WO2012168437A1 - Kantenemittierender halbleiterlaser - Google Patents

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    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • Edge emitting semiconductor laser The invention relates to an edge emitting
  • the emission wavelength of semiconductor lasers is usually dependent on the temperature. This is based in particular on the temperature dependence of the electronic band gap of the semiconductor materials used.
  • a temperature stabilization is carried out by means of passive or actively cooled heat sinks.
  • structures having a spatially varying refractive index are used, for example with DFB or DBR lasers.
  • Temperature dependence of the wavelength can be reduced, but as a rule an increased production cost is required.
  • the invention is based on the object, a
  • specify edge-emitting semiconductor laser which is characterized by a reduced and / or specifically adjustable
  • Semiconductor laser a first waveguide layer, in which a laser beam generating active layer is embedded, and a second waveguide layer, in which no active layer is embedded on.
  • a first waveguide layer in which a laser beam generating active layer is embedded
  • a second waveguide layer in which no active layer is embedded on.
  • Waveguide layer is formed.
  • the first waveguide layer is between a first cladding layer and a second cladding layer
  • Cladding layer disposed, and the second waveguide layer between the second cladding layer and a third
  • the first waveguide layer and the second waveguide layer are thus in vertical
  • Jacket layer spaced from each other.
  • the laser radiation generated in the active layer advantageously forms a standing wave in a laser resonator which is formed by side facets of the semiconductor laser.
  • the standing wave points in a beam direction of the
  • Waveguide layer and the second waveguide layer are thus optically coupled to each other. Simulation calculations show that the waveguide structure from the first
  • Waveguide layer and the second waveguide layer allows the propagation of two laser modes for which the
  • Waveguide structure has two slightly different effective refractive indices, so that the two laser modes propagate at different speeds.
  • ⁇ ⁇ / ( ⁇ - n 2 ), where ⁇ is the wavelength of the laser radiation and ni and n 2 the effective refractive indices of the two superimposed
  • the period length ⁇ of the standing wave is usually much larger than the wavelength of
  • Period length of the contact structure is equal to one
  • Period length of the standing wave is the periodic
  • Contact structure has in particular a periodic sequence of contact surfaces and openings therebetween.
  • the period length of the standing wave is dependent on the emission wavelength of the semiconductor laser, the period length of the standing wave coincides with the period length of the contact structure for a given period length of the contact structure only for a certain emission wavelength. Only for this
  • Emission wavelength results in a standing wave whose period coincides with the gain profile generated by the contact structure, so that only these by the Period length of the contact structure defined
  • Has emission wavelength which is set by the period length of the contact structure.
  • Period length of the contact structure is dependent and thus fixed by the predetermined contact structure.
  • the period of the standing wave is also temperature-dependent
  • thermo-optical coefficients can be used, it is possible to set the amount and the sign of the temperature dependence of the emission wavelength targeted.
  • Emission wavelength of the semiconductor laser substantially independent of temperature.
  • the semiconductor laser substantially independent of temperature.
  • first waveguide layer and the second waveguide layer can be determined in particular by simulation calculations. For example, a simulation calculation is performed in which the period of the standing wave is calculated as a function of the emission wavelength for different material parameters of the first and / or second waveguide layer.
  • the first waveguide layer and / or the second waveguide layer may comprise Al x Gai x As, wherein, for example, the aluminum content x of the second
  • Waveguide layer is varied in the simulation calculation. It has been found, for example, that by a change in the aluminum content x of the second
  • Emission wavelength with temperature a substantially temperature-independent emission wavelength or a
  • the emission wavelength of the semiconductor laser decreases in one embodiment with increasing temperature. In an alternative embodiment of the semiconductor laser, the emission wavelength increases with increasing temperature.
  • the periodic contact structure preferably has
  • the width of the contact surfaces and the openings arranged therebetween is preferably in the beam direction of the semiconductor laser in each case half a period length.
  • the surface of the semiconductor laser is thus covered within a period half of the contact surface and the other half is not covered by the contact surface.
  • at least one side facet of the semiconductor laser adjoins an edge contact surface whose width is half as large as the width of the remaining contact surfaces of the periodic contact structure.
  • the width of the edge contact surface is thus preferably one quarter of the wavelength of the standing wave.
  • the laser radiation at the 9.facette an intensity maximum in the first
  • the side facet is, for example, the radiation output surface of the semiconductor laser.
  • the side facet is, for example, the radiation output surface of the
  • the laser radiation is at this
  • Embodiment in the region of the second waveguide layer coupled out of the semiconductor laser Embodiment in the region of the second waveguide layer coupled out of the semiconductor laser.
  • the contact structure has at least one non-periodic region.
  • the at least one non-periodic Area adjacent to a side facet of the semiconductor laser is preferably the side facet of the semiconductor laser which adjoins the non-periodic region.
  • Semiconductor laser in this case preferably adjoins a periodic region of the contact structure, so that, as described above, it can be defined by the formation of the contact structure whether the laser radiation is in the region of the first waveguide layer or the second
  • the contact structure has a first and a second periodic region, which are arranged offset to one another in the beam direction, wherein the first periodic region and the second
  • Periodic region electrically isolated from each other and are separately contacted.
  • the first periodic area and the second periodic area have the same period.
  • the first periodic region and the second periodic region are arranged such that the first periodic contact structure adjoins the first periodic region
  • the second periodic contact structure preferably has openings adjacent to the side facets of the semiconductor laser whose width is half the width of the remaining openings.
  • the laser radiation is coupled out on the side facet in the region of the first waveguide layer, if only the first one
  • the laser radiation is coupled out on the side facet in the region of the second waveguide layer if only the second periodic contact structure region is electrically
  • the contact structure has a plurality of periodic partial regions which have different periods for generating a plurality of different emission wavelengths.
  • the plurality of periodic portions are spaced apart, for example, in a direction perpendicular to the beam direction. In this case, the
  • Semiconductor laser in particular a laser bar having a plurality of mutually offset emission regions, each of the emission regions is contacted by a periodic contact structure, which may have different periods.
  • the emitted beam profiles of the plurality of emission regions overlap one another, so that a
  • Laser beam is emitted with a spectral bandwidth that is greater than in the case of a single periodic
  • the contact structure includes areas associated with the first periodic contact structure, and other areas that are the second periodic
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an edge-emitting semiconductor laser according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of
  • Figure 3 is a graphical representation of the period of
  • Figure 4 is a graph of the period of
  • Figure 5 is a graph of the period of
  • FIG. 6 is a graph of the period of FIG.
  • FIGS 7 to 13 each schematically illustrated plan views of the contact structure at different
  • Embodiments of the semiconductor laser Embodiments of the semiconductor laser.
  • Edge emitting semiconductor laser has a first
  • the first waveguide layer 1 is an active
  • the first waveguide layer has a first sublayer 1a and a second sublayer 1b, between which the active layer 3 is arranged.
  • the second waveguide layer 2 is no active layer
  • the first waveguide layer 1 is an active waveguide layer and the second waveguide layer 2 is a passive waveguide layer.
  • the first waveguide layer 1 is arranged between a first cladding layer 4 and a second cladding layer 5.
  • the second waveguide layer 2 is between the second Waveguide layer 5 and a third cladding layer 6 is arranged. The first waveguide layer 1 and the second waveguide layer 2 are thus through the second
  • Jacket layer 5 separated from each other.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor laser may, for example, be grown on a substrate 7.
  • a periodic contact structure 8 on a surface of the semiconductor laser is a periodic contact structure 8 on a surface of the semiconductor laser.
  • Contact structure 8 is a current in the
  • the periodic contact structure 8 is formed by contact surfaces 8a and openings 8b therebetween.
  • Openings 8b are arranged periodically with a period length D.
  • Openings 8b is in the beam direction 11 of the
  • Semiconductor laser preferably each half of
  • edge contact surfaces 8c Adjacent to the side facets 9a, 9b of the semiconductor laser are edge contact surfaces 8c whose width in the beam direction 11 is preferably one quarter of the period length D.
  • the edge contact surfaces 8c are therefore preferably half as wide as the remaining contact surfaces 8a. In this way it is achieved that the laser radiation reflected at one of the side facets 9a, 9b has the same phase as the incident laser radiation.
  • Waveguide layer 2 together form a double Waveguide structure.
  • two different laser modes can be simultaneously
  • the superimposed electromagnetic fields of the laser modes form a standing wave in the laser resonator formed by the side facets 9a, 9b.
  • the intensity maximum between the first and the second waveguide layer spatially switches back and forth.
  • the spatial intensity distribution of the standing wave 12 in the laser resonator is shown schematically in FIG.
  • the standing wave 12 is periodically spaced
  • the standing wave has an intensity maximum in the first waveguide layer 1, it has a corresponding one in the second waveguide layer 2
  • the first waveguide layer 1 has intensity minima at positions which are offset from the intensity maxima by half a period length, wherein at these points in the second waveguide layer 2
  • Waveguide layers 1, 2 are laser modes capable of propagation.
  • the effective refractive indices ni and r ⁇ 2 are determined by the materials of the waveguide layers 1, 2 and the
  • Semiconductor laser is period D of periodic
  • Contact structure is impressed a current in periodically arranged regions of the active layer and thus generates an optical amplification at these points.
  • the material of the active layer is not electrically pumped and acts there absorbingly.
  • Contact structure 8 thus generates a periodic gain ⁇ and absorption profile, which has the period length D.
  • the periodic gain and absorption profile ensures that exactly the mode profile is supported, whose resulting standing wave has the same period length ⁇ as the
  • Period length D of the periodic contact structure has. Since the period length ⁇ of the standing wave depends on the wavelength ⁇ of the laser radiation, the wavelength ⁇ can be determined by the period length D of the periodic contact structure
  • Laser radiation can be adjusted.
  • the emission wavelength ⁇ of the semiconductor laser is generally not completely independent of temperature, since the effective refractive indices of the laser modes and thus the period length ⁇ of the standing wave in the laser resonator depend on the temperature.
  • the simulation is as in Fig. 1 constructed
  • Waveguide layer 1 with a 45 nm thick first
  • the temperature dependence of the emission wavelength can be determined by a change in the layer thicknesses and / or the
  • FIG. 5 shows the simulation of the period length D as a function of the wavelength ⁇ , wherein, in contrast to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4, the second waveguide layer 2 a1. 14 Gao. 84 As.
  • Waveguide layer 2 thus has a larger one
  • the period length D is dependent on the wavelength ⁇ for a further exemplary embodiment
  • Waveguide layer 2 was further increased.
  • Emission wavelength ⁇ with the temperature is about -0.04 nm / K. In the semiconductor laser described here, therefore, even a negative temperature drift of the emission wavelength ⁇ can be achieved.
  • the design of the contact structure on the surface of the semiconductor laser offers many possibilities for influencing the spatial and / or spectral emission characteristics of the semiconductor laser, as will be explained with reference to the following further exemplary embodiments.
  • Contact structure exhibits a variety of periodically
  • Semiconductor laser assigns the standing wave to the
  • an edge opening 8d which is half as wide as the remaining openings 8b of the periodic contact structure adjoins the side facets 9a, 9b of the semiconductor laser.
  • Embodiment of the semiconductor laser the standing wave on the side facets 9a, 9b each have an intensity minimum in the first waveguide layer and an intensity maximum in the second waveguide layer.
  • the laser radiation is therefore at a radiation output surface
  • Waveguide layer coupled out of the semiconductor laser When producing the side facets 9a, 9b of the
  • the contact structure only partially
  • 8A shows a plan view of an embodiment of a contact structure, the periodically arranged contact surfaces 8a only in one
  • Part area has.
  • the contact structure has a non-periodic region 8e.
  • the periodic area adjoins a side facet 9b of the
  • Semiconductor laser which is provided as a radiation decoupling surface. Adjacent to the radiation outcoupling surface 9b is an edge contact surface 8c whose width is preferably one quarter of the period of the standing wave. In this case, therefore, the radiation from the semiconductor laser is coupled out of the first waveguide layer.
  • Periodic region 8e of the contact structure adjoins the side facet 9a of the semiconductor laser opposite the radiation coupling-out surface.
  • Contact structure shown in a plan, in which the contact structure is formed periodically only in a central region.
  • a non-periodic region 8e of the contact structure adjoins both side facets 9a, 9b of the semiconductor laser.
  • Semiconductor laser is defined in particular by the period length of the contact structure, it is possible a Semiconductor laser having a plurality of emission wavelengths thereby realize that a plurality of contact structures with different period lengths are arranged side by side.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a semiconductor laser which is a
  • the laser bar has three contact structure areas 81, 82, 83 extending parallel to one another
  • the laser bar emits a plurality of laser beams IIa, IIb, 11c with mutually different wavelengths ⁇ , ⁇ 2 and ⁇ 3.
  • Area 85 which are arranged offset to one another in the beam direction, wherein the first periodic area 84 and the second periodic region 85 electrically
  • the first periodic contact structure region 84 and the second periodic contact structure region 85 each have the same period length and are offset from one another in the beam direction by half a period length.
  • the first periodic contact structure region 84 has adjoining the side facets 9a, 9b of the semiconductor laser
  • the first periodic region 84 may be via a
  • Pad 13a and the second periodic area 85 are contacted via a connection surface 13b.
  • Pads 13a, 13b are, for example, by means of an electrically insulating layer of the surface of the
  • Terminal surface 13b therefore, the position of the emitted laser beam IIa, IIb can be adjusted in the vertical direction.
  • the semiconductor laser has no periodic total Contact structure on and acts as a conventional broadband laser.
  • FIG. 12A a contact structure is illustrated which includes two periodic ones arranged side by side
  • Contact structure region 86 is formed by contact surfaces 8f having a first period length.
  • Contact structure region 87 is formed by contact surfaces 8g having a second period length different from the first period length.
  • FIG. 12B shows how the contact structure regions 86, 87 can be arranged in the beam direction so that they overlap in the beam direction, wherein either the first or the second contact structure region can be electrically connected.
  • the contact structure shown in FIG. 12B has contact surfaces 8f which are used for contacting the first contact structure region
  • the contact structure has areas of contact surfaces 8fg which are suitable both for contacting the semiconductor laser with the first
  • Semiconductor laser can be connected to the second contact structure region respectively.
  • a wavelength that is caused by the periodic Structure 86 of FIG. 12A is defined, in the case of the semiconductor laser illustrated in FIG.
  • the contact surfaces 8g and 8fg are electrically connected.
  • FIG. 13 shows a further example of how a contact structure can be realized which has two contact structure regions 88, 89 with different period lengths which overlap in the beam direction, wherein the two contact structure regions 88, 89 can be contacted separately.
  • the contact areas for the first subarea with the first period and the second subarea with the second period are each formed by grid structures, wherein the periods of the gratings are substantially smaller than the periods of the contact structure areas 88, 89.
  • Grid structures engage in an overlap area 90
  • grid-shaped contact structure region 88 has a
  • the contact structure regions 88, 89 are preferably electrically conductively connected to the surface of the semiconductor laser only in the overlap region 90. The outside of the
  • Contact structure regions 88, 89 and the connection surfaces 13c, 13d are insulated from the surface of the semiconductor laser by means of an electrically insulating layer, for example that the current flow in the semiconductor laser only in the
  • Semiconductor laser can therefore be operated advantageously with two different wavelengths, which can be selected by selecting one of the terminal contacts 13c, 13d.

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Abstract

Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaser mit einer ersten Wellenleiterschicht (1), in die eine Laserstrahlung (11) erzeugende aktive Schicht (3) eingebettet ist, und einer zweiten Wellenleiterschicht (2), in die keine aktive Schicht eingebettet ist, angegeben. Die in der aktiven Schicht (3) erzeugte Laserstrahlung (11) bildet eine stehende Welle (12) aus, die in einer Strahlrichtung des Halbleiterlasers in periodischen Abständen jeweils Intensitätsmaxima in der ersten Wellenleiterschicht (1) und korrespondierende Intensitätsminima in der zweiten Wellenleiterschicht (2) sowie Intensitätsminima in der ersten Wellenleiterschicht (1) und korrespondierende Intensitätsmaxima in der zweiten Wellenleiterschicht (2) aufweist. Eine zumindest bereichsweise periodische Kontaktstruktur (8) ist an einer Oberfläche des kantenemittierenden Halbleiterlasers angeordnet, wobei eine Periodenlänge der Kontaktstruktur (8) gleich einer Periodenlänge der stehenden Welle (12) ist, so dass der Halbleiterlaser eine Emissionswellenlänge λ aufweist, die durch die Periodenlänge der Kontaktstruktur (8) eingestellt ist.

Description

Beschreibung
Kantenemittierender Halbleiterlaser Die Erfindung betrifft einen kantenemittierenden
Halbleiterlaser.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 103 952.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Emissionswellenlänge von Halbleiterlasern ist in der Regel von der Temperatur abhängig. Dies beruht insbesondere auf der Temperaturabhängigkeit der elektronischen Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien. Um die in der Regel unerwünschte Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge zu vermindern, wird bei herkömmlichen Halbleiterlasern zum Beispiel eine Temperaturstabilisierung mittels passiven oder aktiv gekühlten Wärmesenken durchgeführt.
Alternativ oder zusätzlich werden Strukturen mit räumlich variierendem Brechungsindex eingesetzt, zum Beispiel bei DFB- oder DBR-Lasern. Durch solche Strukturen kann die
Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge vermindert werden, wobei aber in der Regel ein erhöhter Herstellungsaufwand erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
kantenemittierenden Halbleiterlaser anzugeben, der sich durch eine verringerte und/oder gezielt einstellbare
Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge auszeichnet und mit einem vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der kantenemittierende
Halbleiterlaser eine erste Wellenleiterschicht, in die eine Laserstrahlung erzeugende aktive Schicht eingebettet ist, und eine zweite Wellenleiterschicht, in die keine aktive Schicht eingebettet ist, auf. Mit anderen Worten enthält der
kantenemittierende Halbleiterlaser einen aktiven
Wellenleiter, der durch die erste Wellenleiterschicht mit der eingebetteten aktiven Schicht gebildet wird, und einen passiven Wellenleiter, der durch die zweite
Wellenleiterschicht gebildet wird.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die erste Wellenleiterschicht zwischen einer ersten Mantelschicht und einer zweiten
Mantelschicht angeordnet, und die zweite Wellenleiterschicht zwischen der zweiten Mantelschicht und einer dritten
Mantelschicht angeordnet. Die erste Wellenleiterschicht und die zweite Wellenleiterschicht sind also in vertikaler
Richtung übereinander angeordnet und durch die zweite
Mantelschicht voneinander beabstandet.
Die in der aktiven Schicht erzeugte Laserstrahlung bildet vorteilhaft in einem Laserresonator, der durch Seitenfacetten des Halbleiterlasers gebildet wird, eine stehende Welle aus. Die stehende Welle weist in einer Strahlrichtung des
Halbleiterlasers in periodischen Abständen jeweils
Intensitätsmaxima in der ersten Wellenleiterschicht und korrespondierende Intensitätsminima in der zweiten Wellenleiterschicht sowie Intensitätsminima in der ersten Wellenleiterschicht und korrespondierende Intensitätsmaxima in der zweiten Wellenleiterschicht auf. In dem Halbleiterlaser gibt es also periodisch angeordnete
Bereiche, in denen die sich entlang der Wellenleiterschichten ausbreitende Laserstrahlung eine hohe Intensität in der ersten Wellenleiterschicht und eine niedrigere Intensität in der zweiten Wellenleiterschicht aufweist, und dazwischen angeordnete Bereiche, in denen die Laserstrahlung eine hohe Intensität in der zweiten Wellenleiterschicht und eine niedrige Intensität in der ersten Wellenleiterschicht aufweist. Dies beruht darauf, dass die Laserstrahlung, die sich in den benachbarten Wellenleiterschichten ausbreitet, teilweise oder sogar vollständig von dem einen Wellenleiter in den anderen Wellenleiter überkoppeln kann. Die erste
Wellenleiterschicht und die zweite Wellenleiterschicht sind also optisch aneinander gekoppelt. Simulationsrechnungen zeigen, dass die Wellenleiterstruktur aus der ersten
Wellenleiterschicht und der zweiten Wellenleiterschicht die Ausbreitung von zwei Lasermoden ermöglicht, für die die
Wellenleiterstruktur zwei geringfügig verschiedene effektive Brechungsindizes aufweist, so dass sich die beiden Lasermoden mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausbreiten. Die
Überlagerung der elektromagnetischen Felder der beiden ausbreitungsfähigen Moden führt zu einem periodischen
Intensitätsprofil in der Strahlrichtung, bei dem die
Intensität abwechselnd Maxima in der einen und
korrespondierende Minima in der anderen Wellenleiterschicht aufweist.
Für die Periodenlänge Γ der stehenden Welle gilt Γ = λ / ( ηχ - n2 ) , wobei λ die Wellenlänge der Laserstrahlung und ni und n2 die effektiven Brechungsindizes der beiden überlagerten
Lasermoden sind. Die Periodenlänge Γ der stehenden Welle ist in der Regel wesentlich größer als die Wellenlänge der
Laserstrahlung λ. Beispielsweise ergibt sich für die
Wellenlänge λ = 950 nm und die effektiven Brechungsindizes ni = 3,4120 und ri2 = 3, 3824 eine Periodenlänge Γ = 32 ym.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine zumindest bereichsweise periodische Kontaktstruktur an einer Oberfläche des
kantenemittierenden Halbleiterlasers angeordnet. Eine
Periodenlänge der Kontaktstruktur ist gleich einer
Periodenlänge der stehenden Welle. Die periodische
Kontaktstruktur weist insbesondere eine periodische Abfolge von Kontaktflächen und dazwischen liegenden Öffnungen auf. Wenn durch die periodische Kontaktstruktur ein Strom in die Halbleiterschichtenfolge des kantenemittierenden
Halbleiterlasers eingeprägt wird, wird die aktive Schicht in den Bereichen unterhalb der Kontaktflächen elektrisch
gepumpt, so dass in diesen Bereichen eine optische
Verstärkung vorliegt. Dagegen sind diejenigen Bereiche der aktiven Schicht, die unterhalb der zwischen den
Kontaktflächen angeordneten Öffnungen liegen, absorbierend. Durch die periodische Kontaktstruktur wird daher ein
periodisches Verstärkungs- und Absorptionsprofil in der aktiven Schicht erzeugt. Da die Periodenlänge der stehenden Welle von der Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers abhängig ist, stimmt die Periodenlänge der stehenden Welle bei einer vorgegebenen Periodenlänge der Kontaktstruktur nur für eine bestimmte Emissionswellenlänge mit der Periodenlänge der Kontaktstruktur überein. Nur für diese
Emissionswellenlänge ergibt sich eine stehende Welle, deren Periodenlänge mit dem durch die Kontaktstruktur erzeugten Verstärkungsprofil übereinstimmt, so dass nur diese durch die Periodenlänge der Kontaktstruktur definierte
Emissionswellenlänge verstärkt wird. Auf diese Weise wird daher erreicht, dass der Halbleiterlaser eine
Emissionswellenlänge aufweist, die durch die Periodenlänge der Kontaktstruktur eingestellt ist.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ist im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterlasern insbesondere die
Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge aufgrund einer temperaturabhängigen Änderung der elektronischen
Bandlücke des Materials der aktiven Schicht vermindert. Dies beruht darauf, dass die Emissionswellenlänge von der
Periodenlänge der Kontaktstruktur abhängig ist und somit durch die vorgegebene Kontaktstruktur fixiert wird.
Da die effektiven Brechungsindizes der ausbreitungsfähigen Lasermoden temperaturabhängig sind, ist auch die Periode der stehenden Welle temperaturabhängig, wodurch eine
Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge resultieren kann. Da die Periode der stehenden Welle von der Differenz der effektiven Brechungsindizes der Lasermoden abhängig ist und für die Wellenleiterschichten Materialien mit
verschiedenen thermooptischen Koeffizienten eingesetzt werden können, ist es möglich, den Betrag und das Vorzeichen der Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge gezielt einzustellen .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die
Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers im wesentlichen temperaturunabhängig. Insbesondere kann die
Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers eine
Temperaturabhängigkeit Δλ/ΔΤ von weniger als ± 0,05 nm/K aufweisen . Eine dafür geeignete Kombination der Materialien der ersten Wellenleiterschicht und der zweiten Wellenleiterschicht kann insbesondere durch Simulationsrechnungen bestimmt werden. Beispielsweise wird eine Simulationsrechnung durchgeführt, in der die Periode der stehenden Welle in Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge für verschiedene Materialparameter der ersten und/oder zweiten Wellenleiterschicht berechnet wird. Beispielsweise können die erste Wellenleiterschicht und/oder die zweite Wellenleiterschicht AlxGai-xAs aufweisen, wobei zum Beispiel der Aluminiumgehalt x der zweiten
Wellenleiterschicht in der Simulationsrechnung variiert wird. Es hat sich zum Beispiel herausgestellt, dass sich durch eine Veränderung des Aluminiumgehalts x der zweiten
Wellenleiterschicht eine definierte Zunahme der
Emissionswellenlänge mit der Temperatur, eine im wesentliche temperaturunabhängige Emissionswellenlänge oder eine
definierte Abnahme der Emissionswellenlänge mit zunehmender Temperatur einstellen lässt.
Die Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers nimmt bei einer Ausgestaltung mit zunehmender Temperatur ab. Bei einer alternativen Ausgestaltung des Halbleiterlasers nimmt die Emissionswellenlänge mit zunehmender Temperatur zu.
Die periodische Kontaktstruktur weist vorzugsweise
Kontaktflächen und dazwischen angeordnete Öffnungen auf. Die Breite der Kontaktflächen und der dazwischen angeordneten Öffnungen beträgt in der Strahlrichtung des Halbleiterlasers bevorzugt jeweils eine halbe Periodenlänge. Die Oberfläche des Halbleiterlasers ist also innerhalb einer Periode zur Hälfte von der Kontaktfläche bedeckt und zur anderen Hälfte nicht von der Kontaktfläche bedeckt. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung grenzt mindestens eine Seitenfacette des Halbleiterlasers an eine Randkontaktfläche an, deren Breite halb so groß ist wie die Breite der übrigen Kontaktflächen der periodischen Kontaktstruktur. Die Breite der Randkontaktfläche beträgt also vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge der stehenden Welle.
Bei dieser Ausgestaltung weist die Laserstrahlung an der Seitenfacette ein Intensitätsmaximum in der ersten
Wellenleiterschicht auf, in die die aktive Schicht
eingebettet ist. Die Seitenfacette ist beispielsweise die Strahlungsauskoppelfläche des Halbleiterlasers. Bei dieser Ausgestaltung wird die emittierte Strahlung an der
Seitenfacette also im Bereich der ersten Wellenleiterschicht emittiert .
Bei einer weiteren Ausgestaltung grenzt zumindest eine
Seitenfacette des Halbleiterlasers an eine Randöffnung an, deren Breite halb so groß ist wie die Breite der Öffnungen der periodischen Kontaktstruktur. Die Breite der Randöffnung beträgt also vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge der stehenden Welle. Bei dieser Ausgestaltung weist die
Laserstrahlung an der Seitenfacette ein Intensitätsmaximum in der zweiten Wellenleiterschicht auf. Die Seitenfacette ist beispielsweise die Strahlungsauskoppelfläche des
Halbleiterlasers. Die Laserstrahlung wird bei dieser
Ausgestaltung im Bereich der zweiten Wellenleiterschicht aus dem Halbleiterlaser ausgekoppelt.
Es ist weiterhin auch möglich, dass die Kontaktstruktur mindestens einen nicht periodischen Bereich aufweist.
Insbesondere kann der mindestens eine nicht periodische Bereich an eine Seitenfacette des Halbleiterlasers angrenzen. Die Seitenfacette des Halbleiterlasers, die an den nicht periodischen Bereich angrenzt, liegt vorzugsweise der
Strahlungsauskoppelfläche gegenüber. Die als
Strahlungsauskoppelfläche vorgesehene Seitenfacette des
Halbleiterlasers grenzt in diesem Fall vorzugsweise an einen periodischen Bereich der Kontaktstruktur an, so dass wie zuvor beschrieben durch die Ausbildung der Kontaktstruktur definiert werden kann, ob die Laserstrahlung im Bereich der ersten Wellenleiterschicht oder der zweiten
Wellenleiterschicht an der Seitenfacette aus dem
Halbleiterlaser ausgekoppelt wird.
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die Kontaktstruktur einen ersten und einen zweiten periodischen Bereich auf, die in der Strahlrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der erste periodische Bereich und der zweite
periodische Bereich elektrisch voneinander isoliert und separat kontaktierbar sind. Der erste periodische Bereich und der zweite periodische Bereich weisen beispielsweise die gleiche Periode auf. Vorzugsweise sind der erste periodische Bereich und der zweite periodische Bereich derart angeordnet, dass die erste periodische Kontaktstruktur an die
Seitenfacetten des Halbleiterlasers angrenzende
Kontaktflächen aufweist, deren Breite halb so groß ist wie die übrigen periodisch angeordneten Kontaktflächen. Die zweite periodische Kontaktstruktur weist vorzugsweise an die Seitenfacetten des Halbleiterlasers angrenzende Öffnungen auf, deren Breite halb so groß ist wie die Breite der übrigen Öffnungen. Bei dieser Ausgestaltung des Halbleiterlasers wird die Laserstrahlung an der Seitenfacette im Bereich der ersten Wellenleiterschicht ausgekoppelt, wenn nur der erste
periodische Kontaktstrukturbereich elektrisch kontaktiert wird. Die Laserstrahlung wird an der Seitenfacette im Bereich der zweiten Wellenleiterschicht ausgekoppelt, wenn nur der zweite periodische Kontaktstrukturbereich elektrisch
angeschlossen wird. Durch wahlweises Kontaktieren des ersten oder des zweiten periodischen Kontaktstrukturbereichs kann daher definiert werden, an welcher Stelle der Seitenfacette die Laserstrahlung aus dem Halbleiterlaser ausgekoppelt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kontaktstruktur mehrere periodische Teilbereiche auf, die verschiedene Perioden zur Erzeugung mehrerer verschiedener Emissionswellenlängen aufweisen.
Die mehreren periodischen Teilbereiche sind beispielsweise in einer senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Richtung voneinander beabstandet. In diesem Fall ist der
Halbleiterlaser insbesondere ein Laserbarren, der mehrere zueinander versetzte Emissionsbereiche aufweist, wobei jeder der Emissionsbereiche durch eine periodische Kontaktstruktur kontaktiert wird, die verschiedene Perioden aufweisen können.
Alternativ ist es auch möglich, dass die mehreren
periodischen Teilbereiche in einer senkrecht zur
Strahlrichtung verlaufenden Richtung aneinander angrenzen. In diesem Fall überlappen die emittierten Strahlprofile der mehreren Emissionsbereiche miteinander, so dass ein
Laserstrahl mit einer spektralen Bandbreite emittiert wird, die größer ist als im Fall einer einzelnen periodischen
Kontaktstruktur .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung überlappen sich die mehreren periodischen Teilbereiche in der
Strahlrichtung zumindest teilweise. Bei dieser Ausgestaltung weist die Kontaktstruktur beispielsweise Bereiche auf, die der ersten periodischen Kontaktstruktur zugeordnet sind, und weitere Bereiche, die der zweiten periodischen
Kontaktstruktur zugeordnet sind. Weiterhin gibt es Bereiche, die beiden periodischen Kontaktstrukturen gleichzeitig zugeordnet sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 13 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß einem Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Darstellung der
Intensitätsverteilung der stehenden Welle in einem
Ausführungsbeispiel des kantenemittierenden Halbleiterlasers,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Periode der
stehenden Welle in Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge bei einem Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers,
Figur 4 eine graphische Darstellung der Periode der
stehenden Welle in Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge für zwei verschiedene Betriebstemperaturen bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers,
Figur 5 eine graphische Darstellung der Periode der
stehenden Welle in Abhängigkeit von der Emissionswellenlänge für zwei verschiedene Betriebstemperaturen bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers,
Figur 6 eine graphische Darstellung der Periode der
stehenden Welle in Abhängigkeit der Emissionswellenlänge für zwei verschiedene Betriebstemperaturen bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers, und
Figuren 7 bis 13 jeweils schematisch dargestellte Aufsichten auf die Kontaktstruktur bei verschiedenen
Ausführungsbeispielen des Halbleiterlasers.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines
kantenemittierenden Halbleiterlasers weist eine erste
Wellenleiterschicht 1 und eine zweite Wellenleiterschicht 2 auf. In die erste Wellenleiterschicht 1 ist eine aktive
Schicht 3 eingebettet. Die erste Wellenleiterschicht weist eine erste Teilschicht la und eine zweite Teilschicht lb auf, zwischen denen die aktive Schicht 3 angeordnet ist. In die zweite Wellenleiterschicht 2 ist keine aktive Schicht
eingebettet. Somit ist die erste Wellenleiterschicht 1 eine aktive Wellenleiterschicht und die zweite Wellenleiterschicht 2 eine passive Wellenleiterschicht.
Die erste Wellenleiterschicht 1 ist zwischen einer ersten Mantelschicht 4 und einer zweiten Mantelschicht 5 angeordnet. Die zweite Wellenleiterschicht 2 ist zwischen der zweiten Wellenleiterschicht 5 und einer dritten Mantelschicht 6 angeordnet. Die erste Wellenleiterschicht 1 und die zweite Wellenleiterschicht 2 sind also durch die zweite
Mantelschicht 5 voneinander getrennt.
Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterlasers kann beispielsweise auf ein Substrat 7 aufgewachsen sein. Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterlasers ist eine periodische Kontaktstruktur 8 an einer Oberfläche des
Halbleiterlasers aufgebracht. Durch die periodische
Kontaktstruktur 8 wird ein Strom in die
Halbleiterschichtenfolge eingeprägt, der zu einem
beispielsweise an der Rückseite des Substrats 7 angeordneten Rückseitenkontakt 10 fließt. Die periodische Kontaktstruktur 8 wird durch Kontaktflächen 8a und dazwischen angeordnete Öffnungen 8b gebildet. Die Kontaktflächen 8a und die
Öffnungen 8b sind periodisch mit einer Periodenlänge D angeordnet. Die Breite der Kontaktflächen 8a und der
Öffnungen 8b beträgt in der Strahlrichtung 11 des
Halbleiterlasers vorzugsweise jeweils die Hälfte der
Periodenlänge D.
An die Seitenfacetten 9a, 9b des Halbleiterlasers grenzen Randkontaktflächen 8c an, deren Breite in der Strahlrichtung 11 bevorzugt ein Viertel der Periodenlänge D beträgt. Die Randkontaktflächen 8c sind also vorzugsweise halb so breit wie die übrigen Kontaktflächen 8a. Auf diese Weise wird erreicht, dass die an einer der Seitenfacetten 9a, 9b reflektierte Laserstrahlung die gleiche Phase aufweist wie die einfallende Laserstrahlung.
Die erste Wellenleiterschicht 1 und die zweite
Wellenleiterschicht 2 bilden zusammen eine Doppel- Wellenleiterstruktur. In der Doppelwellenleiterstruktur können sich zwei verschiedene Lasermoden gleichzeitig
ausbreiten. Für diese Lasermoden ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Intensitätsverteilung
verschiedene effektive Brechungsindizes. Die zwei Lasermoden breiten sich daher mit geringfügig unterschiedlichen
Geschwindigkeiten in den Wellenleiterschichten 1, 2 aus. Die überlagerten elektromagnetischen Felder der Lasermoden bilden in dem Laserresonator, der durch die Seitenfacetten 9a, 9b gebildet wird, eine stehende Welle aus. Durch konstruktive und destruktive Interferenz wechselt das Intensitätsmaximum zwischen der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht räumlich hin und her. Die räumliche Intensitätsverteilung der stehenden Welle 12 in dem Laserresonator ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die stehende Welle 12 weist in periodischen Abständen
Intensitätsmaxima in der ersten Wellenleiterschicht 1 auf. Dort, wo die stehende Welle in der ersten Wellenleiterschicht 1 ein Intensitätsmaximum aufweist, weist sie in der zweiten Wellenleiterschicht 2 ein korrespondierendes
Intensitätsminimum auf. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist an Positionen, die von den Intensitätsmaxima um eine halbe Periodenlänge versetzt sind, Intensitätsminima auf, wobei an diesen Stellen in der zweiten Wellenleiterschicht 2
korrespondierende Intensitätsmaxima vorliegen. Für die
Periodenlänge Γ der stehenden Welle gilt Γ = λ/ ( ni -n2 ) , wobei λ die Wellenlänge der Laserstrahlung ist, und ni und n2 die effektiven Brechungsindizes der in den
Wellenleiterschichten 1, 2 ausbreitungsfähigen Lasermoden sind . Die effektiven Brechungsindizes ni und r\2 sind durch die Materialien der Wellenleiterschichten 1, 2 sowie der
umgebenden Mantelschichten 4, 5, 6 bestimmt. Bei dem
Halbleiterlaser ist die Periode D der periodischen
Kontaktstruktur an die Periode Γ der stehenden Welle
angepasst. Durch die Kontaktflächen 8a der periodischen
Kontaktstruktur wird ein Strom in periodisch angeordnete Bereiche der aktiven Schicht eingeprägt und somit an diesen Stellen eine optische Verstärkung erzeugt. In den Bereichen der zwischen den Kontaktflächen 8a angeordneten Öffnungen 8b wird das Material der aktiven Schicht nicht elektrisch gepumpt und wirkt dort absorbierend. Die periodische
Kontaktstruktur 8 erzeugt also ein periodisches Verstärkungs¬ und Absorptionsprofil, das die Periodenlänge D aufweist. Das periodische Verstärkungs- und Absorptionsprofil bewirkt, dass genau das Modenprofil unterstützt wird, dessen resultierende stehende Welle die gleiche Periodenlänge Γ wie die
Periodenlänge D der periodischen Kontaktstruktur aufweist. Da die Periodenlänge Γ der stehenden Welle von der Wellenlänge λ der Laserstrahlung abhängt, kann durch die Periodenlänge D der periodischen Kontaktstruktur die Wellenlänge λ der
Laserstrahlung eingestellt werden.
Die Abhängigkeit der Periodenlänge Γ der stehenden Welle von der Laserwellenlänge λ ist in Figur 3 dargestellt. Für eine vorgegebene Periode Γ der stehenden Welle, die gleich der Periodenlänge D der periodischen Kontaktstruktur ist, ergibt sich eine feste Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers. Die Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers ist daher durch die Periode D der periodischen Kontaktstruktur
eingestellt. Insbesondere wird auf diese Weise vorteilhaft erreicht, dass eine temperaturbedingte Änderung der
elektronischen Bandlücke des Halbleitermaterials nicht unmittelbar zu einer Änderung der Emissionswellenlänge λ führt .
Die Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers ist aber im allgemeinen nicht vollkommen temperaturunabhängig, da die effektiven Brechungsindizes der Lasermoden und somit die Periodenlänge Γ der stehenden Welle in dem Laserresonator von der Temperatur abhängig sind. In Figur 4 ist die Abhängigkeit der Periodenlänge Γ der stehenden Welle von der
Emissionswellenlänge λ bei Temperaturen von T = 300 K und T = 350 K dargestellt.
Der Simulation liegt ein wie in Fig. 1 aufgebautes
Schichtsystem mit folgenden Schichten zugrunde: Eine erste Mantelschicht 4 aus Alo.23Gao. 77As , eine erste
Wellenleiterschicht 1 mit einer 45 nm dicken ersten
Teilschicht la aus Alo.06GaO. 94As , einem 10 nm dicken GaAs- Quantentrog als aktive Schicht und einer 45 nm dicken
Teilschicht lb aus Alo.06Gao. 94As , einer 500 nm dicken zweiten Mantelschicht 5 aus Alo.23Gao. 77As , einer 90 nm dicken zweiten Wellenleiterschicht 2 aus Alo.1Gao. 9As und einer dritten
Mantelschicht 6 aus Alo.23Gao. 77As . Die Simulation zeigt, dass sich für eine vorgegebene Periodenlänge D, die gleich der Periodenlänge Γ der stehenden Welle ist, bei der Temperatur T = 350 K eine größere Emissionswellenlänge λ ergibt als bei der Temperatur T = 300 K. Beispielsweise ergibt sich bei T = 300 K für eine Periodenlänge D = 33,5 ym eine
Emissionswellenlänge λ3οοκ = 954, 2 nm. Die
Emissionswellenlänge nimmt mit zunehmender Temperatur um etwa 0, 02 nm/K zu, so dass die Emissionswellenlänge λ35οκ bei T = 350 K etwa 1 nm größer ist als bei T = 300 K. Die Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge kann durch eine Änderung der Schichtdicken und/oder der
Brechungsindizes der Wellenleiterschichten 1, 2 und/oder der Mantelschichten 4, 5, 6 vorteilhaft gezielt beeinflusst werden. Figur 5 zeigt die Simulation der Periodenlänge D in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ, wobei im Unterschied zu dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Wellenleiterschicht 2 Alo.14Gao.84As aufweist. Die zweite
Wellenleiterschicht 2 weist also einen größeren
Aluminiumanteil als die zweite Wellenleiterschicht 2 aus Alo.10Gao.90As bei dem in Figur 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel auf. Bei der in Figur 5 dargestellten Simulation liegen die Kurven für T = 300 K und T = 350 K direkt aufeinander, so dass die Emissionswellenlänge λ im wesentlichen temperaturunabhängig ist. Beispielsweise ergibt sich für eine vorgegebene Periodenlänge D = 31,65 ym die gleiche Emissionswellenlänge bei der Temperatur T = 300 K wie bei T = 350 K. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein besonders temperaturstabiler Laser realisiert werden. Insbesondere kann |Δλ/Δτ| < 0,05 nm/K gelten.
In Figur 6 ist die Periodenlänge D in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der Aluminiumanteil in der zweiten
Wellenleiterschicht 2 noch weiter erhöht wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die zweite Wellenleiterschicht 2 Alo.i8Gao.82As auf. In diesem Fall nimmt die
Emissionswellenlänge λ für eine vorgegebene Periodenlänge D mit zunehmender Temperatur ab. Die Änderung der
Emissionswellenlänge λ mit der Temperatur beträgt etwa -0,04 nm/K. Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser kann daher sogar eine negative Temperaturdrift der Emissionswellenlänge λ erzielt werden. Die Ausgestaltung der Kontaktstruktur an der Oberfläche des Halbleiterlasers bietet vielfältige Möglichkeiten, die räumliche und/oder spektrale Abstrahlcharakteristik des Halbleiterlasers zu beeinflussen, wie anhand der folgenden weiteren Ausführungsbeispiele erläutert wird.
Die in Figur 7A in einer Aufsicht dargestellte
Kontaktstruktur weist eine Vielzahl von periodisch
angeordneten Kontaktflächen 8a mit dazwischen angeordneten Öffnungen 8b auf, wobei an die Seitenfacetten 9a, 9b des Halbleiterlasers jeweils Randkontaktflächen 8c angrenzen, deren Breite nur halb so groß ist wie die Breite der übrigen Kontaktflächen 8a. Bei dieser Ausgestaltung des
Halbleiterlasers weist die stehende Welle an den
Seitenfacetten 9a, 9b jeweils ein Intensitätsmaximum in der ersten Wellenleiterschicht auf. Die Laserstrahlung wird daher an einer als Strahlungsauskoppelfläche dienenden
Seitenfacette 9b im Bereich der ersten Wellenleiterschicht aus dem Halbleiterlaser ausgekoppelt.
Bei dem in Figur 7B dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt an die Seitenfacetten 9a, 9b des Halbleiterlasers jeweils eine Randöffnung 8d an, die halb so breit ist wie die übrigen Öffnungen 8b der periodischen Kontaktstruktur. Bei dieser
Ausgestaltung des Halbleiterlasers weist die stehende Welle an den Seitenfacetten 9a, 9b jeweils ein Intensitätsminimum in der ersten Wellenleiterschicht und ein Intensitätsmaximum in der zweiten Wellenleiterschicht auf. Die Laserstrahlung wird daher an einer als Strahlungsauskoppelfläche
vorgesehenen Laserfacette 9b im Bereich der zweiten
Wellenleiterschicht aus dem Halbleiterlaser ausgekoppelt. Beim Herstellen der Seitenfacetten 9a, 9b des
Halbleiterlasers kann es möglicherweise schwierig sein, die gewünschte Breite der Randkontaktfläche 8c oder der
Randöffnung 8d exakt einzuhalten.
Zur Verminderung des Herstellungsaufwands kann es daher vorteilhaft sein, die Kontaktstruktur nur teilweise
periodisch auszuführen. In Figur 8A ist eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktstruktur dargestellt, die periodisch angeordnete Kontaktflächen 8a nur in einem
Teilbereich aufweist. Zusätzlich weist die Kontaktstruktur einen nicht periodischen Bereich 8e auf. Der periodische Bereich schließt sich an eine Seitenfacette 9b des
Halbleiterlasers an, die als Strahlungsauskoppelfläche vorgesehen ist. An die Strahlungsauskoppelfläche 9b grenzt eine Randkontaktfläche 8c an, deren Breite vorzugsweise ein Viertel der Periode der stehenden Welle beträgt. In diesem Fall wird daher die Strahlung aus dem Halbleiterlaser aus der ersten Wellenleiterschicht ausgekoppelt. Der nicht
periodische Bereich 8e der Kontaktstruktur grenzt an die der Strahlungsauskoppelfläche gegenüber liegende Seitenfacette 9a des Halbleiterlasers an.
In Figur 8B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Kontaktstruktur in einer Aufsicht dargestellt, bei dem die Kontaktstruktur nur in einem zentralen Bereich periodisch ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel grenzt an beide Seitenfacetten 9a, 9b des Halbleiterlasers jeweils ein nicht periodischer Bereich 8e der Kontaktstruktur an.
Dadurch, dass die Emissionswellenlänge bei dem
Halbleiterlaser insbesondere durch die Periodenlänge der Kontaktstruktur definiert wird, ist es möglich, einen Halbleiterlaser mit mehreren Emissionswellenlängen dadurch zu realisieren, dass mehrere Kontaktstrukturen mit verschiedenen Periodenlängen nebeneinander angeordnet werden.
Beispielsweise ist in Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers dargestellt, bei dem es sich um einen
Laserbarren mit drei verschiedenen Emissionswellenlängen handelt. Der Laserbarren weist drei parallel zueinander verlaufende Kontaktstrukturbereiche 81, 82, 83 mit
verschiedenen Periodenlängen auf, die in einer senkrecht zu den Strahlrichtungen verlaufenden Richtung zueinander
versetzt angeordnet sind. Aufgrund der verschiedenen
Periodenlängen der Kontaktstrukturbereiche 81, 82, 83 emittiert der Laserbarren mehrere Laserstrahlen IIa, IIb, 11c mit voneinander verschiedenen Wellenlängen λΐ, λ2 und λ3.
In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Kontaktstruktur dargestellt, die mehrere parallel zueinander verlaufende periodische Bereiche aufweist. Im Gegensatz zu dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei Kontaktstrukturbereiche 81, 82, 83 aber nicht
voneinander beabstandet, sondern grenzen in einer senkrecht zur Strahlrichtung 11 verlaufenden Richtung aneinander an. Dies hat zur Folge, dass die von den mehreren
Kontaktstrukturbereichen erzeugten Strahlprofile miteinander überlappen, so dass ein einziger Laserstrahl 11 mit einer vergrößerten spektralen Bandbreite emittiert wird.
In Figur 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Kontaktstruktur in einer Aufsicht und in einer Seitenansicht dargestellt, bei der die Kontaktstruktur einen ersten
periodischen Bereich 84 und einen zweiten periodischen
Bereich 85 aufweist, die in der Strahlrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der erste periodische Bereich 84 und der zweite periodische Bereich 85 elektrisch
voneinander isoliert und separat kontaktierbar sind. Der erste periodische Kontaktstrukturbereich 84 und der zweite periodische Kontaktstrukturbereich 85 weisen jeweils die gleiche Periodenlänge auf und sind in der Strahlrichtung um eine halbe Periodenlänge zueinander versetzt angeordnet. Der erste periodische Kontaktstrukturbereich 84 weist an die Seitenfacetten 9a, 9b des Halbleiterlasers angrenzende
Randkontaktflächen 8c auf, während der zweite periodische Kontaktstrukturbereich 85 an die Seitenfacetten 9a, 9b angrenzende Randöffnungen 8d aufweist.
Der erste periodische Bereich 84 kann über eine
Anschlussfläche 13a und der zweite periodische Bereich 85 über eine Anschlussfläche 13b kontaktiert werden. Die
Anschlussflächen 13a, 13b sind beispielsweise mittels einer elektrisch isolierenden Schicht von der Oberfläche des
Halbleiterlasers isoliert, so dass der Stromfluss in den Halbleiterlaser nur durch die Kontaktstrukturbereiche 84, 85 erfolgt. Bei Kontaktierung des ersten Kontaktstrukturbereichs 84 wird ein Laserstrahl IIa an der Seitenfacette 9b des
Halbleiterlasers im Bereich der ersten Wellenleiterschicht 1 ausgekoppelt. Dagegen wird bei der Kontaktierung des zweiten Kontaktstrukturbereichs 85 ein Laserstrahl IIb im Bereich der zweiten Wellenleiterschicht 2 an der Seitenfacette 9b des Halbleiterlasers ausgekoppelt. Durch eine wahlweise
Kontaktierung der Anschlussfläche 13a oder der
Anschlussfläche 13b kann daher die Position des emittierten Laserstrahls IIa, IIb in vertikaler Richtung eingestellt werden. Wenn die beiden Kontaktstrukturbereiche 84, 85 gleichzeitig über die Anschlussflächen 13a, 13b kontaktiert werden, weist der Halbleiterlaser insgesamt keine periodische Kontaktstruktur auf und fungiert als herkömmlicher Breitstreifenlaser.
Es ist weiterhin auch möglich, eine Kontaktstruktur zu realisieren, die mehrere periodische Teilbereiche aufweist, die verschiedene Perioden zur Erzeugung mehrerer
verschiedener Emissionswellenlängen aufweisen, wobei sich die Teilbereiche in der Strahlrichtung zumindest teilweise überlappen. In 12A ist eine Kontaktstruktur dargestellt, die zwei nebeneinander angeordnete periodische
Kontaktstrukturbereiche 86, 87 aufweist. Der
Kontaktstrukturbereich 86 wird durch Kontaktflächen 8f gebildet, die eine erste Periodenlänge aufweisen. Der
Kontaktstrukturbereich 87 wird durch Kontaktflächen 8g gebildet, die eine von der ersten Periodenlänge verschiedene zweite Periodenlänge aufweisen.
In Figur 12B ist dargestellt, wie die Kontaktstrukturbereiche 86, 87 so in der Strahlrichtung angeordnet werden können, dass sie sich in der Strahlrichtung überlappen, wobei wahlweise der erste oder der zweite Kontaktstrukturbereich elektrisch angeschlossen werden können. Die in Figur 12B dargestellte Kontaktstruktur weist Kontaktflächen 8f auf, die zur Kontaktierung der ersten Kontaktstrukturbereichs
angeschlossen werden. Weiterhin weist die Kontaktstruktur Teilbereiche 8g auf, die zur Kontaktierung der zweiten
Kontaktstruktur angeschlossen werden. Zusätzlich weist die Kontaktstruktur Bereiche Kontaktflächen 8fg auf, die sowohl zur Kontaktierung des Halbleiterlasers mit dem ersten
Kontaktstrukturbereich als auch zur Kontaktierung des
Halbleiterlasers mit dem zweiten Kontaktstrukturbereich jeweils angeschlossen werden. Um den Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge zu betreiben, die durch die periodische Struktur 86 der Figur 12A definiert wird, werden bei dem in Figur 12B dargestellten Halbleiterlaser also die
Kontaktflächen 8f und 8fg angeschlossen. Um einen
Halbleiterlaser zu realisieren, der eine der periodischen Kontaktstruktur 87 der Figur 12A entsprechende
Kontaktstruktur aufweist, werden die Kontaktflächen 8g und 8fg elektrisch angeschlossen.
In Figur 13 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wie eine Kontaktstruktur realisiert werden kann, die zwei sich in der Strahlrichtung überlappende Kontaktstrukturbereiche 88, 89 mit verschiedenen Periodenlängen aufweist, wobei die beiden Kontaktstrukturbereiche 88, 89 separat kontaktierbar sind. Die Kontaktflächen für den ersten Teilbereich mit der ersten Periode und den zweiten Teilbereich mit der zweiten Periode werden jeweils durch Gitterstrukturen gebildet, wobei die Perioden der Gitter wesentlich kleiner als die Perioden der Kontaktstrukturbereiche 88, 89 sind. Die beiden
Gitterstrukturen greifen in einem Überlappbereich 90
ineinander und sind separat kontaktierbar. Der erste
gitterförmige Kontaktstrukturbereich 88 weist eine
Anschlussfläche 13c und der zweite gitterförmige
Kontaktstrukturbereich 89 eine zweite Anschlussfläche 13d auf .
Die Kontaktstrukturbereiche 88, 89 sind vorzugsweise nur in dem Überlappbereich 90 elektrisch leitend mit der Oberfläche des Halbleiterlasers verbunden. Die außerhalb des
Überlappbereichs 90 angeordneten Teile der
Kontaktstrukturbereiche 88, 89 und die Anschlussflächen 13c, 13d sind beispielsweise mittels einer elektrisch isolierenden Schicht von der Oberfläche des Halbleiterlasers isoliert, so dass der Stromfluss in den Halbleiterlaser nur in dem
Überlappbereich 90 erfolgt.
Bei einer elektrischen Kontaktierung der Anschlussfläche 13c wird der Halbleiterlaser mit dem gitterförmigen
Kontaktstrukturbereich 88 betrieben, der die erste
Periodenlänge aufweist. Bei einer elektrischen Kontaktierung der zweiten Anschlussfläche 13d wird der Halbleiterlaser mit dem zweiten gitterförmigen Kontaktstrukturbereich 89
betrieben, der die zweite Periodenlänge aufweist. Der
Halbleiterlaser kann daher vorteilhaft mit zwei verschiedenen Wellenlängen betrieben werden, die durch Auswahl einer der Anschlusskontakte 13c, 13d selektiert werden können.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kantenemittierender Halbleiterlaser mit
- einer ersten Wellenleiterschicht (1), in die eine
Laserstrahlung (11) erzeugende aktive Schicht (3) eingebettet ist, und
- einer zweiten Wellenleiterschicht (2), in die keine aktive Schicht eingebettet ist,
wobei
- die erste Wellenleiterschicht (1) zwischen einer ersten Mantelschicht (4) und einer zweiten Mantelschicht (5)
angeordnet ist, und die zweite Wellenleiterschicht (2) zwischen der zweiten Mantelschicht (5) und einer dritten Mantelschicht (6) angeordnet ist,
- die in der aktiven Schicht (3) erzeugte Laserstrahlung (11) in einem Laserresonator, der durch Seitenfacetten (9a, 9b) des Halbleiterlasers gebildet wird, eine stehende Welle (12) ausbildet, die in einer Strahlrichtung des Halbleiterlasers in periodischen Abständen jeweils Intensitätsmaxima in der ersten Wellenleiterschicht (1) und korrespondierende
Intensitätsminima in der zweiten Wellenleiterschicht (2) sowie Intensitätsminima in der ersten Wellenleiterschicht (1) und korrespondierende Intensitätsmaxima in der zweiten
Wellenleiterschicht (2) aufweist,
- eine zumindest bereichsweise periodische Kontaktstruktur (8) an einer Oberfläche des kantenemittierenden
Halbleiterlasers angeordnet ist, und
- eine Periodenlänge der Kontaktstruktur (8) gleich einer Periodenlänge der stehenden Welle (12) ist, so dass der
Halbleiterlaser eine Emissionswellenlänge λ aufweist, die durch die Periodenlänge der Kontaktstruktur (8) eingestellt ist .
2. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei die Emissionswellenlänge λ des Halbeiterlasers eine Temperaturabhängigkeit Δλ/ΔΤ aufweist, für die gilt:
|Δλ/Δτ| < 0,05 nm/K.
3. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers mit zunehmender Temperatur abnimmt.
4. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der
Ansprüche 1 oder 2,
wobei die Emissionswellenlänge λ des Halbleiterlasers mit zunehmender Temperatur zunimmt.
5. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die periodische Kontaktstruktur (8) Kontaktflächen (8a) und dazwischen angeordnete Öffnungen (8b) aufweist.
6. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 5, wobei die Breite der Kontaktflächen (8a) und der dazwischen angeordneten Öffnungen (8b) in der Strahlrichtung des
Halbleiterlasers jeweils eine halbe Periodenlänge beträgt.
7. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 5 oder 6,
wobei zumindest eine Seitenfacette (9a, 9b) des
Halbleiterlasers an eine Randkontaktfläche (8c) angrenzt, deren Breite halb so groß ist wie eine Breite der
Kontaktflächen (8a) der periodischen Kontaktstruktur (8).
8. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der
Ansprüche 5 bis 7,
wobei zumindest eine Seitenfacette (9a, 9b) des
Halbleiterlasers an eine Randöffnung (8d) angrenzt, deren Breite halb so groß ist wie eine Breite der Öffnungen (8b) der periodischen Kontaktstruktur (8).
9. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktstruktur (8) mindestens einen nicht
periodischen Bereich (8e) aufweist.
10. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine nicht periodische Bereich (8e) an eine Seitenfacette (9a) des Halbleiterlasers angrenzt, die einer als Strahlungsauskoppelfläche dienenden Seitenfacette (9b) gegenüberliegt.
11. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktstruktur (8) einen ersten (84) und einen zweiten periodischen Bereich (85) aufweist, die in der
Strahlrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der erste periodische Bereich (84) und der zweite periodische Bereich (85) elektrisch voneinander isoliert und separat kontaktierbar sind.
12. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Kontaktstruktur (8) mehrere periodische
Teilbereiche (81, 82, 83) aufweist, die verschiedene Perioden zur Erzeugung mehrerer verschiedener Emissionswellenlängen aufweisen .
13. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 12, wobei die Teilbereiche (81, 82, 83) in einer senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Richtung voneinander beabstandet sind .
14. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 12, wobei die Teilbereiche (81, 82 , 83) in einer senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Richtung aneinander angrenzen.
15. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 12, wobei sich die Teilbereiche (8f, 8g, 8fg) in der
Strahlrichtung zumindest teilweise überlappen.
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