WO2011023625A1 - Kantenemittierender halbleiterlaser - Google Patents

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WO2011023625A1
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semiconductor laser
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layer
edge
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Marc Schillgalies
Teresa Lermer
Christoph Eichler
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2027—Reflecting region or layer, parallel to the active layer, e.g. to modify propagation of the mode in the laser or to influence transverse modes

Definitions

  • Edge-emitting Semiconductor Laser An edge-emitting semiconductor laser is specified.
  • edge emitting semiconductor laser which is suitable for high optical output power.
  • this comprises an n-side
  • Waveguide region and a p-side waveguide region are with a semiconductor laser.
  • the semiconductor laser is with a semiconductor laser.
  • N- and p-side waveguide region can then be in places by semiconductor layer sequences of the semiconductor body
  • the semiconductor body has regions that are "n- or p-conductive" in terms of their electrical conductivity, N- and p-side
  • Waveguide regions are capable of carrying electromagnetic radiation.
  • edge-emitting semiconductor lasers an active zone for
  • the active zone may be a layer containing radiation in the wavelength range of ultraviolet to infrared light of the spectrum of electromagnetic radiation emitted.
  • the active zone emits radiation from
  • the active zone preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW, single quantum well) or a
  • the active zone is arranged between the two waveguide regions.
  • the active zone with two opposite outer surfaces preferably directly adjoins the waveguide regions, so that the two waveguide regions are opposite each other and separated by the active zone.
  • the p-side waveguide region is through the p-side of the active region and the n-side waveguide region through the n-side of the active region
  • the active zone then forms an overall waveguide region together with the two waveguide regions.
  • Waveguide region. "Thickness” in this context means the direction perpendicular to the epitaxially grown
  • Waveguide region that the electromagnetic Radiation is performed more within the n-side waveguide region than the p-side waveguide region.
  • electromagnetic radiation is reduced by the semiconductor material of the semiconductor laser. Furthermore, an overlap of the optical wave with the quantum films of the
  • edge-emitting semiconductor laser at least one
  • the reflection layer is integrated in the form of a layer or layer sequence in the n-side waveguide region and thus partially enclosed on outer surfaces of the remaining semiconductor material of the n-side waveguide region.
  • the refractive index is the
  • Reflection layer smaller than the refractive index of the adjacent to the reflection layer n-side
  • this comprises an n-side
  • Waveguide region and a p-side waveguide region an active zone for generating electromagnetic radiation and at least one reflection layer in the n-side
  • the active zone is arranged between the two waveguide regions and the thickness of the n-side waveguide region is greater than that of the p-side waveguide region. Further, the refractive index of the reflection layer is smaller than the refractive index of the n-side adjacent to the reflection layer
  • the edge-emitting semiconductor laser described here is based inter alia on the finding that a stable monomode emission of the electromagnetic radiation of an edge-emitting semiconductor laser by a
  • Semiconductor laser for a local heating in the region of the interface semiconductor material / air, in particular in the region of the active zone. This local heating due to
  • Electromagnetic radiation through the semiconductor material of the edge emitting semiconductor laser can be up to
  • Catastrophical Optical Damage also COD
  • the edge-emitting semiconductor laser described here makes use of the idea of using at least one reflection layer in an n-side waveguide region of the semiconductor laser
  • the refractive index of the reflective layer is smaller than the refractive index of the at
  • Reflection layer an edge emitting semiconductor laser with the highest possible beam quality, so a
  • Emmissionsflachen consistently high beam quality of the edge-emitting semiconductor laser high-energy
  • Semiconductor laser possible, for example, in the field of data storage of the projection applications or the
  • the object set here can also be achieved by an edge-emitting semiconductor laser, which dispenses with the reflection layer described here and instead the p-side
  • Waveguide region has an undoped spacer layer.
  • the semiconductor laser comprises a
  • Electron blocking layer in the p-side waveguide region If the semiconductor laser is electrically contacted from the outside, the electron blocking layer prevents electrons from the n-side contact of the semiconductor laser from passing through the active zone into the p-side waveguide region
  • the electron blocking layer thus prevents an electron flow between the contacts of the semiconductor laser, thereby avoiding, for example, a short circuit or additional leakage currents in the semiconductor laser.
  • the electron blocking layer not only the lifetime of the semiconductor laser can be increased, but also its optical output power.
  • edge-emitting semiconductor laser an undoped
  • the undoped spacer layer spaces the active zone and the electron blocking layer from each other.
  • “undoped” means that the spacer layer preferably has a dopant concentration of less than 5.times.10.sup.-cm.sup.-1 .OMEGA. Due to the asymmetric waveguiding, an optical mode, for example the fundamental mode, becomes stronger in the less absorbent n-sided one
  • the edge-emitting semiconductor laser improved.
  • the p-side waveguide region has an electron-blocking layer and an undoped one
  • Spacer layer wherein the spacer layer between the active zone and the electron blocking layer is arranged.
  • the edge-emitting semiconductor laser both at least the one described here Reflective layer as well as the undoped spacer layer described here, so add and support each other the aforementioned physical effects, for example, in terms of beam quality and output power.
  • Waveguide region at least 1.5 times thicker than the p-side waveguide region. It has been shown that such a ratio of the thicknesses of each
  • this is based on
  • the reflection layer has an aluminum concentration of 1.5 to 15%, preferably between 5 to 9%.
  • Waveguide area are set individually.
  • the refractive index of the reflection layer differs in a wavelength range from 405 nm to 520 nm that generated by the active zone
  • Reflective layer has a thickness of 15 nm to 150 nm and an aluminum concentration of 1.5% to 15%. Such a thickness at said aluminum concentration particularly increases the mode stability as well as the suppression of the higher modes.
  • the undoped spacer layer has a thickness of 50 nm to 250 nm. Such a thickness of the undoped spacer layer has also proved to be particularly advantageous with respect to the mentioned effects.
  • the active zone emits electromagnetic radiation in the range of 390 nm to 560 nm
  • the n-side waveguide region has a thickness of 150 nm to 750 nm
  • the reflection layer has a thickness of 15 nm to 150 nm and an aluminum concentration of 1, 5 to 15%
  • the p-side waveguide region has a thickness of 100 nm to 400 nm
  • the undoped spacer layer has a thickness of 50 nm to 250 nm
  • the n-side waveguide region has a thickness of 150 nm to 750 nm
  • the reflection layer has a thickness of 15 nm to 150 nm and an aluminum concentration of 1, 5 to 15%
  • the p-side waveguide region has a thickness of 100 nm to 400 nm
  • the undoped spacer layer has a thickness of 50 nm to 250 nm
  • Waveguide region, the p-side waveguide region and the undoped spacer layer one each
  • FIGS. 9A to 9C and 10 are graphs for explaining semiconductor lasers and FIGS.
  • Growth substrate 40 is preferably formed with gallium nitride. On the growth substrate 40 is a
  • Semiconductor layer sequence 12 comprises an n-doped layer 30, an overall waveguide region 2, and a p-type doped layer 50 applied to the overall waveguide region 2. Further, a p-side contact 60 is applied to the p-type layer 50
  • Semiconductor body 12 applied for contacting the edge-emitting semiconductor laser 1.
  • the total waveguide region 2 is formed with an n-side waveguide region 21, a p-side waveguide region 22 and an active region 20 arranged between the n-side and the p-side waveguide regions 21 and 22.
  • the n-side waveguide region 21 Preferably, the n-side n-side n-side n-side n-side n-side n-side n-side n-side n-side n-side waveguide region 22 and an active region 20 arranged between the n-side and the p-side waveguide regions 21 and 22.
  • the n-side waveguide region 21 Preferably, the n-side
  • Waveguide region has a thickness of 150 to 750 nm, in the present case of 600 nm, wherein the n-side waveguide region through a reflective layer 24 and to the
  • Reflection layer 24 directly adjacent semiconductor layers
  • the semiconductor layers 27 and 28 are separated from each other by the reflection layer 24, the semiconductor layer 27 being directly adjacent to the active region 20. It is conceivable in this context that the
  • n-dopant 28 and 30 are with an n-dopant, for example
  • the reflection layer 24 is based on AlGaN, with the aluminum concentration preferably ranging between 1.5% to 15%. Due to the aluminum contained in the reflection layer 24, the refractive index of the reflection layer 24 is smaller than the refractive index of the layer 28 and / or the layer 27. At an interface 10000 is formed by the
  • the p-side waveguide region like the in-side waveguide region 21, is based on InGaN, with a metallic material being used for p-doping, for example
  • the thickness of the p-side is introduced. Further, the thickness of the p-side is
  • Waveguide region 22 100 nm to 400 nm, in this case 250 nm.
  • the p-side waveguide region 22 has a p-doped electron blocking layer 23, which is formed with AlGaN.
  • Electron blocking layer 23 is an undoped one
  • Spacer layer 25 in the p-side waveguide region 22 is arranged.
  • "Undoped" means in this context that the externally introduced doping of the undoped
  • the undoped spacer layer 25 has a thickness of
  • nm preferably 50 nm to 250 nm, in this case of 100 nm.
  • the active zone 20 is formed with InGaN.
  • the edge-emitting semiconductor laser 1 emits in particular in a wavelength range between 390 nm and 560 nm
  • Edge emitting semiconductor laser 1 two facets 11, which are in the vertical direction to the epitaxial
  • the electromagnetic radiation emitted by the active zone 20 is coupled out of the semiconductor laser 1.
  • FIG. 1B schematically shows a refractive index profile n along the growth direction 100 of FIG. 1A shown edge emitting semiconductor laser.
  • FIG. 2 shows an emission image E which shows a spatial intensity distribution.
  • the emission image E is projected onto a screen S, for example, into which a coordinate system is integrated.
  • Emission direction of the edge-emitting semiconductor laser 1 runs and the z and x-axis form a plane perpendicular to the y-axis plane.
  • the z-axis is also referred to as “fast axis” and the x-axis as “slow axis”. It can be seen that the intensity distribution both in the x-direction and in the z-direction in each case their
  • the intensity patterns in the z direction are I z and
  • Intensity pattern in the x-direction I x formed gaussförmig.
  • a fast axis angle af is defined as the angle between such a fictitious connecting line and the y-axis.
  • An analogous definition applies to the slow axis angle a s , which is also due to the y axis and the intersection of the intensity distribution I x is fixed with the x-axis.
  • the emission image E appears elliptical.
  • a low AR is important for easy adjustment of the emission image or the emission properties of the edge-emitting
  • FIGS. 3A and 3B show schematic images of such emission images. While in the figure 3A the
  • Figure 3B shows the emitted from the active zone 20 next higher mode. Both modes are generated by the active region 20 and led out of the semiconductor laser.
  • FIG. 4 shows a current-output characteristic of a semiconductor laser in which the individual optical signals
  • Semiconductor laser 1 hardly electromagnetic radiation
  • the semiconductor laser 1 "suddenly" begins to emit electromagnetic radiation
  • Threshold current height I th a Threshold current height I th .
  • Slope Efficiency Sh is defined as:
  • MSF: (I th of the next higher mode) / (/ ⁇ of the fundamental mode).
  • a high MSF is important for a fundamental mode emission of the edge-emitting semiconductor laser 1.
  • the lowest possible threshold current I th is
  • the semiconductor laser 1 shown in FIG. 5 is a
  • the rib laser has a rib width 151, wherein in this case the rib width of the lateral extent of
  • FIG. 6A shows a schematic representation of the emission image E of the fundamental mode of the one described here
  • the magnitude of the intensity distribution / has its maximum in the region of the active zone 20, wherein the intensity / of the electromagnetic radiation emitted by the active zone 20 decreases at a greater distance from the active zone 20. Furthermore, it is readily apparent from FIG. 6 that the fundamental mode is supported by the waveguide region 2 of the edge-emitting semiconductor laser 1 and the fundamental mode has a well-defined intensity maximum in the region of the active zone 20.
  • FIG. 6B shows the emission image E of the next higher mode.
  • the emission image E of the next higher mode has a "smearing" and therefore no concentric maximum in the
  • Figures 7A, 7B and 7C show physical measurement results versus thickness 170 of waveguide region 2.
  • Curves 200, 300 and 400 respectively show the physical measurement results for an edge emitting semiconductor laser without the undoped spacer layer and reflective layer described herein while curves 210, 310 and 410 each show the physical measurement results for an edge-emitting semiconductor laser 1 described herein.
  • the curve 210 in FIG. 7A shows an internal one
  • Total waveguide region thickness 170 of (5-J 0 ) is the internal absorption a j_ already only about one-third of the initial value. Compared with the curve 200 of the
  • Reflective layer and the undoped spacer layer is the value at a total waveguide region thickness 170 of (5-J 0 ) only about a quarter.
  • the layers 25 and 26 doped with magnesium in the waveguide region 2 increase the internal absorption, the increasing thickness 170 outweighs this undesired effect, so that
  • an increasing waveguide region thickness 170 significantly reduces the internal absorption a j_, as shown in FIG. 7A.
  • a low internal absorption a j_ is accompanied by a high slope efficiency Sh, which is especially true for
  • FIG. 7B it is shown that a confinement factor T of the edge-emitting semiconductor laser 1 described here is increased in comparison to an edge-emitting semiconductor laser without a reflection layer and undoped semiconductor layer, and therefore at the same time as in FIG. 7C
  • Figure 8A shows an embodiment of a
  • FIG. 8B, 8C, and 8D embodiments of the present invention are shown in FIGS. 8B, 8C, and 8D
  • FIG. 8A the embodiment according to FIG. 8A is referred to as reference structure 1111, wherein the
  • Embodiments according to the figures 8B, 8C and 8D as structures 1000, 2000 and 3000 are performed.
  • FIG. 9A the respective mode stability factors MSFs of the structures shown in FIGS. 8A, 8B, 8C and 8D are plotted against the rib width 151.
  • Rib width 151 moves between 1.6 ⁇ m and 3.4 ⁇ m. It can be seen that the edge-emitting
  • Semiconductor laser 1 in the form of the structure 2000 forms a laser with the highest MSF.
  • the MSF is 2000 about one
  • the structure 2000 by means of the structure 2000, a fundamental mode operation of the semiconductor laser 1 is best realized, since the higher modes are best suppressed by the layer thicknesses indicated in FIG. 8C.
  • the structure 2000 thus offers the highest beam quality of the structures shown here.
  • FIG. 9C shows the individual aspect ratios ARs of FIG. 9
  • the structure 1000 has the lowest aspect Ratio, which is particularly advantageous for a simple adjustment of the emission image E.
  • structure 1000 has the lowest aspect ratio ASR, structure 2000 the best beam quality, and structure 3000 the highest optical output power. This is to show that by means of an individual adjustment of the individual layer thicknesses of the waveguide region 2 laser parameters on the respective individual needs and applications of the
  • edge emitting semiconductor laser 1 can be adjusted. It is conceivable in this context that the
  • Reflective layer 24 and / or further layers within the total waveguide 2 is coupled to the emitted from the active zone 20 wavelength of the electromagnetic radiation.
  • FIG. 10 shows individual refractive index values n (x) of the reflection layer 24 as a function of a
  • the refractive index curves 4000, 5000 and 6000 show the
  • these refractive indices are the refractive indices of the layers 27 and 28 directly adjoining the reflection layer 24.
  • the curves 4000, 5000 and 6000 have a refractive index of approximately 2.43, 2.37 and 2.35 , A refractive index jump ⁇ n at such an aluminum concentration is then the values shown in FIG. 10, respectively.
  • the whole of the Edge emitting semiconductor laser 1 emitted wave range of 390 nm to 560 nm holds the
  • wavelength-dependent refractive index jump ⁇ n preferably in a range of 0.015 to 0.2.
  • Reflection layer 24 of the refractive index jump between the reflective layer 24 and the layers 27 and 28 adjacent to the reflective layer are individually adjusted. Further, the aluminum concentration x is in the
  • Reflective layer 24 tuned to the emitted from the active zone 20 wavelength.

Abstract

Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaser (1) angegeben, mit einem n-seitigen Wellenleiterbereich (21) und einem p- seitigen Wellenleiterbereich (22); einer aktiven Zone (20) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung; zumindest einer Reflektionsschicht (24) im n-seitigen Weilerleiterbereich (21), wobei die aktive Zone (20) zwischen den beiden Wellenleiterbereichen (21, 22) angeordnet ist, die Dicke des n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) größer als die des p-seitigen Wellenleiterbereichs (22) ist, der Brechungsindex der Reflektionsschicht (24) kleiner ist, als der Brechungsindex des an die Reflektionsschicht (24) angrenzenden n-seitigen Wellenleiterbereichs (21).

Description

Beschreibung
Kantenemittierender Halbleiterlaser Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaser angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 039 248.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
kantenemittierenden Halbleiterlaser anzugeben, der für hohe optische Ausgangsleistungen geeignet ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst dieser einen n-seitigen
Wellenleiterbereich und einen p-seitigen Wellenleiterbereich. Beispielsweise ist der Halbleiterlaser mit einem
Halbleiterkörper gebildet, der epitaktisch gewachsen ist. N- und p-seitiger Wellenleiterbereich können dann stellenweise durch Halbleiterschichtenfolgen des Halbleiterkörpers
gebildet sein. „P- und n-seitig" bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper Bereiche aufweist, die in Bezug auf ihre elektrische Leitfähigkeit „n- oder p- leitend" ausgebildet sind. N- und p-seitiger
Wellenleiterbereich sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung zu führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
kantenemittierende Halbleiterlaser eine aktive Zone zur
Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung. Bei der aktiven Zone kann es sich um eine Schicht handeln, die Strahlung im Wellenlängenbereich von ultravioletten bis infraroten Licht des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung emittiert. Vorzugsweise emittiert die aktive Zone Strahlung vom
ultravioletten bis grünen Spektralbereich der
elektromagnetischen Strahlung. Die aktive Zone umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, Single Quantum Well) oder eine
MehrfachquantentopfStruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist die aktive Zone zwischen den beiden Wellenleiterbereichen angeordnet. Vorzugsweise grenzt die aktive Zone mit zwei gegenüberliegenden Außenflächen jeweils direkt an die Wellenleiterbereiche an, so dass sich die beiden Wellenleiterbereiche gegenüberliegen und durch die aktive Zone getrennt sind. Der p-seitige Wellenleiterbereich ist durch die p-Seite der aktiven Zone und der n-seitige Wellenleiterbreich durch die n-Seite der aktiven Zone
begrenzt. Die aktive Zone bildet dann zusammen mit den beiden Wellenleiterbereichen einen Gesamtwellenleiterbereich aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist die Dicke des n-seitigen
Wellenleiterbereichs größer als die des p-seitigen
Wellenleiterbereichs. „Dicke" bedeutet in diesem Zusammenhang die Richtung senkrecht zur epitaktisch gewachsenen
Halbleiterschichtenfolge der Wellenleiterbereiche. Mit anderen Worten ist der Gesamtwellenleiterbereich des
Halbleiterlasers durch die unterschiedlichen Dicken von p- und n-seitigem Wellenleiterbereich asymmetrisch aufgebaut. Wird von der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung emittiert, so führt die größere Dicke des n-seitigen
Wellenleiterbereichs dazu, dass die elektromagnetische Strahlung mehr innerhalb des n-seitigen Wellenleiterbereichs als des p-seitigen Wellenleiterbereichs geführt wird.
Vorteilhaft wird durch eine solche asymmetrische Ausbildung des Wellenleiterbereichs und eine damit einhergehende
asymmetrische Wellenführung es ermöglicht, dass eine
Absorption von von der aktiven Zone emittierten
elektromagnetischen Strahlung durch das Halbleitermaterial des Halbleiterlasers verringert ist. Ferner wird zwar durch einen derart ausgebildeten Gesamtwellenleiter ein Überlapp der optischen Welle mit den Quantenfilmen des
Halbleitermaterials (auch Confinement-Faktor) reduziert, jedoch wird dieser Effekt aufgrund der geringeren Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch insbesondere im p- seitigen Wellenleiterbereich sich befindende
Halbleiterschichten kompensiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
kantenemittierende Halbleiterlaser zumindest eine
Reflektionsschicht im n-seitigen Wellenleiterbereich auf. Vorzugsweise ist die Reflektionsschicht in Form einer Schicht oder Schichtenfolge in den n-seitigen Wellenleiterbereich integriert und so stellenweise an Außenflächen vom restlichen Halbleitermaterial des n-seitigen Wellenleiterbereichs umschlossen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist der Brechungsindex der
Reflektionsschicht kleiner als der Brechungsindex des an die Reflektionsschicht angrenzenden n-seitigen
Wellenleiterbereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst dieser einen n-seitigen
Wellenleiterbereich und einen p-seitigen Wellenleiterbereich, eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung sowie zumindest eine Reflektionsschicht im n-seitigen
Weilerleiterbereich. Ferner ist die aktive Zone zwischen den beiden Wellenleiterbereichen angeordnet und die Dicke des n- seitigen Wellenleiterbereichs ist größer als die des p- seitigen Wellenleiterbereichs. Weiter ist der Brechungsindex der Reflektionsschicht kleiner, als der Brechungsindex des an die Reflektionsschicht angrenzenden n-seitigen
Wellenleiterbereichs .
Der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaser beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine stabile monomodige Emission der elektromagnetischen Strahlung eines kantenemittierenden Halbleiterlasers durch eine
möglichst kleine Emissionsfläche im Bereich einer aktiven
Zone des kantenemittierenden Halbleiterlasers erreicht wird. Allerdings führt die geringe Emissionsfläche des
Halbleiterlasers zu einer lokalen Erwärmung im Bereich der Grenzfläche Halbleitermaterial/Luft, insbesondere im Bereich der aktiven Zone. Diese lokale Erhitzung aufgrund von
Absorption beziehungsweise Re-Absorption der
elektromagnetischen Strahlung durch das Halbleitermaterial des kantenemittierenden Halbleiterlasers kann bis zum
Aufschmelzen der betroffenen Halbleiterbereiche führen und dabei den Halbleiterlaser zerstören. Im Allgemeinen spricht man dann von Catastrophical Optical Damage (auch COD) .
Ferner führen geringe Emissionsflächen von Halbleiterlasern zu geringen optischen Ausgangsleistungen. Zusätzlich sind solche Halbleiterlaser in ihrer Herstellung nur schwer prozessierbar. Auf der anderen Seite weisen kantenemittierende
Halbleiterlaser mit einer großen Emissionsfläche, bei denen der störende Catastrophical Optical Damage unwahrscheinlicher ist, den Nachteil auf, dass die Strahlqualität aufgrund zusätzlicher optischer Moden verschlechtert ist. Das heißt, dass die von solchen Halbleiterlasern emittierte
elektromagnetische Strahlung neben der Grundmode zusätzlich höhere Moden aufweist. Um nun zum einen die Gefahr eines Catastrophical Optical Damage unwahrscheinlicher zu machen und zum anderen die
Strahlqualität zu erhöhen, macht der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaser unter anderem von der Idee Gebrauch, zumindest eine Reflektionsschicht in einem n- seitigen Wellenleiterbereich des Halbleiterlasers
einzubringen, wobei der Brechungsindex der Reflektionsschicht kleiner ist als der Brechungsindex des an die
Reflektionsschicht angrenzenden n-seitigen
Wellenleiterbereichs. Durch den geringeren Brechungsindex der Reflektionsschicht wird im n-seitigen Wellenleiterbereich eine Grenzfläche erzeugt, an der die von einer aktiven Zone des Halbleiterlasers emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise total reflektiert wird. Vorteilhaft werden die höheren Moden der elektromagnetischen Strahlung aufgrund des Brechungsindexunterschiedes der
Reflektionsschicht und der damit einhergehenden
modenselektiven (Total) -Reflektionen an der
Reflektionsschicht nicht unterstützt. Dies führt auf eine Erhöhung eines Schwellstroms der höheren Moden, während gleichzeitig ein Schwellstrom der Grundmode konstant bleibt. Mit anderen Worten wird im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers bei einer externen Bestromung die Grundmode bereits angeregt, während aufgrund der Reflektionsschicht die höheren Moden durch die von außen angelegte Bestromung noch nicht angeregt sind. Vorteilhaft ermöglicht eine solche
Reflektionsschicht einen kantenemittierenden Halbleiterlaser mit einer möglichst hohen Strahlqualität, also einem
möglichst hohen Grundmoden-Anteil der vom kantenemittierenden Halbleiterlaser emittierten elektromagnetischen Strahlung. Gleichzeitig sind aufgrund der auch bei großen
Emmissionsflachen gleich bleibend hohen Strahlqualität des kantenemittierenden Halbleiterlasers hochenergetische
Halbleiterlaser möglich, welche beispielsweise im Bereich der Datenspeicherung der Projektionsanwendungen oder der
Drucktechnik Anwendung finden.
Alternativ oder zusätzlich kann die hier gestellte Aufgabe auch durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gelöst werden, bei dem auf die hier beschriebene Reflektionsschicht verzichtet ist und stattdessen der p-seitige
Wellenleiterbereich eine undotierte Abstandsschicht aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst der Halbleiterlaser eine
Elektronenblockierschicht im p-seitigen Wellenleiterbereich. Ist der Halbleiterlaser von außen elektrisch kontaktiert, so verhindert die Elektronenblockierschicht, dass vom n-seitigen Kontakt des Halbleiterlasers Elektronen durch die aktive Zone hindurch in den p-seitigen Wellenleiterbereich
beziehungsweise in den Bereich eines p-seitigen Kontakts des Halbleiterlasers gelangen. Die Elektronenblockierschicht unterbindet so einen Elektronenfluss zwischen den Kontakten des Halbleiterlasers, wodurch beispielsweise ein Kurzschluss oder zusätzliche Leckströme in dem Halbleiterlaser vermieden werden. Mittels der Elektronenblockierschicht kann nicht nur die Lebensdauer des Halbleiterlasers erhöht werden, sondern ebenso seine optische Ausgangsleistung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
kantenemittierende Halbleiterlaser eine undotierte
Abstandsschicht im p-seitigen Wellenleiterbereich, wobei die undotierte Abstandsschicht zwischen der aktiven Zone und der Elektronenblockierschicht angeordnet ist. Mit anderen Worten beabstandet die undotierte Abstandsschicht die aktive Zone und die Elektronenblockierschicht voneinander. „Undotiert" heißt in diesem Zusammenhang, dass die Abstandsschicht vorzugsweise eine Dotierstoffkonzentration von weniger als 5 x lO-*-' 1/ccm aufweist. Durch die asymmetrische Wellenführung wird eine optische Mode, beispielsweise die Grundmode, stärker im weniger absorbierenden n-seitigen
Wellenleiterbereich geführt, wodurch die interne Absorption der von der aktiven Zone emittierten elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Gesamtwellenleiters gesenkt wird. Dieser Effekt wird vorteilhaft durch die undotierte
Abstandsschicht im p-seitigen Wellenleiterbereich weiter verstärkt. Vorteilhaft wird mittels der undotierten
Abstandsschicht die optische Ausgangsleistung des
kantenemittierenden Halbleiterlasers verbessert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist der p-seitige Wellenleiterbereich eine Elektronenblockierschicht sowie eine undotierte
Abstandsschicht auf, wobei die Abstandsschicht zwischen der aktiven Zone und der Elektronenblockierschicht angeordnet ist.
Weist der kantenemittierende Halbleiterlaser in zumindest einer Ausführungsform sowohl zumindest die hier beschriebene Reflektionsschicht als auch die hier beschriebene undotierte Abstandsschicht auf, so addieren und unterstützen sich die genannten physikalischen Effekte, beispielsweise in Bezug auf Strahlqualität und Ausgangsleistung, gegenseitig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der n-seitige
Wellenleiterbereich zumindest 1,5-mal dicker als der p- seitige Wellenleiterbereich. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Verhältnis der Dicken der einzelnen
Wellenleiterbereiche den größten Effekt in Bezug auf die Senkung der internen Absorption der elektromagnetischen
Strahlung innerhalb des Gesamtwellenleiterbereichs führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert das
Halbleitermaterial der Reflektionsschicht auf AlGaN und das
Halbleitermaterial des an die Reflektionsschicht angrenzenden n-seitigen Wellenleiterbereichs auf InGaN. Zum Beispiel weist der Reflektionsschicht eine Aluminiumkonzentration von 1,5 bis 15 %, bevorzugt zwischen 5 bis 9 %, auf. Mittels des in der Reflektionsschicht enthaltenen Aluminiums kann
vorteilhaft der Brechungsindexsprung an der Grenzfläche zwischen der Reflektionsschicht und des an die
Reflektionsschicht angrenzenden n-seitigen
Wellenleiterbereichs individuell eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers unterscheidet sich der Brechungsindex der Reflektionsschicht in einem Wellenlängenbereich von 405 nm bis 520 nm der von der aktiven Zone erzeugten
elektromagnetischen Strahlung um zumindest 0,02 zum
Brechungsindex des an die Reflektionsschicht angrenzenden inseitigen Wellenleiterbereichs. Ein solcher
Brechungsindexunterschied hat sich als ganz besonders vorteilhaft in Bezug auf die Unterdrückung der höheren
Strahlungsmoden herausgestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Reflektionsschicht eine Dicke von 15 nm bis 150 nm und eine Aluminiumkonzentration von 1,5 % bis 15 % auf. Eine derartige Dicke bei der genannten Aluminiumkonzentration erhöht die Modenstabilität sowie eine Unterdrückung der höheren Moden besonders effektiv.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die undotierte Abstandsschicht eine Dicke von 50 nm bis 250 nm auf. Auch eine solche Dicke der undotierten Abstandsschicht hat sich als ganz besonders vorteilhaft in Bezug auf die genannten Effekte erwiesen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert die aktive Zone elektromagnetische Strahlung im Bereich von 390 nm bis 560 nm, der n-seitige Wellenleiterbereich weist eine Dicke von 150 nm bis 750 nm, die Reflektionsschicht eine Dicke von 15 nm bis 150 nm sowie eine Aluminiumkonzentration von 1,5 % bis 15 %, der p-seitige Wellenleiterbereich eine Dicke von 100 nm bis 400 nm und die undotierte Abstandsschicht eine Dicke von 50 nm bis 250 nm auf, wobei der n-seitige
Wellenleiterbereich, der p-seitige Wellenleiterbereich und die undotierte Abstandsschicht jeweils eine
Indiumkonzentration von höchstens 10 %, bevorzugt von
höchstens 3 %, zum Beispiel von mindestens 0,2 %, aufweisen. Die bei einer solchen Ausführungsform des hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers genannten Angaben in Bezug auf Wellenlänge, Dicke und Konzentration hat sich als vorteilhaft für die bereits vorher genannten physikalischen Effekte und Vorteile, beispielsweise in Bezug auf Strahlqualität und Lebensdauer des Halbleiterlasers,
erwiesen . Im Folgenden wird der hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaser anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren IA und 5 zeigen in schematischen Ansichten
Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers .
Die Figuren IB, 2, 3A, 3B, 4, 6A, 6B, 7A bis 7C, 8A bis 8D,
9A bis 9C und 10 zeigen graphische Auftragungen zur Erläuterung von Halbleiterlasern und von
Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers .
In den Ausführungsbeispielen und den 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 der Figur IA ist anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein hier beschriebener kantenemittierender Halbleiterlaser 1 mit einem n-dotierten Aufwachssubstrat 40 entlang einer Aufwachsrichtung 100 gezeigt. Das
Aufwachssubstrat 40 ist vorzugsweise mit Galliumnitrid gebildet. Auf das Aufwachssubstrat 40 ist eine
Halbleiterschichtenfolge 12 aufgewachsen. Die
Halbleiterschichtenfolge 12 umfasst eine n-dotierte Schicht 30, einen Gesamtwellenleiterbereich 2 sowie eine auf den Gesamtwellenleiterbereich 2 aufgebrachte p-dotierte Schicht 50. Ferner ist ein p-seitiger Kontakt 60 auf den
Halbleiterkörper 12 zur Kontaktierung des kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 aufgebracht.
Der Gesamtwellenleiterbereich 2 ist mit einem n-seitigen Wellenleiterbereich 21, einem p-seitigen Wellenleiterbereich 22 sowie einer zwischen dem n-seitigen und dem p-seitigen Wellenleiterbereichen 21 und 22 angeordneten aktiven Zone 20 gebildet. Vorzugsweise weist der n-seitige
Wellenleiterbereich eine Dicke von 150 bis 750 nm, vorliegend von 600 nm, auf, wobei der n-seitige Wellenleiterbereich durch eine Reflektionsschicht 24 sowie an die
Reflektionsschicht 24 direkt angrenzende Halbleiterschichten
27 und 28 gebildet ist. Die Halbleiterschichten 27 und 28 sind durch die Reflektionsschicht 24 voneinander getrennt, wobei die Halbleiterschicht 27 direkt an die aktive Zone 20 angrenzt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass der
Gesamtwellenleiterbereich 2 durch eine Vielzahl weiterer
Schichten in unterschiedlichen Kombinationen gebildet ist. Sowohl die Reflektionsschicht 24 als auch die Schichten 27,
28 und 30 sind mit einem n-Dotierstoff, beispielsweise
Silizium-Fremdatomen, dotiert. Die Reflektionsschicht 24 basiert auf AlGaN, wobei sich die Aluminiumkonzentration bevorzugt im Bereich zwischen 1,5 % bis 15 % bewegt. Aufgrund des in der Reflektionsschicht 24 enthaltenen Aluminiums ist der Brechungsindex der Reflektionsschicht 24 kleiner als der Brechungsindex der Schicht 28 und/oder der Schicht 27. An einer Grenzfläche 10000 bildet sich durch den
Brechungsindexunterschied ein Brechungsindexsprung Δn aus. Der p-seitige Wellenleiterbereich basiert ebenso wie der inseitige Wellenleiterbereich 21 auf InGaN wobei zur p- Dotierung ein metallisches Material, beispielsweise
Magnesium, in den p-seitigen Wellenleiterbereich 22
eingebracht ist. Ferner beträgt die Dicke des p-seitigen
Wellenleiterbereichs 22 100 nm bis 400 nm, vorliegend 250 nm. Der p-seitige Wellenleiterbereich 22 weist eine p-dotierte Elektronenblockierschicht 23 auf, die mit AlGaN gebildet ist. Zwischen der aktiven Zone 20 und der
Elektronenblockierschicht 23 ist eine undotierte
Abstandsschicht 25 im p-seitigen Wellenleiterbereich 22 angeordnet. „Undotiert" heißt in diesem Zusammenhang, dass die von außen eingebrachte Dotierung der undotierten
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Abstandsschicht 25 weniger als 5 x 10 1/ccm beträgt. Die undotierte Abstandsschicht 25 weist eine Dicke von
vorzugsweise 50 nm bis 250 nm, vorliegend von 100 nm, auf.
Vorliegend ist die aktive Zone 20 mit InGaN gebildet. Bei elektrischer Kontaktierung emittiert der kantenemittierende Halbleiterlaser 1 insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 390 nm und 560 nm. Ferner weist der
kantenemittierende Halbleiterlaser 1 zwei Facetten 11 auf, die sich in vertikaler Richtung zu den epitaktisch
gewachsenen Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 12 über die ganze vertikale Ausdehnung des Halbleiterlasers 1
erstrecken. „Vertikal" bedeutet dabei senkrecht zur
epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Über die Facetten 11 wird die von der aktiven Zone 20 emittierte elektromagnetische Strahlung aus dem Halbleiterlaser 1 ausgekoppelt.
Die Figur IB zeigt schematisch ein Brechungsindexprofil n entlang der Wachstumsrichtung 100 des in der Figur IA dargestellten kantenemittierenden Halbleiterlasers 1.
Erkennbar ist im Bereich des n-seitigen Wellenleiterbereichs 21 der Brechungsindexsprung Δn ausgehend von der
Reflektionsschicht 24 in Richtung der Schicht 27. Ferner weisen vorliegend sowohl die Reflektionsschicht 24 als auch die Schicht 30 den gleichen Brechungsindex auf. Ebenso ist in der Figur IB dargestellt, dass die Schichten 26, 25, 27 und 28 den gleichen Brechungsindex haben. In der Figur 2 ist ein Emissionsbild E dargestellt, welches eine räumliche Intensitätsverteilung zeigt. Dazu ist das Emissionsbild E beispielsweise auf einen Schirm S projiziert, in das ein Koordinatensystem integriert ist. Die
Intensitätsverteilung ist in diesem Koordinatensystem
aufgetragen, wobei eine y-Achse parallel zur
Emissionsrichtung des kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 verläuft und die z- und x-Achse eine zur y-Achse senkrecht verlaufende Ebene ausbilden. In diesem Zusammenhang wird die z-Achse auch als „Fast Axis" und die x-Achse als „Slow Axis" bezeichnet. Erkennbar ist, dass die Intensitätsverteilung sowohl in x-Richtung als auch in z-Richtung jeweils ihr
Maximum in einem gemeinsamen Punkt auf der y-Achse aufweisen. Mit anderen Worten schwächt sich im Emissionsbild E die
Intensität in Richtung weg von der y-Achse ab. Vorliegend sind die Intensitätsmuster in z-Richtung Iz und das
Intensitätsmuster in x-Richtung Ix gaussförmig ausgebildet.
Wird fiktiv eine Verbindungslinie zwischen der aktiven Zone 20 und dem Schnittpunkt zwischen der Intensitätsverteilung Iz und der z-Achse gezogen, so ist ein Fast Axis-Winkel a f als der Winkel zwischen einer solchen fiktiven Verbindungslinie und der y-Achse definiert. Eine analoge Definition gilt für den Slow Axis-Winkel a s, der ebenso durch die y-Achse und den Schnittpunkt der Intensitätsverteilung Ix mit der x-Achse festgelegt ist. Ein Verhältnis AR (zu engl. Aspect Ratio) ist dann durch folgende Beziehung gegeben: AR := αf/αs.
Ist der Fast Axis-Winkel a f im Vergleich zum Slow Axis- Winkel a s besonders groß, so erscheint das Emissionsbild E elliptisch. Ein niedriges AR ist jedoch wichtig für eine einfache Einstellung des Emissionsbildes beziehungsweise der Abstrahlungseigenschaften des kantenemittierenden
Halbleiterlasers 1.
Die Figuren 3A und 3B zeigen in schematischen Darstellungen solche Emissionsbilder. Während in die Figur 3A das
Emissionsbild der von der aktiven Zone 20 emittierten
Grundmode gezeigt ist, zeigt die Figur 3B die von der aktiven Zone 20 emittierte nächst höhere Mode. Beide Moden werden von der aktiven Zone 20 erzeugt und aus dem Halbleiterlaser herausgeführt.
Die Figur 4 zeigt eine Strom-Ausgangsleistungs-Kennlinie eines Halbleiterlasers, bei der die einzelnen optischen
Ausgangsleistungswerte gegen die Bestromungshöhe des
Halbleiterlasers aufgetragen ist. In der Figur 4 ist
dargestellt, dass bis zu einem Wert von etwa 80 mA der
Halbleiterlaser 1 kaum elektromagnetische Strahlung
emittiert, während bei einer darüber liegenden Stromstärke der Halbleiterlaser 1 „plötzlich" beginnt, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Die Bestromungshöhe, ab der der kantenemittierende Halbleiterchip 1 beginnt
elektromagnetische Strahlung zu emittieren, wird als eine Schwellstromhöhe Ith bezeichnet. In diesem Zusammenhang ist eine Slope Efficiency Sh definiert als:
Sh := (Δder optischen Ausgangsleistung)/ (Δl).
Ferner sei ein Mode Stability-Faktor MSF durch Beziehung
MSF := (Ith der nächst höheren Mode)/(/Λ der Grundmode) gegeben.
Das heißt, dass ein hohes MSF wichtig für eine grundmodige Emission des kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 ist. Eine möglichst niedrige Schwellstromstärke Ith ist
insbesondere im Hinblick auf die Strahlqualität und eine möglichst frühzeitige Anregung der Grundmode wünschenswert. In der Figur 5 ist ein solcher kantenemittierender
Halbleiterlaser 1 gezeigt. Vorliegend handelt es sich bei dem in der Figur 5 gezeigten Halbleiterlaser 1 um einen
Rippenlaser mit einer in der Figur 5 dargestellten Rippe 150. Der Rippenlaser weist eine Rippenbreite 151 auf, wobei hierbei die Rippenbreite die laterale Ausdehnung des
Halbleiterlasers 1, also parallel zu der epitaktisch
gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, ist. Erkennbar sind in den Seitenansichten der Figur 5 die Facette 160 sowie die aktive Zone 20.
Die Figur 6A zeigt in einer schematischen Darstellung das Emissionsbild E der Grundmode des hier beschriebenen
Halbleiterlasers 1. Der Betrag der Intensitätsverteilung / weist sein Maximum im Bereich der aktiven Zone 20 auf, wobei die Intensität / der von der aktiven Zone 20 emittierten elektromagnetischen Strahlung mit größerem Abstand zur aktiven Zone 20 abnimmt. Ferner ist aus der Figur 6 gut erkennbar, dass die Grundmode durch den Wellenleiterbereich 2 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 unterstützt ist und die Grundmode ein wohldefiniertes Intensitätsmaximum in der im Bereich der aktiven Zone 20 aufweist.
Die Figur 6B zeigt das Emissionsbild E der nächst höheren Mode. Im Gegensatz zur Figur 6A ist hier erkennbar, dass das Emissionsbild E der nächst höheren Mode ein „Verschmieren" aufweist und daher kein konzentrisches Maximum in der
Intensitätsverteilung aufweist. Dies ist ein klarer Hinweis dafür, dass der kantenemittierende Halbleiterchip 1 die nächst höhere Mode nicht unterstützt.
Die Figuren 7A, 7B und 7C zeigen physikalische Messergebnisse in Abhängigkeit einer Dicke 170 des Wellenleiterbereichs 2. Die Kurven 200, 300 und 400 zeigen jeweils die physikalischen Messergebnisse für einen kantenemittierenden Halbleiterlaser ohne die hier beschriebene undotierte Abstandsschicht und Reflektionsschicht, während die Kurven 210, 310 und 410 jeweils die physikalischen Messergebnisse für einen hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaser 1 zeigen.
Dazu zeigt in der Figur 7A die Kurve 210 eine interne
Absorption a j_ in Abhängigkeit der
Gesamtwellenleiterbereichdicke 170. Erkennbar ist, dass die interne Absorption a j_ bei einer
Gesamtwellenleiterbereichdicke 170 von (3-d0) bereits fast um die Hälfte des Ausgangswerts ausgehend im Bereich von einer Dicke um (1-J0) abgenommen hat, wobei- J0 eine Einheitslänge von 100 nm darstellt. Bei einer
Gesamtwellenleiterbereichdicke 170 von (5-J0) beträgt die interne Absorption a j_ bereits nur noch etwa ein Drittel des Ausgangswerts. Verglichen mit der Kurve 200 der
Absorptionswerte a j_ eines Halbleiterlasers ohne die
Reflektionsschicht und die undotierte Abstandsschicht beträgt der Wert bei einer Gesamtwellenleiterbereichdicke 170 von (5-J0) lediglich nur noch etwa ein Viertel. Zwar erhöhen die im Wellenleiterbereich 2 mit Magnesium dotierten Schichten 25 und 26 die interne Absorption, die zunehmende Dicke 170 überwiegt jedoch diesen unerwünschten Effekt, so dass
letztendlich eine zunehmende Wellenleiterbereichdicke 170 die interne Absorption a j_, wie in der Figur 7A dargestellt, erheblich verringert. Ergänzend sei angemerkt, dass eine derart geringe interne Absorption a j_ mit einer hohen Slope Efficiency Sh einhergeht, was insbesondere für
leistungsstarke Halbleiterlaser wünschenswert ist.
In der Figur 7B ist gezeigt, dass ein Confinementfaktor T des hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 im Vergleich zu einem kantenemittierenden Halbleiterlaser ohne eine Reflektionsschicht und undotierte Halbleiterschicht erhöht ist und daher gleichzeitig die in der Figur 7C
gezeigte Schwellstromstärke Ith abnimmt.
Während die Figur 8A ein Ausführungsbeispiel eines
kantenemittierenden Halbleiterlasers ohne eine undotierte Abstandsschicht und Reflektionsschicht zeigt, sind in den Figuren 8B, 8C und 8D Ausführungsbeispiele des hier
beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 gezeigt. Dabei sind die einzelnen Dickenangaben der einzelnen
Schichten des Halbleiterlasers den entsprechenden Figuren 8B, 8C und 8D zu entnehmen. Nachfolgend wird das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 8A als Referenzstruktur 1111 bezeichnet, wobei die
Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 8B, 8C und 8D als Strukturen 1000, 2000 und 3000 geführt werden.
In der Figur 9A sind die jeweiligen Mode Stability Faktoren MSF' s der in den Figuren 8A, 8B, 8C und 8D dargestellten Strukturen gegen die Rippenbreite 151 aufgetragen. Die
Rippenbreite 151 bewegt sich dabei zwischen 1,6 μm und 3,4 μm. Erkennbar ist, dass der kantenemittierende
Halbleiterlaser 1 in Form der Struktur 2000 einen Laser mit dem höchsten MSF bildet. Beispielsweise ist das MSF bei einer Rippenbreite von 2,7 μm der Struktur 2000 um etwa einen
Faktor 2,5 größer als das MSF der Struktur 3000. Mit anderen Worten ist mittels der Struktur 2000 ein grundmodiger Betrieb des Halbleiterlasers 1 am besten realisierbar, da durch die in der Figur 8C angegebenen Schichtdicken die höheren Moden am besten unterdrückt werden. Die Struktur 2000 bietet also die höchste Strahlqualität der hier gezeigten Strukturen.
In der Figur 9B sind die einzelnen optischen
Ausgangsleistungen von hier beschriebenen Halbleiterlasern 1 in Form der Strukturen 1000, 2000 und 3000 gegen die externe Bestromungshöhe aufgetragen. Aus der Figur 9B geht hervor, dass die Struktur 3000 einen Laser mit der höchsten optischen Ausgangsleistung bildet, während sowohl die Referenzstruktur 1111 als auch die beiden anderen Strukturen 1000 und 2000 ähnliche optische Ausgangsleistungswerte aufweisen.
Die Figur 9C zeigt die einzelnen Aspect Ratios AR's der
Referenzstruktur und der Strukturen 1000, 2000 und 3000.
Erkennbar ist, dass die Struktur 1000 das niedrigste Aspect Ratio aufweist, was insbesondere für eine einfache Einstellung des Emissionsbildes E vorteilhaft ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Struktur 1000 das niedrigste Aspect Ratio ASR, die Struktur 2000 die beste Strahlqualität und die Struktur 3000 die höchste optische Ausgangsleistung aufweist. Dies soll aufzeigen, dass mittels einer individuellen Einstellung der einzelnen Schichtdicken des Wellenleiterbereichs 2 Laserparameter auf die jeweiligen individuellen Bedürfnisse und Anwendungsbereiche des
kantenemittierenden Halbleiterlasers 1 eingestellt werden können. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die
Schichtdicken der undotierten Abstandsschicht 25, der
Reflektionsschicht 24 und/oder weiterer Schichten innerhalb des Gesamtwellenleiters 2 an die von der aktiven Zone 20 emittierte Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung gekoppelt ist.
Die Figur 10 zeigt einzelne Brechungsindexwerte n (x) der Reflektionsschicht 24 in Abhängigkeit einer
Aluminiumkonzentration in der Reflektionsschicht 24. Dabei zeigen die Brechungsindexkurven 4000, 5000 und 6000 die
Brechungsindexverläufe bei Wellenlängen von 405 nm, 450 nm und 520 nm. Bei einem Aluminiumgehalt von 0 % weisen die Kurven 4000, 5000 und 6000 jeweils einen Brechungsindex von
2,512, 2,427 und 2,393 auf. Diese Brechungsindices sind dabei jeweils die Brechungsindices der an die Reflektionsschicht 24 direkt angrenzenden Schichten 27 und 28. Beispielsweise bei einer Aluminiumkonzentration von 10 % weisen die Kurven 4000, 5000 und 6000 einen Brechungsindex von etwa 2,43, 2,37 und 2,35 auf. Ein Brechungsindexsprung Δn bei einer solchen Aluminiumkonzentration beträgt dann die jeweils in der Figur 10 dargestellten Werte. Im gesamten von dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 1 emittierten Wellenbereich von 390 nm bis 560 nm hält sich der
wellenlängenabhängige Brechungsindexsprung Δn vorzugsweise in einem Bereich von 0,015 bis 0,2 auf. Mit anderen Worten kann mittels der Aluminiumkonzentration x innerhalb der
Reflektionsschicht 24 der Brechungsindexsprung zwischen der Reflektionsschicht 24 und den an die Reflektionsschicht angrenzenden Schichten 27 und 28 individuell angepasst werden. Ferner ist die Aluminiumkonzentration x in der
Reflektionsschicht 24 auf die von der aktiven Zone 20 emittierte Wellenlänge abgestimmt.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr erfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet. Dies gilt auch, wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) mit,
einem n-seitigen Wellenleiterbereich (21) und einem p- seitigen Wellenleiterbereich (22);
einer aktiven Zone (20) zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung;
zumindest einer Reflektionsschicht (24) im n-seitigen Weilerleiterbereich (21), wobei
- die aktive Zone (20) zwischen den beiden
Wellenleiterbereichen (21, 22) angeordnet ist,
die Dicke des n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) größer als die des p-seitigen Wellenleiterbereichs (22) ist,
- der Brechungsindex der Reflektionsschicht (24) kleiner ist, als der Brechungsindex des an die
Reflektionsschicht (24) angrenzenden n-seitigen
Wellenleiterbereichs (21).
2. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) mit,
einem n-seitigen Wellenleiterbereich (21) und einem p- seitigen Wellenleiterbereich (22);
einer aktiven Zone (20) zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung;
- einer Elektronenblockierschicht (23) im p-seitigen
Wellenleiterbereich (22);
einer undotierten Abstandsschicht (25) im p-seitigen
Wellenleiterbereich (22), wobei
die aktive Zone (20) zwischen den beiden
Wellenleiterbereichen (21, 22) angeordnet ist,
die Dicke des n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) größer als die des p-seitigen Wellenleiterbereichs ist, die undotierte Abstandsschicht (25) zwischen der aktiven Zone (20) und der Elektronenblockierschicht (23) angeordnet ist.
3. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1, bei dem der p-seitige Wellenleiterbereich (22) eine Elektronenblockierschicht (23) sowie eine undotierte Abstandsschicht (25) aufweist, wobei die Abstandsschicht (25) zwischen der aktiven Zone (20) und der
Elektronenblockierschicht (23) angeordnet ist.
4. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 2, bei dem der n-seitige Weilerleiterbereich (21) zumindest eine Reflektionsschicht (24) aufweist, wobei der
Brechungsindex der Reflektionsschicht (24) kleiner ist, als der Brechungsindex des an die Reflektionsschicht (24) angrenzenden n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) .
5. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der n-seitige Wellenleiterbereich (21) zumindest 1,5-mal dicker ist als der p-seitige Wellenleiterbereich (22) .
6. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Halbleitermaterial der Reflektionsschicht (24) auf AlGaN basiert und das Halbleitermaterial des an die Reflektionsschicht (24) angrenzenden n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) auf InGaN basiert.
7. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Brechungsindex der Reflektionsschicht (24) in einem Wellenlängenbereich von 405 nm bis 520 nm der von der aktiven Zone (20) emittierten
elektromagnetischen Strahlung sich um zumindest 0,02 zum Brechungsindex des an die Reflektionsschicht (24) angrenzenden n-seitigen Wellenleiterbereichs (21) unterscheidet .
8. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Reflektionsschicht (24) eine Dicke von 15 nm bis 150 nm und eine Aluminuim-Konzentration von 1,5 % bis 15 % aufweist.
9. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die undotierte Abstandsschicht (25) eine Dicke von 50 nm bis 250 nm aufweist.
10. Kantenemittierender Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem
- die aktive Zone (20) elektromagnetische Strahlung im
Bereich von 390 nm bis 560 nm emittiert;
der n-seitige Wellenleiterbereich (21) eine Dicke von
150 nm bis 750 nm aufweist;
die Reflektionsschicht (24) eine Dicke von 15 nm bis 150 nm sowie eine Aluminium-Konzentration von 1,5 % bis 15 % aufweist;
der p-seitige Wellenleiterbereich (22) eine Dicke von
100 nm bis 400 nm aufweist, und die undotierte Abstandsschicht (25) eine Dicke von 50 nm bis 250 nm aufweist, wobei
der n-seitige Wellenleiterbereich (21), der p-seitige Wellenleiterbereich (22) und die undotierte
Abstandsschicht (25) jeweils eine Indium-Konzentration von höchstens 10 % aufweisen.
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