strongly different for a similar lattice constant. However, it is also conceivable that at least one of the layers contains a ternary AlGaAs material or another semiconductor material, in particular one of the materials which can be used for the active region 3.
Die Dicke der Halbleiterschicht 61 beträgt 72 nm und die Dicke der Halbleiterschicht 62 beträgt 85 nm. Die daraus für die Halbleiterschichten 61 und 62 resultierenden optischen Schichtdicken sind gezielt gegenüber D/2 verstimmt. Für beide Schichten des Halbleiterschichtenpaars 60 sind die optischen Schichtdicken um etwa 8% kleiner als D/2. Dadurch kann die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung von der Temperatur des aktiven Bereichs besonders effizient vermindert werden.The thickness of the semiconductor layer 61 is 72 nm and the thickness of the semiconductor layer 62 is 85 nm. The resulting optical layer thicknesses for the semiconductor layers 61 and 62 are intentionally detuned to D / 2. For both layers of the semiconductor layer pair 60, the optical layer thicknesses are about 8% smaller than D / 2. As a result, the dependence of the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region on the temperature of the active region can be reduced particularly efficiently.
Typischerweise sind die optischen Schichtdicken aller Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6, insbesondere um den selben Prozentwert, gezielt gegenüber D/2 verstimmt. Es kann aber auch ausreichend sein, wenn nicht alle Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6 verstimmt sind. Insbesondere Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels, die in einem vergleichsweise großen Abstand zum aktiven Bereich angeordnet sind, müssen nicht zwingend gezielt gegenüber D/2 oder einem ganzzahligen Vielfachen von D/2 verstimmt sein. Eine oder eine Mehrzahl von Halbleiterschichten des Bragg- Spiegels kann demnach eine optische Schichtdicke von D/2 oder ein ungeradzahliges Vielfaches von D/2 aufweisen.Typically, the optical layer thicknesses of all semiconductor layers of the Bragg mirror 6, in particular by the same percentage, are deliberately detuned from D / 2. But it may also be sufficient if not all semiconductor layers of the Bragg mirror 6 are detuned. In particular, semiconductor layers of the Bragg mirror which are at a comparatively large distance from the active region are not necessarily intentionally detuned against D / 2 or an integer multiple of D / 2. One or a plurality of semiconductor layers of the Bragg mirror can therefore have an optical layer thickness of D / 2 or an odd multiple of D / 2.
Die Verstimmung der verstimmten Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6 kann von 8% abweichen. Bevorzugt beträgt die Abweichung der optischen Schichtdicke der verstimmten Schichten von D/2 1% oder mehr und 45% oder weniger. Insbesondere ist ein Bereich zwischen einschließlich 2% und einschließlich 35% vorteilhaft. Besonders bevorzugt ist eine Verstimmung zwischen einschließlich 5% und einschließlich 20%.The detuning of the detuned semiconductor layers of the Bragg mirror 6 can deviate from 8%. Preferably, the deviation of the optical layer thickness of the detuned layers from D / 2 is 1% or more and 45% or less. In particular, a range between 2% inclusive and 35% inclusive is advantageous. Particularly preferred is a detuning between 5% inclusive and 20% inclusive.
Die Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6 können p- dotiert, n-dotiert oder undotiert sein. Dotierte Halbleiterschichten sind besonders von Vorteil, wenn der Halbleiterkörper 1 für ein elektrisches Pumpen des aktiven Bereichs 3 vorgesehen ist. So können über den Bragg-Spiegel Ladungsträger in den aktiven Bereich injiziert werden. Bei einem Halbleiterkörper, der für optisches Pumpen des aktiven Bereichs vorgesehenen ist, kann auf eine Dotierung der Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6 verzichtet werden.The semiconductor layers of the Bragg mirror 6 may be p-doped, n-doped or undoped. Doped semiconductor layers are particularly advantageous when the semiconductor body 1 is provided for an electrical pumping of the active region 3. Thus, charge carriers can be injected into the active region via the Bragg mirror. In the case of a semiconductor body which is provided for optical pumping of the active region, doping of the semiconductor layers of the Bragg mirror 6 can be dispensed with.
Außerhalb des aktiven Bereichs ist eine Fensterschicht 52 angeordnet, welche die Strahlungsdurchtrittsflache 11 bildet. Die Fensterschicht 52 enthält In0,5Ga0, 5P und weist eine Dicke von 537 nm auf. Zwischen der Fensterschicht und dem aktiven Bereich 3 ist eine weitere Halbleiterschicht 51 angeordnet. Die Halbleiterschicht 51 enthält Alo,ioGao,9oAs und ist 333 nm dick. Die Bandlücke der Fensterschicht 52 ist so groß, dass die Fensterschicht für im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung transparent oder im wesentlichen transparent ist. So können durch Absorption bedingte Verluste von im Resonator zu verstärkender Strahlung vorteilhaft minimiert werden.Outside the active area, a window layer 52 is arranged, which forms the radiation passage area 11. The window layer 52 includes In 0 0 5GA, 5P and has a thickness of 537 nm. Between the window layer and the active region 3, a further semiconductor layer 51 is arranged. The semiconductor layer 51 contains Al o , io Ga o , 9 oAs and is 333 nm thick. The band gap of the window layer 52 is so large that the window layer is transparent or substantially transparent to radiation to be amplified in the active region. Thus, absorption-related losses of radiation to be amplified in the resonator can be advantageously minimized.
Weiterhin ist die Bandlücke der Fensterschicht 52 bevorzugt größer als diejenige der Halbleiterschichten innerhalb des aktiven Bereichs. Dadurch kann die Fensterschicht im aktiven Bereich erzeugte freie Ladungsträger daran hindern, zur Strahlungsdurchtrittsflache 11 zu gelangen. Nichtstrahlende Rekombination dieser freien Ladungsträger an der Strahlungsdurchtrittsflache kann so weitgehend vermieden werden, während eine strahlende Rekombination dieser Ladungsträger innerhalb des aktiven Bereichs gefördert werden kann. Dadurch kann mit Vorteil die Ausgangsleistung der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung bei gleicher Pumpleistung gesteigert werden.Furthermore, the bandgap of the window layer 52 is preferably larger than that of the semiconductor layers within the active region. As a result, the window layer in the active region can prevent free charge carriers generated from reaching the radiation passage area 11. Non-radiative recombination of these free charge carriers at the radiation passage area can thus be largely avoided, while radiative recombination of these charge carriers within the active region can be promoted. As a result, the output power of the radiation to be amplified in the active region can advantageously be increased with the same pump power.
Die optische Schichtdicke der Fensterschicht 52 beträgt das 3,26-fache von D und ist damit bezogen auf D um 26% gegenüber dem nächstgelegenen ganzzahligen Vielfachen von D verstimmt. Die optische Schichtdicke der Halbleiterschicht 51 beträgt das 2,16-fache von D und ist damit bezogen auf D um 16% gegenüber 2*D positiv verstimmt. Dadurch kann die Peak- Wellenlänge der im Betrieb des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung besonders wirkungsvoll gegenüber Änderungen der Temperatur des aktiven Bereichs stabilisiert werden.The optical layer thickness of the window layer 52 is 3.26 times D and is thus detuned by 26% relative to the nearest integer multiple of D. The optical layer thickness of the semiconductor layer 51 is 2.16 times that of D and is thus positively detuned with respect to D by 16% compared with 2 * D. As a result, the peak wavelength of the radiation to be amplified during operation of the semiconductor body can be stabilized particularly effectively with respect to changes in the temperature of the active region.
Die optischen Schichtdicken sowie die Verstimmung der zwischen dem aktiven Bereich 3 und der Strahlungsdurchtrittsfläche 11 kann selbstverständlich von 16% bzw. 26% abweichen. Bevorzugt weicht die optische Schichtdicke von zumindest einer der zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten und verstimmten Halbleiterschichten, beispielsweise der Fensterschicht 52, bezogen auf die D um 1% oder mehr und 45% oder weniger gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D verstimmt. Besonders bevorzugt liegt die Verstimmung der Halbleiterschichten zwischen einschließlich 2% und einschließlich 35%. Insbesondere kann die Verstimmung zwischen einschließlich 5% und einschließlich 30% betragen.The optical layer thicknesses as well as the detuning between the active region 3 and the radiation passage area 11 can of course 16% and 26% respectively. The optical layer thickness of at least one of the semiconductor layers arranged and detuned between the radiation passage area and the active area, for example the window layer 52, differs by 1% or more and 45% or less relative to an integer multiple of D relative to the D. Most preferably, the detuning of the semiconductor layers is between 2% and 35% inclusive. In particular, the detuning may be between 5% inclusive and 30% inclusive.
Die optischen Schichtdicken der Halbleiterschichten der zwischen dem aktiven Bereich 3 und der Strahlungsdurchtrittsflache 11 angeordneten Halbleiterschichten betragen bevorzugt das zwei- bis fünffache von D oder sind gegenüber dem zwei- bis fünffachen von D gezielt verstimmt. Optische Schichtdicken in diesem Bereich haben sich für eine Stabilisierung der Peak- Wellenlänge als besonders vorteilhaft erwiesen.The optical layer thicknesses of the semiconductor layers of the semiconductor layers arranged between the active region 3 and the radiation passage area 11 are preferably two to five times greater than D or are deliberately detuned by D from two to five times. Optical layer thicknesses in this range have proved to be particularly advantageous for stabilizing the peak wavelength.
Die zwischen dem aktiven Bereich 3 und der Strahlungsdurchtrittsflache 11 angeordnetenThe arranged between the active region 3 and the radiation passage area 11
Halbleiterschichten können auch Dicken aufweisen, die einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 entsprechen oder gegenüber dem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 gezielt verstimmt sind. Beispielsweise kann eine Halbleiterschicht mit einer Dicke, die einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 entspricht, die Wirkung einer Entspiegelungsschicht haben, so dass ungewollte Reflexionen an derSemiconductor layers may also have thicknesses that correspond to an odd multiple of D / 2 or are deliberately detuned with respect to the odd multiple of D / 2. For example, a semiconductor layer having a thickness that corresponds to an odd multiple of D / 2 may have the effect of an antireflection coating, so that unwanted reflections at the
Strahlungsdurchtrittsflache 11 der im aktiven Bereich 3 zu verstärkenden Strahlung beim Austritt aus dem Halbleiterkörper beziehungsweise beim Eintritt in den Halbleiterkörper seitens der Strahlungsdurchtrittsflache vermindert werden können.Radiation passage area 11 of the radiation to be amplified in the active region 3 at the exit from the semiconductor body or at the entrance to the Semiconductor body can be reduced by the radiation passage area.
Bevorzugt sind alle Halbleiterschichten, die zwischen dem aktiven Bereich und der Strahlungsdurchtrittsflache angeordnet sind, gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D verstimmt. Es kann für eine Wellenlängenstabilisierung aber auch ausreichend sein, wenn die optischen Schichtdicke von einer oder von mehreren der zwischen dem aktiven Bereich und derPreferably, all semiconductor layers, which are arranged between the active region and the radiation passage area, are deliberately detuned with respect to an integral multiple of D. However, it may also be sufficient for wavelength stabilization if the optical layer thickness of one or more of the between the active region and the
Strahlungsdurchtrittsflache angeordneten Halbleiterschichten von einem ganzzahligen Vielfachen von D abweicht.Radiation passage area arranged semiconductor layers deviates from an integer multiple of D.
Die Verstimmung der zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache und dem aktiven Bereich angeordneten Halbleiterschichten weist gegenüber der Verstimmung der auf der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandten Seite des aktiven Bereichs ein entgegengesetztes Vorzeichen auf. Dies hat sich für eine Verringerung der Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge von der Temperatur des aktiven Bereichs als besonders vorteilhaft erwiesen. Davon abweichend kann auch eine gezielte Verstimmung der Halbleiterschichten mit gleichem Vorzeichen, das heißt positiv verstimmte Halbleiterschichten auf beiden Seiten des aktiven Bereichs oder negativ verstimmte Halbleiterschichten auf beiden Seiten des aktiven Bereichs, eine Verringerung der Abhängigkeit der Peak- Wellenlänge von der Temperatur des aktiven Bereichs zur Folge haben .The detuning of the semiconductor layers arranged between the radiation passage area and the active area has an opposite sign to the detuning of the side of the active area which faces away from the radiation passage area. This has proved to be particularly advantageous for reducing the dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region. Deviating from this, a deliberate detuning of the semiconductor layers with the same sign, that is positively detuned semiconductor layers on both sides of the active region or negatively detuned semiconductor layers on both sides of the active region, can reduce the dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region Episode.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht für eine alternative Ausführung eines aktiven Bereichs 3 des ersten Ausführungsbeispiels. Dabei unterscheidet sich der aktive Bereich im wesentlichen durch den Aufbau der Mehrzahl von Quantenstrukturen 40, wovon eine Quantenstruktur exemplarisch dargestellt ist. Die Quantenstruktur 40 weist zwei Quantenschichten 41 auf. Diese Quantenschichten sind durch eine Zwischenschicht 42 voneinander getrennt. Eine Barriere 45 ist wiederum durch eine erste Barriereschicht 46 und eine zweite Barriereschicht 47 gebildet. DieFigure 2 shows a schematic sectional view for an alternative embodiment of an active region 3 of the first embodiment. In this case, the active area differs essentially by the structure of the plurality of Quantum structures 40, of which a quantum structure is shown as an example. The quantum structure 40 has two quantum layers 41. These quantum layers are separated by an intermediate layer 42. A barrier 45 is in turn formed by a first barrier layer 46 and a second barrier layer 47. The
MaterialZusammensetzung der Schichten des aktiven Bereichs kann wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben ausgeführt sein. Insbesondere kann die Zwischenschicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie die erste Barriereschicht 46 oder wie die zweite Barriereschicht 47.Material composition of the active region layers may be as described in connection with FIG. In particular, the intermediate layer may have the same composition as the first barrier layer 46 or like the second barrier layer 47.
Alternativ kann eine Quantenstruktur 40 auch mehr als zwei Quantenschichten 41 aufweisen. Bevorzugt ist die Zahl der Quantenschichten pro Quantenstruktur kleiner oder gleich 5, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 3. Bei einer hinreichend niedrigen Anzahl von Quantenschichten je Quantenstruktur ist es möglich, alle Quantenschichten einer Quantenstruktur im Bereich eines sich im Betrieb des Halbleiterkörpers im Resonator ausbildenden Maximums des Stehwellenfeldes anzuordnen, wodurch mit Vorteil alle Quantenschichten 41 besonders gut zur Verstärkung der Strahlung beitragen können.Alternatively, a quantum structure 40 may also have more than two quantum layers 41. Preferably, the number of quantum layers per quantum structure is less than or equal to 5, particularly preferably less than or equal to 3. With a sufficiently low number of quantum layers per quantum structure, it is possible to detect all quantum layers of a quantum structure in the region of a maximum of the quantum well that forms in the resonator during operation of the semiconductor body Standing wave field to arrange, which can contribute all the quantum wells 41 particularly well to enhance the radiation with advantage.
In Figur 3 ist schematisch eine Schnittansicht eines exemplarischen Halbleiterlaserbauelements 100 mit einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper 1 gezeigt. Der Halbleiterkörper ist für ein optisches Pumpen vorgesehen und weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die wie im Zusammenhang mit Figur 1 und Figur 2 beschrieben ausgeführt sein kann. Das Halbleiterlaserbauelement 100 ist alsFIG. 3 schematically shows a sectional view of an exemplary semiconductor laser component 100 having a semiconductor body 1 according to the invention. The semiconductor body is intended for optical pumping and has a semiconductor layer sequence 2, which may be designed as described in connection with FIG. 1 and FIG. The semiconductor laser device 100 is known as
Halbleiterscheibenlaser ausgeführt. Wie bei Scheibenlasern üblich, ist die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers, das heißt, die Ausdehnung in der Ebene derSemiconductor disk laser executed. As usual with disk lasers, the lateral extent of the semiconductor body, that is to say the expansion in the plane of the semiconductor body, is
Strahlungsdurchtrittsflache 11, typischerweise größer als die Ausdehnung in die dazu senkrechte Richtung, welche die Richtung der im Betrieb des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung darstellt.Radiation passage area 11, typically greater than the extension in the direction perpendicular thereto, which represents the direction of the radiation to be amplified during operation of the semiconductor body.
Die im Betrieb des Halbleiterkörpers 1 im aktiven Bereich entstehende Wärme wird vorwiegend in der Richtung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache über den Träger 10 abgeführt. So kann eine vergleichsweise homogene Temperaturverteilung im aktiven Bereich in lateraler Richtung erzielt werden. Dies ermöglicht eine gute Strahlqualität der vom Halbleiterlaserbauelement emittierten Strahlung bei vergleichsweise hohen Pumpleistungen.The heat generated during operation of the semiconductor body 1 in the active region is dissipated via the carrier 10, predominantly in the direction perpendicular to the radiation passage area. Thus, a comparatively homogeneous temperature distribution in the active region in the lateral direction can be achieved. This enables a good beam quality of the radiation emitted by the semiconductor laser component at comparatively high pump powers.
Eine Pumpstrahlungsquelle 15 ist durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gebildet, der mit dem Halbleiterkörper 1 monolithisch integriert ist. Das heißt, der Halbleiterkörper 1 und der Halbleiterlaser 15 sind auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat abgeschieden. Dabei sind die im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebene Halbleiterschichtenfolge 2 und der kantenemittierende Halbleiterlaser voneinander beabstandet auf dem gemeinsamen AufwachsSubstrat, das als Träger 10 dient, angeordnet. Das optische Pumpen erfolgt somit lateral, das heißt, parallel oder im wesentlichen parallel zu der Strahlungsdurchtrittsflache 11.A pump radiation source 15 is formed by an edge-emitting semiconductor laser, which is monolithically integrated with the semiconductor body 1. That is, the semiconductor body 1 and the semiconductor laser 15 are deposited on a common growth substrate. In this case, the semiconductor layer sequence 2 described in connection with FIG. 1 and the edge-emitting semiconductor laser are arranged at a distance from one another on the common growth substrate serving as carrier 10. The optical pumping thus takes place laterally, that is, parallel or substantially parallel to the radiation passage area 11.
Der Halbleiterkörper ist mittels einer Verbindungsschicht 85 auf einem Wärmeleitelement 80 befestigt. Im Betrieb des Halbleiterkörpers erzeugte Wärme kann aus dem Halbleiterkörper 1 in das Wärmeleitelement, das als Wärmesenke ausgeführt sein kann, abgeführt werden. Das Wärmeleitelement besteht bevorzugt aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder enthält zumindest ein solches. Besonders geeignete Materialien sind beispielsweise Kupfer, Diamant, Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbid.The semiconductor body is fastened by means of a connection layer 85 on a heat-conducting element 80. In operation of the Semiconductor body generated heat can be removed from the semiconductor body 1 in the heat conducting element, which can be designed as a heat sink. The heat-conducting element preferably consists of a material with high thermal conductivity or contains at least one such. Particularly suitable materials are, for example, copper, diamond, aluminum nitride or silicon carbide.
Die Verbindungsschicht kann thermisch und/oder elektrisch leitend ausgeführt sein. Insbesondere kann die Verbindungsschicht 85 eine mechanisch stabile und dauerhafte Verbindung des Trägers mit dem WärmeIeitelement ermöglichen. Beispielsweise kann die Verbindungsschicht 85 einen Kleber oder ein Lot enthalten. Alternativ kann der Halbleiterkörper 1 mit dem Träger 10 auf das Wärmeleitelement 80 geklemmt sein. Auf die Verbindungsschicht 85 kann in diesem Fall verzichtet werden.The bonding layer can be made thermally and / or electrically conductive. In particular, the connection layer 85 can enable a mechanically stable and permanent connection of the carrier to the heat-conducting element. For example, the bonding layer 85 may include an adhesive or a solder. Alternatively, the semiconductor body 1 with the carrier 10 may be clamped onto the heat-conducting element 80. In this case, the connection layer 85 can be dispensed with.
Eine monolithische Integration der Pumpstrahlungsquelle 15 und des Halbleiterkörpers ist aber nicht zwingend. Vielmehr kann die Pumpstrahlungsquelle auch separat gefertigt sein und beispielsweise auf dem Wärmeleitelement 80 angeordnet sein.A monolithic integration of the pump radiation source 15 and the semiconductor body is not mandatory. Rather, the pump radiation source can also be manufactured separately and arranged, for example, on the heat-conducting element 80.
Der aktive Bereich 2 muss nicht notwendigerweise lateral gepumpt sein. Die Pumpstrahlungsquelle kann beispielsweise auch so angeordnet sein, dass die von derThe active region 2 does not necessarily have to be pumped laterally. The pump radiation source can also be arranged, for example, so that the of the
Pumpstrahlungsquelle zur Verfügung gestellte Pumpstrahlung senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsflache oder unter einem spitzen Winkel zu einer Normalen der Strahlungsdurchtrittsflache 11 durch die Strahlungsdurchtrittsflache in den Halbleiterkörper 1 eingekoppelt wird. Durch den Bragg-Spiegel 6 und einen externen Resonatorspiegel 70 ist ein Resonator 71 gebildet, in dem die vom aktiven Bereich 3 zu verstärkende Strahlung umläuft. Der externe Resonatorspiegel bildet einen Resonatorendspiegel, an dem diese Strahlung teilweise ausgekoppelt wird. Der externe Resonatorspiegel ist vom Halbleiterkörper beabstandet ausgebildet, so dass die im Resonator umlaufende Strahlung zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache 11 des Halbleiterkörpers 1 und dem externen Resonatorspiegel einen Freilaufbereich durchläuft.Pump radiation source provided pump radiation perpendicular to the radiation passage area or at an acute angle to a normal of the radiation passage area 11 is coupled through the radiation passage area in the semiconductor body 1. By means of the Bragg mirror 6 and an external resonator mirror 70, a resonator 71 is formed, in which the radiation to be amplified by the active region 3 circulates. The external resonator mirror forms a resonator end mirror, at which this radiation is partially decoupled. The external resonator mirror is formed so as to be spaced apart from the semiconductor body, so that the radiation circulating in the resonator passes through a freewheeling region between the radiation passage area 11 of the semiconductor body 1 and the external resonator mirror.
Ein Strahlengang im Resonator 71 und außerhalb des Halbleiterkörpers 1 ist bevorzugt frei von zusätzlichen, modenselektierenden Elementen ausgeführt. Solche zur Modenselektion vorgesehenen Elemente sind aufgrund der in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Ausführung des Halbleiterkörpers für eine Stabilisierung der Peak- Wellenlänge nicht erforderlich. Insbesondere kann auf ein gezielt zur Frequenzselektion eingesetztes Element wie ein Etalon innerhalb des Resonators verzichtet werden.A beam path in the resonator 71 and outside of the semiconductor body 1 is preferably carried out free of additional, mode-selecting elements. Such elements provided for mode selection are not required due to the embodiment of the semiconductor body described in connection with FIG. 1 for stabilizing the peak wavelength. In particular, it is possible to dispense with an element used specifically for frequency selection, such as an etalon within the resonator.
Optional kann wie in Figur 3 gezeigt im Resonator ein nichtlinear-optisches Element 75 angeordnet sein. Dieses Element dient bevorzugt der Konversion von im aktiven Bereich 3 zu verstärkender Strahlung mittels nichtlinear-optischer Prozesse wie Frequenzvervielfachung, Summen- oder Differenzfrequenzerzeugung.Optionally, as shown in FIG. 3, a nonlinear optical element 75 may be arranged in the resonator. This element is preferably used for the conversion of radiation to be amplified in the active region 3 by means of nonlinear optical processes such as frequency multiplication, sum or difference frequency generation.
Das nichtlinear-optische Element kann als nichtlinear- optischer Kristall ausgeführt sein. Bevorzugte Kristalle sind beispielsweise KNbO3, BaNaNbO15, LiIO3, KTiOPO4 (KTP), LiNbO3, LiB3O5 und ß-BaB2O4 (BBO) . Besonders bevorzugt dient das nichtlinear-optische Element der Frequenzverdopplung der im aktiven Bereich 3 zu verstärkenden Strahlung. Beispielsweise kann Strahlung im nahen Infrarotbereich durch nichtlinear-optische Prozesse zumindest teilweise in sichtbares Licht konvertiert werden. Beispielsweise kann eine im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung von 1060 nm mittels Frequenzverdopplung in grünes Licht der Wellenlänge 530 nm konvertiert werden.The nonlinear optical element may be implemented as a nonlinear optical crystal. Preferred crystals are, for example, KNbO 3 , BaNaNbO 15 , LiIO 3 , KTiOPO 4 (KTP), LiNbO 3 , LiB 3 O 5 and β-BaB 2 O 4 (BBO). The non-linear optical element particularly preferably serves to frequency-double the radiation to be amplified in the active region 3. For example, near-infrared radiation may be at least partially converted to visible light by non-linear optical processes. For example, a radiation to be amplified in the active region of 1060 nm can be converted by means of frequency doubling into green light of the wavelength 530 nm.
Die Pumpstrahlungsquelle 15 kann zum Dauerstrichbetrieb oder zum gepulsten Betrieb vorgesehen sein. Gepulster Betrieb hat den Vorteil, dass sich die Ausgangsleistung der Pumpstrahlungsquelle während des Pulses erhöht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die im aktiven Bereich 3 zu verstärkende Strahlung zur Konversion mittels eines nichtlinear-optischen Prozesses vorgesehen ist, da sich dadurch die Effizienz des nichtlinear-optischen Prozesses und damit auch die über die Zeit gemittelte Leistung dieser konvertierten Strahlung erhöht .The pump radiation source 15 may be provided for continuous wave or pulsed operation. Pulsed operation has the advantage that the output power of the pump radiation source increases during the pulse. This is particularly advantageous if the radiation to be amplified in the active region 3 is intended for conversion by means of a nonlinear optical process, since this increases the efficiency of the nonlinear optical process and thus also the power of this converted radiation, averaged over time.
Im aktiven Bereich sind die Barrieren 45 zur Absorption der Strahlung des Pumplasers vorgesehen. Da die Barrieren typischerweise breiter sind als die Quantenschichten kann dadurch die Absorption der Pumpleistung im aktiven Bereich gesteigert werden. Alternativ können aber auch die Quantenstrukturen 40 zur Absorption der Pumpstrahlung vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Differenz zwischen den Photonenenergie der Pumpstrahlung und der Energie der Photonen der im aktiven Bereich 3 zu verstärkenden Strahlung verringert werden, wodurch sich die Erwärmung des aktiven Bereichs im Betrieb des Halbleiterkörpers 1 vorteilhaft reduzieren lässt. In Figur 3 dient der Halbleiterkörper 1 zum optischen Pumpen eines Lasers 90. Ein solcher Laser kann beispielsweise ein Festkörperlaser, ein Faserlaser oder ein Halbleiterlaser sein. Dabei kann die fundamentale Strahlung der im aktiven Bereich des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung und/oder eine mittels des nichtlinear-optischen Elements 75 durch einen geeigneten nichtlinear-optischen Prozess erzeugte Strahlung als Pumpstrahlung dienen.In the active region, the barriers 45 for absorbing the radiation of the pump laser are provided. As the barriers are typically wider than the quantum layers, this can increase the absorption of the pump power in the active region. Alternatively, however, the quantum structures 40 can also be provided for absorbing the pump radiation. In this case, the difference between the photon energy of the pump radiation and the energy of the photons of the radiation to be amplified in the active region 3 can be reduced, whereby the heating of the active region during operation of the semiconductor body 1 can advantageously be reduced. In FIG. 3, the semiconductor body 1 is used for optically pumping a laser 90. Such a laser may, for example, be a solid-state laser, a fiber laser or a semiconductor laser. In this case, the fundamental radiation of the radiation to be amplified in the active region of the semiconductor body and / or a radiation generated by means of the nonlinear optical element 75 by means of a suitable nonlinear optical process can serve as pump radiation.
Alternativ zum in Figur 3 gezeigten Beispiel kann der Träger 10 vom Aufwachssubstrat verschieden sein. Dieses kann gedünnt oder vollständig entfernt sein, was vollflächig oder bereichsweise erfolgen kann. Besonders bei Aufwachssubstraten mit vergleichsweise geringer thermischer Leitfähigkeit ist ein derartiges Entfernen vorteilhaft, da die im Betrieb des Halbleiterkörpers im aktiven Bereich entstehende Wärme besser in das Wärmeleitelement 80 abgeführt werden kann.As an alternative to the example shown in FIG. 3, the carrier 10 may be different from the growth substrate. This can be thinned or completely removed, which can take place over the entire area or in areas. Such a removal is advantageous, in particular in growth substrates with comparatively low thermal conductivity, since the heat arising in the active region during operation of the semiconductor body can be better dissipated into the heat-conducting element 80.
In Figur 4 ist ein erfindungsgemäßer Halbleiterkörper 1 gezeigt, der für den Betrieb in einer Anzeigevorrichtung 95, welche als Projektionsanordnung ausgeführt ist, vorgesehen ist. Durch einen Bragg-Spiegel 6 und einen externen Resonatorendspiegel 70 wird ein Resonator gebildet. Ferner befindet sich im Resonator wie bereits im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben ein nichtlinear-optisches Element 75. In diesem Beispiel ist das nichtlinear-optische Element zur Frequenzverdopplung der im Resonator propagierenden und im aktiven Bereich 3 zu verstärkenden Strahlung vorgesehen, wobei eine im aktiven Bereich erzeugte Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von 1060 nm in grünes Licht der Wellenlänge 530nm konvertiert wird. Dieses grüne Licht trifft auf eine Ablenkoptik 96, welche bevorzugt um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen beweglich ist. Durch die Ablenkoptik kann die aus dem Auskoppelspiegel austretende frequenzverdoppelte Strahlung gezielt auf eine vorgegebene Stelle einer Projektionsebene 99 gelenkt werden, wobei die Position der vorgegebenen Stelle bevorzugt sequentiell rasterartig auf der Projektionsebene variiert wird. Bevorzugt wird die Projektionsebene 99 zusätzlich von einer rot und einer blau emittierenden, nicht gezeigten, Laservorrichtung beleuchtet, so dass durch geeignete Überlagerung dieser drei Strahlen auf der Projektionsebene ein farbiges Bild darstellbar ist.FIG. 4 shows a semiconductor body 1 according to the invention, which is provided for operation in a display device 95, which is designed as a projection arrangement. By means of a Bragg mirror 6 and an external resonator end mirror 70, a resonator is formed. Furthermore, as already described in connection with FIG. 3, a nonlinear optical element 75 is located in the resonator. In this example, the nonlinear optical element is provided for frequency doubling of the radiation propagating in the resonator and to be amplified in the active region 3, one in the active region generated radiation with a peak wavelength of 1060 nm is converted into green light of wavelength 530nm. This green light strikes a deflecting optics 96, which is preferably movable about two mutually perpendicular axes. By means of the deflecting optics, the frequency-doubled radiation exiting from the coupling-out mirror can be specifically directed to a predetermined position of a projection plane 99, wherein the position of the predefined position is preferably varied in a grid-like manner on the projection plane. Preferably, the projection plane 99 is additionally illuminated by a red and a blue emitting laser device, not shown, so that a color image can be displayed by appropriate superimposition of these three beams on the projection plane.
Der Halbleiterkörper 1 ist für ein elektrisches Pumpen des aktiven Bereichs 3 vorgesehen. Für eine beidseitige Injektion von Ladungsträgern in den aktiven Bereich sind ein erster Kontakt 17 und ein zweiter Kontakt 18 vorgesehen. Dabei ist der erste Kontakt 17 insbesondere elektrisch leitend mit einer außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Fensterschicht 52 verbunden.The semiconductor body 1 is provided for electrically pumping the active region 3. For a double-sided injection of charge carriers into the active region, a first contact 17 and a second contact 18 are provided. In this case, the first contact 17 is in particular electrically conductively connected to a window layer 52 arranged outside the active region.
Der zweite Kontakt 18 ist elektrisch leitend mit dem Träger 10 verbunden. Der Träger ist mittels der Verbindungsschicht 85 auf dem Wärmeleitelement 80 angeordnet, wobei ein Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt ist. Die Kontakte 17 und 18 enthalten bevorzugt ein Metall und sind besonders bevorzugt metallisch ausgebildet. Bevorzugte Materialien sind beispielsweise Ni, Cu, Au, Ag, Al oder Pt .The second contact 18 is electrically conductively connected to the carrier 10. The carrier is arranged on the heat conducting element 80 by means of the connecting layer 85, wherein a growth substrate for a semiconductor layer sequence 2 is removed. The contacts 17 and 18 preferably contain a metal and are particularly preferably metallic. Preferred materials are, for example, Ni, Cu, Au, Ag, Al or Pt.
Der erste Kontakt 17 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass vom aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung seitens der Strahlungsdurchtrittsflache 11 austreten kann. Beispielsweise kann der erste Kontakt eine Aussparung aufweisen, so dass dieThe first contact 17 is preferably designed such that radiation to be amplified from the active area can emerge from the radiation passage area 11. For example the first contact may have a recess, so that the
Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers im Bereich der Aussparung freiliegt und die Strahlung in diesem Bereich aus dem Halbleiterkörper 1 austreten kann.Radiation passage area of the semiconductor body in the region of the recess is exposed and the radiation in this area can emerge from the semiconductor body 1.
Alternativ kann der erste Kontakt 17 durch ein für im aktiven Bereich zu verstärkende Strahlung transparentes Material gebildet sein. Beispielsweise kann der Kontakt ein TCO- Material (transparent conductive oxide) , etwa ITO (indium tin oxide) , enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. In diesem Fall kann der erste Kontakt dieAlternatively, the first contact 17 may be formed by a transparent to be amplified in the active region radiation material. For example, the contact may contain a TCO material (transparent conductive oxide), such as ITO (indium tin oxide), or consist of such a material. In this case, the first contact may be the
Strahlungsdurchtrittsflache 11 auch vollflächig bedecken. Dadurch können die Ladungsträger vorteilhaft besonders gleichmäßig über die laterale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 1 in den aktiven Bereich 3 injiziert werden .Cover radiation passage area 11 also over the entire surface. As a result, the charge carriers can advantageously be injected into the active region 3 in a particularly uniform manner over the lateral extent of the semiconductor body 1.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann wie im Zusammenhang mit Figur 1 und Figur 2 beschrieben ausgeführt sein. Dies betrifft insbesondere die gezielte Verstimmung der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten. Die zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache 11 und dem aktiven Bereich 3 angeordneten Halbleiterschichten sowie die Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels 6 sind bevorzugt dotiert, um eine Injektion von Ladungsträgern über den Kontakt 17 beziehungsweise den Kontakt 18 in den aktiven Bereich zu ermöglichen. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterschichten des Bragg-Spiegels n-dotiert und die zwischen der Strahlungsdurchtrittsflache 11 und dem aktiven Bereich 3 angeordneten Halbleiterschichten p-dotiert oder umgekehrt. Weiterhin bevorzugt ist der aktive Bereich 3 intrinsisch dotiert. Der Halbleiterkörper 2 kann somit eine pin-Diodenstruktur aufweisen. Selbstverständlich kann auch ein wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebener optisch gepumpter erfindungsgemäßer Halbleiterkörper für den Betrieb mit einer Projektionsanordnung ausgebildet sein.The semiconductor layer sequence 2 can be embodied as described in connection with FIG. 1 and FIG. This relates in particular to the deliberate detuning of the semiconductor layers arranged outside the active region. The semiconductor layers arranged between the radiation passage area 11 and the active area 3 as well as the semiconductor layers of the Bragg mirror 6 are preferably doped in order to enable an injection of charge carriers via the contact 17 or the contact 18 into the active area. Particularly preferably, the semiconductor layers of the Bragg mirror are n-doped and the semiconductor layers arranged between the radiation passage area 11 and the active region 3 are p-doped or vice versa. Further preferably, the active region 3 is intrinsically doped. The semiconductor body 2 can thus have a pin diode structure. Of course, an optically pumped semiconductor body according to the invention as described in connection with FIG. 3 may also be designed for operation with a projection arrangement.
Ein Ergebnis einer Messung der Peak-Wellenlänge λE der in einem aktiven Bereich eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers erzeugten Strahlung als Funktion der im aktiven Bereich absorbierten Pumpleistung PA ist in Figur 5 mittels einer Kurve 400 gezeigt. Der Halbleiterkörper ist dabei wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben ausgeführt, Der Halbleiterkörper wurde in einem Resonator 71 betrieben, wobei ein Resonatorendspiegel wie in Figur 3 gezeigt durch einen externen Resonatorspiegel 70 gebildet ist. Zudem ist der Halbleiterkörper auf einem Wärmeleitelement 80 angeordnet, welches als Wärmesenke dient. Die Temperatur der Wärmesenke wurde während der Messung konstant gehalten.A result of a measurement of the peak wavelength λ E of the radiation generated in an active region of a semiconductor body according to the invention as a function of the absorbed in the active region pump power P A is shown in Figure 5 by means of a curve 400. The semiconductor body is designed as described in connection with FIG. 1. The semiconductor body was operated in a resonator 71, a resonator end mirror being formed by an external resonator mirror 70, as shown in FIG. In addition, the semiconductor body is arranged on a heat conducting element 80, which serves as a heat sink. The temperature of the heat sink was kept constant during the measurement.
Zum Vergleich ist das Ergebnis einer entsprechenden Messung an einem herkömmlichen Halbleiterkörper durch eine Kurve 401 dargestellt. Dieser herkömmliche Halbleiterkörper unterscheidet sich von einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper im wesentlichen dadurch, dass keine der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D/2 verstimmt ist.For comparison, the result of a corresponding measurement on a conventional semiconductor body is represented by a curve 401. This conventional semiconductor body differs from a semiconductor body according to the invention substantially in that none of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integer multiple of D / 2.
Die Kurve 401 zeigt über weite Bereiche der absorbierten Pumpleistung eine kontinuierliche Zunahme der Peak- Wellenlänge bei Zunahme der absorbierten Pumpleistung. Eine Kurve 402 veranschaulicht den Trend der Zunahme der Peak- Wellenlänge. Die Steigung dieser Kurve entspricht einer Zunahme der Peak-Wellenlänge von 10nm/W. Bei einem thermischen Widerstand der zwischen dem aktiven Bereich und der Wärmesenke angeordneten Halbleiterschichten von 100 K/W entspricht dies einer Änderung der Peak-Wellenlänge bei einer Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs von 0,1 nm/K.Curve 401 shows a continuous increase in peak wavelength as the absorbed pump power increases over wide ranges of absorbed pump power. A curve 402 illustrates the trend of the increase of the peak wavelength. The slope of this curve corresponds to one Increase of the peak wavelength of 10nm / W. With a thermal resistance of the semiconductor layers of 100 K / W arranged between the active region and the heat sink, this corresponds to a change of the peak wavelength with a change of the temperature of the active region of 0.1 nm / K.
Eine solche Änderung der Peak-Wellenlänge mit der Temperatur des aktiven Bereichs ist typisch für herkömmliche Halbleiterkörper. Die Ursache hierfür ist unter anderem die Abnahme der Bandlücke der Halbleiterschichten mit zunehmender Temperatur. Dieser Effekt kann beispielsweise bei GaAs- haltigem Halbleitermaterial eine Änderung der Peak- Wellenlänge von typischerweise 0,3 nm/K bewirken. Zudem führt eine Änderung des Brechungsindizes der Halbleiterschichten mit der Temperatur des aktiven Bereichs zu einer Zunahme der Peak-Wellenlänge. Beispielsweise beträgt bei GaAs-haltigem Halbleitermaterial die dadurch bedingte Zunahme der Peak- Wellenlänge typischerweise etwa 0,06 nm/K. Beim Betrieb von herkömmlichen GaAs-haltigen Halbleiterkörpern in einem Resonator beträgt die Zunahme der Peak-Wellenlänge deshalb typischerweise mindestens 0,06nm/K, sofern keine Maßnahmen zur Wellenlängenstabilisierung ergriffen werden.Such a change in the peak wavelength with the temperature of the active region is typical of conventional semiconductor bodies. The reason for this is inter alia the decrease in the band gap of the semiconductor layers with increasing temperature. For GaAs-containing semiconductor material, for example, this effect can cause a change in the peak wavelength of typically 0.3 nm / K. In addition, a change in the refractive index of the semiconductor layers with the temperature of the active region leads to an increase in the peak wavelength. For example, for GaAs-containing semiconductor material, the consequent increase in peak wavelength is typically about 0.06 nm / K. Therefore, in the operation of conventional GaAs-containing semiconductor bodies in a resonator, the increase in the peak wavelength is typically at least 0.06nm / K unless wavelength stabilization measures are taken.
Die Kurve 400 verläuft hingegen im wesentlichen waagrecht, das heißt, die Peak-Wellenlänge ändert sich im gesamten Bereich einer absorbierten Pumpleistung zwischen etwa 400 mW und etwa 1300 mW um weniger als 0,5nm. Bezogen auf die Peak- Wellenlänge von 1060 nm sind dies weniger als 0,05%. Damit ist die Peak-Wellenlänge annähernd unabhängig von der absorbierten Pumpleistung. Die optische Pumpleistung kann also vorteilhaft variiert werden, ohne dass sich die Peak- Wellenlänge wesentlich ändert. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die vom Halbleiterkörper zu verstärkende Strahlung zur Frequenzkonversion mittels eines nichtlinear- optischen Elements vorgesehen ist, da eine solche Konversion nur für einen sehr engen Spektralbereich effizient ist. Eine Änderung der Peak-Wellenlänge könnte deshalb nachteilig zu einer weniger effizienten nichtlinear-optischen Frequenzkonversion führen.Curve 400, on the other hand, is substantially horizontal, that is, the peak wavelength changes by less than 0.5 nm over the entire range of absorbed pump power between about 400 mW and about 1300 mW. Based on the peak wavelength of 1060 nm, this is less than 0.05%. Thus, the peak wavelength is approximately independent of the absorbed pump power. The optical pump power can therefore be advantageously varied without the peak wavelength changing significantly. This is particularly advantageous when the to be amplified by the semiconductor body Radiation is provided for frequency conversion by means of a nonlinear optical element, since such a conversion is efficient only for a very narrow spectral range. A change in the peak wavelength could therefore disadvantageously lead to a less efficient nonlinear optical frequency conversion.
Auch für das optische Pumpen von Lasern ist eine stabile Peak-Wellenlänge besonders vorteilhaft, da die Peak- Wellenlänge der vom Halbleiterkörper emittierten Strahlung unabhängig von der Pumpleistung, mit der der Halbleiterkörper gepumpt wird, optimal auf das Absorptionsmaximum des zu pumpenden Lasers eingestellt sein kann.A stable peak wavelength is also particularly advantageous for the optical pumping of lasers since the peak wavelength of the radiation emitted by the semiconductor body can be set optimally to the absorption maximum of the laser to be pumped, independently of the pumping power with which the semiconductor body is pumped.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass bei der Durchführung der Messungen, deren Ergebnisse in den Figuren 5 und 7 gezeigt sind, keine weiteren Maßnahmen zur Wellenlängenstabilisierung ergriffen wurden. Insbesondere erfolgte keine Gegenkompensation des Anstiegs der Temperatur des aktiven Bereichs durch ein Absenken der Temperatur der Wärmesenke . Außerdem war im Resonator, insbesondere außerhalb des Halbleiterkörpers, kein zusätzliches, üblicherweise zur Frequenzstabilisierung vorgesehenes, Element angeordnet. Da die gezeigten Messungen an dem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper und dem herkömmlichen Halbleiterkörper unter gleichen experimentellen Bedingungen durchgeführt wurden, belegen die Messungen, dass der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet ist, dass die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge von der Temperatur des aktiven Bereichs stark vermindert wird.It should again be noted that in carrying out the measurements whose results are shown in Figures 5 and 7, no further measures for wavelength stabilization were taken. In particular, no counter-compensation of the increase in the temperature of the active region was made by lowering the temperature of the heat sink. In addition, no additional, usually provided for frequency stabilization, element was arranged in the resonator, in particular outside the semiconductor body. Since the measurements shown were carried out on the semiconductor body according to the invention and the conventional semiconductor body under the same experimental conditions, the measurements prove that the semiconductor body is wavelength-stabilized such that the dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region is greatly reduced.
In den Figuren 6A und 6B ist gezeigt, welche Änderungen der Peak-Wellenlänge λε mit der absorbierten Pumpleistung PA für die Halbleiterkörper, an denen die in Figur 5 gezeigten Messungen durchgeführt wurden, gemäß einem theoretischen Modell zu erwarten sind. Dabei zeigt die Figur 6A eine Simulation für den erfindungsgemäßen Halbleiterkörper für drei verschiedene Temperaturen der Wärmesenke, wobei einer Kurve 510 eine Temperatur von 100C, einer Kurve 530 eine Temperatur von 300C und einer Kurve 550 eine Temperatur von 500C zugrunde liegt. Entsprechend zeigt Figur 6B Simulationen für einen herkömmlichen Halbleiterkörper, wobei einer Kurve 511 eine Temperatur von 100C, einer Kurve 531 eine Temperatur von 300C und einer Kurve 551 eine Temperatur von 500C zugrunde liegt.FIGS. 6A and 6B show the changes in the peak wavelength λε with the absorbed pump power P A for the semiconductor bodies on which the measurements shown in FIG. 5 have been performed are to be expected according to a theoretical model. FIG. 6A shows a simulation for the semiconductor body according to the invention for three different temperatures of the heat sink, wherein a curve 510 is based on a temperature of 10 ° C., a curve 530 a temperature of 30 ° C. and a curve 550 a temperature of 50 ° C. , Correspondingly, FIG. 6B shows simulations for a conventional semiconductor body, wherein a curve 511 is based on a temperature of 10 ° C., a curve 531 has a temperature of 30 ° C., and a curve 551 has a temperature of 50 ° C.
Zum Vergleich zeigt in den beiden Figuren 6A und 6B die Kurve 402 wiederum eine kontinuierliche Zunahme der Peak- Wellenlänge mit der absorbierten Pumpleistung mit einer konstanten Steigung von 10nm/W bzw. 0,lnm/K.For comparison, in both Figures 6A and 6B, the curve 402 again shows a continuous increase of the peak wavelength with the absorbed pump power with a constant slope of 10nm / W and 0, lnm / K, respectively.
Für den herkömmlichen Halbleiterkörper steigen sämtliche Kurven kontinuierlich an. Bei niedrigen absorbierten Leistungen, etwa zwischen 200 mW und 400 mW, entspricht die Steigung der Kurven 511, 531 und 551 dabei etwa derjenigen der Kurve 402. Zudem steigt in diesem Bereich die Peak- Wellenlänge mit der Temperatur der Wärmesenke an, wobei diese Änderung ebenfalls etwa 0,lnm/K beträgt.For the conventional semiconductor body, all curves increase continuously. At low absorbed powers, such as between 200 mW and 400 mW, the slope of the curves 511, 531 and 551 corresponds approximately to that of the curve 402. In addition, in this range, the peak wavelength increases with the temperature of the heat sink, this change also is about 0, lnm / K.
Für den erfindungsgemäßen Halbleiterkörper ist gemäß den Kurven 510, 530 und 550 für alle Temperaturen der Wärmesenke ebenfalls ein Anstieg der Peak-Wellenlänge mit der absorbierten Pumpleistung zu erwarten. Der Anstieg ist jedoch erheblich niedriger. Die absolute Änderung der Peak- Wellenlänge im gezeigten Bereich der absorbierten Pumpleistung ist dabei für alle Kurven deutlich unter 4 nm, wohingegen diese Änderung beim herkömmlichen Halbleiterkörper für alle Kurven mehr als 7 nm beträgt. Auch die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge von der Temperatur der Wärmesenke ist für den erfindungsgemäßen Halbleiterkörper deutlich verringert .For the semiconductor body according to the invention, according to the curves 510, 530 and 550, an increase of the peak wavelength with the absorbed pump power is also to be expected for all temperatures of the heat sink. The increase is, however, significantly lower. The absolute change of the peak wavelength in the shown range of the absorbed pump power is clearly below 4 nm for all curves, whereas this change in the conventional semiconductor body is more than 7 nm for all curves. The dependence of the peak wavelength on the temperature of the heat sink is significantly reduced for the semiconductor body according to the invention.
Der Effekt einer verringerten Abhängigkeit der Peak- Wellenlänge von der Temperatur des aktiven Bereichs durch ein gezieltes Verstimmen von Schichtdicken von außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten kann also auch durch die gezeigten Simulationen bestätigt werden.The effect of a reduced dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region by a deliberate detuning of layer thicknesses of semiconductor layers arranged outside the active region can thus also be confirmed by the simulations shown.
In Figur 7 ist für die Halbleiterkörper, an denen die in der Figur 5 gezeigten Messungen durchgeführt wurden, die vom Halbleiterkörper emittierte Ausgangsleistung PE als Funktion der absorbierten Pumpleistung dargestellt. Dabei zeigt eine Kurve 600 das Ergebnis einer Messung an dem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper und eine Kurve 601 das Ergebnis einer Messung an dem herkömmlichen Halbleiterkörper. Bei einer Laserschwelle 620 setzt die Laseraktivität. In einem Bereich um den Betriebspunkt der maximalen Ausgangsleistung 615, also im Bereich um etwa 1 W, liegt die Ausgangsleistung im Betrieb des erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers mit über 0,24 W nur etwa 10% unterhalb der Ausgangsleistung im Betrieb des herkömmlichen Halbleiterkörpers, der bei der gleichen absorbierten Pumpleistung eine Ausgangsleistung von etwas mehr als 0,26 W erzielt. Oberhalb von etwa 1,1 W wird bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper die Obergrenze der Laseraktivität 610 erreicht. Die Ursache hierfür ist das thermische Überrollen des Halbleiterkörpers.In FIG. 7, for the semiconductor bodies on which the measurements shown in FIG. 5 have been performed, the output power P E emitted by the semiconductor body is represented as a function of the absorbed pump power. In this case, a curve 600 shows the result of a measurement on the semiconductor body according to the invention and a curve 601 shows the result of a measurement on the conventional semiconductor body. At a laser threshold 620, the laser activity sets. In an area around the operating point of the maximum output power 615, ie in the range of about 1 W, the output power during operation of the semiconductor body according to the invention with more than 0.24 W only about 10% below the output power in the operation of the conventional semiconductor body, in the same absorbed pump power achieved an output power of slightly more than 0.26 W. Above about 1.1 W, the upper limit of the laser activity 610 is achieved in the semiconductor body according to the invention. The reason for this is the thermal rollover of the semiconductor body.
Demnach ist es mittels gezielten Verstimmens von Schichtdicken von außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten möglich, einen Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend auszubilden, dass sich die Peak- Wellenlänge der im Betrieb des Halbleiterkörpers zu verstärkenden Strahlung bei einer Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs nur unwesentlich ändert, ohne dass sich die Ausgangsleistung bei einer bestimmten absorbierten Pumpleistung im Vergleich zu derjenigen eines herkömmlichen Halbleiterkörpers stark, etwa um 20% oder mehr, verringert.Accordingly, it is arranged by means of targeted detuning of layer thicknesses from outside the active area Semiconductor layers make it possible to form a semiconductor body in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified during operation of the semiconductor body changes insignificantly with a change in the temperature of the active region, without the output power at a certain absorbed pump power compared to that of a conventional semiconductor body greatly reduced by about 20% or more.
Die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge von der Temperatur des aktiven Bereichs wurde in den Figuren 5 bis 7 lediglich exemplarisch für optisches Pumpen gezeigt. Auch bei einem elektrisch gepumpten erfindungsgemäß ausgeführten Halbleiterkörper ist eine solche Stabilisierung der Peak- Wellenlänge gegenüber Änderungen der Temperatur des aktiven Bereichs erzielbar.The dependence of the peak wavelength on the temperature of the active region has been shown in FIGS. 5 to 7 merely by way of example for optical pumping. Even with an electrically pumped semiconductor body designed according to the invention, such a stabilization of the peak wavelength can be achieved in relation to changes in the temperature of the active region.
In Figur 8 zeigen die Symbole 700 das Ergebnis einer Messung der Peak-Wellenlänge λE der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung als Funktion der Ausgangsleistung PE der im aktiven Bereich eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers im Betrieb in einem Resonator erzeugten Strahlung. Die Ausgangsleistung ist dabei über den gesamten Betriebsbereich aufgetragen, in dem der Halbleiterkörper Laseraktivität zeigt. Diese Laseraktivität setzt bei der Laserschwelle 620 ein. Eine maximale Ausgangsleistung 615 wird durch das thermische Überrollen des erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers bestimmt.In FIG. 8, the symbols 700 show the result of a measurement of the peak wavelength λ E of the radiation generated in the active region as a function of the output power P E of the radiation generated in operation in a resonator in the active region of a semiconductor body according to the invention. The output power is applied over the entire operating range in which the semiconductor body exhibits laser activity. This laser activity starts at laser threshold 620. A maximum output power 615 is determined by the thermal rollover of the semiconductor body according to the invention.
Die Schwankung der Peak-Wellenlänge beträgt über den gesamten Betriebsbereich ±0,3 nm. Demnach ist der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisiert ausgebildet, dass sich die Peak-Wellenlänge über den gesamten Bereich der Laseraktivität des Halbleiterkörpers um deutlich weniger als 1 nm ändert. Wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 5 und 7 ausgeführt, wurden auch bei der Durchführung der in Figur 8 gezeigten Messungen keine weiteren Maßnahmen zur Wellenlängenstabilisierung ergriffen.The fluctuation of the peak wavelength over the entire operating range is ± 0.3 nm. Accordingly, the semiconductor body is embodied such that it is wavelength-stabilized such that the peak wavelength changes significantly less than 1 nm over the entire range of the laser activity of the semiconductor body. As explained in connection with the description of FIGS. 5 and 7, no further measures for wavelength stabilization were taken even when carrying out the measurements shown in FIG.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper (1) mit einer vertikalen Emissionsrichtung, der eineA surface emitting semiconductor body (1) having a vertical emission direction, comprising a
Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem aktiven Bereich (3) aufweist, wobei der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet ist, dass im Betrieb des Halbleiterkörpers in einem Resonator (71) eine Peak- Wellenlänge einer im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in einem vorgegebenen Betriebsbereich gegenüber einer Änderung der Ausgangsleistung der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung stabilisiert ist.Semiconductor layer sequence (2) having an active region (3), wherein the semiconductor body is formed such wavelength stabilizing that in operation of the semiconductor body in a resonator (71) has a peak wavelength of radiation generated in the active region in a predetermined operating range against a change of Output power of the radiation generated in the active region is stabilized.
2. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1, bei dem eine untere Grenze des vorgegebenen Betriebsbereichs durch eine Laserschwelle des oberflächenemittierenden Halbleiterkörpers gebildet ist.2. The surface-emitting semiconductor body according to claim 1, wherein a lower limit of the predetermined operating range is formed by a laser threshold of the surface-emitting semiconductor body.
3. Oberflächenetnittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine obere Grenze des vorgegebenen Betriebsbereichs durch eine Obergrenze der Laseraktivität des oberflächenemittierenden Halbleiterkörpers gebildet ist.3. A surface-finishing semiconductor body according to claim 1 or 2, wherein an upper limit of the predetermined operating range is formed by an upper limit of the laser activity of the surface-emitting semiconductor body.
4. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der vorgegebene Betriebsbereich durch den gesamten Bereich der Laseraktivität des oberflächenemittierenden Halbleiterkörpers gebildet ist.4. The surface-emitting semiconductor body according to claim 1, wherein the predetermined operating region is formed by the entire region of the laser activity of the surface-emitting semiconductor body.
5. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in dem vorgegebenen Betriebsbereich um 10 nm oder weniger ändert.5. The semiconductor surface emitting body according to any one of claims 1 to 4, wherein the peak wavelength is that in the active region generated radiation in the predetermined operating range changes by 10 nm or less.
6. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , bei dem sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in dem vorgegebenen Betriebsbereich um 5 nm oder weniger ändert .The surface emitting semiconductor body according to any one of claims 1 to 5, wherein the peak wavelength of the radiation generated in the active region changes by 5 nm or less in the predetermined operating region.
7. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 1 einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeugten Strahlung in dem vorgegebenen Betriebsbereich um 1 nm oder weniger ändert .The surface emitting semiconductor body according to claim 1, wherein the peak wavelength of the radiation generated in the active region changes by 1 nm or less in the predetermined operating region.
8. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei8. The surface emitting semiconductor body according to any one of claims 1 to 7, wherein
- der Halbleiterkörper mindestens zwei außerhalb des aktiven Bereichs angeordnete Halbleiterschichten aufweist,the semiconductor body has at least two semiconductor layers arranged outside the active region,
- der aktive Bereich eine Mehrzahl von Quantenstrukturen (40) aufweist,the active region has a plurality of quantum structures (40),
- jeder Quantenstruktur (40) bezüglich ihrer Ausdehnung entlang der Emissionsrichtung ein geometrischer Mittelpunkt zugeordnet ist,each quantum structure (40) is assigned a geometric center with respect to its extent along the emission direction,
- die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen (40) entlang der Emissionsrichtung in einem mittleren optischen Abstand D zueinander angeordnet sind, und- The geometric centers of the quantum structures (40) along the emission direction in a mean optical distance D are arranged to each other, and
- eine optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen des halben mittleren optischen Abstands D verstimmt ist. an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integral multiple of half the average optical distance D.
9. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper (1) mit einer vertikalen Emissionsrichtung, der zum Betrieb mit einem Resonator (71) vorgesehen ist und eine9. A surface emitting semiconductor body (1) with a vertical emission direction, which is provided for operation with a resonator (71) and a
Halbleiterschichtenfolge (2) mit einem aktiven Bereich (3) sowie mindestens zwei außerhalb des aktiven Bereichs angeordnete Halbleiterschichten aufweist, wobeiSemiconductor layer sequence (2) having an active region (3) and at least two semiconductor layers arranged outside the active region, wherein
- der aktive Bereich eine Mehrzahl von Quantenstrukturen (40) aufweist,the active region has a plurality of quantum structures (40),
- jeder Quantenstruktur (40) bezüglich ihrer Ausdehnung entlang der Emissionsrichtung ein geometrischer Mittelpunkt zugeordnet ist,each quantum structure (40) is assigned a geometric center with respect to its extent along the emission direction,
- die geometrischen Mittelpunkte der Quantenstrukturen (40) entlang der Emissionsrichtung in einem mittleren optischen Abstand D zueinander angeordnet sind, und- The geometric centers of the quantum structures (40) along the emission direction in a mean optical distance D are arranged to each other, and
- eine optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen des halben mittleren optischen Abstands D verstimmt ist.an optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is deliberately detuned with respect to an integral multiple of half the average optical distance D.
10. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 8 oder 9 , bei dem die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 1% oder mehr und um 45% oder weniger verstimmt ist.10. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is opposite to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or to an integer multiple of D relative to D μm 1% or more and upset by 45% or less.
11. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 2% oder mehr und um 35% oder weniger verstimmt ist.11. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is related to an odd multiple of D / 2 is detuned to D / 2 or to an integer multiple of D relative to D by 2% or more and 35% or less.
12. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die optische Schichtdicke einer der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 bezogen auf D/2 oder gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 5% oder mehr und um 30% oder weniger verstimmt ist.12. The surface-emitting semiconductor body according to claim 1, wherein the optical layer thickness of one of the semiconductor layers arranged outside the active region is opposite to an odd multiple of D / 2 relative to D / 2 or to an integer multiple of D relative to D by five % or more and upset by 30% or less.
13. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der aktive Bereich (3) zwischen den außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten angeordnet ist.13. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the active region is arranged between the semiconductor layers arranged outside the active region.
14. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem beide außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten Halbleiterschichten gezielt gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D oder gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 verstimmt sind.14. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein both of the semiconductor layers arranged outside the active region are deliberately detuned with respect to an integer multiple of D or with respect to an odd multiple of D / 2.
15. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem eine der außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten Halbleiterschichten größer ist als ein ganzzahliges Vielfaches von D/2 und eine der außerhalb des aktiven Bereichs angeordneten Halbleiterschichten kleiner ist als ein ganzzahliges Vielfaches von D/2. 15. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein one of the semiconductor layers arranged outside the active region is greater than an integer multiple of D / 2 and one of the semiconductor layers arranged outside the active region is smaller than an integer one Multiple of D / 2.
16. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Resonator (71) mittels eines im Halbleiterkörper (1) ausgebildeten Bragg-Spiegels (6) gebildet ist.16, surface emitting semiconductor body according to at least one of claims 1 to 15, wherein the resonator (71) by means of a semiconductor body (1) formed Bragg mirror (6) is formed.
17. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 16 unter Rückbezug auf einen der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Bragg-Spiegel (6) mit einer der außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten und gezielt verstimmten Halbleiterschichten gebildet ist.17, surface emitting semiconductor body according to claim 16 with reference to one of claims 8 to 15, wherein the Bragg mirror (6) with one of the outside of the active region (3) arranged and deliberately detuned semiconductor layers is formed.
18. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 17, wobei der Bragg-Spiegel (3) weitere gezielt gegenüber einem ungeradzahligen Vielfachen von D/2 verstimmte Halbleiterschichten aufweist.18. The surface emitting semiconductor body according to claim 17, wherein the Bragg mirror (3) has further deliberately detuned semiconductor layers opposite to an odd multiple of D / 2.
19. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 18, bei dem der Halbleiterkörper (1) eine19. Surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the semiconductor body (1) has a
Strahlungsdurchtrittsflache (2) für im aktiven Bereich (3) zu verstärkende Strahlung aufweist.Radiation passage area (2) for in the active region (3) to be amplified radiation.
20. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 19, bei dem eine der außerhalb des aktiven Bereichs (3) angeordneten und gezielt verstimmten Halbleiterschichten als eine an die Strahlungsdurchtrittsflache (11) angrenzende Fensterschicht (52) ausgeführt ist.20. A surface emitting semiconductor body according to claim 19, wherein one of the outside of the active region (3) arranged and deliberately detuned semiconductor layers is designed as a to the radiation passage area (11) adjacent window layer (52).
21. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 20, wobei zwischen der Fensterschicht (52) und dem aktiven Bereich (3) eine weitere Halbleiterschicht (51) angeordnet ist.The surface emitting semiconductor body of claim 20, wherein between the window layer (52) and the active Region (3) a further semiconductor layer (51) is arranged.
22. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 21, bei dem die optischen Schichtdicken der zwischen dem aktiven Bereich (3) und der Strahlungsdurchtrittsflache (11) angeordneten Halbleiterschichten gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen von D bezogen auf D um 1% oder mehr und um 45% oder weniger, bevorzugt um 2% oder mehr und um 35% oder weniger, besonders bevorzugt um 5% oder mehr und um 30% oder weniger verstimmt sind.22. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the optical layer thicknesses of the semiconductor layers disposed between the active region and the radiation passage surface are increased by 1% or more and an integer multiple of D with respect to D 45% or less, preferably 2% or more and 35% or less, more preferably 5% or more, and 30% or less detuned.
23. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 22, wobei die optischen Schichtdicken der auf der der Strahlungsdurchtrittsflache (11) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (3) angeordneten Halbleiterschichten gegenüber D/2 um 1% oder mehr und um 45% oder weniger, bevorzugt um 2% oder mehr und um 35% oder weniger, besonders bevorzugt um 5% oder mehr und um 20% oder weniger, verstimmt sind.23. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the optical layer thicknesses of the semiconductor layers arranged on the side of the active region that faces away from the radiation passage area are greater than or equal to D / 2 and 45% or less, respectively. preferably by 2% or more and by 35% or less, more preferably by 5% or more and by 20% or less, are detuned.
24. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 23, bei dem der aktive Bereich (3) 5 Quantenstrukturen (40) oder mehr, bevorzugt 10 Quantenstrukturen (40) oder mehr aufweist.24. The surface emitting semiconductor body according to claim 8, wherein the active region has three quantum structures or more, preferably ten quantum structures or more.
25. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 24, bei dem zwei benachbarte Quantenstrukturen (40) durch eine Barriere (45) voneinander getrennt sind. 25. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein two adjacent quantum structures are separated from each other by a barrier.
26. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 25, bei dem die Barriere (45) GaASi-yPy mit 0 ≤ y ≤ 1, vorzugsweise mit 0,05 ≤ y ≤ 0,25, oder AlzGai_zAs, mit 0 ≤ z ≤ 1, vorzugsweise mit 0,02 <z ≤ 0,15, enthält.26. The surface-emitting semiconductor body according to claim 25, in which the barrier (45) GaASi y P y with 0 ≤ y ≤ 1, preferably with 0.05 ≤ y ≤ 0.25, or Al z Gai_ z As, with 0 ≤ z ≦ 1, preferably 0.02 <z ≦ 0.15.
27. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 26, bei dem eine Quantenstruktur (40) durch eine Quantenschicht (41) gebildet ist.27. A surface emitting semiconductor body according to at least one of claims 8 to 26, wherein a quantum structure (40) is formed by a quantum layer (41).
28. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 26, bei dem eine Quantenstruktur (40) zwischen einschließlich 2 und einschließlich 5 Quantenschichten (41) aufweist, wobei die Quantenschichten (41) innerhalb der Quantenstruktur (40) durch Zwischenschichten (42) voneinander getrennt sind.28. The surface emitting semiconductor body according to claim 8, wherein a quantum structure has between 2 and 5 quantum layers (41) inclusive, wherein the quantum layers (41) within the quantum structure (40) are separated from each other by intermediate layers (42) are separated.
29. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 28, bei dem eine Quantenstruktur (41) InxGai-xAs mit 0 < x < 1, vorzugsweise mit 0,05 ≤ x ≤ 0,25, enthält.29. The surface-emitting semiconductor body according to claim 8, wherein a quantum structure contains In x Gai -x As with 0 <x <1, preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.25.
30. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei der Resonator (71) als externer Resonator ausgebildet ist.30. The surface emitting semiconductor body according to any one of claims 1 to 29, wherein the resonator (71) is formed as an external resonator.
31. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 30, wobei ein optischer Strahlengang im externen Resonator (71) außerhalb des Halbleiterkörpers (1) frei von modenselektierenden Elementen ist. 31. The surface-emitting semiconductor body according to claim 30, wherein an optical beam path in the external resonator (71) outside the semiconductor body (1) is free of mode-selecting elements.
32. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31, bei dem der Halbleiterkörper derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet ist, dass sich in dessen Betrieb im Resonator (71) die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich (3) zu verstärkenden Strahlung bei einer Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs um 0,5%/lOOK oder weniger ändert .32. The surface-emitting semiconductor body according to claim 1, wherein the semiconductor body is designed to stabilize the wavelength in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region (3) changes during operation of the resonator (71) Active area temperature changes by 0.5% / LOOK or less.
33. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32, bei dem der Halbleiterkörper derart ausgebildet ist, dass sich in dessen Betrieb im Resonator (71) die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung bei einer Änderung der Temperatur des aktiven Bereichs um 0,2%/lOOK oder weniger, bevorzugt um 0,1%/lOOK oder weniger, ändert.33. The surface-emitting semiconductor body according to claim 1, wherein the semiconductor body is embodied such that, in its operation in the resonator, the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region changes as the temperature of the active region changes by 0.2% / LOOK or less, preferably by 0.1% / LOOK or less.
34. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei im Resonator (71) ein nichtlinear-optisches Element (75) angeordnet ist.34. The surface-emitting semiconductor body according to one of claims 1 to 33, wherein a nonlinear optical element (75) is arranged in the resonator (71).
35. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 34, wobei das nichtlinear-optische Element (75) zur Frequenzvervielfachung, vorzugsweise zur Frequenzverdopplung, der im aktiven Bereich zu verstärkenden Strahlung vorgesehen ist.35. The surface-emitting semiconductor body according to claim 34, wherein the nonlinear optical element (75) is provided for frequency multiplication, preferably for frequency doubling, of the radiation to be amplified in the active region.
36. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 35, wobei der Halbleiterkörper (1) für ein optisches Pumpen des aktiven Bereichs (3) durch eine Pumpstrahlungsquelle (15) ausgebildet ist.36. Surface emitting semiconductor body according to at least one of the preceding claims 1 to 35, wherein the semiconductor body (1) for an optical pumping of the active region (3) is formed by a pump radiation source (15).
37. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 36, wobei der Halbleiterkörper (1) derart wellenlängenstabilisierend ausgebildet ist, dass sich die Peak-Wellenlänge der im aktiven Bereich (3) des Halbleiterkörpers (1) zu verstärkenden Strahlung bei einer Änderung einer im aktiven Bereich (3) absorbierten optischen Pumpleistung um 5nm/W oder weniger, bevorzugt um 2nm/W oder weniger, besonders bevorzugt um lnm/W oder weniger ändert.37. Surface-emitting semiconductor body according to claim 36, wherein the semiconductor body (1) is embodied as wavelength-stabilizing in such a way that the peak wavelength of the radiation to be amplified in the active region (3) of the semiconductor body (1) changes when the active region (3) changes. absorbed optical pump power by 5nm / W or less, preferably by 2nm / W or less, more preferably by lnm / W or less changes.
38. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach Anspruch 36 oder 37, wobei die Pumpstrahlungsquelle (15) zum lateralen Pumpen des Halbleiterkörpers (1) vorgesehen ist.38. The surface-emitting semiconductor body according to claim 36 or 37, wherein the pump radiation source (15) is provided for laterally pumping the semiconductor body (1).
39. Oberflächenemittierender Halbleiterkörper nach mindestens einem der Ansprüche 36 bis 38, wobei die PumpstrahlungsquelIe (15) und der Halbleiterkörper monolithisch integriert sind.39. The surface-emitting semiconductor body according to claim 36, wherein the pump radiation source (15) and the semiconductor body are monolithically integrated.
40. Halbleiterlaserbauelement (100), das einen oberflächenemittierenden Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Resonator (71) umfasst.40. A semiconductor laser device (100) comprising a surface emitting semiconductor body (1) according to one of the preceding claims and a resonator (71).
41. Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 40, wobei Halbleiterlaserbauelement zum optischen Pumpen eines Lasers (90) vorgesehen ist. 41. The semiconductor laser device according to claim 40, wherein a semiconductor laser device for optically pumping a laser (90) is provided.
42. Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 41, wobei der Laser (90) ein Festkörperlaser, ein Faserlaser oder ein Halbleiterlaser ist.42. The semiconductor laser device according to claim 41, wherein the laser (90) is a solid-state laser, a fiber laser or a semiconductor laser.
43. Halbleiterlaserbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei das Halbleiterlaserbauelement (100) zum Betrieb in einer Anzeigevorrichtung (95) , insbesondere einer Projektionsanordnung, vorgesehen ist. 43. The semiconductor laser component according to claim 40, wherein the semiconductor laser component (100) is provided for operation in a display device (95), in particular a projection arrangement.
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