DE10105722A1 - Halbleiter-Laser - Google Patents

Halbleiter-Laser

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Abstract

Ein Wechsel weist neben Stromblenden (6) im Randbereich einer Mesa (12) Implantationsgebiete (13), die modenselektiv wirksam sind. Dadurch kann die Innenöffnung der Stromblenden (6) größer als beim Stand der Technik gewählt werden, Dies führt zu einem kleinohmschen und thermischen Widerstand und ermöglicht eine hohe Ausgangsleistung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Laser mit einem von Reflektoren gebildeten Vertikalresonator, mit einer zwischen den Reflektoren angeordneten, Photonen emittierenden aktiven Schicht und mit einer Stromblende zur seitlichen Eingrenzung des durch die aktive Schicht hindurchfließenden Stromes.
Derartige Halbleiter-Laser sind als sogenannte VCSELs (Verti­ cal Cavity Surface-emitting Laser) bekannt. Diese Halbleiter- Laser weisen eine Schichtfolge auf, die eine zwischen zwei DBR-Spiegeln (distributed Bragg reflector) eingeschlossene aktive Schicht umfaßt. Um den in die aktive Schicht injizier­ ten Strom in seitlicher Richtung zu begrenzen, ist eine Stromblende aus einem Oxid in einem der DBR-Spiegeln vorgese­ hen. Die Stromblenden definieren mit ihrem inneren Rand eine Stromapertur und beschränken die seitliche Ausdehnung des Pumpfleckdurchmessers in der aktiven Schicht.
Grundsätzlich ist mit derartigen Halbleiter-Lasern auch Mono­ modenbetrieb möglich. Dafür ist jedoch ein verhältnismäßig kleiner Pumpfleckdurchmesser von weniger als 4 µm nötig, was eine entsprechend kleine Stromapertur bedingt. Derartige kleine Durchmesser der Stromapertur sind jedoch nur mit gro­ ßen Schwierigkeiten präzise herstellbar. Üblicherweise er­ folgt die Oxidation seitlich von den Rändern der Schichten­ folge her, nachdem die Schichtenfolge vollständig abgeschie­ den wurden ist. Dieses Vorgehensweise erfordert jedoch eine genaue Kenntnis und Steuerung der Prozeßparameter.
Außerdem weisen die bekannten Halbleiter-Laser mit Stromblen­ den aus Oxid aufgrund der kleinen Stromapertur niedrige opti­ sche Ausgangsleistungen, hohe ohmsche Widerstände und hohe thermische Widerstände auf.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren, monomodi­ gen Halbleiter-Laser mit hoher optischer Ausgangsleistung so­ wie niedrigem ohmschen und thermischen Widerstand zu schaf­ fen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß neben der Stromblende weitere, sich in vertikaler Richtung ein­ streckende, den Vertikalresonator seitlich begrenzende, mo­ denselektive Gebiete vorhanden sind.
Durch die zusätzlich modenselektiven Gebiet entlang des Achse des Vertikalresonators werden höhere Moden wirksam unter­ drückt, da diese in den modenselektiven Bereichen höhere Ver­ luste erleiden als die Grundmode. Daher kann nur die Grundmo­ de die Laserschwelle erreichen. Gleichzeitig ist es möglich, die Stromapertur zu vergrößern, was im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Ausgangsleistung sowie einen geringe­ ren ohmschen und thermischen Widerstand zur Folge hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die modenselektiven Gebiete Implantationsgebiet mit verringerter Leitfähigkeit.
Derartige Implantationsgebiete können auch in einem großen Volumen mit ausreichender Präzision ausgebildet werden. Au­ ßerdem läßt sich durch Implantationen die Leitfähigkeit sen­ ken, so daß die Lateralmoden höherer Ordnung in den Implanta­ tionsgebieten gedämpft werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der abhängigen Ansprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzeln anhand der beige­ fügten Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Halbleiter-Laser ge­ mäß der Erfindung.
Der im Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Halbleiter-Laser 1 weist einen auf ein Substrat aufgebrachten unteren Bragg- Reflektor 3 auf, auf dem eine Kavität 4 mit einer Photonen emittierenden, aktiven Zone ausgebildet ist. Oberhalb der Ka­ vität 4 befindet sich ein oberer Bragg-Reflektor 5, in dem Stromblenden 6 ausgebildet sind. Der innere Rand der Strom­ blenden 6 definiert Stromaperturen 7, durch die die seitliche Ausdehnung der in die Kavität 4 injizierten Ströme begrenzt wird. Dadurch entsteht in der Kavität 4 ein Photonen emittie­ rende Pumpfleck 8 durch den die zwischen dem unteren Bragg- Reflektor 3 und dem oberen Bragg-Reflektor 5 reflektierte Strahlung optisch verstärkt wird. Ein Teil dieser Strahlung wird vom oberen Bragg-Reflektor 5 hindurchgelassen und kann durch eine Austrittsöffnung 9 in einem ringförmigen Vorder­ seitenkontakt 10 den Halbleiter-Laser 1 verlassen. Außerdem ist auf der Rückseite des Substrats 2 ein Rückseitenkontakt 11 vorhanden.
Im allgemein ist der obere Bragg-Reflektor 5 als Mesa 12 aus­ gebildet. In Randbereichen der Mesa 12 befinden sich Implan­ tationsgebiete 13, die sich auch in das Substrat 2 erstrec­ ken. Die Implantationsgebiete 13 weisen eine Innenöffnung 14 auf. Die Querschnittsfläche der Innenöffnung 14 ist stets größer als die Fläche der Stromaperturen 7.
In den Implantationsgebieten 13 ist die Leitfähigkeit des Ma­ terials geringer als die Leitfähigkeit in der Innenöffnung 14 der Implantationsgebiete 13. Daher werden Moden höherer Ord­ nung, die sich in die Implantationsgebiete 13 erstrecken, ge­ schwächt. Eine optische Verstärkung findet nur im Bereich der Innenöffnung 14, also im Bereich der Grundmode statt. Daher kann der Durchmesser der Stromaperturen 7 größer als beim Stand der Technik gewählt werden.
Die im Vergleich zum Stand der Technik größere Öffnung der Stromaperturen 7 führt zu einem geringeren Serienwiderstand des Halbleiter-Lasers 1, sowie zu einem geringeren thermi­ schen Widerstand, was schwächere Alterungseffekte zur Folge hat. Außerdem führen die großen Stromaperturen 7 zu einem großen Pumpfleck und damit zu höheren optischen Ausgangslei­ stungen. Der Innendurchmesser der Stromaperturen 7 beträgt beim Halbleiter-Laser 1 mehr als 3 µm, vorzugsweise mehr als 4 µm.
Von besonderem Vorteil ist auch, daß die Herstellung der Stromblenden 6 im Vergleich zum Stand der Technik besser be­ herschbar ist, da die herstellungsbedingten Abweichungen bei der Fertigung der Stromblenden 6 relativ gesehen kleiner sind.
Durch die doppelte Ausführung der Stromblenden 6 können fer­ ner Randüberhöhungen der Strominjektion in die Kavität 4 ver­ mieden werden, die an sich auch die Monomodigkeit gefährden.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht auf bestimmte Mate­ rialien beschränkt. In Frage kommen die bekannten, für die beschriebene Art von Halbleiter-Lasern 1 verwendbaren Mate­ rialien. Für die Herstellung eignen sich die üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren.
Bezugszeichenliste
1
Halbleiter-Laser
2
Substrat
3
unterer Bragg-Reflektor
4
Kavität
5
oberer Bragg-Reflektor
6
Stromblenden
7
Stromaperturen
8
Pumpfleck
9
Austrittsöffnung
10
Vorderseitenkontakt
11
Rückseitenkontakt
12
Mesa
13
Implantationsgebiet
14
Innenöffnung

Claims (10)

1. Halbleiter-Laser mit einem von Reflektoren (3, 5) gebilde­ ten Vertikalresonator, mit einer zwischen den Reflektoren (3, 5) angeordneten, Photonen emittierenden aktiven Schicht (8) und mit einer Stromblende (6) zur seitlichen Eingrenzung des durch die aktive Schicht (8) hindurchfließenden Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Stromblende (6) weitere, sich in vertikaler Rich­ tung einstreckende, den Vertikalresonator seitlich begrenzen­ de, modenselektive Gebiete (13) vorhanden sind.
2. Halbleiter-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor in einer Mesa (12) ausgebildet ist.
3. Halbleiter-Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mesa (12) einen Durchmesser < 10 µm aufweist.
4. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromblende (6) aus Oxid gefertigt ist.
5. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Stromblenden (6) gebildeten Stromapertur (7) einen Durchmesser < 3 µm aufweist.
6. Halbleiter-Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromblenden (6) einen Durchmesser < 4 µm aufweist.
7. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenöffnung (14) der modenselektiven Gebiete (13) größer als die Stromapertur (7) ist.
8. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die modenselektiven Gebiete (13) eine Leitfähigkeit auf­ weisen, die kleiner ist als eine Leitfähigkeit des Vertikal- Resonators entlang der Resonatorachse.
9. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das modenselektive Gebiet ein Implantationsgebiet (13) ist.
10. Halbleiter-Laser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Implantationsgebiet (13) im Rand- und Umgebungs­ bereich des Vertikalresonators erstreckt.
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