[go: up one dir, main page]

CN1879270B - 半导体激光器设备 - Google Patents

半导体激光器设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1879270B
CN1879270B CN2004800333593A CN200480033359A CN1879270B CN 1879270 B CN1879270 B CN 1879270B CN 2004800333593 A CN2004800333593 A CN 2004800333593A CN 200480033359 A CN200480033359 A CN 200480033359A CN 1879270 B CN1879270 B CN 1879270B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
semiconductor laser
laser device
vertical
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2004800333593A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1879270A (zh
Inventor
托尼·阿尔布雷希特
彼得·布里克
斯特凡·吕特根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of CN1879270A publication Critical patent/CN1879270A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1879270B publication Critical patent/CN1879270B/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041Optical pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H01S5/04253Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material having specific optical properties, e.g. transparent electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
    • H01S5/209Methods of obtaining the confinement using special etching techniques special etch stop layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4056Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及半导体激光器设备,其具有被光学泵浦的、表面发射的垂直发射区域(2),该垂直发射区域具有有源的产生辐射的垂直发射层(3),以及至少一个被单片集成的泵浦辐射源(5)用于该垂直发射区域(2)的光学泵浦,该泵浦辐射源具有有源的产生辐射的泵浦层(6)。按照本发明,在垂直方向上,泵浦层(6)被设置在垂直发射层(3)之后,并且在垂直发射层(3)和泵浦层(6)之间设置了一个导电层(13)。此外在半导体激光器设备的、相较导电层(13)更接近泵浦层(6)的侧面上淀积上一个接触部(9)。在接触部(9)和导电层(13)之间可以施加电场用于通过载流子注入生成泵浦辐射(7)。

Description

半导体激光器设备
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器设备,其具有被光学泵浦的、表面发射的垂直发射区域,该垂直发射区域具有有源的产生辐射的垂直发射层,并且该半导体激光器设备还具有至少一个被单片集成的泵浦辐射源用于该垂直发射区域的光学泵浦,该泵浦辐射源具有有源的产生辐射的泵浦层
背景技术
这种激光器设备和用于该设备的制造方法由出版文献WO 01/93386已知,其内容通过引用合并与此。其中描述了光泵浦的、表面发射的半导体激光器设备,其具有放大区域作为垂直发射区域以及至少一个边发射的半导体激光器作为泵浦辐射源。垂直发射区域和泵浦辐射源在共同的衬底上外延地生长出来。通过这种方式,可以实现垂直发射区域和泵浦辐射源的节省空间的单片集成的构造。
当泵浦辐射源的波长小于由垂直发射器发出的辐射的波长时,可获得高的泵浦效率并由此获得垂直发射器的高的输出功率。这一点例如可以通过产生辐射的泵浦层或垂直发射层的不同材料组成或通过这些层的不同的尺度确定实现。
用于这种半导体激光器设备的一种典型的制造方法是,用于垂直发射区域的层在衬底上首先大面积地外延生长。接着在为泵浦辐射源设置的侧面区域中,这些层又被有选择地蚀刻。随后在第二外延步骤中,最终在这些区域中外延地生长出泵浦辐射源的层。
由于多个原因,这种两步外延过程是不利的。在泵浦辐射源和垂直发射区域之间的过渡区域中难以避免晶界和升高的缺陷密度,这导致在该情况下的光学吸收损耗。此外垂直发射区域的边缘可能影响在过渡区域中的泵浦辐射源的层的生长形式,这可能导致在该过渡区域中的不利的层厚偏差。此外该两步外延过程牵涉到高昂的制造开销。
一种单步外延制造的光泵浦的半导体激光器设备由Gerhold et al.,IEEEJournal of Quantum Electronics,Volume 34Nr.31998,506-511页已知。垂直发射区域和泵浦辐射源有具有量子阱结构的共同的有源层。在作为泵浦辐射源使用的区域中,量子阱结构掺杂有异质原子,这导致在该区域中产生具有比在垂直发射区域中更短波长的辐射(IILD-Impurity Induced LayerDisordering杂质诱导层无序化)。然而掺杂异质原子的方法只允许较小的波长变化,并且此外还带来这样的危险,即辐射产生的效率下降以及由此引起的泵浦效率下降。
在单步外延中制造的、光泵浦的半导体激光器设备中的一个普遍问题是,垂直发射区域和泵浦辐射源的首先一次相同的层构造。理想情况下,在工作中应该只在泵浦辐射源的区域中产生横向传播的辐射场,并且在垂直发射区域中应该只产生在垂直方向上传播的辐射场。在泵浦辐射源的区域中的垂直传播模降低了产生的泵浦辐射功率。类似地,在垂直发射区域中产生的横向传播的辐射模减少了粒子数反转并且由此降低了泵浦效率。由此,所提及类型的一种有效工作的半导体激光器设备的先决条件是,消除泵浦层和垂直发射层的等同性。
发明内容
因此本发明的一个目的在于,提供一种光泵浦的半导体激光器设备,它具有高的泵浦效率并且可以在单步外延方法中制造。
该目的通过具有权利要求1的特征的半导体激光器设备达到。本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明,在垂直方向上,泵浦层设置在垂直发射层之后,并且在垂直发射层和泵浦层之间设置了一个导电层。此外在半导体激光器设备的、相较导电层更接近泵浦层的侧面上淀积上一个接触部。在该接触部和导电层之间可以施加电场用于通过载流子注入生成泵浦辐射。
垂直发射层和泵浦层是垂直地彼此分离的、依次生长的层。这种构造保证了在这些层的材料选取和大小确定方面的较大的自由性。通过这种方法,泵浦辐射和垂直发射的辐射的波长可以在宽广的范围内调整,这样可以实现高的泵浦效率。在半导体激光器设备的侧面上的导电层和接触部的根据本发明的构造导致了通过在该导电层和接触部之间施加的电场,载流子被选择地注入泵浦层而并不注入垂直发射层中。由此,在垂直发射层中抑制了附生的、横向传播的辐射的激发。
优选的是半导体激光器设备部分地去除,以便导电层部分地暴露。在本发明的一种实施形式中,半导体激光器设备可以以平行沟道的形状去除。特别优选的是,在导电层的被去除覆盖的区域上淀积上另外一个接触部用于接触该导电层。在本发明的另外一个实施例中,在导电层和另外的接触部之间设置了一个可导电并且对于一种波长的辐射是透明的层,该辐射如从泵浦辐射源域产生。
为了制造按照本发明的半导体激光器设备,仅仅一个外延过程就足够了。甚至当这些层再次被部分地去除并且另外的层或接触部被淀积上时,如在前面描述的实施形式中那样,其也可以无需工艺上昂贵的第二外延步骤来进行。
在另外一种实施形式中,为了能够受控地结束半导体激光器设备的去除,与导电层相邻地设置了一个蚀刻停止层,其抵挡适合于将导电层暴露的蚀刻过程。
有利的是,该导电层垂直地这样设置,使得它位于在垂直发射器的谐振腔中的驻波场的波节内。通过这种方式,在垂直发射区域中的光学损耗通过导电层减少到最低程度。
在本发明的一个优选的实施例中,在垂直发射层和导电层之间设置了垂直的波导结构。优选的是,从侧面可看到的位于该接触部和另外的接触部之间的这样的区域中垂直的波导结构,具有不同于并不位于该接触部和另外的接触部之间的这样的区域中的波导结构的光学特性。
垂直发射层和泵浦层在垂直方向上依次设置。泵浦辐射的主辐射方向是横向的。为了使得用于光学泵浦的泵浦辐射完全到达垂直发射层,必须给出一个区域,在其中泵浦辐射也可以在垂直方向上传播。垂直波导结构即用于此目的。因此很希望在垂直发射区域中良好地形成泵浦辐射的垂直传播,而它在泵浦辐射源的区域中却应该尽可能地被抑制。根据本发明,这一点通过这种方式实现,即在泵浦辐射源的区域中、也在接触部和另外的接触部之间,垂直的波导结构具有不同于在这样的垂直发射区域中的光学特性,在该垂直发射区域中,该波导结构并不位于接触部和另外的接触部之间。
在本发明的一种有利的改进方案中,光学特性的差别通过这种方法实现,即垂直的波导结构在从侧面看位于接触部和另外的接触部之间的区域中被氧化。
在本发明的一种有利的实施形式中,在垂直方向上,一种内部的谐振腔反射镜结构设置在泵浦层和垂直发射层之后,该结构特别优选的是一种布喇格反射器。在本发明的一种改进方案中,该内部谐振腔反射器结构设置在垂直发射层和衬底之间,并且由垂直发射层产生的辐射在与衬底相对的侧面上输出耦合。
在本发明的一个另外的实施例中,垂直发射层配设有一个外部的反射镜,该反射镜与内部的谐振腔反射镜结构共同形成垂直发射区域的谐振腔。在本发明的一个优选的实施例中,在谐振腔中设置了辐射形成元件或选频元件或频率转换元件。
本发明的一种有利的改进是,垂直发射层和/或泵浦层分别具有一个或多个量子阱结构,其中在本申请的范围中,命名的量子阱结构包括所有这样的结构,在这样的结构中载流子通过限制(confinement)而实现其能量状态的量子化。特别是命名的量子阱结构不包含关于量子化维数的说明。由此,它此外还包括量子阱、量子线和量子点以及这些结构的各种组合。
附图说明
下面本发明借助十二个附图用不同的实施例来详细地说明。
其中
图1示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的第一实施例的剖面图,
图2示意性地示出了第一实施例的三维剖面图,
图3示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的第二实施例的俯视图,
图4示意性地示出了第二实施例的沿着在图3中示出的截线AA的剖面图,
图5示意性地示出了第二实施例的沿着在图3中示出的截线BB的剖面图,
图6示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的第三实施例的俯视图,
图7示意性地示出了第三实施例的沿着在图6中示出的截线AA的剖面图,
图8示意性地示出了第三实施例的沿着在图6中示出的截线BB的剖面图,
图9示出了在垂直发射区域中泵浦模和垂直发射模的重叠的示意图,
图10示出了在垂直发射区域中泵浦辐射在垂直方向上的传播示意图,
图11示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的不同实施例的俯视图,用于说明泵浦辐射源和垂直发射区域的可能的构造,以及
图12示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的另外一个实施例的俯视图,用于说明泵浦辐射源和垂直发射区域的另外可能的构造。
具体实施方式
同样的或具有同样作用的元件在附图中分别标有相同的参考符号。这些附图是示意性的图。特别是元件的尺寸比未按比例示出。
图1示出了按照本发明的半导体激光器设备的第一实施例。在半导体本体1中央设置了垂直发射区域2。该垂直发射区域2具有一个作为有源元件的用于产生辐射场4的垂直发射层3。该辐射场4在半导体本体1内示意性地表示为波列。与垂直发射区域2横向相邻地设置有泵浦辐射源5。它们具有用于产生泵浦辐射7以光泵浦垂直发射层3的泵浦层6。泵浦辐射7示意性地通过其与泵浦层6垂直的类似高斯状的强度分布表明。
垂直发射区域2和泵浦辐射源5共同地在衬底8上外延生长,该衬底在一面上设置有接触部9。在衬底8的与接触部9背离的面上淀积上了布喇格反射镜结构10和随后的一个覆盖层11。在该覆盖层11上在与衬底8背离的侧面连接有泵浦波导12,它包括作为中央元件的泵浦层6。泵浦波导12以导电层13的与衬底8背离的侧面为界,在该导电层上在泵浦辐射源5的区域中淀积上了导电并且透明的层14。该导电并且透明的层14在与衬底8背离的侧面上设置有另外的接触部15。
在垂直发射区域2内,半导体激光器设备具有在与衬底8背离的侧面上垂直地在导电层13之后设置的垂直波导结构16,该波导结构除了垂直发射层3还包含蚀刻停止层17。此外还设置了窗口18,它在与衬底8背离的侧面上限制垂直发射区域2,并且辐射场4可以通过它离开半导体本体1。
用于实现本发明的合适的材料体系可在III-IV族复合半导体的类目中找到。所示的实施例例如可以基于(AlxIn1-x)yGa1-yAsZP1-z实现,其中0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1。其它可能的材料体系按所期望的波长基于GaN或InP。
自然,本发明并不局限于该材料体系,而是也可以按所期望的波长或其它的要求以其它的材料体系为基础。
泵浦辐射源5作为边发射的、电泵浦的半导体激光器来实施,其主辐射方向指向垂直发射区域2。泵浦辐射源5与垂直发射区域2背离的、彼此平行的端面被反射地构建并且用作用于泵浦辐射7的谐振腔反射器。这些端面可以有利地通过解理或也可以通过蚀刻形成,并且可选地淀积上具有高反射性能的层。在所示的实施例中,两个泵浦辐射源5形成独特的、相干振荡的激光器。
泵浦层6例如可以通过单个的量子阱(SQW,单量子阱)或作为多个量子阱(MQW,多量子阱)的层序列实现。该量子阱或这些量子阱典型地嵌入垒层中,通过这种方法形成泵浦波导12。
为了驱动半导体激光器设备,载流子通过接触部9和另外的接触部15注入半导体本体1中,它们在泵浦层6中辐射地重新复合,通过这种方式建立泵浦辐射7。为了获得足够的导电能力,半导体本体1的所有引导电流的层都必须充分地掺杂。然而直接与泵浦波导12邻接的能导电的层通过对自由载流子的辐射吸收导致显著高的光学损耗。
出于这种原因,优选的是,布喇格反射器结构的直接与泵浦波导12相邻的层较低地掺杂。替代地可能的是,在掺杂的布喇格反射器结构10上淀积一个稍高掺杂的覆盖层11,如在图1中所示的实施例中那样。
在泵浦波导12的相对的侧面上,出于相同的原因,另外的接触部15没有直接淀积在泵浦波导12上。在此附加插入的导电并且透明的层14理想地对于电流是传导的,由此它满足良好的电流注入的要求,并且同时对于泵浦辐射7是透明的,由此将光学损耗降低到最低限度。用于这种层的一种可能的材料例如是铟锡氧化物(ITO-Indium Tin Oxide)或含有锌氧化物的化合物。
在泵浦波导12和导电并且透明的层14之间设置的导电层13用于侧面的电流分布并且将泵浦辐射源5的被泵浦的区域一直扩大到垂直发射器2中。为了将在导电层13上的光学损耗保持较低,该导电层被相对薄地实施。
在垂直发射区域2中以及在泵浦辐射源5的区域中,不同的层与泵浦波导12或导电层13邻接(蚀刻停止层17和垂直的波导结构16与垂直发射区域2邻接,并且导电的并且透明的层14与泵浦辐射源5邻接)。由此产生在这些不同区域中的泵浦波导12的折射率的有效不同。泵浦辐射7由此在从泵浦辐射源5进入垂直发射区域2的过渡中被折射。通过这种方式,泵浦辐射7在垂直发射区域2中以垂直的泵浦模的形状传播,垂直发射层3借助该模被光泵浦。这种机制在下面与附图9和10结合被详细地描述。
如泵浦层6那样,垂直发射层3也可以通过单个的量子阱结构或通过由多个量子阱结构构成的构造形成。通过在垂直发射层3或在直接相邻的层中的泵浦模发出的载流子在垂直发射层3中重新辐射复合。在量子阱结构中并且不在直接相邻的层中的泵浦模的吸收更适合于获得良好的辐射质量并且因此是优选的。
由布喇格反射器结构10和这里未示出的外部反射器构成的谐振腔形成辐射场4。高的泵浦效率可以通过以下措施获得,即泵浦辐射7的波长选得比辐射场4的波长更小。
为了将在辐射场中通过导电层13的吸收损耗降低到最小程度,有利的是,将导电层13定位在垂直发射区域中谐振腔内的辐射场的一个波节中即强度最小处。
在所示的实施例中的所有半导体层都可以在外延过程中制造。接着在侧面有选择地将泵浦辐射源5的区域去除直到导电层13。这优选地在蚀刻过程中进行。为了借助蚀刻过程将导电层13按规定地暴露,设置了直接与导电层相邻的蚀刻停止层17,它相对于使用的蚀刻过程是有抵抗力的。在蚀刻过程之后,蚀刻停止层17又转过来通过适当的处理去除。在制造过程中,在通过这种方式暴露的导电层13上接着淀积上导电并且透明的层14以及另外的接触部15。这些未结晶的层没有经受严格受控的外延生长过程并且能以简单的方式被蒸发上。
在图2中示出了按照本发明的半导体激光器设备的刚才阐述的第一实施例的三维剖面图。
附加在半导体本体1之外在该附图中还绘入外部谐振腔反射器19。该外部谐振腔反射器19作为半透明的反射器实施,它将垂直发射区域2的激光器辐射从辐射场4中输出耦合。该反射器在谐振腔侧被弯曲地实施,用于稳定谐振腔内部的辐射模。
在图2中通过透视图清楚看出,半导体本体1除了垂直发射区域2外,被去除直到导电层13。因为在高泵浦效率方面,将泵浦辐射源5设计得比垂直发射区域2的直径更大并无意义,所以导电并且透明的层14以及被淀积上的接触部15以所示的跨桥的形状被淀积在导电层13上。
图3示意性地示出了半导体激光器设备的第二实施例的俯视图。在该例子中,两个泵浦辐射源5也与中央垂直发射区域2相邻地设置。然而在该实施例中,接触部9未设置在衬底8的背面,而是设置在半导体激光器设备的与衬底背离的侧面上。
在图4中示意性地示出了该实施例的沿着图3的截线AA的剖面图。相对于第一实施例,层的构造的区别首先在于,此处垂直发射层3比泵浦层6更靠近布喇格反射器结构10。
在该实施例中,采取了两个措施,以消除泵浦层6和垂直发射层3的等同性。
一方面,如已经在第一实施例中那样,载流子仅被注入泵浦层6中,而不被注入垂直发射层3中。这通过经由接触部9和另外的接触部15接通半导体激光器设备而实现,该接触部15在侧面与导电层13连接。接触部9和导电层13由此包围泵浦层6,而垂直发射层3没有静电场。
第二措施在于,在垂直发射区域2中提供比在泵浦辐射源5的区域中更好的用于泵浦辐射的垂直波导。为了这个目的,垂直波导结构16的一部分作为周期的波导层结构20(RPG-谐振腔周期增益Resonant Periodic Gain)实施。在基于AlInGaAsP材料体系的半导体激光器设备中,该周期的波导层结构20例如具有高含铝的AlGaAs层。这些高含铝的层可以通过湿化学氧化方法从半导体本体1的侧面开始按规定地一直被氧化到在泵浦激光器结构5和垂直发射区域2之间的过渡区域,通过这种方法,在被氧化的区域中的折射率可以被改变直到大约50%以内。
周期的波导层结构20的被氧化部分对于泵浦辐射7不再满足谐振条件(原文中为“不再满足非谐振条件”,可能有误),因此在该区域中它在垂直方向不是良好的波导。将在泵浦辐射源的区域中的垂直波导例如通过氧化事后补充地改变的措施自然不局限于周期的波导层结构20,而是可以在本发明的范围内均匀地扩展到整个垂直波导结构16或其任意部分。
在图5中示意性地示出了第二实施例的沿着线BB的剖面图。
在该图中可以看出,半导体激光器设备在泵浦区域的两个侧面上被去除直到导电层13。直接与导电层13相邻地又设置了蚀刻停止层17,以通过按照规定的可停止的蚀刻过程实现去除。在暴露的导电层13上,另外的接触部15在两侧以接触片的形状淀积。示出的电流电路21表明了在泵浦辐射源5内部的通过电流。
在第二蚀刻过程中,半导体激光器设备在外部区域中被去除到这种程度,使得周期的波导层结构20的边缘也可以在晶片结合中达到湿化学氧化。
与图3、4和5相似,在图6、7和8中示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的第三实施例的俯视图和两个剖面图。
又采取了两个措施以消除垂直发射层3和泵浦层6的等同性。在该实施例中,在两个接触部9和15之间设置了半导体激光器设备的整个层序列。层的构造基本上相应于所示的第一实施例(泵浦层6比垂直发射层3更接近布喇格反射器结构10),其中在泵浦层6和垂直发射层3之间又设置了周期的波导层结构20。
与第一实施例不同的是,在这种情况下,半导体激光器结构在泵浦辐射源5的区域中不是被平地去除,而是以狭窄的平行沟道22的形状被去除,如从图8中可以看出的那样。这些沟道22在半导体本体1中被一直蚀刻到又直接与导电层13相邻的蚀刻停止层17的深度。
在泵浦辐射源5的区域中,这些沟道由此也穿过周期的波导层结构20。这些沟道由此可以有利地被用于周期的波导层结构20的湿化学氧化。替代地或附加地,可以在半导体激光器设备的外部区域中设置更宽的沟道用于氧化,如已经在第二实施例中描述的那样。在周期的波导层结构20实现氧化之后,在接触部15被淀积之前,沟道22被导电材料填充。在一种有利的实施形式中,或者在沟道22的整个深度上,或者也仅仅在下部的、与导电层13相邻接的区域中使用导电并且透明的材料作为导电材料。在此可以再次考虑ITO或含有锌氧化物的化合物作为材料。
图9示意性地示出了泵浦辐射7与垂直发射区域2的不同辐射模的重叠。该重叠被作为对于垂直发射区域2的最初五个横向电(transversal-elektrisch)(TE)模和横向磁(transversal-magnetisch)(TM)模的无量纲的限制因子(Confinement Factor)而说明。所示的数据是对图1中所示的实施例的研究结果。
对于第一TE/TM基模得到良好的重叠,该基模由此优选地在谐振腔中被放大并且由半导体激光器设备发射。该结果显示出,按照本发明的半导体激光器设备可以实现几乎完美的TEM00辐射质量。
在图10中示意性地示出了,泵浦辐射7在从泵浦辐射源5到垂直发射区域2中的过渡中如何在垂直方向上传播。图中画出了轨迹,在该轨迹上泵浦辐射场降低到其原始值的系数1/e。在纵坐标上以微米给出了至衬底的垂直距离,并且在横坐标上给出了辐射在垂直发射区域2中在侧面方向上经过的距离。为了更好地定向,半导体激光器设备的不同层被作为水平线绘入该图中并且标有参考符号。可以看出,在从泵浦辐射源发射出已经40μm之后,泵浦模的强度已经是其最大强度的大约1/e(37%)。由此,在垂直发射层3上的泵浦辐射强度在垂直发射区域2的中心方向上增大,这解释了泵浦模与垂直发射区域2的TEM00基模的较大的重叠。
图11示出了按照本发明的半导体激光器设备的不同实施形式的俯视图。
通过这种方式,即按照本发明的半导体激光器设备可以在一种单步外延方法中被制造,产生了这样的可能性,即以相对简单的方法彼此实现垂直发射区域2和泵浦辐射源5的极为不同的、也是复杂的构造。在图11中示出了一些可想象的可能性。
在附图上方示出了一个与至此描述的实施形式相似的构造,其具有两个相对的线性泵浦辐射源5,它们在侧面与中央的、在此六边形地实施的垂直发射区域2相邻。在图11的左边中间示出了一种类似的构造,其中六个泵浦辐射源5分别成对地相对。在图11的中间示出了一种构造,其中垂直发射区域2被设置成方形,并且在此设置了两个作为环形激光器实施的泵浦辐射源5,它们这样地重叠,使得它们在垂直发射区域2中交叉。与此类似的是右边示出的构造,其中有一个环形激光器5,它被盘绕为一个“8”,在其交叉点又设置了垂直发射区域2。所说明的、基于波导的环形激光器结构有这样的优点,即可以省去谐振腔端面反射器并且消除在这些谐振腔端面反射器上的可能的损耗。在图11的下方示出了一种构造,其中设置了多个排成一行的六边形垂直发射区域2,它们被不同的线性的或也弯曲的泵浦辐射源5泵浦。
在图12中示意性地示出了按照本发明的半导体激光器设备的另外一个实施例的俯视图,其中四个泵浦辐射源5泵浦一个方形的垂直发射区域2。
图12说明了一种措施,以便在不是圆形的、在此为方形的垂直发射区域2中也实现尽可能径向对称的辐射截面。在图11中示出的实施例中,其中作为环形激光器实施的泵浦辐射源5在垂直发射区域2中交叉,非环形的垂直发射区域2例如几乎不可避免地出现。在这种措施中,在垂直发射区域2的外部区域23中,垂直发射层3例如通过离子束轰击而被这样地改变,使得它在该区域中比在内部的、尽可能圆形地实施的、未被改变的区域中以更低的效率吸收泵浦辐射源5的泵浦光。
借助实施例对本发明的说明并不能被理解为本发明局限于此。更确切地说,本发明也包括所有在实施例中或权利要求中或说明书中提及的特征的组合,即使这些组合不是权利要求的明确主题。

Claims (19)

1.半导体激光器设备,具有
-光泵浦的、表面发射的垂直发射区域(2),该垂直发射区域具有有源的产生辐射的垂直发射层(3),以及
-至少一个被单片集成的泵浦辐射源(5),用于所述垂直发射区域(2)的光学泵浦,所述泵浦辐射源具有有源的泵浦层(6),用于产生泵浦辐射,
其中,
-所述泵浦辐射具有横向的主辐射方向,
-所述泵浦层(6)和所述垂直发射层(3)垂直地彼此分离,
-在所述垂直发射层(3)和所述泵浦层(6)之间设置了导电层(13),
-在所述半导体激光器设备的、距所述泵浦层(6)比距所述导电层(13)更近的侧面上沉积接触部(9),并且
-在所述导电层(13)和所述接触部(9)之间可以施加电场,用于通过载流子注入生成所述泵浦辐射(7),其特征在于,
设置垂直的波导结构(16),使得所述泵浦辐射到达所述垂直发射层(3)。
2.按照权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述半导体激光器设备被部分地去除,以便所述导电层(13)被部分地暴露。
3.按照权利要求2所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述半导体激光器设备在所述泵浦辐射源(5)的区域中以平行沟道(22)的形状被去除。
4.按照权利要求2或3所述的半导体激光器设备,其特征在于,在所述导电层(13)的被暴露的区域上淀积另外的接触部(15)。
5.按照权利要求4所述的半导体激光器设备,其特征在于,在所述导电层(13)和另外的接触部(15)之间设置了一层(14),它是导电的,并且对于泵浦辐射(7)是透明的。
6.按照权利要求2所述的半导体激光器设备,其特征在于,与所述导电层(13)相邻地设置了蚀刻停止层(17),它对于适合于将所述导电层(13)暴露的蚀刻过程是有抵抗力的。
7.按照根据权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述导电层(13)被垂直地设置为使得它位于在所述垂直发射区域(2)的谐振腔中的辐射场的波节中。
8.按照根据权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述垂直的波导结构(16)设置在所述垂直发射层(3)和所述导电层(13)之间。
9.按照根据权利要求8所述的半导体激光器设备,其特征在于,与从侧面看的不位于所述接触部(9)和另外的接触部(15)之间的区域中相比,所述垂直的波导结构(16)在其位于所述接触部(9)和另外的接触部(15)之间的区域中具有不同的光学特性。
10.按照权利要求9所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述垂直的波导结构(16)在从侧面看的、位于所述接触部(9)和另外的接触部(15)之间的区域中被氧化。
11.按照根据权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,在垂直方向上,内部的谐振腔反射器结构被设置在所述泵浦层(6)和垂直发射层(3)的一侧。
12.按照权利要求11所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述内部的谐振腔反射器结构是布喇格反射器结构(10)。
13.按照权利要求11所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述内部谐振腔反射器结构被设置在所述垂直发射层(3)和衬底(8)之间,并且由所述垂直发射层(3)产生的辐射在与所述衬底相对的侧面上被输出耦合。
14.按照权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述垂直发射层(3)配设有外部的谐振腔反射器(19),所述外部的谐振腔反射器与内部的谐振腔反射器结构共同形成所述垂直发射区域(2)的谐振腔。
15.按照权利要求14所述的半导体激光器设备,其特征在于,在所述谐振腔中设置了辐射成形元件。
16.按照权利要求14所述的半导体激光器设备,其特征在于,在所述谐振腔中设置了频率选择元件。
17.按照权利要求14所述的半导体激光器设备,其特征在于,在所述谐振腔中设置了频率转换元件。
18.按照权利要求1所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述垂直发射层(3)及/或泵浦层(6)分别具有一个或多个量子阱结构。
19.按照权利要求18所述的半导体激光器设备,其特征在于,所述量子阱结构包括量子槽、量子线、量子点以及这些结构的各种组合。
CN2004800333593A 2003-11-13 2004-11-09 半导体激光器设备 Expired - Fee Related CN1879270B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10353216 2003-11-13
DE10353216.1 2003-11-13
PCT/DE2004/002477 WO2005048424A1 (de) 2003-11-13 2004-11-09 Monolithischer optisch gepumpter vcsel mit seitlich angebrachtem kantenemitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1879270A CN1879270A (zh) 2006-12-13
CN1879270B true CN1879270B (zh) 2010-11-24

Family

ID=34585101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2004800333593A Expired - Fee Related CN1879270B (zh) 2003-11-13 2004-11-09 半导体激光器设备

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7570682B2 (zh)
EP (1) EP1683245B1 (zh)
JP (1) JP4829119B2 (zh)
KR (1) KR101180166B1 (zh)
CN (1) CN1879270B (zh)
DE (1) DE112004002025D2 (zh)
TW (1) TWI276274B (zh)
WO (1) WO2005048424A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004036963A1 (de) * 2004-05-28 2005-12-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaser-Vorrichtung
DE102006010727B4 (de) * 2005-12-05 2019-10-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Tunnelübergang
DE102006010728A1 (de) * 2005-12-05 2007-06-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement und Laservorrichtung
DE102005058900A1 (de) * 2005-12-09 2007-06-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Vertikal emittierender, optisch gepumpter Halbleiterlaser mit externem Resonator
KR100754698B1 (ko) 2006-01-02 2007-09-03 삼성전자주식회사 2차 고조파 광을 생성하기 위한 레이저 장치
DE102006011284A1 (de) * 2006-02-28 2007-08-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaservorrichtung
DE102006024220A1 (de) * 2006-04-13 2007-10-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102007002303A1 (de) * 2006-09-27 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
EP1906497B1 (de) * 2006-09-27 2011-01-05 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
US8320191B2 (en) 2007-08-30 2012-11-27 Infineon Technologies Ag Memory cell arrangement, method for controlling a memory cell, memory array and electronic device
DE102007061481A1 (de) * 2007-09-21 2009-04-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit vertikaler Emissionsrichtung und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
DE102008008595A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102008006993A1 (de) 2008-01-31 2009-08-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaser
DE102008017268A1 (de) * 2008-03-03 2009-09-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit monolithisch integriertem Pumplaser
CN102197554A (zh) * 2008-09-04 2011-09-21 3M创新有限公司 单色光源
JP5183555B2 (ja) * 2009-04-02 2013-04-17 キヤノン株式会社 面発光レーザアレイ
NL1038419C2 (en) * 2010-12-02 2012-06-05 Rotterdam Res B V Wavelength tunable laser diode comprising a surface acoustic wave generator.
US8836327B2 (en) * 2011-12-07 2014-09-16 Texas Instruments Incorporated Micro-fabricated atomic magnetometer and method of forming the magnetometer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10129616A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterlaser, Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers und Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterlasers
CN1444787A (zh) * 2000-05-30 2003-09-24 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 光抽运的表面发射半导体激光器件及其制造方法
DE10214120A1 (de) * 2002-03-28 2003-10-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719891A (en) * 1995-12-18 1998-02-17 Picolight Incorporated Conductive element with lateral oxidation barrier
FR2753577B1 (fr) * 1996-09-13 1999-01-08 Alsthom Cge Alcatel Procede de fabrication d'un composant optoelectronique a semiconducteur et composant et matrice de composants fabriques selon ce procede
US6252896B1 (en) * 1999-03-05 2001-06-26 Agilent Technologies, Inc. Long-Wavelength VCSEL using buried bragg reflectors
US6370168B1 (en) * 1999-10-20 2002-04-09 Coherent, Inc. Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US6424669B1 (en) * 1999-10-29 2002-07-23 E20 Communications, Inc. Integrated optically pumped vertical cavity surface emitting laser
AU2470301A (en) * 1999-10-29 2001-05-08 E20 Communications, Inc. Modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers
US6545335B1 (en) * 1999-12-27 2003-04-08 Xerox Corporation Structure and method for electrical isolation of optoelectronic integrated circuits
DE10108079A1 (de) * 2000-05-30 2002-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
US6434180B1 (en) * 2000-12-19 2002-08-13 Lucent Technologies Inc. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)
JP2002305354A (ja) * 2001-04-05 2002-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光型半導体レーザ素子
JP3712686B2 (ja) 2002-03-20 2005-11-02 株式会社東芝 面型光半導体装置
TW595059B (en) 2002-05-03 2004-06-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically pumped semiconductor laser device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1444787A (zh) * 2000-05-30 2003-09-24 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 光抽运的表面发射半导体激光器件及其制造方法
DE10129616A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterlaser, Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers und Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterlasers
DE10214120A1 (de) * 2002-03-28 2003-10-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE 10129616 A1,全文.
US 2003/0007538 A1,全文.

Also Published As

Publication number Publication date
KR101180166B1 (ko) 2012-09-05
US20070217463A1 (en) 2007-09-20
EP1683245B1 (de) 2011-06-15
TWI276274B (en) 2007-03-11
EP1683245A1 (de) 2006-07-26
JP2007511082A (ja) 2007-04-26
DE112004002025D2 (de) 2006-06-29
CN1879270A (zh) 2006-12-13
TW200520337A (en) 2005-06-16
US7570682B2 (en) 2009-08-04
WO2005048424A1 (de) 2005-05-26
KR20060123318A (ko) 2006-12-01
JP4829119B2 (ja) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1879270B (zh) 半导体激光器设备
US6792026B2 (en) Folded cavity solid-state laser
US7653111B2 (en) Optically pumped, surface-emitting semiconductor laser device and method for the manufacture thereof
JP3162333B2 (ja) 表面発光レーザ及びその製造方法
CN100593889C (zh) 垂直腔表面发射激光器
JP2003535480A (ja) 光学的にポンピングされる表面放出半導体レーザ装置
US11152760B2 (en) Light emitter device based on a photonic crystal with pillar- or wall-shaped semiconductor elements, and methods for the operation and production thereof
JP5209010B2 (ja) 半導体レーザ
CN101390263B (zh) 半导体激光装置
KR101020017B1 (ko) 면 발광 레이저 및 면 발광 레이저 제조 방법
US20230006421A1 (en) Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser element array, vertical cavity surface emitting laser module, and method of producing vertical cavity surface emitting laser element
CN1127154C (zh) 发射非相干光的光电子元件
JP5006242B2 (ja) 面発光半導体レーザ素子
JP4360806B2 (ja) 光学的にポンピングされる面発光型半導体レーザ装置および該装置の製造方法
TW200404395A (en) Optically pumped radiation-emitting semiconductor-device and its production method
US20090180509A1 (en) Surface emitting semiconductor laser and method of manufacturing the same
JP3271291B2 (ja) 面発光型半導体レーザ
JP4602692B2 (ja) 面発光レーザ及び光伝送システム
US20250038478A1 (en) Surface-emitting photonic crystal laser, optoelectronic system, and method for producing a surface-emitting photonic crystal laser
US20240266802A1 (en) Optoelectronic component and laser
JP7556888B2 (ja) 発光デバイスおよび発光デバイスの製造方法
WO2019107273A1 (ja) 面発光半導体レーザ
JP2007103544A (ja) 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光伝送システム及びレーザプリンタ書き込みシステム
US20030123509A1 (en) Semiconductor laser based on matrix, array or single triangle optical cavity with spatially distributed current injection
JPH0951145A (ja) 面発光レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101124

Termination date: 20191109

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee