WO2009082999A2 - Edge-emitting semiconductor laser chip having a structured contact strip - Google Patents

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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • An edge-emitting semiconductor laser chip is specified.
  • An object to be solved is to specify an edge-emitting semiconductor laser chip in which the emitted laser radiation has a reduced beam divergence, in particular in the slow-axis direction.
  • the edge-emitting semiconductor laser chip comprises an active zone.
  • the active zone of the semiconductor laser chip is suitable for generating electromagnetic radiation. That is, during operation of the edge-emitting semiconductor laser chip, electromagnetic radiation is generated and amplified in the active zone, which leaves the semiconductor laser chip at least partially through a coupling-out facet.
  • the active region comprises one or more quantum well structures which provide optical amplification upon injection of electrical current through stimulated recombination.
  • quantum well structure comprises in particular any structure, in the case of the charge carriers by inclusion ("confinement") can experience a quantization of their energy states.
  • quantum well structure does not specify the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the edge emitting semiconductor laser chip further comprises a contact strip.
  • Electric current in the form of charge carriers which is subsequently used to generate electromagnetic radiation in the active zone, is injected into the active zone via the contact strip. That is, the semiconductor laser chip is electrically contacted by means of the contact strip.
  • the contact strip may be located on the upper side and / or the lower side of the edge emitting semiconductor laser chip.
  • the contact strip is structured. That is, the contact strip is not homogeneous, for example formed as a metal layer of uniform width and / or thickness, but the contact strip has structures.
  • other means for structured charge carrier injection such as, for example, quantum well
  • the means for structured charge carrier injection for example the contact strip, is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone decreases towards a side of the semiconductor laser chip where the output semiconductor facet of the semiconductor laser chip is located.
  • the contact strip extends, for example, on the upper side of the semiconductor laser chip in the emission direction of the laser radiation generated by the edge-emitting semiconductor laser chip during operation. That is, the main extension direction of the contact strip is, for example, parallel to the emission direction.
  • the contact strip extends approximately from the side facing away from the Auskoppelfacette side of the edge emitting semiconductor laser chip to the side of the semiconductor laser chip, on which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located.
  • the contact strip is structured in such a way that in areas of the contact strip in the vicinity of the coupling-off facet less current is injected into the active zone than in regions of the contact strip which are far away from the coupling-out facet.
  • the patterned charge carrier injection into the active zone therefore decreases toward the side of the semiconductor laser chip where the output semiconductor chip of the semiconductor laser chip is located.
  • the semiconductor laser chip comprises an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation of the semiconductor laser chip. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip comprises at least one means for structured charge carrier injection into the active zone, in particular at least one structured contact strip, wherein the means is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone decreases toward a side of the semiconductor laser chip, at which a coupling-out facet of the Semiconductor laser chips is located.
  • the contact strip is structured into regions of high and regions of low charge carrier injection. That is, the contact strip has areas from which little current is injected into the active zone.
  • the contact strip has areas from which a higher current is injected into the active zone. For example, the active zone is energized from these areas in such a way as if the contact strip were not structured. These areas are the areas of high charge carrier injection and thus high current density.
  • the contact strip is structured in a region of high and low-carrier injection regions in a direction along the longitudinal center axis of the contact strip.
  • the contact strip extends from the side of the semiconductor laser chip which faces away from the coupling-out facet to the side of the semiconductor laser chip where the coupling-out facet is located.
  • the longitudinal central axis is an imaginary line which extends in the contact strip in the center thereof and also extends from the side of the semiconductor laser chip, which faces away from the Auskoppelfacette, to the side of the semiconductor laser chip on which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located.
  • the longitudinal center axis is parallel to the emission direction of the laser radiation generated by the semiconductor laser chip.
  • the longitudinal center axis may have an axis of symmetry form the contact strip. If the contact strip is now traversed along the longitudinal central axis, the contact strip is structured into regions of high and regions of low charge carrier injection.
  • the areas may, for example, each have a rectangular or differently shaped base area. The areas may be formed in this way, for example, by strips which have the same width as the contact strip.
  • the area fraction of the regions of high carrier injection decreases with decreasing distance towards the side of the semiconductor laser chip at which a coupling-out facet of the semiconductor laser chip is located. In this way, the charge carrier injection into the active region decreases toward the side of the semiconductor laser chip where the output coupling facet of the semiconductor laser chip is located.
  • the area ratio of the areas of high Storminj ection refers to the total area of the contact strip.
  • the contact strip is in a direction transverse to the longitudinal center axis of the contact strip in FIG
  • Areas of high and low-carrier injection areas are structured. That is, one passes over the contact strip in a direction transverse to the direction of the longitudinal center axis, that is, for example, perpendicular to the longitudinal central axis, so passes over areas higher and lower
  • the area fraction of the regions of high charge carrier injection increases with increasing distance from the longitudinal central axis. This means that in the middle of the contact strip little or no electric current is injected into the active zone in this way. In the outer regions of the contact strip, however, more current is injected into the active zone than in the middle of the contact strip.
  • a section of the contact strip structured in the direction transverse to the longitudinal central axis is preferably located in the vicinity of the side of the contact strip
  • the contact strip can then, for example, be unstructured, so that a high current is injected into the active zone there. That is, the current density in the active zone is high there.
  • the area fraction of the areas of high charge carrier injection decreases with decreasing distance to the longitudinal center axis and with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip from where there is a Auskoppelfacette the semiconductor laser chip.
  • This can be achieved, for example, in that the areas of high charge carrier injection are formed by strips which extend along the longitudinal central axis of the contact strip and taper in the direction of the coupling-out facet.
  • the contact strip is in one Direction transverse to the longitudinal center axis of the contact strip and in a direction parallel to the longitudinal center axis of the contact strip in areas of high and low charge carrier injection areas structured. This can be achieved, for example, by structuring the contact strip into regions of high and low charge carrier injection which extend longitudinally and transversely to the longitudinal central axis of the contact strip.
  • the contact strip in the regions of high charge carrier injection consists of a first material and in regions of low charge carrier injection of a second material.
  • the first material is selected such that its electrical contact resistance to the semiconductor material of the edge-emitting semiconductor laser chip, to which the contact strip is applied, is selected smaller than the contact resistance of the second material. In this way, a structuring of the contact strip in areas of higher and lower
  • the first and second materials contain or consist of first and second metals.
  • both the high and the low charge carrier regions have approximately the same thermal conductivity, since they each consist of or contain metals. Consequently, the thermal conductivity does not vary spatially and thus the heat removal from the semiconductor laser chip via the contact strip hardly or not at all.
  • the contact strip third, fourth, and so forth may have further regions formed of third, fourth, and so forth further materials are.
  • the height of the charge carrier injection from these areas may then be between the height of the charge carrier injection from the areas with the first metal and the height of the charge carrier injection with the areas of the second metal. That means the
  • Contact strip then has areas of high, areas of lower and areas where the charge carrier injection is between these two extremes. In this way, a further, more accurate and finer structuring and thus an even more accurate setting of
  • Carrier injection into the active zone allows.
  • contact strips which are structured in the manner described here, are located both on the upper side and the underside of the edge-emitting semiconductor laser chip.
  • edge-emitting semiconductor laser chip described here will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
  • FIG. 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power W of an edge-emitting semiconductor laser chip.
  • Figure 2 shows a schematic plan view of the
  • FIG. 3A shows a schematic perspective view of a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip.
  • FIG. 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip described here in a schematic sectional representation.
  • FIGS. 4 to 8 show schematic plan views of exemplary embodiments of edge-emitting semiconductor laser chips described here with different configurations of the contact strip.
  • FIGS. 9A and 9B show a further possibility for
  • the adjustment effort of the micro-optics is reduced drastically if the beam divergence, at least in the already narrower horizontal direction - the so-called slow axis direction - would be smaller and the beam for efficient fiber coupling only in the vertical direction - that is in the direction perpendicular to the plane if, for example, the upper side 1a of the semiconductor laser chip is located - it must be highly transformed.
  • FIG. 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power of an edge-emitting semiconductor laser chip.
  • the beam divergence was determined at 95% power inclusion.
  • the beam divergence was in the horizontal direction (slow axis direction), that is, in a plane parallel to the
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the coupling of laser radiation 10, which is generated by an edge emitting semiconductor laser chip 1, into a fiber optic 103.
  • FIG. 2 shows an edge emitting semiconductor laser chip 1, which is designed as a laser bar with five individual emitters.
  • the edge-emitting semiconductor laser chip has five contact strips 2 on its upper side 1a.
  • a further optical element 102 which is for example a converging lens, the laser radiation is brought together and coupled into the fiber optics 103.
  • FIG. 3A shows, in a schematic perspective illustration, a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip 1, which is designed as a laser bar with 24 individual emitters. For reasons of symmetry, only half the bar with twelve emitters is shown in the illustration.
  • the left edge in FIG. 3A corresponds to the center of the laser bar.
  • the dark spots in FIG. 3A symbolize regions 30 of high temperature T9.
  • the reference symbols Tl to T9 mark temperature ranges, wherein Tl indicates the region of least temperature and T9 the region of highest temperature.
  • the high power dissipation density in high-performance edge-emitting semiconductor laser chips generates a temperature gradient in the semiconductor laser chip.
  • the individual emitter of the edge-emitting semiconductor laser chip 1 is formed Inhomogeneous temperature distribution in the resonator of the edge emitting semiconductor laser chip 1 from.
  • local maxima of the temperature T9-the regions of high temperature 30 - are determined in the middle of the coupling-out facet 3 of each individual emitter. This is also the case for edge-emitting semiconductor laser chips with more or fewer emitters than for the laser in FIG. 3A or even for lasers with only a single emitter.
  • the refractive index of the semiconductor material of which the semiconductor laser chip 1 is formed is temperature-dependent, a thermal converging lens is formed in each emitter which distorts the phase front of the laser light propagating in the resonator.
  • the far field of the laser expands in a horizontal (slow axis) direction compared to the undistorted case.
  • the beam divergence increases due to the phase front distortion becoming more intense with the power loss (compare also FIG. 1).
  • the maximum temperature reached and thus the strength of the thermal lens increases with the electrical power dissipation generated in the semiconductor laser chip 1.
  • Higher efficiency lasers produce less power dissipation in the semiconductor laser chip with the same optical output power, and generally exhibit lower horizontal beam divergences.
  • FIG. 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here in a schematic sectional illustration.
  • the edge-emitting semiconductor laser chip can be manufactured in different material systems. For example, it is a semiconductor laser chip, which on one of the based on the following semiconductor materials: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAsSb. In addition, other semiconductor materials from the III -V or II-VI semiconductor systems are conceivable.
  • the semiconductor chip is preferably based, for example, on the AlGaInAs material system.
  • the edge-emitting semiconductor laser chip can be manufactured in different material systems. For example, it is a semiconductor laser chip, which on one of the based on the following semiconductor materials: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAs
  • Semiconductor laser chip 1 is, for example, a diode laser bar having a multiplicity of emitters, for example having four to six emitters, which has a resonator length of greater than or equal to 100 ⁇ m, for example between 3 and 6 mm.
  • the width of the laser radiation emitted by the individual emitters is preferably between 50 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the edge-emitting semiconductor laser chip 1 can, for example, generate laser radiation with a central wavelength of 915 nm or 976 nm. However, depending on the semiconductor material used, the generation of short-wave or longer-wave laser light is also possible.
  • the semiconductor laser chip 1 comprises a substrate 11, which may, for example, be a growth substrate and which may form a p-contact layer. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip 1 comprises an active zone 14, which is provided for generating electromagnetic radiation. The active region 14 is embedded in waveguiding layers 13 which have a higher bandgap and a lower refractive index than the active region 14. A coating layer 12, which has a higher band gap and a lower refractive index than the
  • Wave guiding layers 13 has. On the side facing away from the substrate 11 of the semiconductor laser chip 1 is located on the coating layer 12 is a final contact layer 15. On the contact layer 15 are contact strips 2, via which electrical current can be injected into the active zone 14. The width of the contact strips 2 is preferably between 10 .mu.m and several 100 .mu.m.
  • FIG. 4 shows a contact strip 2 of an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here in a schematic plan view.
  • the contact strip 2 may be located on the upper side 1a and / or on the lower side 1b of the semiconductor laser chip 1.
  • the contact strip 2 is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone 14 decreases toward a side of the semiconductor laser chip 1 where the output coupling facet 3 of the semiconductor laser chip 1 is located.
  • a structured charge carrier injection on the top and / or bottom of the semiconductor laser chip 1 leads via the thus likewise structured distribution of the ohmic power dissipation density in the semiconductor laser chip 1 to a targeted influencing of the thermal lens in the resonator of the semiconductor laser chip 1.
  • the resonator is characterized by the Auskoppelfacette 3 and that of the Auskoppelfacette 3 opposite side of the semiconductor laser chip 1 is formed.
  • the contact strip 2 is divided into regions of low charge carrier injection 22 and high charge carrier injection 21. Through the areas lower
  • Carrier injection 22 hardly or no current is impressed into the active zone 14. On the other hand, in the areas of high charge carrier injection 21, current is impressed similarly into the active zone 14 as in the unstructured case.
  • the structuring of the charge carrier injection can be done as follows:
  • a correspondingly structured passivation layer is applied to the semiconductor laser chip 1, such that the passivation layer is removed only in the regions of high charge carrier injection 21, so that there contact between the material of the contact strip.
  • a metal - and the semiconductor material of the semiconductor laser chip 1 consists.
  • the contact strip 2 is structured in areas of high and low carrier injection.
  • a p-doped semiconductor layer can be applied over an n-doped contact layer 15, whereby after structured removal of the p-doped layer, the same effect occurs.
  • Another possibility for structuring the charge carrier injection is that by quantum well Intermixing the charge carrier recombination in the active zone 14 and thus the generation of heat loss in the active zone 14 is prevented at these locations. Structured implementation of quantum well intermixing allows for higher and lower ranges
  • Another possibility for structuring the contact strip and thus the charge carrier injection is to locally form the contact strip 2 made of different metals or other materials which have different electrical contact resistances at the interface between these materials and the contact layer 15 of the semiconductor laser chip. This also leads to a structured charge carrier injection and a division of the contact strip 2 into regions of high charge carrier injection 21 and regions of low charge carrier injection 22. This method simultaneously avoids a variation of the thermal conductivity of the contact strip 2 and consequently a variation of the
  • the contact layer 15 is formed from p-doped GaAs. In areas of high Storminj etation the contact strip is then formed from Cr / Pt / Au, where Cr is the crucial metal for the low contact resistance. In areas of low Storminj ection, for example, aluminum is used.
  • the charge carrier injection near the output coupling facet 3 varies in the longitudinal direction, parallel to the longitudinal axis 23 of FIG Contact strip 2. In this way, the temperature rise is reduced at the Auskoppelfacette 3 and compensated for the temperature distribution in the semiconductor laser chip 1.
  • FIG. 5 shows the contact strip 2 of an edge-emitting semiconductor laser described here.
  • the charge carrier injection varies in a lateral direction, that is to say in the direction transverse to the longitudinal axis 23.
  • the structuring preferably takes place only in the vicinity of the coupling-out facet 3. Over the remaining length of the contact strip 2, no structuring takes place.
  • the structuring consists of regions of high charge carrier injection 21 and strip-like regions of low charge carrier injection 22, wherein in the middle of the contact strip 2 particularly little current is injected and the area fraction of the regions of high charge carrier injection 21 is particularly small there.
  • FIG. 6 shows the contact strip 2 of an edge emitting semiconductor laser chip 1 described here.
  • the current density is in the active one
  • Zone 14 by structuring the contact strip 2 in the longitudinal and lateral directions near the Auskoppelfacette 3 given a softer transition from the unstructured to the structured area. In this case, the areas of higher rejuvenate
  • FIG. 7 shows the contact strip. 2 of an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here.
  • FIG. 9 a halftone structuring of the contact strip 2 is described.
  • the rectangles in FIG. 9 include regions of low charge carrier injection 22, that is, on average, the injected current density decreases toward the output coupling facet 3 and toward the central axis 23.
  • the structuring is given by one of the structuring measures described above. That is, for example, a passivation layer may be present in the low injection regions 22.
  • FIGS. 9A and 9B show a further possibility for structuring the charge carrier injection on the basis of a schematic sectional representation through a part of the semiconductor laser chip 1.
  • the structuring of the contact strip 2 takes place via a tunnel contact.
  • a very highly doped pn junction in particular in the reverse direction, forms a tunnel junction.
  • This tunnel contact can be ohmic with appropriate design, that is he then has a linear current-voltage characteristic.
  • FIG. 9A it is shown that a highly p-doped tunnel layer IIa impinges on the p-contact layer 11 of FIG Semiconductor laser chips 1 is applied.
  • the highly p-doped tunnel contact layer IIa follows a highly n-doped tunnel contact layer IIb.
  • the tunnel contact layers are preferably at least where later should be a contact strip 2, applied over the entire surface of the p-contact layer 11 and locally removed after their epitaxy.
  • n-side of the semiconductor laser chip 1 This is described in connection with FIG. 9B.
  • n-contact layer 15 a highly n-doped tunnel layer 15a and applied to this a highly p-doped tunnel layer 15b.
  • metal-to-p-doped area contact and metal-to-n-doped metal contact where the tunneling layers were left, a low current density results in the active zone, whereas where the tunneling layers were removed and contact between the metal and the n-doped contact layer 15, a high current density.
  • high current density in the region of the tunnel layers and low current density where a metal was made to n-contact with poor contact of metal to the n-doped region and good contact of metal to the p-doped region, high current density in the region of the tunnel layers and low current density where a metal was made to n-contact.

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Abstract

The invention specifies an edge-emitting semiconductor laser chip having - an active zone (14) in which electromagnetic radiation is produced during operation of the semiconductor laser chip (1) and - at least one structured contact strip (2) which is structured in such a manner that charge carrier injection into the active zone (14) decreases towards a side of the semiconductor laser chip (1) on which a coupling-out facet (3) of the semiconductor laser chip (1) is situated.

Description

Kantenemittierender Halbleiterlaserchip mit einem strukturierten Kontaktstreifen Edge-emitting semiconductor laser chip with a structured contact strip
Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip angegeben .An edge-emitting semiconductor laser chip is specified.
Die Druckschrift US 6,947,464132 beschreibt einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The document US 6,947,464,132 describes an edge-emitting semiconductor laser chip and a method for its production.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip anzugeben, bei dem die emittierte Laserstrahlung eine verringerte Strahldivergenz, insbesondere in der slow-axis Richtung, aufweist .An object to be solved is to specify an edge-emitting semiconductor laser chip in which the emitted laser radiation has a reduced beam divergence, in particular in the slow-axis direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip eine aktive Zone. Die aktive Zone des Halbleiterlaserchips ist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet. Das heißt, im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips wird in der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung erzeugt und verstärkt, welche den Halbleiterlaserchip zumindest teilweise durch eine Auskoppelfacette verlässt . Die aktive Zone umfasst dazu einen oder mehrere Quantentopfstrukturen, welche bei Injektion von elektrischem Strom durch stimulierte Rekombination optische Verstärkung bereitstellen.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the edge-emitting semiconductor laser chip comprises an active zone. The active zone of the semiconductor laser chip is suitable for generating electromagnetic radiation. That is, during operation of the edge-emitting semiconductor laser chip, electromagnetic radiation is generated and amplified in the active zone, which leaves the semiconductor laser chip at least partially through a coupling-out facet. The active region comprises one or more quantum well structures which provide optical amplification upon injection of electrical current through stimulated recombination.
Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement " ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung QuantentopfStruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.The term quantum well structure comprises in particular any structure, in the case of the charge carriers by inclusion ("confinement") can experience a quantization of their energy states. In particular, the term quantum well structure does not specify the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip ferner einen Kontaktstreifen. Über den Kontaktstreifen wird elektrischer Strom in Form von Ladungsträgern, welcher anschließend zur Erzeugung -von elektromagnetischer Strahlung in der aktiven Zone genutzt wird, in die aktive Zone injiziert. Das heißt, der Halbleiterlaserchip ist mittels des KontaktStreifens elektrisch kontaktiert. Der Kontaktstreifen kann sich dabei auf der Oberseite und/oder der Unterseite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips befinden. Bevorzugt ist der Kontaktstreifen strukturiert. Das heißt, der Kontaktstreifen ist nicht homogen, beispielsweise als eine Metallschicht gleichmäßiger Breite und/oder Dicke ausgebildet, sondern der Kontaktstreifen weist Strukturen auf. Alternativ oder zusätzlich zu einem strukturierten Kontaktstreifen sind auch andere Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion wie beispielsweise Quantenwell-In accordance with at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip, the edge emitting semiconductor laser chip further comprises a contact strip. Electric current in the form of charge carriers, which is subsequently used to generate electromagnetic radiation in the active zone, is injected into the active zone via the contact strip. That is, the semiconductor laser chip is electrically contacted by means of the contact strip. The contact strip may be located on the upper side and / or the lower side of the edge emitting semiconductor laser chip. Preferably, the contact strip is structured. That is, the contact strip is not homogeneous, for example formed as a metal layer of uniform width and / or thickness, but the contact strip has structures. Alternatively or in addition to a structured contact strip, other means for structured charge carrier injection, such as, for example, quantum well
Intermixing oder strukturierte Implantation oder Einlegierung von Fremdatomen möglich.Intermixing or structured implantation or alloying of foreign atoms possible.
Das Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion, etwa der Kontaktstreifen ist dabei derart strukturiert, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu einer Seite des Halbleiterlaserchips hin abnimmt, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Mit anderen Worten erstreckt sich zum Beispiel der Kontaktstreifen beispielsweise auf der Oberseite des Halbleiterlaserchips in Emissionsrichtung der vom kantenemittierenden Halbleiterlaserchip im Betrieb erzeugten Laserstrahlung. Das heißt, die Haupterstreckungsrichtung des Kontaktstreifens ist beispielsweise parallel zur Emissionsrichtung. Der Kontaktstreifen erstreckt sich etwa von der der Auskoppelfacette abgewandten Seite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips zu der Seite des Halbleiterlaserchips, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Der Kontaktstreifen ist dabei derart strukturiert, dass in Bereichen des Kontaktstreifens in Nähe der Auskoppelfacette weniger Strom in die aktive Zone injiziert wird als in Bereichen des Kontaktstreifens, welche weit von der Auskoppelfacette entfernt sind. Die strukturierte Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone nimmt daher zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.The means for structured charge carrier injection, for example the contact strip, is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone decreases towards a side of the semiconductor laser chip where the output semiconductor facet of the semiconductor laser chip is located. In other words, for example, the contact strip extends, for example, on the upper side of the semiconductor laser chip in the emission direction of the laser radiation generated by the edge-emitting semiconductor laser chip during operation. That is, the main extension direction of the contact strip is, for example, parallel to the emission direction. The contact strip extends approximately from the side facing away from the Auskoppelfacette side of the edge emitting semiconductor laser chip to the side of the semiconductor laser chip, on which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located. The contact strip is structured in such a way that in areas of the contact strip in the vicinity of the coupling-off facet less current is injected into the active zone than in regions of the contact strip which are far away from the coupling-out facet. The patterned charge carrier injection into the active zone therefore decreases toward the side of the semiconductor laser chip where the output semiconductor chip of the semiconductor laser chip is located.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips umfasst der Halbleiterlaserchip eine aktive Zone, in der im Betrieb des Halbleiterlaserchips elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Ferner umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip zumindest ein Mittel zur strukturierten Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone, insbesondere zumindest einen strukturierten Kontaktstreifen, wobei das Mittel derart strukturiert ist, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu einer Seite des Halbleiterlaserchips hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Das heißt, der Kontaktstreifen weist Bereiche auf, aus denen wenig Strom in die aktive Zone injiziert wird. Dabei ist es möglich, dass aus diesen Bereichen gar kein Strom in die aktive Zone injiziert wird. Diese Bereiche des KontaktStreifens sind die Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion und damit niedriger Stromdichte. Darüber hinaus weist der Kontaktstreifen Bereiche auf, aus denen ein höherer Strom in die aktive Zone injiziert wird. Aus diesen Bereichen wird die aktive Zone beispielsweise derart bestromt, als wenn der Kontaktstreifen nicht strukturiert wäre. Diese Bereiche sind die Bereiche hoher Ladungsträgerinj ektion und damit hoher Stromdichte.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the semiconductor laser chip comprises an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation of the semiconductor laser chip. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip comprises at least one means for structured charge carrier injection into the active zone, in particular at least one structured contact strip, wherein the means is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone decreases toward a side of the semiconductor laser chip, at which a coupling-out facet of the Semiconductor laser chips is located. In accordance with at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip, the contact strip is structured into regions of high and regions of low charge carrier injection. That is, the contact strip has areas from which little current is injected into the active zone. It is possible that no current is injected into the active zone from these areas. These areas of the contact strip are the areas of low carrier injection and thus low current density. In addition, the contact strip has areas from which a higher current is injected into the active zone. For example, the active zone is energized from these areas in such a way as if the contact strip were not structured. These areas are the areas of high charge carrier injection and thus high current density.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung längs zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Beispielsweise verläuft der Kontaktstreifen von der Seite des Halbleiterlaserchips, welche der Auskoppelfacette abgewandt ist, zu der Seite des Halbleiterlaserchips, an der sich die Auskoppelfacette befindet. Die Längsmittelachse ist eine gedachte Linie, welche im Kontaktstreifen in dessen Mitte verläuft und sich ebenfalls von der Seite des Halbleiterlaserchips, welche der Auskoppelfacette abgewandt ist, zu der Seite des Halbleiterlaserchips erstreckt, an welcher sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Beispielsweise ist die Längsmittelachse parallel zur Emissionsrichtung der vom Halbleiterlaserchip erzeugten Laserstrahlung. Die Längsmittelachse kann eine Symmetrieachse des Kontaktstreifens bilden. Überfährt man nun den Kontaktstreifen längs der Längsmittelachse, so ist der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Die Bereiche können dabei beispielsweise jeweils eine rechteckige oder anders geformte Grundfläche aufweisen. Die Bereiche können auf diese Weise zum Beispiel durch Streifen gebildet sein, welche die gleiche Breite wie der Kontaktstreifen aufweisen.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the contact strip is structured in a region of high and low-carrier injection regions in a direction along the longitudinal center axis of the contact strip. For example, the contact strip extends from the side of the semiconductor laser chip which faces away from the coupling-out facet to the side of the semiconductor laser chip where the coupling-out facet is located. The longitudinal central axis is an imaginary line which extends in the contact strip in the center thereof and also extends from the side of the semiconductor laser chip, which faces away from the Auskoppelfacette, to the side of the semiconductor laser chip on which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located. For example, the longitudinal center axis is parallel to the emission direction of the laser radiation generated by the semiconductor laser chip. The longitudinal center axis may have an axis of symmetry form the contact strip. If the contact strip is now traversed along the longitudinal central axis, the contact strip is structured into regions of high and regions of low charge carrier injection. The areas may, for example, each have a rectangular or differently shaped base area. The areas may be formed in this way, for example, by strips which have the same width as the contact strip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit kleiner werdendem Abstand zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Auf diese Weise nimmt die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the area fraction of the regions of high carrier injection decreases with decreasing distance towards the side of the semiconductor laser chip at which a coupling-out facet of the semiconductor laser chip is located. In this way, the charge carrier injection into the active region decreases toward the side of the semiconductor laser chip where the output coupling facet of the semiconductor laser chip is located.
Der Flächenanteil der Bereiche hoher Storminj ektion bezieht sich beispielsweise auf die Gesamtfläche des Kontaktstreifens .The area ratio of the areas of high Storminj ection, for example, refers to the total area of the contact strip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens inAccording to at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the contact strip is in a direction transverse to the longitudinal center axis of the contact strip in FIG
Bereiche hoher und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert. Das heißt, überfährt man den Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Richtung der Längsmittelachse, das heißt beispielsweise senkrecht zur Längsmittelachse, so überfährt man Bereiche hoher und niedrigerAreas of high and low-carrier injection areas are structured. That is, one passes over the contact strip in a direction transverse to the direction of the longitudinal center axis, that is, for example, perpendicular to the longitudinal central axis, so passes over areas higher and lower
Ladungsträgerinj ektion. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit größer werdendem Abstand zur Längsmittelachse hin zu. Das bedeutet, in der Mitte des Kontaktstreifens wird auf diese Weise wenig oder gar kein elektrischer Strom in die aktive Zone injiziert. In den Außenbereichen des Kontaktstreifens wird hingegen mehr Strom als in der Mitte des Kontaktstreifens in die aktive Zone injiziert. Bevorzugt befindet sich ein derart in Richtung quer zur Längsmittelachse strukturierter Abschnitt des Kontaktstreifens in der Nähe der Seite desCargo carrier injection. In accordance with at least one embodiment of the edge emitting semiconductor laser chip, the area fraction of the regions of high charge carrier injection increases with increasing distance from the longitudinal central axis. This means that in the middle of the contact strip little or no electric current is injected into the active zone in this way. In the outer regions of the contact strip, however, more current is injected into the active zone than in the middle of the contact strip. Preferably, a section of the contact strip structured in the direction transverse to the longitudinal central axis is preferably located in the vicinity of the side of the contact strip
Halbleiterlaserchips, an der sich die Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. In anderen Abschnitten des Kontaktstreifens, welche weiter von der Auskoppelfacette entfernt liegen, kann der Kontaktstreifen dann beispielsweise unstrukturiert sein, sodass dort ein hoher Strom in die aktive Zone injiziert wird. Das heißt, die Stromdichte in der aktiven Zone ist dort hoch.Semiconductor laser chips, at which the Auskoppelfacette of the semiconductor laser chip is located. In other sections of the contact strip, which are farther away from the coupling-out facet, the contact strip can then, for example, be unstructured, so that a high current is injected into the active zone there. That is, the current density in the active zone is high there.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierendenAccording to at least one embodiment of the edge-emitting
Halbleiterlaserchips nimmt der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion mit geringer werdendem Abstand zur Längsmittelachse sowie mit kleiner werdendem Abstand zu der Seite des Halbleiterlaserchips hin ab, an der sich eine Auskoppelfacette des Halbleiterlaserchips befindet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass die Bereiche hoher Ladungsträgerinj ektion durch Streifen gebildet sind, welche sich längs der Längsmittelachse des Kontaktstreifens erstrecken und sich in Richtung der Auskoppelfacette hin verjüngen .Semiconductor laser chips, the area fraction of the areas of high charge carrier injection decreases with decreasing distance to the longitudinal center axis and with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip from where there is a Auskoppelfacette the semiconductor laser chip. This can be achieved, for example, in that the areas of high charge carrier injection are formed by strips which extend along the longitudinal central axis of the contact strip and taper in the direction of the coupling-out facet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips ist der Kontaktstreifen in einer Richtung quer zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens sowie in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und Bereiche niedriger LadungsträgerInjektion strukturiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass der Kontaktstreifen in Bereiche hoher und niedriger Ladungsträgerinj ektion strukturiert ist, welche sich längs und quer zur Längsmittelachse des KontaktStreifens erstrecken.In accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the contact strip is in one Direction transverse to the longitudinal center axis of the contact strip and in a direction parallel to the longitudinal center axis of the contact strip in areas of high and low charge carrier injection areas structured. This can be achieved, for example, by structuring the contact strip into regions of high and low charge carrier injection which extend longitudinally and transversely to the longitudinal central axis of the contact strip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips besteht der Kontaktstreifen in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion aus einem ersten Material und in Bereichen niedriger Ladungsträgerinjektion aus einem zweiten Material . Dabei ist das erste Material derart gewählt, dass sein elektrischer Übergangswiderstand zum Halbleitermaterial des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips, auf das der Kontaktstreifen aufgebracht ist, kleiner gewählt ist als der Übergangswiderstand des zweiten Materials. Auf diese Weise ist eine Strukturierung des Kontaktstreifens in Bereiche hoher und niedrigerIn accordance with at least one embodiment of the edge-emitting semiconductor laser chip, the contact strip in the regions of high charge carrier injection consists of a first material and in regions of low charge carrier injection of a second material. In this case, the first material is selected such that its electrical contact resistance to the semiconductor material of the edge-emitting semiconductor laser chip, to which the contact strip is applied, is selected smaller than the contact resistance of the second material. In this way, a structuring of the contact strip in areas of higher and lower
Ladungsträgerinjektion realisiert. Beispielsweise enthalten oder bestehen das erste und das zweite Material aus ersten und zweiten Metallen. Dadurch weisen sowohl die Bereiche hoher als auch die Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion in etwa die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf, da sie beide jeweils aus Metallen bestehen oder solche enthalten. Folglich variiert die Wärmeleitfähigkeit nicht räumlich und damit der Wärmeabtransport aus dem Halbleiterlaserchip über den Kontaktstreifen kaum oder gar nicht.Carrier injection realized. For example, the first and second materials contain or consist of first and second metals. As a result, both the high and the low charge carrier regions have approximately the same thermal conductivity, since they each consist of or contain metals. Consequently, the thermal conductivity does not vary spatially and thus the heat removal from the semiconductor laser chip via the contact strip hardly or not at all.
Ferner ist es möglich, dass der Kontaktstreifen dritte, vierte, und so weiter weitere Bereiche aufweist, welche aus dritten, vierten, und so weiter weiteren Materialien gebildet sind. Die Höhe der Ladungsträgerinjektion aus diesen Bereichen kann dann zwischen der Höhe der Ladungsträgerinjektion aus den Bereichen mit dem ersten Metall und der Höhe der Ladungsträgerinjektion mit den Bereichen des zweiten Metalls liegen. Das bedeutet, derFurther, it is possible for the contact strip third, fourth, and so forth to have further regions formed of third, fourth, and so forth further materials are. The height of the charge carrier injection from these areas may then be between the height of the charge carrier injection from the areas with the first metal and the height of the charge carrier injection with the areas of the second metal. That means the
Kontaktstreifen weist dann Bereiche hoher, Bereiche niedriger und Bereiche auf, bei denen die Ladungsträgerinjektion zwischen diesen beiden Extremwerten liegt. Auf diese Weise ist eine weitere, genauere und feinere Strukturierung und damit eine noch genauere Einstellung derContact strip then has areas of high, areas of lower and areas where the charge carrier injection is between these two extremes. In this way, a further, more accurate and finer structuring and thus an even more accurate setting of
Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone ermöglicht.Carrier injection into the active zone allows.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich sowohl auf der Ober- als auch der Unterseite des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips Kontaktstreifen, die in der hier beschriebenen Weise strukturiert sind.In accordance with at least one embodiment, contact strips, which are structured in the manner described here, are located both on the upper side and the underside of the edge-emitting semiconductor laser chip.
Im Folgenden wird der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaserchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.The edge-emitting semiconductor laser chip described here will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
Figur 1 zeigt aufgetragene Messwerte der Strahldivergenz in Winkelgrad gegen die Ausgangsleistung W eines kantenemittierenden Halbleiterlaserchips .FIG. 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power W of an edge-emitting semiconductor laser chip.
Figur 2 zeigt anhand einer schematischen Draufsicht dieFigure 2 shows a schematic plan view of the
Einkopplung von Laserstrahlung in eine Faseroptik.Coupling of laser radiation in a fiber optic.
Figur 3A zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine simulierte Temperaturverteilung in einem kantenemittierenden Halbleiterlaserchip. Figur 3B zeigt einen hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip in einer schematischen Schnittdarstellung .FIG. 3A shows a schematic perspective view of a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip. FIG. 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip described here in a schematic sectional representation.
Figuren 4 bis 8 zeigen schematische Draufsichten von Ausführungsbeispielen hier beschriebener kantenemittierender Halbleiterlaserchips mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des Kontaktstreifen.FIGS. 4 to 8 show schematic plan views of exemplary embodiments of edge-emitting semiconductor laser chips described here with different configurations of the contact strip.
Figuren 9A und 9B zeigen eine weitere Möglichkeit zurFIGS. 9A and 9B show a further possibility for
Strukturierung der Ladungsträgerinjektion anhand einer schematischen Schnittdarstellung.Structuring of the charge carrier injection on the basis of a schematic sectional representation.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components are each provided with the same reference numerals. The illustrated elements are not to be considered as true to scale, but individual elements may be exaggerated to better understand.
Der technische Fortschritt bei der Realisierung von Faserlasern und fasergekoppelten Lasern, die hervorragende Strahlqualität und hohe erreichbare Ausgangsleistungen ermöglichen, erlauben ihren Einsatz zum Beispiel in neuen industriellen Anwendungen wie dem "Remote" -Schweißen. Als Pumplichtquelle werden üblicherweise kantenemittierende Halbleiterlaserdioden verwenden. Sie bieten einen sehr hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der elektrisch aufgewendeten Leistung in nutzbare Strahlungsleistung bei gleichzeitig hoher optischer Ausgangsleistung. Andererseits zeigen sie jedoch eine starke Elliptizität des Fernfeldes. Eine effiziente Einkopplung der Laserstrahlung in den runden Faserquerschnitt einer Faseroptik 103 ist nur mit Hilfe teurer und aufwändig zu justierender Mikrooptiken 101 zu erreichen (siehe dazu auch die Figur 2) . Eine Vereinfachung und Verbesserung der Faserkopplung der Laserdioden würde zu kostengünstigeren und zuverlässigeren Lasersystemen führen. Der Justageaufwand der Mikrooptiken verringert sich drastisch, wenn die Strahldivergenz zumindest in der ohnehin schmäleren horizontalen Richtung - die so genannte slow axis Richtung - kleiner wäre und der Strahl für effiziente Faserkopplung nur in der vertikalen Richtung - das heißt in der Richtung senkrecht zur Ebene, in der beispielsweise die Oberseite Ia des Halbleiterlaserchips liegt - stark transformiert werden muss.The technical progress in the realization of fiber lasers and fiber-coupled lasers, which allow excellent beam quality and high achievable output powers, allow their use, for example, in new industrial applications such as "remote" welding. As the pumping light source, edge-emitting semiconductor laser diodes will usually be used. They offer a very high efficiency in the conversion of electrical power used in usable radiation power with high optical output power. On the other hand, they show a strong ellipticity of the far field. An efficient coupling of the laser radiation in the round Fiber cross section of a fiber optic 103 can be achieved only with the help of expensive and complicated to be adjusted micro-optics 101 (see also Figure 2). Simplifying and improving fiber coupling of the laser diodes would result in lower cost and more reliable laser systems. The adjustment effort of the micro-optics is reduced drastically if the beam divergence, at least in the already narrower horizontal direction - the so-called slow axis direction - would be smaller and the beam for efficient fiber coupling only in the vertical direction - that is in the direction perpendicular to the plane if, for example, the upper side 1a of the semiconductor laser chip is located - it must be highly transformed.
Die Figur 1 zeigt aufgetragene Messwerte der Strahldivergenz in Winkelgrad gegen die Ausgangsleistung eines kantenemittierenden Halbleiterlaserchips. Dabei wurde die Strahldivergenz bei 95 % Leistungseinschluss bestimmt. Die Strahldivergenz wurde dabei in horizontaler Richtung (slow axis Richtung) , das heißt in einer Ebene, die parallel zurFIG. 1 shows plotted measured values of the beam divergence in angular degrees versus the output power of an edge-emitting semiconductor laser chip. The beam divergence was determined at 95% power inclusion. The beam divergence was in the horizontal direction (slow axis direction), that is, in a plane parallel to the
Oberseite Ia (vergleiche dazu auch Figur 2) verläuft, bestimmt. "95 % Leistungseinschluss" bedeutet, dass für die Bestimmung der Strahldivergenz nur derjenige Bereich des Laserstrahls beachtet wurde, der 95 % der Ausgangsleistung einschließt.Top Ia (see also Figure 2) runs determined. "95% power confinement" means that only the area of the laser beam that includes 95% of the output power was considered for determining the beam divergence.
Wie aus Figur ersichtlich, wächst die horizontale Strahldivergenz mit steigender Ausgangsleistung des Lasers stark an. Dies erschwert den oben beschriebenen Einsatz des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips für hoheAs can be seen from Figure, the horizontal beam divergence increases strongly with increasing output power of the laser. This complicates the above-described use of the edge-emitting semiconductor laser chip for high
Lichtleistungen, da die bevorzugt verwendeten kleinen Mikrooptiken 101 dann seitlich überstrahlt werden können und Licht verloren geht . Die Figur 2 zeigt anhand einer schematischen Draufsicht die Einkopplung von Laserstrahlung 10, welche durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1 erzeugt wird, in eine Faseroptik 103. Die Figur 2 zeigt dabei einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1, welcher als Laserbarren mit fünf Einzelemittern ausgebildet ist. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip weist dafür an seiner Oberseite Ia fünf Kontaktstreifen 2 auf. An der Auskoppelfacette 3 werden fünf Laserstrahlen 10 ausgekoppelt, welche zunächst durch eine Mikrooptik 101 treten. Durch ein weiteres optisches Element 102, das beispielsweise eine Sammellinse ist, wird die Laserstrahlung zusammengeführt und in die Faseroptik 103 eingekoppelt.Light outputs, since the preferably used small micro-optics 101 can then be outshined laterally and light is lost. 2 shows a schematic plan view of the coupling of laser radiation 10, which is generated by an edge emitting semiconductor laser chip 1, into a fiber optic 103. FIG. 2 shows an edge emitting semiconductor laser chip 1, which is designed as a laser bar with five individual emitters. For this purpose, the edge-emitting semiconductor laser chip has five contact strips 2 on its upper side 1a. At the Auskoppelfacette 3 five laser beams 10 are coupled, which first pass through a micro-optics 101. By a further optical element 102, which is for example a converging lens, the laser radiation is brought together and coupled into the fiber optics 103.
Die Figur 3A zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine simulierte Temperaturverteilung in einen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1, welcher als Laserbarren mit 24 Einzelemittern ausgeführt ist. Aus Symmetriegründen ist in der Darstellung nur der halbe Barren mit zwölf Emittern gezeigt . Die linke Kante in der Figur 3A entspricht der Mitte des Laserbarrens. Die dunklen Stellen in der Figur 3A symbolisieren Bereiche 30 hoher Temperatur T9. Die Bezugszeichen Tl bis T9 markieren Temperaturbereiche, wobei Tl den Bereich geringster Temperatur und T9 den Bereich höchster Temperatur kennzeichnet .FIG. 3A shows, in a schematic perspective illustration, a simulated temperature distribution in an edge-emitting semiconductor laser chip 1, which is designed as a laser bar with 24 individual emitters. For reasons of symmetry, only half the bar with twelve emitters is shown in the illustration. The left edge in FIG. 3A corresponds to the center of the laser bar. The dark spots in FIG. 3A symbolize regions 30 of high temperature T9. The reference symbols Tl to T9 mark temperature ranges, wherein Tl indicates the region of least temperature and T9 the region of highest temperature.
Die hohe Verlustleistungsdichte in hochleistungsfähigen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips erzeugt einen Temperaturgradienten im Halbleiterlaserchip. Wie aus Figur 3A ersichtlich, bildet sich bei hohen Ausgangsleistungen von mehreren Watt und schmalen Streifenbreiten der einzelnen Emitter des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 eine inhomogene Temperaturverteilung im Resonator des kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 aus. Dabei werden lokale Maxima der Temperatur T9 - die Bereiche hoher Temperatur 30 - in der Mitte der Auskoppelfacette 3 jedes einzelnen Emitters festgestellt. Dies ist auch bei kantenemittierenden Halbleiterlaserchips mit mehr oder weniger Emittern als beim Laser in der Figur 3A oder auch bei Lasern mit nur einem einzigen Emitter der Fall . Da der Brechungsindex des Halbleitermaterials, aus dem der Halbleiterlaserchip 1 gebildet ist, temperaturabhängig ist, entsteht in jedem Emitter eine thermische Sammellinse, welche die Phasenfront des im Resonator propagierenden Laserlichts verzerrt . Dadurch wirkt das Fernfeld des Lasers in horizontaler (slow axis) Richtung gegenüber dem unverzerrten Fall aufgeweitet. Bei steigender Ausgangsleistung beziehungsweise steigendem Pumpstrom steigt damit die Strahldivergenz wegen der mit der Verlustleistung stärker werdenden Phasenfrontverzerrung an (vergleiche dazu auch Figur 1) .The high power dissipation density in high-performance edge-emitting semiconductor laser chips generates a temperature gradient in the semiconductor laser chip. As can be seen from FIG. 3A, at high output powers of several watts and narrow strip widths, the individual emitter of the edge-emitting semiconductor laser chip 1 is formed Inhomogeneous temperature distribution in the resonator of the edge emitting semiconductor laser chip 1 from. In this case, local maxima of the temperature T9-the regions of high temperature 30 -are determined in the middle of the coupling-out facet 3 of each individual emitter. This is also the case for edge-emitting semiconductor laser chips with more or fewer emitters than for the laser in FIG. 3A or even for lasers with only a single emitter. Since the refractive index of the semiconductor material of which the semiconductor laser chip 1 is formed is temperature-dependent, a thermal converging lens is formed in each emitter which distorts the phase front of the laser light propagating in the resonator. As a result, the far field of the laser expands in a horizontal (slow axis) direction compared to the undistorted case. As the output power increases or the pumping current increases, the beam divergence increases due to the phase front distortion becoming more intense with the power loss (compare also FIG. 1).
Die maximal erreichte Temperatur und damit die Stärke der thermischen Linse steigt mit der im Halbleiterlaserchip 1 erzeugten elektrischen Verlustleistung. Laser mit höherer Effizienz erzeugen bei gleicher optischer Ausgangsleistung weniger Verlustleistung im Halbleiterlaserchip und zeigen im Allgemeinen geringere horizontale Strahldivergenzen.The maximum temperature reached and thus the strength of the thermal lens increases with the electrical power dissipation generated in the semiconductor laser chip 1. Higher efficiency lasers produce less power dissipation in the semiconductor laser chip with the same optical output power, and generally exhibit lower horizontal beam divergences.
Die Figur 3B zeigt einen hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchip 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip kann in unterschiedlichen Materialsystemen gefertigt sein. Beispielsweise handelt es sich um einen Halbleiterlaserchip, der auf einem der folgenden Halbleitermaterialien basiert: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAsSb. Darüber hinaus sind auch weitere Halbleitermaterialien aus den III -V oder den II-VI Halbleitersystemen denkbar. Bevorzugt basiert der Halbleiterchip beispielsweise auf dem AlGaInAs Materialsystem. Bei dem kantenemittierendenFIG. 3B shows an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here in a schematic sectional illustration. The edge-emitting semiconductor laser chip can be manufactured in different material systems. For example, it is a semiconductor laser chip, which on one of the based on the following semiconductor materials: GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, AlGaInAs, InGaAsP, GaN, InGaN, AlGaInAsSb. In addition, other semiconductor materials from the III -V or II-VI semiconductor systems are conceivable. The semiconductor chip is preferably based, for example, on the AlGaInAs material system. In the edge-emitting
Halbleiterlaserchip 1 handelt es sich beispielsweise um einen Diodenlaserbarren mit einer Vielzahl von Emittern, zum Beispiel mit vier bis sechs Emittern, welcher eine Resonatorlänge größer gleich lOOμm, zum Beispiel zwischen 3 und 6 mm aufweist. Die Breite der von den einzelnen Emittern emittierten Laserstrahlung beträgt vorzugsweise zwischen 50 ßm und 150 μm. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip 1 kann beispielsweise Laserstrahlung mit einer Zentralwellenlänge von 915 nm oder 976 nm erzeugen. Allerdings ist in Abhängigkeit vom verwendeten Halbleitermaterial auch die Erzeugung von kurz- oder längerwelligerem Laserlicht möglich. Zwischen den Kontaktstreifen 2 können sich Strombarrieren 4, welche die Stromeinprägung in die aktive Zone 14 in Richtungen parallel zur Emissionsrichtung des Halbleiterlaserchips 1 beschränken, befinden. Dabei ist es auch möglich, dass sich zwischen je zwei Kontaktstreifen zwei oder mehr Strombarrieren 4 befinden.Semiconductor laser chip 1 is, for example, a diode laser bar having a multiplicity of emitters, for example having four to six emitters, which has a resonator length of greater than or equal to 100 μm, for example between 3 and 6 mm. The width of the laser radiation emitted by the individual emitters is preferably between 50 μm and 150 μm. The edge-emitting semiconductor laser chip 1 can, for example, generate laser radiation with a central wavelength of 915 nm or 976 nm. However, depending on the semiconductor material used, the generation of short-wave or longer-wave laser light is also possible. Between the contact strips 2, there may be current barriers 4, which limit the current injection into the active zone 14 in directions parallel to the emission direction of the semiconductor laser chip 1. It is also possible that there are two or more current barriers 4 between each two contact strips.
Der Halbleiterlaserchip 1 umfasst ein Substrat 11, bei dem es sich beispielsweise um ein Wachstumssubstrat handeln kann und das eine p-KontaktSchicht bilden kann. Ferner umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaserchip 1 eine aktive Zone 14, welche zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Die aktive Zone 14 ist in Wellenführungsschichten 13 eingebettet, die einen höheren Bandabstand und einen geringeren Brechungsindex als die aktive Zone 14 aufweisen. An die Wellenführungsschichten grenzt jeweils eine Überzugsschicht 12, welche einen höheren Bandabstand und einen geringern Brechungsindex als dieThe semiconductor laser chip 1 comprises a substrate 11, which may, for example, be a growth substrate and which may form a p-contact layer. Furthermore, the edge-emitting semiconductor laser chip 1 comprises an active zone 14, which is provided for generating electromagnetic radiation. The active region 14 is embedded in waveguiding layers 13 which have a higher bandgap and a lower refractive index than the active region 14. A coating layer 12, which has a higher band gap and a lower refractive index than the
Wellenführungsschichten 13 aufweist. Auf der dem Substrat 11 abgewandten Seite des Halbleiterlaserchips 1 befindet sich auf der Überzugsschicht 12 eine abschließende KontaktSchicht 15. Auf der Kontaktschicht 15 befinden sich Kontaktstreifen 2, über welche elektrischer Strom in die aktive Zone 14 injiziert werden kann. Die Breite der Kontaktstreifen 2 beträgt vorzugsweise zwischen 10 μm und mehreren 100 μm.Wave guiding layers 13 has. On the side facing away from the substrate 11 of the semiconductor laser chip 1 is located on the coating layer 12 is a final contact layer 15. On the contact layer 15 are contact strips 2, via which electrical current can be injected into the active zone 14. The width of the contact strips 2 is preferably between 10 .mu.m and several 100 .mu.m.
Die Figur 4 zeigt einen Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1 in einer schematischen Draufsicht. Der Kontaktstreifen 2 kann sich an der Oberseite Ia und/oder an der Unterseite Ib des Halbleiterlaserchips 1 befinden. Der Kontaktstreifen 2 ist derart strukturiert, dass eine Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone 14 zu einer Seite des Halbleiterlaserchips 1 hin abnimmt, an der sich die Auskoppelfacette 3 des Halbleiterlaserchips 1 befindet.FIG. 4 shows a contact strip 2 of an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here in a schematic plan view. The contact strip 2 may be located on the upper side 1a and / or on the lower side 1b of the semiconductor laser chip 1. The contact strip 2 is structured in such a way that a charge carrier injection into the active zone 14 decreases toward a side of the semiconductor laser chip 1 where the output coupling facet 3 of the semiconductor laser chip 1 is located.
Eine strukturierte Ladungsträgerinj ektion auf der Ober- und/oder Unterseite des Halbleiterlaserchips 1 führt über die damit ebenfalls strukturierte Verteilung der ohmschen Verlustleistungsdichte im Halbleiterlaserchip 1 zu einer gezielten Beeinflussung der thermischen Linse im Resonator des Halbleiterlaserchips 1. Der Resonator ist dabei durch die Auskoppelfacette 3 und die der der Auskoppelfacette 3 gegenüberliegende Seite des Halbleiterlaserchips 1 gebildet. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Strukturierung des Kontaktstreifens 2 in longitudinaler Richtung, das heißt in Richtung längs der Längsmittelachse 23 des Kontaktstreifens 2, und/oder in lateraler Richtung, das heißt in Richtung quer beziehungsweise senkrecht zur Längsmittelachse 23 des KontaktStreifens 2. Überraschend hat sich nämlich herausgestellt, dass in diesen Fällen die Temperaturverteilung homogenisiert wird und dies der Verzerrung der Phasenfronten aufgrund der thermischen Linse entgegenwirkt. Damit verringert sich die Divergenz des im Emitter erzeugten Laserstrahls in horizontaler Richtung. Der Kontaktstreifen 2 ist in Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22 sowie hoher Ladungsträgerinjektion 21 aufgeteilt. Durch die Bereiche niedrigerA structured charge carrier injection on the top and / or bottom of the semiconductor laser chip 1 leads via the thus likewise structured distribution of the ohmic power dissipation density in the semiconductor laser chip 1 to a targeted influencing of the thermal lens in the resonator of the semiconductor laser chip 1. The resonator is characterized by the Auskoppelfacette 3 and that of the Auskoppelfacette 3 opposite side of the semiconductor laser chip 1 is formed. Particularly advantageous is a patterning of the contact strip 2 in the longitudinal direction, that is, in the direction along the longitudinal center axis 23 of the contact strip 2, and / or in the lateral direction, that is Surprisingly, it has been found that in these cases the temperature distribution is homogenized and this counteracts the distortion of the phase fronts due to the thermal lens. This reduces the divergence of the laser beam generated in the emitter in the horizontal direction. The contact strip 2 is divided into regions of low charge carrier injection 22 and high charge carrier injection 21. Through the areas lower
Ladungsträgerinjektion 22 wird kaum oder gar kein Strom in die aktive Zone 14 eingeprägt. Dahingegen wird in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 Strom ähnlich in die aktive Zone 14 eingeprägt wie im unstrukturierten Fall .Carrier injection 22 hardly or no current is impressed into the active zone 14. On the other hand, in the areas of high charge carrier injection 21, current is impressed similarly into the active zone 14 as in the unstructured case.
Die Strukturierung der Ladungsträgerinjektion kann dabei wie folgt geschehen:The structuring of the charge carrier injection can be done as follows:
Eine Möglichkeit der Strukturierung des Kontaktstreifens und damit der Ladungsträgerinjektion besteht darin, dass eine entsprechend strukturierte Passivierungsschicht auf dem Halbleiterlaserchip 1 aufgebracht ist, derart, dass die Passivierungsschicht nur in den Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 entfernt ist, sodass dort ein Kontakt zwischen dem Material des KontaktStreifens 2 - üblicherweise einem Metall - und dem Halbleitermaterial des Halbleiterlaserchips 1 besteht.One possibility of structuring the contact strip and thus the charge carrier injection is that a correspondingly structured passivation layer is applied to the semiconductor laser chip 1, such that the passivation layer is removed only in the regions of high charge carrier injection 21, so that there contact between the material of the contact strip. 2 - Usually a metal - and the semiconductor material of the semiconductor laser chip 1 consists.
Ferner ist es möglich, dass die Strukturierung mittels strukturierter Entfernung der obersten Halbleiterschicht desFurthermore, it is possible that the structuring by means of structured removal of the uppermost semiconductor layer of
Halbleiterlaserchips 1 vor Aufbringen der metallischen Schicht des Kontaktsreifens 2 und dadurch Strukturierung des Kontaktwiderstands zwischen dem Halbleitermaterial und dem Metall des Kontaktstreifens 2 erzeugt ist.Semiconductor laser chips 1 before applying the metallic layer of the contact tire 2 and thereby structuring the Contact resistance between the semiconductor material and the metal of the contact strip 2 is generated.
Ferner kann eine strukturierte Implantation oder Einlegierung von Fremdatomen zur Veränderung des Kontaktwiderstands zwischen dem Kontaktstreifen 2 und dem Halbleitermaterial des Halbleiterlaserchips 1 erfolgen. Alternativ zur Veränderung des Kontaktwiderstands oder zusätzlich zur Veränderung des Kontaktwiderstands kann durch Implantation oder Einlegierung auch die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials unterhalb des Kontaktstreifens 2 verändert werden. Auch auf diese Weise ist der Kontaktstreifen 2 in Bereiche hoher und niedireger Ladungsträgerinjektion strukturiert .Furthermore, a structured implantation or alloying of foreign atoms for changing the contact resistance between the contact strip 2 and the semiconductor material of the semiconductor laser chip 1 can take place. As an alternative to changing the contact resistance or in addition to changing the contact resistance, the conductivity of the semiconductor material below the contact strip 2 can also be changed by implantation or alloying. In this way, the contact strip 2 is structured in areas of high and low carrier injection.
Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung desAnother way to structure the
Kontaktstreifens und damit der Ladungsträgerinjektion besteht darin, vor der Abscheidung des Kontaktstreifens 2 über die beispielsweise p-dotierte Kontaktschicht 15 eine n-dotierte Halbleiterschicht aufzubringen, die dann strukturiert wieder entfernt wird. Auf diese Weise bilden sich an den Stellen, wo die n-dotierte Schicht noch vorhanden ist, im Betrieb gesperrte pn-Dioden, welche den Stromfluss wirksam behindern. Nur dort, wo die n-dotierte Schicht entfernt ist, kann dann Strom injiziert werden. Diese Bereiche bilden die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21.Contact strip and thus the charge carrier injection is to apply before the deposition of the contact strip 2 on the example p-doped contact layer 15, an n-doped semiconductor layer, which is then structured again removed. In this way, at the locations where the n-doped layer is still present, pn diodes which are blocked during operation and effectively hinder the flow of current are formed. Only where the n-doped layer is removed can current be injected. These regions form the regions of high charge carrier injection 21.
In gleicher Weise kann eine p-dotierte Halbleiterschicht über einer n-dotierten KontaktSchicht 15 aufgebracht werden, wodurch nach strukturiertem Entfernen der p-dotierten Schicht der gleiche Effekt eintritt.In the same way, a p-doped semiconductor layer can be applied over an n-doped contact layer 15, whereby after structured removal of the p-doped layer, the same effect occurs.
Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion besteht darin, dass durch Quantenwell- Intermixing die Ladungsträgerrekombination in der aktiven Zone 14 und damit die Erzeugung von Verlustwärme in der aktiven Zone 14 an diesen Stellen unterbunden wird. Durch strukturierte Durchführung des Quantenwell- Intermixing können auf diese Weise Bereiche hoher und niedrigerAnother possibility for structuring the charge carrier injection is that by quantum well Intermixing the charge carrier recombination in the active zone 14 and thus the generation of heat loss in the active zone 14 is prevented at these locations. Structured implementation of quantum well intermixing allows for higher and lower ranges
Ladungsträgerinj ektion in die aktive Zone 14 erzeugt werden.Charge carrier injection into the active zone 14 are generated.
Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung des Kontaktstreifens und damit der Ladungsträgerinjektion besteht darin, lokal den Kontaktstreifen 2 aus unterschiedlichen Metallen oder anderen Materialien zu bilden, welche unterschiedliche elektrische Übergangswiderstände an der Grenzfläche zwischen diesen Materialien und der Kontaktschicht 15 des Halbleiterlaserchips aufweisen. Auch dies führt zu einer strukturierten Ladungsträgerinj ektion und einer Aufteilung des Kontaktstreifens 2 in Bereiche hoher Ladungsträgerinj ektion 21 und Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22. Diese Methode vermeidet gleichzeitig eine Variation der Wärmeleitfähigkeit des Kontaktstreifens 2 und folglich eine Variation desAnother possibility for structuring the contact strip and thus the charge carrier injection is to locally form the contact strip 2 made of different metals or other materials which have different electrical contact resistances at the interface between these materials and the contact layer 15 of the semiconductor laser chip. This also leads to a structured charge carrier injection and a division of the contact strip 2 into regions of high charge carrier injection 21 and regions of low charge carrier injection 22. This method simultaneously avoids a variation of the thermal conductivity of the contact strip 2 and consequently a variation of the
Wärmeabtransports aus dem Halbleiterlaserchip 1. Eine räumliche Modulation der thermischen Linsen, welche die Homogenität des erzeugten Laserlichts beeinträchtigen könnte, wird dadurch vermieden. Beispielsweise ist die Kontaktschicht 15 dabei aus p-dotiertem GaAs gebildet. In Bereichen hoher Storminj ektion ist der Kontaktstreifen dann aus Cr/Pt/Au gebildet, wobei Cr das für den niedrigen Kontaktwiderstand entscheidende Metall ist. In Bereichen niedriger Storminj ektion findet zum Beispiel Aluminium Verwendung.Heat removal from the semiconductor laser chip 1. A spatial modulation of the thermal lenses, which could affect the homogeneity of the laser light generated, is thereby avoided. By way of example, the contact layer 15 is formed from p-doped GaAs. In areas of high Storminj ektion the contact strip is then formed from Cr / Pt / Au, where Cr is the crucial metal for the low contact resistance. In areas of low Storminj ection, for example, aluminum is used.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 variiert die Ladungsträgerinjektion nahe der Auskoppelfacette 3 in longitudinaler Richtung, parallel zur Längsachse 23 des Kontaktstreifens 2. Auf diese Weise wird der Temperaturanstieg an der Auskoppelfacette 3 verringert und die Temperaturverteilung im Halbleiterlaserchip 1 ausgeglichen.In the exemplary embodiment of FIG. 4, the charge carrier injection near the output coupling facet 3 varies in the longitudinal direction, parallel to the longitudinal axis 23 of FIG Contact strip 2. In this way, the temperature rise is reduced at the Auskoppelfacette 3 and compensated for the temperature distribution in the semiconductor laser chip 1.
Die Figur 5 zeigt den Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers. In diesem Ausführungsbeispiel variiert die LadungsträgerInjektion in lateraler Richtung, das heißt in Richtung quer zur Längsachse 23. Die Strukturierung erfolgt dabei vorzugsweise nur in Nähe der Auskoppelfacette 3. Über die restliche Länge des Kontaktstreifens 2 erfolgt keine Strukturierung. Durch die Strukturierung wird die Stromdichte des in die aktive Zone eingeprägten Stroms in der Mitte des Resonators des Halbleiterlaserchips an der Auskoppelfacette 3 lokal minimiert . Die Strukturierung besteht aus Bereichen hoher Ladungsträgerinjektion 21 und streifenartigen Bereichen niedriger Ladungsträgerinjektion 22, wobei in der Mitte des KontaktStreifens 2 besonders wenig Strom injiziert wird und der Flächenanteil der Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 21 dort besonders klein ist.FIG. 5 shows the contact strip 2 of an edge-emitting semiconductor laser described here. In this exemplary embodiment, the charge carrier injection varies in a lateral direction, that is to say in the direction transverse to the longitudinal axis 23. The structuring preferably takes place only in the vicinity of the coupling-out facet 3. Over the remaining length of the contact strip 2, no structuring takes place. As a result of the structuring, the current density of the current injected into the active zone in the middle of the resonator of the semiconductor laser chip at the output coupling facet 3 is locally minimized. The structuring consists of regions of high charge carrier injection 21 and strip-like regions of low charge carrier injection 22, wherein in the middle of the contact strip 2 particularly little current is injected and the area fraction of the regions of high charge carrier injection 21 is particularly small there.
Die Figur 6 zeigt den Kontaktstreifen 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Stromdichte in der aktivenFIG. 6 shows the contact strip 2 of an edge emitting semiconductor laser chip 1 described here. In this embodiment, the current density is in the active one
Zone 14 durch Strukturierung des KontaktStreifens 2 in longitudinaler und lateraler Richtung nahe der Auskoppelfacette 3 mit einem weicheren Übergang vom unstrukturierten zum strukturierten Bereich gegeben. In diesem Fall verjüngen sich die Bereiche hoherZone 14 by structuring the contact strip 2 in the longitudinal and lateral directions near the Auskoppelfacette 3 given a softer transition from the unstructured to the structured area. In this case, the areas of higher rejuvenate
Ladungsträgerinjektion 21 in Richtung der Auskoppelfacette 3, während die Bereiche hoher Ladungsträgerinjektion 22 in dieser Richtung breiter werden. Die Figur 7 zeigt den Kontaktstreifen. 2 eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaserchips 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Strukturierungsmaßnahmen des Kontaktstreifens 2 aus den Ausführungsbeispielen zurCarrier injection 21 in the direction of the Auskoppelfacette 3, while the areas of high carrier injection 22 in this direction wider. FIG. 7 shows the contact strip. 2 of an edge-emitting semiconductor laser chip 1 described here. In this embodiment, the structuring measures of the contact strip 2 from the exemplary embodiments of FIGS
Figur 4 und zur Figur 6 kombiniert . Auf diese Weise wird eine noch stärkere Änderung der in die aktive Zone 14 injizierten Stromdichte erreicht .Figure 4 and Figure 6 combined. In this way an even greater change in the current density injected into the active zone 14 is achieved.
In Verbindung mit der Figur 8 ist eine Halbtonstrukturierung des Kontaktstreifens 2 beschrieben. Die Rechtecke in der Figur 9 schließen Bereiche geringer Ladungsträgerinjektion 22 ein, im Mittel nimmt also die injizierte Stromdichte zur Auskoppelfacette 3 hin sowie zur Mittelachse 23 hin ab. Die Strukturierung ist dabei durch eine der oben beschriebenen Strukturierungsmaßnahmen gegeben. Das heißt, zum Beispiel kann in den Bereichen geringer Injektion 22 eine Passivierungsschicht vorhanden sein.In connection with FIG. 8, a halftone structuring of the contact strip 2 is described. The rectangles in FIG. 9 include regions of low charge carrier injection 22, that is, on average, the injected current density decreases toward the output coupling facet 3 and toward the central axis 23. The structuring is given by one of the structuring measures described above. That is, for example, a passivation layer may be present in the low injection regions 22.
Die Figuren 9A und 9B zeigen eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Ladungsträgerinjektion anhand einer schematischen Schnittdarstellung durch einen Teil des Halbleiterlaserchips 1.FIGS. 9A and 9B show a further possibility for structuring the charge carrier injection on the basis of a schematic sectional representation through a part of the semiconductor laser chip 1.
Die Strukturierung des Kontaktstreifens 2 erfolgt dabei über einen Tunnelkontakt. Ein sehr hoch dotierter pn-Übergang insbesondere in Sperrrichtung bildet einen Tunnelkontakt . Dieser Tunnelkontakt kann bei entsprechender Gestaltung ohmsch sein, das heißt er weist dann eine lineare Strom- Spannungskennlinie auf.The structuring of the contact strip 2 takes place via a tunnel contact. A very highly doped pn junction, in particular in the reverse direction, forms a tunnel junction. This tunnel contact can be ohmic with appropriate design, that is he then has a linear current-voltage characteristic.
In Figur 9A ist dargestellt, dass eine hoch p-dotierte Tunnelschicht IIa auf die p-Kontaktschicht 11 des Halbleiterlaserchips 1 aufgebracht ist. Der hoch p-dotierten TunneIkontaktschicht IIa folgt eine hoch n-dotierte TunneIkontaktschicht IIb nach. Die Tunnelkontaktschichten werden vorzugsweise zumindest dort, wo sich später ein Kontaktstreifen 2 befinden soll, ganzflächig auf die p- Kontaktschicht 11 aufgebracht und nach ihrer Epitaxie stellenweise entfernt.In FIG. 9A, it is shown that a highly p-doped tunnel layer IIa impinges on the p-contact layer 11 of FIG Semiconductor laser chips 1 is applied. The highly p-doped tunnel contact layer IIa follows a highly n-doped tunnel contact layer IIb. The tunnel contact layers are preferably at least where later should be a contact strip 2, applied over the entire surface of the p-contact layer 11 and locally removed after their epitaxy.
Aufgrund des unterschiedlichen elektrischen Kontaktwiderstands zwischen dem Metall des Kontaktstreifens 2 und n- beziehungsweise p-dotierten Halbleitern ergibt sich in den Bereichen mit Tunnelschichten und den Bereichen ohne Tunnelschichten jeweils eine unterschiedliche Ladungsträgerinjektion. Auf diese Weise sind also Bereiche niedriger Ladungsträgerinjektion 22 sowie hoher Ladungsträgerinjektion 21 erzeugt.Due to the different electrical contact resistance between the metal of the contact strip 2 and n- or p-doped semiconductors results in the areas with tunnel layers and the areas without tunnel layers in each case a different charge carrier injection. In this way, regions of low charge carrier injection 22 and high charge carrier injection 21 are generated.
Bei schlechtem Kontakt zwischen Metall und p-dotiertem Halbleiter und gutem Kontakt zwischen Metall und n-dotiertem Halbleiter ergibt sich im Bereich der Tunnelschichten eine hohe Stromdichte in der aktiven Zone sowie im Bereich ohne Tunnelschichten eine niedrige Stromdichte. Andererseits ergibt sich bei schlechtem Kontakt zwischen Metall und n- dotiertem Bereich und gutem Kontakt zwischen Metall zu p- dotiertem Bereich eine niedrige Stromdichte, das heißt ein Bereich geringer Ladungsträgerinj ektion 22, im Bereich der Tunnelschichten und eine hohe Stromdichte, dort wo die Tunnelschichten entfernt worden sind.With poor contact between metal and p-doped semiconductor and good contact between metal and n-doped semiconductor results in the region of the tunnel layers, a high current density in the active zone and in the area without tunnel layers, a low current density. On the other hand, poor contact between the metal and the n-doped region and good contact between the metal and the p-doped region results in a low current density, ie, a low carrier injection region 22 in the region of the tunnel layers and a high current density where the tunneling layers are removed have been.
Die gleiche Möglichkeit zur Strukturierung besteht auch auf der n-Seite des Halbleiterlaserchips 1. Dies ist in Verbindung mit der Figur 9B beschrieben. Hier ist auf die n- KontaktSchicht 15 eine hoch n-dotierte Tunnelschicht 15a sowie auf diese eine hoch p-dotierte Tunnelschicht 15b aufgebracht. Bei schlechtem Kontakt von Metall zu p-dotiertem Bereich und gutem Kontakt von Metall zu n-dotiertem Bereich ergibt sich, dort wo die Tunnelschichten belassen wurden, eine niedrige Stromdichte in der aktiven Zone, wohingegen sich dort, wo die Tunnelschichten entfernt wurden und ein Kontakt zwischen dem Metall und der n-dotierten Kontaktschicht 15 besteht, eine hohe Stromdichte. Ferner ergibt sich bei schlechtem Kontakt von Metall zum n-dotierten Bereich und gutem Kontakt von Metall zum p-dotierten Bereich eine hohe Stromdichte im Bereich der Tunnelschichten und eine niedrige Stromdichte dort, wo ein Metall zu n-Kontakt hergestellt wurde.The same structuring option also exists on the n-side of the semiconductor laser chip 1. This is described in connection with FIG. 9B. Here, on the n-contact layer 15, a highly n-doped tunnel layer 15a and applied to this a highly p-doped tunnel layer 15b. With poor metal-to-p-doped area contact and metal-to-n-doped metal contact, where the tunneling layers were left, a low current density results in the active zone, whereas where the tunneling layers were removed and contact between the metal and the n-doped contact layer 15, a high current density. Furthermore, with poor contact of metal to the n-doped region and good contact of metal to the p-doped region, high current density in the region of the tunnel layers and low current density where a metal was made to n-contact.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 102008014092.9 und 102007062788.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German patent applications 102008014092.9 and 102007062788.4, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst dieThe invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes
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 Ausführungsbeispielen angegeben ist. Patentansprüche Invention, each novel feature and any combination of features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination is not even explicitly stated in the claims or exemplary embodiments. claims

Claims

Patentansprüche claims
1. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip mit1. edge-emitting semiconductor laser chip with
- einer aktiven Zone (14) , in der im Betrieb des Halbleiterlaserchips (1) elektromagnetische Strahlung erzeugt wird und- An active zone (14) in which in the operation of the semiconductor laser chip (1) electromagnetic radiation is generated and
- zumindest einem strukturierten Kontaktstreifen (2), der derart strukturiert ist, dass die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone (14) zu einer Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.- At least one structured contact strip (2) which is structured such that the charge carrier injection into the active zone (14) to one side of the semiconductor laser chip (1) decreases towards, at which a Auskoppelfacette (3) of the semiconductor laser chip (1).
2. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Kontaktstreifen (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche (22) niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.2. An edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, in which the contact strip (2) is structured into regions of high (21) and regions (22) of low charge carrier injection.
3. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung längs der Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche (22) niedriger Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.3. An edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, wherein the contact strip (2) in a direction along the longitudinal central axis (23) of the contact strip (2) in areas high (21) and regions (22) low charge carrier injection is structured.
4. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinj ektion mit kleiner werdendem Abstand zur der Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet. 4. The edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, wherein the area ratio of the regions of high (21) charge carrier injection decreases with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip (1) at which a Auskoppelfacette (3) of the semiconductor laser chip (1) is located ,
5. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung quer zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche niedriger (22) Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.5. An edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, wherein the contact strip (2) in a direction transverse to the longitudinal center axis (23) of the contact strip (2) in areas high (21) and regions low (22) carrier injection is structured.
6. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinjektion mit größer werdendem Abstand zur Längsmittelachse (23) hin zunimmt.6. An edge emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, wherein the area ratio of the regions of high (21) carrier injection increases with increasing distance to the longitudinal center axis (23).
7. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß Anspruch 5, bei dem der Flächenanteil der Bereiche hoher (21) Ladungsträgerinjektion mit geringer werdendem Abstand zur Längsmittelachse (23) sowie mit kleiner werdendem Abstand zur der Seite des Halbleiterlaserchips (1) hin abnimmt, an der sich eine Auskoppelfacette (3) des Halbleiterlaserchips (1) befindet.7. Edge emitting semiconductor laser chip according to claim 5, in which the area fraction of the regions of high (21) carrier injection decreases with decreasing distance to the longitudinal center axis (23) and with decreasing distance to the side of the semiconductor laser chip (1), at which a coupling-out facet ( 3) of the semiconductor laser chip (1) is located.
8. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in einer Richtung quer zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) sowie in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse (23) des Kontaktstreifens (2) in Bereiche hoher (21) und Bereiche niedriger (22) Ladungsträgerinjektion strukturiert ist.8. The edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, wherein the contact strip (2) in a direction transverse to the longitudinal central axis (23) of the contact strip (2) and in a direction parallel to the longitudinal central axis (23) of the contact strip (2) in areas high (21) and regions of low (22) carrier injection is patterned.
9. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) in Bereichen hoher (21) Ladungsträgerinjektion aus einem ersten Metall besteht und in Bereichen niedriger (22) Ladungsträgerinjektion aus einem zweiten Metall besteht, wobei der Übergangswiderstand zum Halbleitermaterial, auf das der Kontaktstreifen (2) aufgebracht ist, des ersten Metalls kleiner ist als des zweiten Metalls.9. Edder-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, in which the contact strip (2) consists of a first metal in regions of high (21) charge carrier injection and in regions of low (22) charge carrier injection of a second metal, the contact resistance to the semiconductor material to which the contact strip (2) is applied first metal is smaller than the second metal.
10. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Kontaktstreifen (2) weitere Bereiche aufweist, welche aus weiteren Materialien bestehen, wobei die Höhe der Ladungsträgerinjektion aus den weiteren Bereichen zwischen der Höhe der Ladungsträgerinj ektion aus den Bereichen mit dem ersten Metall und der Höhe der Ladungsträgerinjektion aus den Bereichen mit dem zweiten Metalls liegt.10. Edge-emitting semiconductor laser chip according to the preceding claim, wherein the contact strip (2) comprises further regions, which consist of other materials, wherein the height of the charge carrier injection from the other areas between the height of the charge carrier injection from the areas with the first metal and the Height of the charge carrier injection from the areas with the second metal is.
11. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kontaktstreifen (2) auf einer Kontaktschicht (15) aufgebracht ist, die p-dotiertes GaAs enthält und der Kontaktstreifen (2) in Bereichen hoher (21) Ladungsträgerinjektion aus einem ersten Metall besteht, das Cr enthält, und in Bereichen niedriger (22)11. An edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, wherein the contact strip (2) is applied to a contact layer (15) containing p-doped GaAs and the contact strip (2) in areas of high (21) carrier injection of a first metal which contains Cr, and in areas lower (22)
Ladungsträgerinj ektion aus einem zweiten Metall besteht, das Aluminium enthält .Charge carrier injection consists of a second metal containing aluminum.
12. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der strukturierte Kontaktstreifen (2) auf der Ober- (Ia) und der Unterseite (Ib) des Halbleiterlaserchips (1) aufgebracht ist. 12. Edge-emitting semiconductor laser chip according to at least one of the preceding claims, wherein the structured contact strip (2) on the top (Ia) and the bottom (Ib) of the semiconductor laser chip (1) is applied.
13. Kantenemittierender Halbleiterlaserchip gemäß zumindest einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der strukturierte Kontaktstreifen (2) eine Metallschicht umfasst, die auf der Ober- (Ia) und / oder der Unterseite (Ib) des Halbleiterlaserchips (1) aufgebracht ist, wobei die Metallschicht die Ober- (Ia) und / oder der Unterseite (Ib) des Halbleiterlaserchips (1) nicht vollständig bedeckt. 13. The edge-emitting semiconductor laser chip according to claim 1, wherein the structured contact strip (2) comprises a metal layer which is applied to the upper (Ia) and / or lower side (Ib) of the semiconductor laser chip (1), wherein the metal layer the top (Ia) and / or the bottom (Ib) of the semiconductor laser chip (1) is not completely covered.
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