DE102021211000A1 - Semiconductor laser chip with at least one protruding web area - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaserchip zur Emission von Laserstrahlung, umfassend: eine aktive Schicht (2) mit einem Steg (10), der einen streifenförmigen Stegbereich (10a) mit einer in lateraler Richtung (X) bevorzugt konstanten Breite d aufweist, wobei sich an einen ersten und/oder an einen zweiten seitlichen Rand (12a, 12b) des streifenförmigen Stegbereichs (10a) mindestens ein seitlich über den streifenförmigen Stegbereich (10a) überstehender Stegbereich (10b, 10b`) anschließt. Eine Länge des seitlich überstehenden Stegbereichs (10b, 10b`) in longitudinaler Richtung (Y) erhöht sich ausgehend von einer ersten Länge L1 an dem ersten oder an dem zweiten seitlichen Rand (12a, 12b) des streifenförmigen Stegbereichs (10b, 10b`) auf eine zweite Länge L2, wobei gilt: L2 > 1,2 L1, bevorzugt L2> 1,3 L1. Der bzw. die seitlich überstehenden Stegbereiche (10b, 10b`) sind bevorzugt trapezförmig ausgebildet. The invention relates to a semiconductor laser chip for emitting laser radiation, comprising: an active layer (2) with a ridge (10) which has a strip-shaped ridge region (10a) with a width d that is preferably constant in the lateral direction (X), with adhering to a at least one web area (10b, 10b`) protruding laterally beyond the strip-shaped web area (10a) adjoins the first and/or a second lateral edge (12a, 12b) of the strip-shaped web area (10a). A length of the laterally protruding web area (10b, 10b`) in the longitudinal direction (Y) increases starting from a first length L 1 at the first or at the second lateral edge (12a, 12b) of the strip-shaped web area (10b, 10b`). to a second length L 2 , where: L 2 > 1.2 L 1 , preferably L 2 > 1.3 L 1 . The laterally protruding web area(s) (10b, 10b`) are preferably trapezoidal.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen (kantenemittierenden) Halbleiterlaserchip (bzw. eine Laserdiode) zur Emission von Laserstrahlung, umfassend: eine (laseraktive (Halbleiter-)Schicht mit einem (wellenleitenden) Steg, der einen streifenförmigen Stegbereich mit einer bevorzugt konstante Breite d aufweist, wobei sich an einen ersten und/oder einen zweiten seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs mindestens ein seitlich (d.h. in lateraler Richtung) über den streifenförmigen Stegbereich überstehender Stegbereich anschließt. Der Steg erstreckt sich typischerweise entlang der (Haupt-)Ausbreitungsrichtung der von dem kantenemittierenden Halbleiterlaserchip emittierten Laserstrahlung (longitudinale Richtung). Die Breite d des streifenförmigen Stegbereichs kann in Abhängigkeit von der Position in longitudinaler Richtung variieren, bevorzugt ist die Breite d des streifenförmigen Stegbereichs jedoch in longitudinaler Richtung konstant.The present invention relates to an (edge-emitting) semiconductor laser chip (or a laser diode) for emitting laser radiation, comprising: a (laser-active (semiconductor) layer with a (waveguiding) ridge, which has a strip-shaped ridge area with a preferably constant width d, wherein at least one ridge area that protrudes laterally (i.e. in the lateral direction) beyond the strip-shaped ridge area adjoins a first and/or a second lateral edge of the strip-shaped ridge area.The ridge typically extends along the (main) propagation direction of the laser radiation emitted by the edge-emitting semiconductor laser chip (Longitudinal direction) The width d of the stripe ridge portion may vary depending on the position in the longitudinal direction, but preferably the width d of the stripe ridge portion is constant in the longitudinal direction.
Ein Halbleiterlaser(chip) weist üblicherweise eine aktiven Bereich bzw. eine aktive Schicht auf, die als Verstärkermedium dient, sowie Wellenleiter/Mantel-Schichten, welche die aktive Schicht umgeben. Das Verstärkungsmedium wird üblicherweise von einem Halbleiter-Material mit einer direkten Bandlücke gebildet und ist in der Regel undotiert, während die umgebenden Wellenleiter/Mantel-Schichten mit Dopanten vom p-Typ bzw. vom n-Typ dotiert sind. Für einen effizienten Laserbetrieb wird als aktives Verstärkermaterial ein Material mit einer geringeren Bandlücken-Energie und höherem Brechungsindex gewählt als dies bei den Materialien der umgebenden Wellenleiter/Mantel-Schichten der Fall ist. Auf diese Weise wird ein Feld-einschließender Wellenleiter in vertikaler Richtung gebildet (senkrecht zu der Ebene mit dem p-n-Übergang).A semiconductor laser (chip) typically has an active region or layer that serves as the gain medium and waveguide/cladding layers that surround the active layer. The gain medium is typically formed of a direct bandgap semiconductor material and is typically undoped, while the surrounding waveguide/cladding layers are doped with p-type and n-type dopants, respectively. For efficient laser operation, a material with a lower bandgap energy and higher refractive index is chosen as the active gain material than the materials of the surrounding waveguide/cladding layers. In this way, a field confining waveguide is formed in the vertical direction (perpendicular to the p-n junction plane).
Der Laserresonator eines solchen Halbleiterlaserchips, der auch als Fabry-Perot-Resonator bezeichnet wird, wird durch ein Paar von parallelen Spiegeln bzw. Spiegelflächen gebildet, die an den Kanten des Verstärkungsmediums bzw. der aktiven Halbleiter-Schicht gebildet sind. Die Spiegel(-flächen) können erzeugt werden, indem lediglich die Kristall-Ebenen senkrecht zu der Ebene mit dem Laserresonator zerteilt bzw. abgeschnitten werden. Die resultierenden Grenzflächen zwischen dem Kristall und der Umgebungs-Luft können selbst die erforderliche Reflektivität bereitstellen, um die Laser-Oszillationen aufrechtzuerhalten. Um die Ausgangsleistung des Lasers zu maximieren, wird häufig die Spiegel-Reflektivität an der Auskopplungs-Facette auf weniger als 10% und an der rückwärtigen Facette auf mehr als 90% eingestellt, indem eine Abfolge von dielektrischen Schichten auf der jeweiligen Facette bzw. Spiegelfläche abgeschieden wird.The laser resonator of such a semiconductor laser chip, which is also referred to as a Fabry-Perot resonator, is formed by a pair of parallel mirrors or mirror surfaces, which are formed at the edges of the gain medium or the active semiconductor layer. The mirror (surfaces) can be produced by merely dividing or cutting off the crystal planes perpendicular to the plane with the laser resonator. The resulting interfaces between the crystal and the surrounding air can themselves provide the necessary reflectivity to sustain the laser oscillations. In order to maximize the output power of the laser, the mirror reflectivity is often adjusted to less than 10% at the output facet and more than 90% at the rear facet by depositing a series of dielectric layers on the respective facet or mirror surface becomes.
Das Schlüsselphänomen, das für die Laser-Emission verantwortlich ist, ist die Erzeugung von Licht durch strahlende Rekombination von Ladungsträgern (d.h. Elektronen und Löchern) in dem aktiven Bereich bzw. in der aktiven Schicht. Das erzeugte Licht wird teilweise durch die (Spiegel-)Facette in die umgebende Luft emittiert und teilweise in den Laser-Resonator zurückreflektiert, wo es durch stimulierte Emission verstärkt wird. Um die Verstärkung des Lichts zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass durch eine externe elektrische Eingangs-Leistung eine ausreichende Anzahl an Ladungsträgern in den Verstärkungsbereich injiziert wird. The key phenomenon responsible for laser emission is the generation of light by radiative recombination of charge carriers (i.e. electrons and holes) in the active region or layer. The generated light is partially emitted through the (mirror) facet into the surrounding air and partially reflected back into the laser resonator, where it is amplified by stimulated emission. In order to ensure the amplification of the light, it is necessary for an external electrical input power to inject a sufficient number of charge carriers into the amplification region.
Bei den so genannten verstärkungsgeführten („gain-guided“) Halbleiterlasern wird der Strom durch eine Apertur (Öffnung) zugeführt, die durch einen die Apertur umgebenden dielektrischen Isolator oder durch Ionen-Implantation definiert wird. Bei indexgeführten („index-guided“) Halbleiterlasern wird ein Steg gebildet, indem Halbleiterschichten weggeätzt werden und der Strom wird durch die Oberseite des Stegs zugeführt. Daher werden lediglich diejenigen optischen Moden verstärkt, die unter der Strom-Apertur oder dem Steg (sowie dem Bereich, der von der so genannten Strom-Aufweitung überdeckt wird) propagieren. Die Anzahl der Laser-Moden kann gesteuert werden, indem die Breite der Strom-Apertur oder des Stegs angepasst wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Strom-Apertur bei verstärkungsgeführten Hableiterlasern zur Vereinfachung ebenfalls als Steg bezeichnet. Die Strom-Apertur bzw. der Steg in der laseraktiven Schicht unterscheidet sich typischerweise von einem Umgebungsbereich außerhalb des Stegs dadurch, dass der Umgebungsbereich eine Dotierung aufweist bzw. dass in dem Umgebungsbereich das Material der aktiven Schicht abgeätzt wurde.In the so-called gain-guided semiconductor lasers, the current is supplied through an aperture (opening) defined by a dielectric insulator surrounding the aperture or by ion implantation. In index-guided semiconductor lasers, a ridge is formed by etching away layers of semiconductor and the current is supplied through the top of the ridge. Therefore, only those optical modes that propagate under the stream aperture or ridge (as well as the area covered by the so-called stream spread) are amplified. The number of laser modes can be controlled by adjusting the width of the current aperture or ridge. In the following description, the current aperture in gain-controlled semiconductor lasers is also referred to as the ridge for the sake of simplicity. The current aperture or the ridge in the laser-active layer typically differs from a surrounding area outside of the ridge in that the surrounding area has a doping or that the material of the active layer has been etched away in the surrounding area.
Bei Halbleiterlasern wird ein Anteil des injizierten Stroms gemäß nachfolgender Formel in optische Ausgangsleistung Pout umgewandelt:
Die Helligkeit bzw. Brillanz B eines Lasers ist definiert als
Viele industrielle Anwendungen benötigen lediglich eine hohe Ausgangsleistung. Gemäß Gl. (1) kann eine hohe Ausgangsleistung durch die Erhöhung des injizierten Stroms erreicht werden, der die optische Ausgangsleistung linear erhöht, bevor thermische Effekte dominieren. Eine konkrete Möglichkeit zur Erhöhung der Ausgangsleistung besteht darin, einen in lateraler Richtung breiten Steg zu verwenden, um mehr Strom in die Vorrichtung zu injizieren. Ein breiter Steg ist auch günstig, um kleine elektrische und thermische Widerstände zu erzeugen, welche die Aufheizung der Vorrichtung reduzieren und eine hohe Ausgangsleistung, eine hohe PCE und eine verbesserte Zuverlässigkeit des Halbleiterlaserchips ermöglichen.Many industrial applications only require high output power. According to Eq. (1) high output power can be achieved by increasing the injected current, which increases the optical output power linearly before thermal effects dominate. A concrete way to increase the output power is to use a laterally wide ridge to inject more current into the device. A wide ridge is also beneficial to create small electrical and thermal resistances that reduce device heating and enable high output power, high PCE, and improved reliability of the semiconductor laser chip.
Für Anwendungen mit einer hohen Helligkeit ist zusätzlich zu einer hohen Ausgangsleistung eine gute Strahlqualität ein wesentlicher Faktor. Die Strahlqualität M2 in Gl. (2) hängt im Wesentlichen von der Anzahl an Laser-Moden ab. Eine Emission der fundamentalen Mode allein führt zu einem nahezu beugungsbegrenzten Laserstrahl mit M2 ~ 1. Die Strahlqualität verschlechtert sich, wenn die Anzahl der Laser-Moden zunimmt. In der Regel verwenden herkömmliche Hochleistungs-Halbleiterlaser epitaktische Schichtstrukturen, die in vertikaler Richtung nur die fundamentale Mode anregen, so dass M2 vert\ ~ 1 sichergestellt ist. Der breite Steg, der für hohe Ausgangsleistungen benötigt wird, unterstützt die Propagation vieler Laser-Moden, was zu einer Verschlechterung der Strahlqualität M2 lat in lateraler Richtung führt. Dadurch wird die Helligkeit beeinträchtigt, was den Einsatz von Halbleiterlasern in vielen industriellen Anwendungsfeldern erschwert.For applications with high brightness, good beam quality is an essential factor in addition to high output power. The beam quality M 2 in Eq. (2) mainly depends on the number of laser modes. Emission of the fundamental mode alone results in a nearly diffraction-limited laser beam with M 2 ~ 1. The beam quality degrades as the number of laser modes increases. As a rule, conventional high-power semiconductor lasers use epitaxial layer structures that only excite the fundamental mode in the vertical direction, so that M 2 vert\ ~ 1 is ensured. The wide web, which is required for high output powers, supports the propagation of many laser modes, which leads to a deterioration in the beam quality M 2 lat in the lateral direction. This affects the brightness, which makes it difficult to use semiconductor lasers in many industrial fields of application.
Betrachtet man die Moden-Verteilungen in dem Laser-Wellenleiter kann über verschiedene Techniken nachgedacht werden, um eine gute laterale Strahlqualität zu erreichen. Ein Großteil der fundamentalen Mode, insbesondere der Bereich ihrer maximalen Intensität, ist im Zentrum des Stegs konzentriert, während wesentliche Teile der Intensität der Moden höherer Ordnung von dem zentralen Bereich des Stegs entfernt lokalisiert sind.Considering the mode distributions in the laser waveguide, different techniques can be considered to achieve good lateral beam quality. Much of the fundamental mode, particularly its maximum intensity region, is concentrated in the center of the ridge, while substantial parts of the intensity of the higher-order modes are localized away from the central region of the ridge.
Der einfachste Weg, um eine gute Strahlqualität zu erhalten, besteht darin, einen engen Steg-Wellenleiter zu verwenden, der nur die fundamentale Mode pumpt und diese für die Emission gegenüber den Moden höherer Ordnung bevorzugt. Die geringe Dimension der Breite des Stegs begrenzt jedoch die erreichbare Ausgangsleistung sowie die PCE (bei hoher Ausgangsleistung) und reduziert die Zuverlässigkeit der Vorrichtung.The easiest way to get good beam quality is to use a narrow ridge waveguide that only pumps the fundamental mode and favors it for emission over the higher order modes. However, the small dimension of the width of the ridge limits the achievable power output as well as the PCE (at high power output) and reduces the reliability of the device.
Bei den so genannten Trapezlasern werden zwei getrennte Abschnitte des Steg-Wellenleiters verwendet, um gleichzeitig eine hohe Ausgangsleistung und eine gute laterale Strahlqualität zu erreichen. In einem ersten Abschnitt mit einer geringen Stegbreite wird nur die fundamentale Mode geführt und die höheren Moden werden ausgefiltert. Die fundamentale Mode wird dann in einem zweiten, abgeschrägten bzw. spitz zulaufenden Abschnitt auf einen größeren Flächenbereich aufgeweitet, um eine hohe Helligkeit bereitzustellen. Trapezlaser leiden jedoch an einen für praktische Anwendungen ungünstigen, sehr starken Astigmatismus, der vom Betriebsstrom abhängig ist.In the so-called tapered lasers, two separate sections of the ridge waveguide are used in order to achieve high output power and good lateral beam quality at the same time. In a first section with a small land width, only the fundamental mode is guided and the higher modes are filtered out. The fundamental mode is then expanded to a larger surface area in a second tapered section to provide high brightness. However, tapered lasers suffer from a very strong astigmatism, which is unfavorable for practical applications and depends on the operating current.
Eine alternative Vorgehensweise zur Reduzierung der Anzahl der Laser-Moden besteht darin, in einem Steg-Wellenleiter mit einem breiten Steg, der mehrere laterale Moden unterstützt, die Laserschwellen der Moden höherer Ordnung zu erhöhen und/oder die modale Verstärkung der höheren Moden im Vergleich zur fundamentalen Mode zu reduzieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Verluste der Moden höherer Ordnung erhöht und deren Überlapp mit den injizierten Ladungsträgern reduziert wird. Die größeren Schwellwerte und/oder die geringere modale Verstärkung reduzieren die Beiträge der Moden höherer Ordnung bei der Laser-Emission, so dass eine verbesserte Strahlqualität erreicht wird.An alternative approach to reducing the number of lasing modes is to increase the lasing thresholds of the higher order modes and/or the modal gain of the higher modes compared to the ridge waveguide with a wide ridge supporting multiple lateral modes to reduce fundamental mode. This can be achieved by increasing the losses of the higher order modes and reducing their overlap with the injected carriers. The larger threshold values and/or the lower modal gain reduce the contributions of the higher order modes in the laser emission, so that an improved beam quality is achieved.
In letzter Zeit wurden so genannte korrugierte Strukturen vorgeschlagen, um die optischen Verluste der Moden höherer Ordnung in Wellenleitern mit breitem Steg zu erhöhen. Die korrugierten Strukturen bilden eine Wiederholung von z.B. dreieckförmigen, rechteckförmigen oder fischgrätenförmigen Strukturen an beiden Seiten des Randes des Stegs entlang seiner longitudinalen Richtung, vgl. beispielsweise
Die dort beschriebenen korrugierten Strukturen erstecken sich typischerweise ausgehend von einem streifenförmigen Stegbereich mit konstanter Breite in lateraler Richtung nach außen, d.h. diese stehen über den Stegbereich konstanter Breite nach außen über. Die korrugierten Strukturen sind somit in lateraler Richtung vergleichsweise weit vom Zentrum bzw. von der Mitte des Stegs entfernt. Daher erfahren an den korrugierten Strukturen nur die Moden höherer Ordnung Streuverluste bei der Propagation entlang der longitudinalen Richtung, während die fundamentale Mode nahezu unbeeinflusst bleibt. Auf diese Weise wird eine Ungleichbehandlung zwischen den Schwellwerten der fundamentalen Mode und der höheren Moden zugunsten der fundamentalen Mode erreicht.The corrugated structures described there typically extend outwards in the lateral direction, starting from a strip-shaped web area with a constant width, ie they project outwards beyond the web area of constant width. The corrugated structures are thus comparatively far removed from the center or from the center of the web in the lateral direction. Therefore, only the higher order modes experience scattering losses in the propagation along the longitudinal direction at the corrugated structures, while the fundamental mode remains almost unaffected. In this way, an unequal treatment between the threshold values of the fundamental mode and the higher modes is achieved in favor of the fundamental mode.
In der
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterlaserchip bereitzustellen, der es ermöglicht, Laserstrahlung mit einer hohen Helligkeit (Brillanz) zu emittieren.The invention is based on the object of providing a semiconductor laser chip which makes it possible to emit laser radiation with a high level of brightness (brilliance).
Gegenstand der Erfindungsubject of the invention
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch einen Halbleiterlaserchip der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine Länge des seitlich überstehenden Stegbereichs in longitudinaler Richtung ausgehend von einer ersten Länge L1 an dem ersten oder an dem zweiten seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs auf eine zweite Länge L2 zunimmt, wobei gilt: L2 > 1,2 L1, bevorzugt L2 > 1,3 L1.According to a first aspect, this object is achieved by a semiconductor laser chip of the type mentioned at the outset, in which a length of the laterally projecting ridge region in the longitudinal direction, starting from a first length L 1 at the first or at the second lateral edge of the strip-shaped ridge region, is reduced to a second length L 2 increases, where: L 2 > 1.2 L 1 , preferably L 2 > 1.3 L 1 .
Bei dem Halbleiterlaserchip gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, an Stelle von korrugierten bzw. wellenförmigen Strukturen, die seitlich über den streifenförmigen Stegbereich überstehen, Strukturen in der Art von (Schmetterlings-)Flügeln zu verwenden. Ein solcher seitlich überstehender Stegbereich verbreitert sich ausgehend von dem Abschnitt, an dem der überstehende Stegbereich an den streifenförmigen Stegbereich angrenzt (mit Länge L1) in lateraler Richtung auf eine zweite, größere Länge L2, die von dem streifenförmigen Stegbereich bzw. von dessen Zentrum in lateraler Richtung weiter beabstandet ist als der Abschnitt mit der ersten Länge L1. Die zweite Länge L2 kann insbesondere am in lateraler Richtung äußeren Rand des überstehenden Stegbereichs gebildet sein, der sich parallel zu dem äußeren Rand des streifenförmigen Stegbereichs erstrecken kann.In the case of the semiconductor laser chip according to the invention, it is proposed to use structures in the form of (butterfly) wings instead of corrugated or wavy structures which protrude laterally beyond the strip-shaped web area. Such a laterally protruding web area widens, starting from the section where the protruding web area adjoins the strip-shaped web area (with length L 1 ), in the lateral direction to a second, larger length L 2 , which extends from the strip-shaped web area or from its center is spaced further apart in the lateral direction than the portion having the first length L 1 . The second length L 2 can be formed in particular on the outer edge of the projecting web area in the lateral direction, which can extend parallel to the outer edge of the strip-shaped web area.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der seitlich überstehende Stegbereich zusätzlich zu einem Abschnitt, der sich von der ersten Länge L1 auf die zweite Länge L2 verbreitert, einen in lateraler Richtung vom Zentrum des Stegs weiter entfernten Abschnitt aufweist, dessen Länge in longitudinaler Richtung ausgehend von der zweiten Länge L2 abnimmt. Die Verbreiterung des überstehenden Stegbereichs von der ersten Länge L1 auf die zweite Länge L2 erfolgt bevorzugt kontinuierlich. Die seitlichen Kanten bzw. Schenkel des übersehenden Stegbereichs können ausgehend von dem Abschnitt des ersten bzw. des zweiten seitlichen Randes geradlinig verlaufen, es ist aber auch möglich, dass die seitlichen Kanten eine Krümmung aufweisen. Die erste Länge L1 stellt bevorzugt eine minimale Länge und die zweite Länge L2 stellt bevorzugt eine maximale Länge des überstehenden Stegbereichs dar.In principle, it is also possible for the laterally protruding web area to have a section that is further away from the center of the web in the lateral direction, in addition to a section that widens from the first length L 1 to the second length L 2 , the length of which is in the longitudinal direction starting from the second length L 2 decreases. The protruding web area is preferably widened continuously from the first length L 1 to the second length L 2 . The side edges or legs of the overlapping web area can run in a straight line starting from the section of the first or second side edge, but it is also possible for the side edges to have a curvature. The first length L 1 preferably represents a minimum length and the second length L 2 preferably represents a maximum length of the protruding web area.
Der überstehende Stegbereich kann gebildet werden, indem die Halbleiter-Schicht(en) beim Herstellen des Stegs weggeätzt werden. Der seitlich überstehende Stegbereich und der streifenförmige Stegbereich bilden hierbei eine durchgehende, monolithische Struktur. Im Gegensatz zum streifenförmigen Stegbereich, der sich typischerweise in longitudinaler Richtung über die gesamte Länge der aktiven Schicht erstreckt und der unmittelbar an die Spiegelflächen angrenzt, ist dies bei dem überstehenden Stegbereich in der Regel nicht der Fall. Im Gegensatz zu dem streifenförmigen Stegbereich wird der mindestens eine seitlich überstehende Stegbereich zudem in der Regel nicht elektrisch gepumpt.The overhanging ridge region can be formed by etching away the semiconductor layer(s) when forming the ridge. The laterally protruding web area and the strip-shaped web area form a continuous, monolithic structure. In contrast to the strip-shaped ridge area, which typically extends in the longitudinal direction over the entire length of the active layer and which is directly adjacent to the mirror surfaces, this is generally not the case with the protruding ridge area. In contrast to the strip-shaped web area, the at least one laterally projecting web area is generally not electrically pumped.
Ähnlich wie die korrugierten Strukturen ermöglichen die flügelförmigen Strukturen bzw. Stegbereiche die Einführung zusätzlicher Verluste der Moden höherer Ordnung, um die Dominanz der fundamentalen Mode oder der Moden niedriger Ordnung in dem Ausgangs-Laserstrahl sicherzustellen. Die aktive Schicht kann nur einen einzigen überstehenden Stegbereich am ersten seitlichen Rand und/oder einen einzigen überstehenden Stegbereich am zweiten seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs aufweisen. Zur Erhöhung der Performance können an einem jeweiligen Rand mehrere überstehende Stegbereiche gebildet werden, die in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordnet sind.Similar to the corrugated structures, the winged structures or ridge regions allow the introduction of additional higher order mode losses to ensure the dominance of the fundamental or lower order modes in the output laser beam. The active layer can have only a single overhanging ridge area on the first lateral edge and/or a single overhanging ridge area on the second lateral edge of the strip-shaped ridge area. In order to increase the performance, several protruding web areas can be formed on a respective edge, which are arranged next to one another in the longitudinal direction.
Bei einer Ausführungsform ist der seitlich überstehende Stegbereich trapezförmig und verläuft bevorzugt spiegelsymmetrisch zur lateralen Richtung. In diesem Fall bildet ein Abschnitt des seitlichen Randes des streifenförmigen Stegbereichs die kürzere Grundseite des Trapezes (mit der ersten Länge L1) und die parallel ausgerichtete längere Grundseite weist die zweite Länge L2 auf. Es versteht sich, dass auch andere Geometrien des überstehenden Stegbereichs möglich sind. Beispielsweise kann der Stegbereich einen sich auf die zweite Länge L2 verbreiternden Abschnitt aufweisen, an den ein sich verengender Abschnitt angrenzt. Auch kann die längere Grundseite des trapezförmigen Stegbereichs ggf. eine korrugierte Geometrie bzw. eine Wellenform aufweisen. Eine geradlinige lange Grundseite (mit Länge L2) des trapezförmigen überstehenden Stegbereichs, die parallel zu einem in longitudinaler Richtung ausgerichteten seitlichen Rand des Stegs verläuft, hat sich als günstig erwiesen, da auf diese Weise keine ungewollten Effekte wie Astigmatismus oder dergleichen auftreten. Es hat sich auch als günstig erwiesen, wenn der trapezförmige überstehende Stegbereich gleichschenklig ist, d.h. wenn dieser eine in lateraler Richtung (senkrecht zu den Grundseiten) verlaufende Symmetrieachse aufweist, welche eine Mittelachse des überstehenden Stegbereichs bildet.In one embodiment, the laterally protruding web area is trapezoidal and preferably runs mirror-symmetrically to the lateral direction. In this case, a section of the lateral edge of the strip-shaped web area forms the shorter base of the trapezium (with the first Length L 1 ) and the longer base side aligned in parallel has the second length L 2 . It goes without saying that other geometries of the protruding web area are also possible. For example, the web area can have a section which widens to the second length L 2 and which is adjoined by a narrowing section. The longer base side of the trapezoidal web area can optionally also have a corrugated geometry or a wave shape. A straight, long base side (of length L 2 ) of the trapezoidal protruding web area, which runs parallel to a lateral edge of the web aligned in the longitudinal direction, has proven to be advantageous, since in this way no unwanted effects such as astigmatism or the like occur. It has also proven to be advantageous if the trapezoidal protruding web area is isosceles, ie if it has an axis of symmetry running in the lateral direction (perpendicular to the base sides), which forms a central axis of the protruding web area.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Schenkel des trapezförmigen überstehenden Stegbereichs unter einem Winkel von mindestens 30° und von nicht mehr als 70° zum ersten oder zum zweiten seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs ausgerichtet. Die Ausrichtung der Schenkel des überstehenden Stegbereichs unter Winkeln innerhalb dieses Intervalls hat sich für die Erhöhung der Verluste der höheren Moden als günstig erwiesen.In a further embodiment, the two legs of the trapezoidal protruding web area are aligned at an angle of at least 30° and no more than 70° to the first or to the second lateral edge of the strip-shaped web area. Orienting the legs of the overhanging land portion at angles within this interval has been found to be beneficial in increasing the higher mode losses.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der seitlich überstehende Stegbereich eine Breite ds in lateraler Richtung auf, für die gilt: ds > 0.5 d. Die Verwendung eines seitlich überstehenden Stegbereichs, der eine vergleichsweise große Breite aufweist, hat sich zur Unterdrückung höherer Moden als günstig erwiesen.In a further embodiment, the laterally protruding web area has a width ds in the lateral direction, for which the following applies: ds>0.5 d. The use of a laterally protruding web area, which has a comparatively large width, has proven to be favorable for suppressing higher modes.
Bei einer Ausführungsform liegt die Breite d des streifenförmigen Stegbereichs zwischen 10 µm und 250 µm, bevorzugt zwischen 100 µm und 250 µm. Die Breite d des streifenförmigen Stegbereichs ist in der Regel geringer als bei einem herkömmlichen Steg-Wellenleiter mit breitem Steg, aber größer als bei einem Steg-Wellenleiter mit schmalem Steg. Die Gesamt-Breite des Stegs, d.h. die Summe aus der Breite d des streifenförmigen Stegbereichs und der Breite ds des oder der beiden seitlich überstehenden Stegbereiche (d + ds bzw. d + 2 ds) liegt in der Größenordnung herkömmlicher Steg-Wellenleiter mit breitem Steg.In one embodiment, the width d of the strip-shaped web area is between 10 μm and 250 μm, preferably between 100 μm and 250 μm. The width d of the strip-shaped ridge region is typically less than that of a conventional wide-ridge ridge waveguide, but greater than that of a narrow-ridge ridge waveguide. The total width of the ridge, i.e. the sum of the width d of the strip-shaped ridge area and the width ds of the or the two laterally projecting ridge areas (d + ds or d + 2 ds) is of the order of magnitude of conventional ridge waveguides with a wide ridge .
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung, der insbesondere mit dem ersten Aspekt kombiniert werden kann, weist die aktive Schicht mindestens einen Brechungsindex-Variationsbereich auf, der benachbart zu dem ersten seitlichen Rand oder zu dem zweiten seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs angeordnet ist, wobei der Brechungsindex-Variationsbereich einen maximalen Abstand Amax zu dem ersten seitlichen Rand oder zu dem zweiten seitlichen Rand aufweist, der gegeben ist durch Amax / d < 0,3, bevorzugt Amax / d < 0,2.In a second aspect of the invention, which can in particular be combined with the first aspect, the active layer has at least one refractive index varying region, which is arranged adjacent to the first lateral edge or to the second lateral edge of the strip-shaped web area, the refractive index -Variation range has a maximum distance A max from the first lateral edge or from the second lateral edge, which is given by A max / d < 0.3, preferably A max / d < 0.2.
Die Unterdrückung der Moden höherer Ordnung kann weiter verstärkt werden, indem die Moden höherer Ordnung vom Zentrum des streifenförmigen Stegbereichs in den bzw. in die seitlich überstehenden Stegbereich(e) expandiert werden. Die Expansion der Moden höherer Ordnung verringert deren Einschluss-Faktor, d.h. den Bruchteil der optischen Moden, der sich unter dem streifenförmigen, zentralen Stegbereich befindet, der elektrisch gepumpt wird. Infolgedessen wird die modale Verstärkung der Moden höherer Ordnung reduziert. Das Vorsehen mindestens eines Brechungsindex-Variationsbereichs ist nicht nur für den Fall günstig, dass die überstehenden Stegbereiche flügelförmig sind bzw. sich ausgehend von der ersten Länge L1 verbreitern, sondern auch bei überstehenden Stegbereichen, die auf andere Weise ausgebildet sind, beispielsweise bei den weiter oben beschriebenen dreieckförmigen, fischgrätenförmigen oder rechteckförmigen überstehenden Stegbereichen.The suppression of the higher-order modes can be further enhanced by expanding the higher-order modes from the center of the strip-shaped ridge area into the laterally protruding ridge area(s). The expansion of the higher order modes reduces their confinement factor, ie the fraction of the optical modes that resides under the striped central ridge region that is electrically pumped. As a result, the modal gain of the higher order modes is reduced. The provision of at least one refractive index variation range is not only favorable in the event that the protruding web areas are wing-shaped or widen starting from the first length L 1 , but also in the case of protruding web areas that are designed in a different way, for example in the further triangular, herringbone or rectangular overhanging land areas described above.
Eine Modulation bzw. eine Variation des Brechungsindex benachbart zu einem jeweiligen seitlichen Rand des streifenförmigen Stegbereichs kann die höheren Moden, die sich dort befinden, in der lateralen Richtung expandieren und vom Zentrum des streifenförmigen Stegbereichs weg verschieben. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Brechungsindex-Variationsbereich benachbart zum Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist, d.h. wenn dieser sich nicht weiter von dem Rand des streifenförmigen Stegbereichs weg erstreckt, als dies durch die obige Formel beschrieben ist.A modulation or a variation of the refractive index adjacent to a respective lateral edge of the strip-shaped ridge region can expand the higher modes located there in the lateral direction and shift them away from the center of the strip-shaped ridge region. It is preferred that the refractive index variation region is formed adjacent to the edge of the strip-shaped ridge area, i.e. if it extends no further from the edge of the strip-shaped ridge area than is described by the above formula.
Die Modulation bzw. die Variation des Brechungsindex in lateraler Richtung, d.h. senkrecht zur longitudinalen Richtung, die der (Haupt-)Ausbreitungsrichtung der emittierten Laserstrahlung entspricht, kann durch die Erzeugung von lateralen Strukturen benachbart zu einem jeweiligen Rand des streifenförmigen Stegbereichs erzeugt werden. Ein jeweiliger Brechungsindex-Variationsbereich kann innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs, d.h. innerhalb der beiden seitlichen Ränder des streifenförmigen Stegbereichs und/oder innerhalb des bzw. der überstehenden (insbesondere flügelförmigen) Stegbereich(e) gebildet sein. Da die überstehenden Stegbereiche in der Regel nicht elektrisch gepumpt werden, führt die Expansion der Laser-Moden höherer Ordnung in die überstehenden Stegbereich(e) zusätzlich zu Streuverlusten auch zu einer Erhöhung der Absorption, die deren Beitrag zur Laser-Emission unterdrücken.The modulation or the variation of the refractive index in the lateral direction, ie perpendicular to the longitudinal direction, which corresponds to the (main) propagation direction of the emitted laser radiation, can be generated by generating lateral structures adjacent to a respective edge of the strip-shaped ridge area. A respective refractive index variation range can be formed within the strip-shaped ridge region, ie within the two lateral edges of the strip-shaped ridge region and/or within the protruding (in particular wing-shaped) ridge region(s). Since the protruding ridge areas are usually not electrically pumped, the expansion of the higher-order laser modes into the protruding ridge area(s) also leads to scattering losses Increase in absorption that suppress their contribution to laser emission.
Die Modulation des Brechungsindex kann durch laterale Strukturen erzeugt werden, die in lateraler Richtung periodisch oder aperiodisch ausgebildet bzw. angeordnet sind, um eine periodische oder aperiodische Brechungsindex-Variation in lateraler Richtung zu erzeugen. Der Brechungsindex kann in dem Brechungsindex-Variationsbereich in lateraler Richtung kontinuierlich bzw. stetig oder unstetig, z.B. in der Art eines Rechteck-Profils, variieren.The modulation of the refractive index can be generated by lateral structures which are designed or arranged periodically or aperiodically in the lateral direction in order to generate a periodic or aperiodic refractive index variation in the lateral direction. The refractive index can vary continuously or continuously or discontinuously in the lateral direction in the refractive index variation range, e.g. in the manner of a rectangular profile.
Es ist in der Regel günstig, wenn in dem Brechungsindex-Variationsbereich keine zusätzliche Brechungsindex-Variation in longitudinaler Richtung erfolgt, d.h. wenn die laterale Variation des Brechungsindex in longitudinaler Richtung konstant ist oder sich entsprechend der Breite des streifenförmigen Stegbereichs verändert. Auch bei einem streifenförmigen Stegbereich, dessen Breite d sich abhängig von der Position in longitudinaler Richtung verändert, gilt an jeder Stelle: Amax / d < 0,3 bevorzugt < 0,2. Bei den nachfolgenden Beispielen wird jedoch davon ausgegangen, dass der streifenförmige Stegbereich eine konstante Breite in lateraler Richtung aufweist. Die lateralen Strukturen in dem Brechungsindex-Variationsbereich erstrecken sich in diesem Fall in der Regel in longitudinaler Richtung parallel zum streifenförmigen Stegbereich, d.h. in konstantem Abstand zum streifenförmigen Stegbereich bzw. zu dem jeweiligen seitlichen Rand, zu dem der jeweilige Brechungsindex-Variationsbereich benachbart angeordnet ist.It is generally favorable when there is no additional refractive index variation in the longitudinal direction in the refractive index variation range, ie when the lateral variation of the refractive index in the longitudinal direction is constant or changes according to the width of the strip-shaped ridge area. Even in the case of a strip-shaped web area, the width d of which changes depending on the position in the longitudinal direction, the following applies at every point: A max /d<0.3, preferably <0.2. In the following examples, however, it is assumed that the strip-shaped web area has a constant width in the lateral direction. In this case, the lateral structures in the refractive index varying region usually extend in the longitudinal direction parallel to the strip-shaped ridge region, ie at a constant distance from the strip-shaped ridge region or from the respective lateral edge to which the respective refractive index varying region is arranged adjacent.
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich in dem mindestens einen seitlich überstehenden Stegbereich gebildet, wobei der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich sich bevorzugt in longitudinaler Richtung nicht über die erste Länge L1 des seitlich überstehenden Stegbereichs hinaus erstreckt. Bei dieser Ausführungsform ist/sind nur Brechungsindex-Variationsbereich(e) in dem/den ungepumpten, jeweiligen seitlich überstehenden Stegbereich(en) gebildet. Für den Fall, dass mindestens ein seitlich überstehender Stegbereich an dem ersten Rand und mindestens ein seitlich überstehender Stegbereich am dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist, kann ein einziger Brechungsindex-Variationsbereich in dem seitlich überstehenden Stegbereich benachbart zum ersten Rand des Stegs oder in dem seitlich überstehenden Stegbereich benachbart zum zweiten Rand des Stegs gebildet sein, d.h. der/die Brechungsindex-Variationsbereich(e) können auf die Umgebung des ersten Randes bzw. des zweiten Randes begrenzt sein. Alternativ kann ein erster Brechungsindex-Variationsbereich in (mindestens einem) seitlich überstehenden Stegbereich benachbart zum ersten Rand des Stegs und ein zweiter Brechungsindex-Variationsbereich kann in (mindestens einem) seitlich überstehenden Stegbereich benachbart zum zweiten Rand des Stegs gebildet sein.In one embodiment, the at least one refractive index varying region is formed in the at least one laterally projecting ridge region, wherein the at least one refractive index varying region preferably does not extend in the longitudinal direction beyond the first length L 1 of the laterally projecting ridge region. In this embodiment, only refractive index variation region(s) is/are formed in the unpumped respective laterally overhanging ridge region(s). In the event that at least one laterally protruding ridge area is formed on the first edge and at least one laterally protruding ridge area on the second edge of the strip-shaped ridge area, a single refractive index variation area can be in the laterally protruding ridge area adjacent to the first edge of the ridge or in the laterally protruding ridge area can be formed adjacent to the second edge of the ridge, ie the refractive index variation area(s) can be limited to the vicinity of the first edge or the second edge. Alternatively, a first refractive index variation region may be formed in (at least one) laterally overhanging ridge region adjacent the first edge of the ridge and a second refractive index variation region may be formed in (at least one) laterally overhanging ridge region adjacent the second edge of the ridge.
Generell hat es hat sich als günstig erwiesen, wenn ein jeweiliger Brechungsindex-Variationsbereich, der in einem seitlich überstehenden Stegbereich gebildet ist, sich in longitudinaler Richtung nicht über die erste Länge L1 hinaus erstreckt. Insbesondere hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Erstreckung eines jeweiligen Brechungsindex-Variationsbereichs, der innerhalb des seitlich überstehenden Stegbereichs gebildet ist, der ersten Länge L1 entspricht.In general, it has proven to be favorable if a respective refractive index variation area, which is formed in a laterally protruding web area, does not extend beyond the first length L 1 in the longitudinal direction. In particular, it has proven to be advantageous if the extension of a respective refractive index variation area, which is formed within the laterally projecting web area, corresponds to the first length L 1 .
Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind der oder die Brechungsindex-Variationsbereiche nur innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet, d.h. es befindet sich kein Brechungsindex-Variationsbereich außerhalb des streifenförmigen Stegbereichs. Bei dieser Ausführungsform können Brechungsindex-Variationsbereiche nur benachbart zum ersten Rand des streifenförmigen Stegbereichs oder nur benachbart zum zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet sein. Alternativ können (mindestens) ein erster Brechungsindex-Variationsbereich benachbart zum ersten Rand des streifenförmigen Stegbereichs und (mindestens) ein zweiter Brechungsindex-Variationsbereich benachbart zum zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet sein.In one embodiment, the at least one refractive index variation range is formed between the first edge and the second edge of the strip-shaped ridge area. In this embodiment, the refractive index varying region or regions are formed only within the strip-shaped ridge area, i.e. there is no refractive index varying region outside the strip-shaped ridge region. In this embodiment, refractive index variation regions may be formed only adjacent to the first edge of the stripe-shaped ridge area or only adjacent to the second edge of the stripe-shaped ridge area. Alternatively, (at least) a first range of refractive index variation may be formed adjacent to the first edge of the strip-shaped ridge area and (at least) a second range of refractive index variation may be formed adjacent to the second edge of the strip-shaped ridge area.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist mindestens ein Brechungsindex-Variationsbereich zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet und mindestens ein Brechungsindex-Variationsbereich ist in dem mindestens einen seitlich überstehenden Stegbereich außerhalb der beiden Ränder des streifenförmigen Stegbereichs gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind mindestens zwei Brechungsindex-Variationsbereiche vorhanden, von denen mindestens einer innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs und mindestens einer in dem seitlich überstehenden Stegeberich außerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist. Grundsätzlich ist es möglich, dass die aktive Schicht (genau) zwei Brechungsindex-Variationsbereiche aufweist, von denen ein erster benachbart zum ersten/zweiten Rand innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist und von denen ein zweiter in einem seitlich an den ersten/zweiten Rand anschließenden überstehenden Stegbereich gebildet ist.In a further alternative embodiment, at least one refractive index variation area is formed between the first edge and the second edge of the strip-shaped ridge area and at least one refractive index variation area is formed in the at least one laterally projecting ridge area outside the two edges of the strip-shaped ridge area. In this embodiment, there are at least two refractive index variation ranges, of which at least one is formed within the strip-shaped ridge area and at least one is formed in the laterally projecting ridge area outside of the strip-shaped ridge area. In principle, it is possible for the active layer to have (precisely) two refractive index variation regions, a first of which is formed adjacent to the first/second edge within the strip-shaped ridge region and a second of which is formed in a projecting area adjoining the side of the first/second edge Land area is formed.
Bevorzugt ist sowohl am ersten Rand des streifenförmigen Stegbereichs als auch am zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs ein überstehender Stegbereich gebildet. In diesem Fall hat es sich als günstig erwiesen, wenn sowohl an dem ersten Rand als auch an dem zweiten Rand jeweils (mindestens) ein Brechungsindex-Variationsbereich innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs und (mindestens) ein Brechungsindex-Variationsbereich außerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet sind.A protruding web area is preferably formed both on the first edge of the strip-shaped web area and on the second edge of the strip-shaped web area. In this case, it has proven to be advantageous if (at least) one refractive index variation area is formed inside the strip-shaped ridge area and (at least) one refractive index variation area is formed outside the strip-shaped ridge area both on the first edge and on the second edge.
Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich mindestens ein Brechungsindex-Variationsbereich, der zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist, über die gesamte Erstreckung des streifenförmigen Stegbereichs in longitudinaler Richtung. In diesem Fall erstrecken sich der/die Brechungsindex-Variationsbereiche über die gesamte Länge des Resonators, d.h. zwischen den beiden Spiegeln bzw. Spiegelflächen, an die der Steg typischerweise mit dem streifenförmigen Stegbereich, aber in der Regel nicht mit dem bzw. den (ungepumpten) überstehenden Stegbereich(en) angrenzt.In a further embodiment, at least one refractive index varying region, which is formed between the first edge and the second edge of the strip-shaped ridge region, extends over the entire extension of the strip-shaped ridge region in the longitudinal direction. In this case, the refractive index variation range(s) extend over the entire length of the resonator, i.e. between the two mirrors or mirror surfaces to which the ridge typically connects with the strip-shaped ridge area, but usually not with the (unpumped) protruding web area (s) adjacent.
Es ist nicht zwingend erforderlich, kann aber günstig sein, wenn der Brechungsindex-Variationsbereich einen minimalen Abstand Amin von dem ersten seitlichen Rand oder von dem zweiten seitlichen Rand aufweist, der gegeben ist durch Amin / d > 0,05, bevorzugt Amin / d > 0,1. Letzteres ist insbesondere für den Fall günstig, dass der Brechungsindex-Variationsbereich innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist und sich in mindestens einen Abschnitt des seitlichen Randes erstreckt, der außerhalb der ersten Länge L1 gebildet ist, an dem der jeweilige seitlich überstehende Stegbereich gebildet ist. In dem Abschnitt des streifenförmigen Stegbereichs, an den kein seitlich überstehender Stegbereich angrenzt, wird unmittelbar am Rand des streifenförmigen Stegbereichs ohnehin eine Variation des Brechungsindex erzeugt, da der Brechungsindex innerhalb des Stegs größer ist als der Brechungsindex in einem Umgebungsbereich außerhalb des Stegs, um die gewünschte Wellenleiter-Funktion des Stegs zu erfüllen. Es ist daher nicht erforderlich - aber auch nicht ausgeschlossen - dass die Brechungsindex-Variation unmittelbar am Rand des streifenförmigen Stegbereichs beginnt, vielmehr ist es in diesem Fall in der Regel sinnvoll, wenn der Brechungsindex-Variationsbereich erst in einem (geringen) Abstand vom Rand des streifenförmigen Stegbereichs beginnt.It is not absolutely necessary, but can be advantageous if the refractive index variation range has a minimum distance A min from the first lateral edge or from the second lateral edge, which is given by A min /d>0.05, preferably A min /d > 0.1. The latter is particularly favorable if the refractive index variation range is formed within the strip-shaped ridge area and extends into at least a section of the lateral edge that is formed outside of the first length L 1 on which the respective laterally projecting ridge area is formed. In the section of the strip-shaped ridge area that is not bordered by a laterally protruding ridge area, a variation in the refractive index is generated directly at the edge of the strip-shaped ridge area anyway, since the refractive index inside the ridge is greater than the refractive index in a surrounding area outside the ridge, around the desired To fulfill waveguide function of the web. It is therefore not necessary - but also not impossible - that the refractive index variation begins directly at the edge of the strip-shaped ridge area; rather, in this case, it is usually sensible if the refractive index variation area only begins at a (small) distance from the edge of the strip-shaped land area begins.
Bei einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich, der zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist, in longitudinaler Richtung nicht über die erste Länge L1 des seitlich überstehenden Stegbereichs an dem ersten oder an dem zweiten seitlichen Rand hinaus. Insbesondere kann die Länge des Brechungsindex-Variationsbereichs der (ersten) Länge L1 des seitlich überstehenden Stegbereichs entsprechen. Diese Ausführungsform stellt eine Alternative zu der weiter oben beschriebenen Ausführungsform dar, bei der sich der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich in longitudinaler Richtung über die gesamte Erstreckung des Resonators erstreckt.In an alternative embodiment, the at least one refractive index variation region formed between the first edge and the second edge of the strip-shaped ridge region does not extend in the longitudinal direction over the first length L 1 of the laterally overhanging ridge region at the first or at the second lateral edge out. In particular, the length of the refractive index variation range can correspond to the (first) length L 1 of the laterally projecting web area. This embodiment represents an alternative to the embodiment described above, in which the at least one refractive index variation range extends in the longitudinal direction over the entire extent of the resonator.
Bei einer alternativen Ausführungsform schließen sich an den ersten Rand des streifenförmigen Stegbereichs mindestens zwei seitlich überstehende Stegbereiche an und/oder an den zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs schließen sich mindestens zwei seitlich überstehende Stegbereiche an, wobei bevorzugt der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich, der zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs gebildet ist, sich in longitudinaler Richtung nur über die jeweilige erste Länge L1 der mindestens zwei seitlich überstehenden Stegbereiche und über einen Abschnitt zwischen den seitlich überstehenden Stegbereichen an dem ersten seitlichen Rand oder an dem zweiten seitlichen Rand erstreckt. In diesem Fall erstreckt sich der mindestens eine Brechungsindex-Variationsbereich jeweils entlang bzw. zwischen den seitlich überstehenden Stegbereichen, aber nicht darüber hinaus, d.h. nicht bis zum jeweiligen Ende des Resonators an der ersten bzw. an der zweiten Spiegelfläche. In dem Abschnitt zwischen dem jeweiligen Ende des Resonators und dem benachbart angeordneten seitlich überstehenden Stegbereich ist bei dieser Ausführungsform kein Brechungsindex-Variationsbereich gebildet.In an alternative embodiment, at least two laterally projecting land areas adjoin the first edge of the strip-shaped land area and/or at least two laterally projecting land areas adjoin the second edge of the strip-shaped land area, with preferably the at least one refractive index variation area between the first edge and the second edge of the strip-shaped web area, extends in the longitudinal direction only over the respective first length L 1 of the at least two laterally overhanging web areas and over a section between the laterally overhanging web areas at the first lateral edge or at the second lateral edge extends. In this case, the at least one refractive index variation range extends in each case along or between the laterally protruding web areas, but not beyond, ie not up to the respective end of the resonator on the first or on the second mirror surface. In this embodiment, no refractive index variation region is formed in the section between the respective end of the resonator and the adjacently arranged laterally projecting web region.
Es versteht sich, dass auch andere als die weiter oben beschriebenen Kombinationen von Brechungsindex-Variationsbereichen möglich sind. Beispielsweise kann die aktive Schicht drei Brechungsindex-Variationsbereiche aufweisen, von denen zwei an gegenüberliegenden Seiten eines der Ränder des streifenförmigen Stegbereichs innerhalb des Stegs bzw. in einem seitlich überstehenden Stegbereich gebildet sind und von denen der dritte am anderen Rand des streifenförmigen Stegbereichs entweder innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs oder in dem seitlich überstehenden Stegbereich gebildet ist.It goes without saying that combinations of refractive index variation ranges other than those described above are also possible. For example, the active layer can have three refractive index variation regions, two of which are formed on opposite sides of one of the edges of the strip-shaped ridge area within the ridge or in a laterally projecting ridge area, and the third of which is formed on the other edge of the strip-shaped ridge area either within the strip-shaped Web area or is formed in the laterally projecting web area.
Der Brechungsindex-Variationsbereich kann allgemein durch das Ätzen des Stegs in periodischen oder aperiodischen Intervallen (in lateraler Richtung) erzeugt werden. Durch das Ätzen des Stegs können Gräben erzeugt werden, die ein V-förmiges oder ggf. ein rechteckiges Querschnitts-Profil aufweisen. Die Gräben bzw. die lateralen Strukturen können sich in vertikaler Richtung über die gesamte Höhe der aktiven Schicht erstrecken, dies ist aber nicht zwingend erforderlich, um eine Brechungsindex-Variation zu erzeugen.The refractive index variation range can generally be created by etching the ridge at periodic or aperiodic intervals (in the lateral direction). By etching the ridge, trenches can be produced which have a V-shaped or possibly a rectangular cross-sectional profile. The trenches or the lateral structures can be in the vertical direction over the entire height of the active ven layer, but this is not absolutely necessary to create a refractive index variation.
Bei einer Ausführungsform weist der Brechungsindex-Variationsbereich mindestens eine laterale Struktur auf, die bevorzugt als Graben ausgebildet ist, wobei der Brechungsindex-Variationsbereich insbesondere mindestens zwei laterale Strukturen mit einer vorgegebenen Breite aufweist, die durch einen jeweiligen Zwischenbereich voneinander getrennt sind, der eine vorgegebene Breite aufweist. Die laterale Struktur weist einen Brechungsindex auf, der sich vom Brechungsindex in der Umgebung (in lateraler Richtung), d.h. vom - typischerweise konstanten - Brechungsindex des Steges unterscheidet. Die laterale Struktur ist bevorzugt als Graben ausgebildet, der in das Halbleiter-Material der aktiven Schicht geätzt wird. Ein solcher Graben kann in lateraler Richtung insbesondere einen V-förmigen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere für den Fall, dass der Graben in dem ungepumpten, seitlich überstehenden Stegbereich gebildet ist, kann der Graben ggf. mit einem absorbierenden Material aufgefüllt werden. Es versteht sich, dass die lateralen Strukturen auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine (unterschiedliche) Dotierung des Halbleiter-Materials der aktiven Schicht oder durch eine Materialbearbeitung, z.B. mittels eines gepulsten Lasers oder dergleichen, erzeugt werden können.In one embodiment, the refractive index variation area has at least one lateral structure, which is preferably designed as a trench, wherein the refractive index variation area has in particular at least two lateral structures with a predetermined width, which are separated from one another by a respective intermediate region that has a predetermined width having. The lateral structure has a refractive index which differs from the refractive index in the surroundings (in the lateral direction), i.e. from the - typically constant - refractive index of the ridge. The lateral structure is preferably in the form of a trench which is etched into the semiconductor material of the active layer. Such a trench can in particular have a V-shaped or a rectangular cross section in the lateral direction. Particularly in the event that the trench is formed in the non-pumped, laterally protruding web area, the trench can optionally be filled with an absorbent material. It goes without saying that the lateral structures can also be produced in other ways, for example by (different) doping of the semiconductor material of the active layer or by material processing, e.g. by means of a pulsed laser or the like.
Bevorzugt weist der Brechungsindex-Variationsbereich mindestens zwei laterale Strukturen mit einer vorgegebenen Breite auf, wobei die mindestens zwei lateralen Strukturen durch einen jeweiligen Zwischenbereich voneinander getrennt sind, der eine vorgegebene Breite aufweist. Der Zwischenbereich (Sub-Steg) kann wie der restliche Steg ausgebildet sein. Lediglich im Bereich der lateralen Strukturen, beispielsweise an den Gräben, erfolgt in diesem Fall eine Variation des Brechungsindex, der ansonsten in lateraler Richtung innerhalb des Stegs, d.h. sowohl innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs als auch innerhalb des seitlich überstehenden Stegbereichs, üblicherweise konstant ist.The refractive index variation range preferably has at least two lateral structures with a specified width, the at least two lateral structures being separated from one another by a respective intermediate region which has a specified width. The intermediate area (sub-web) can be designed like the rest of the web. Only in the area of the lateral structures, for example at the trenches, does the refractive index vary in this case, which is otherwise usually constant in the lateral direction within the ridge, i.e. both within the strip-shaped ridge area and within the laterally projecting ridge area.
Die die Breiten der lateralen Strukturen des Brechungsindex-Variationsbereichs können jeweils gleich groß sein und die Breiten der Zwischenbereiche des Brechungsindex-Variationsbereichs können jeweils gleich groß sein. Auf diese Weise wird ein Brechungsindex-Variationsbereich mit einer periodischen Struktur realisiert.The widths of the lateral structures of the refractive index variation range can each be the same size and the widths of the intermediate areas of the refractive index variation range can each be the same size. In this way, a refractive index variation range with a periodic structure is realized.
Alternativ können die Breiten von mindestens zwei der lateralen Strukturen des Brechungsindex-Variationsbereichs jeweils unterschiedlich und/oder die Breiten von mindestens zwei der Zwischenbereiche des Brechungsindex-Variationsbereichs sind jeweils unterschiedlich. Auf diese Weise kann ein Brechungsindex-Variationsbereich mit einer aperiodischen Struktur realisiert werden.Alternatively, the widths of at least two of the lateral structures of the refractive index variation range can each be different and/or the widths of at least two of the intermediate areas of the refractive index variation range are each different. In this way, a refractive index variation range can be realized with an aperiodic structure.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind an zwei gegenüberliegenden Seiten der aktiven Schicht, an die der streifenförmige Stegbereich des Stegs angrenzt, zwei (parallele) Spiegelflächen gebildet. Die beiden Spiegelflächen verlaufen typischerweise in parallelen Ebenen, die sich in lateraler Richtung, d.h. quer zur (Haupt-)Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung, erstrecken. Die Spiegel bzw. die Spiegelflächen werden im einfachsten Fall gebildet, indem das Halbleitermaterial gespalten bzw. entlang seiner Kristall-Ebenen geschnitten wird. Es ist möglich, dass auf die Seitenflächen bzw. die Kanten der aktiven Schicht zusätzliche reflektierende Schichten aufgebracht werden, um die Reflektivität der Spiegelflächen zu erhöhen bzw. geeignet einzustellen. In der Regel ist eine der beiden (ggf. beschichteten) Spiegelflächen teiltransmissiv ausgebildet und dient zur Auskopplung der von dem Halbleiterlaserchip emittierten Laserstrahlung, während die andere (ggf. beschichtete) Spiegelfläche hochreflektierend ausgebildet ist.In a further embodiment, two (parallel) mirror surfaces are formed on two opposite sides of the active layer, which are adjoined by the strip-shaped ridge region of the ridge. The two mirror surfaces typically run in parallel planes that extend in the lateral direction, i.e. transverse to the (main) direction of propagation of the laser radiation. In the simplest case, the mirrors or mirror surfaces are formed by cleaving the semiconductor material or cutting it along its crystal planes. It is possible for additional reflective layers to be applied to the side surfaces or the edges of the active layer in order to increase or suitably adjust the reflectivity of the mirror surfaces. As a rule, one of the two (possibly coated) mirror surfaces is designed to be partially transmissive and is used to decouple the laser radiation emitted by the semiconductor laser chip, while the other (possibly coated) mirror surface is designed to be highly reflective.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaserchip zusätzlich mindestens eine p-dotierte Wellenleiterschicht und mindestens eine n-dotierte Wellenleiterschicht, zwischen denen die aktive Schicht angeordnet ist. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die aktive Schicht - zumindest im Bereich des Stegs - typischerweise undotiert, so dass die Wellenleiterschichten und die aktive Schicht einen p-i-n-Übergang bilden. Sowohl die Wellenleiterschichten als auch die aktive Schicht sind auf ein Substrat aufgebracht, das in der Regel n-dotiert ist.In a further embodiment, the semiconductor laser chip additionally comprises at least one p-doped waveguide layer and at least one n-doped waveguide layer, between which the active layer is arranged. As described above, the active layer is typically undoped, at least in the region of the ridge, so that the waveguide layers and the active layer form a p-i-n junction. Both the waveguide layers and the active layer are applied to a substrate, which is usually n-doped.
Es versteht sich, dass der Halbleiterlaserchip noch weitere Schichten aufweisen kann. Insbesondere wird typischerweise bei einem verstärkungsgeführten Halbleiterlaserchip der Strom durch eine Apertur bzw. Öffnung zugeführt, die durch einen dielektrischen Isolator oder durch Ionen-Implantation definiert wird. An der Oberseite des Halbleiterlaserchips ist in diesem Fall typischerweise eine Kontaktschicht in Form eines Kontaktstreifens zur elektrischen Kontaktierung gebildet, wobei die Breite des Kontaktstreifens in der Regel mit der Breite des streifenförmigen Stegbereichs übereinstimmt. Bei indexgeführten („index-guided“) Lasern wird der Steg gebildet, indem Halbleiterschichten weggeätzt werden und der Strom wird durch die Oberseite des Stegs zugeführt. In diesem Fall kann die Kontaktschicht vollflächig auf die Oberseite des Halbleiterlaserchips aufgebracht werden. Typischerweise ist an der Unterseite des Substrats eine weitere Kontaktschicht gebildet, um mit Hilfe einer Strom- bzw. einer Spannungsquelle einen Strom in die aktive Schicht zu injizieren, der zum Pumpen des dort vorhandenen Halbleitermaterials dient.It goes without saying that the semiconductor laser chip can also have further layers. In particular, typically in a gain-guided semiconductor laser chip, the current is supplied through an aperture defined by a dielectric insulator or by ion implantation. In this case, a contact layer in the form of a contact strip for electrical contacting is typically formed on the upper side of the semiconductor laser chip, the width of the contact strip generally corresponding to the width of the strip-shaped web region. In index-guided lasers, the ridge is formed by etching away layers of semiconductor and the current is applied through the top of the ridge. In this case, the contact layer can be applied to the top side of the semiconductor laser chip over the entire area. Typically, a further contact layer is formed on the underside of the substrate in order to use a current or a voltage source to supply a current to the active To inject layer, which is used to pump the semiconductor material present there.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, the features mentioned above and those listed below can each be used individually or together in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Aufbaus eines Halbleiterlaserchips, der eine (laser-)aktive Schicht aufweist, -
2 eine schematische Darstellung einer lateralen Intensitätsverteilung einer fundamentalen Mode und von zwei höheren Moden in der aktiven Schicht des Halbleiterlaserchips, -
3a,b Darstellungen einer aktiven Schicht des Halbleiterlaserchips mit einem Steg mit herkömmlicher (breiter) Stegbreite, -
4a,b Darstellung analog zu 3a,b mit einem Steg, der eine deutlich geringere Stegbreite aufweist, -
5 eine Darstellung analog zu3 mit einem Steg, der einen Stegabschnitt mit der geringen Stegbreite von4a,b sowie einen spitz zulaufenden Abschnitt aufweist, -
6a,b Darstellungen eines Stegs mit einer Mehrzahl von dreieckförmigen Stegbereichen, die über einen zentralen, streifenförmigen Stegbereich überstehen, -
7a,b Darstellungen analog zu6a,b mit zwei trapezförmigen Stegbereichen, die seitlich über einen zentralen, streifenförmigen Stegbereich überstehen, -
8a,b Darstellungen analog zu7a,b mit zwei Brechungsindex-Variationsbereichen, die benachbart zu einem jeweiligen Rand des streifenförmigen Stegbereichs in den trapezförmigen Stegbereichen gebildet sind, -
9a,b Darstellungen analog zu8a,b mit zwei Brechungsindex-Variationsbereichen, die benachbart zu einem jeweiligen Rand des streifenförmigen Stegbereichs innerhalb des streifenförmigen Stegbereichs gebildet sind, -
10a,b Darstellungen analog zu7a,b und8a,b mit vier Brechungsindex-Variationsbereichen, die benachbart zu einem jeweiligen Rand des streifenförmigen Stegbereichs in dem streifenförmigen Stegbereich bzw. in den trapezförmigen Stegbereichen gebildet sind, -
11 a,b Darstellungen analog zu 9a,b , bei denen sowohl am ersten als auch am zweiten Rand des streifenförmigen Stegbereichs jeweils zwei überstehende trapezförmige Stegbereiche gebildet sind.
-
1 a schematic representation of an exemplary structure of a semiconductor laser chip having a (laser) active layer, -
2 a schematic representation of a lateral intensity distribution of a fundamental mode and two higher modes in the active layer of the semiconductor laser chip, -
3a,b Representations of an active layer of the semiconductor laser chip with a ridge with a conventional (wide) ridge width, -
4a,b Representation analogous to3a,b with a web that has a significantly smaller web width, -
5 a representation analogous to3 with a web which has a web section with the small web width of4a,b and has a tapering section, -
6a,b Representations of a web with a plurality of triangular web areas that protrude over a central, strip-shaped web area, -
7a,b Representations analogous to6a,b with two trapezoidal web areas that protrude laterally over a central, strip-shaped web area, -
8a,b Representations analogous to7a,b with two refractive index varying areas formed adjacent to a respective edge of the stripe-shaped ridge area in the trapezoidal ridge areas, -
9a,b Representations analogous to8a,b having two refractive index varying regions formed adjacent to a respective edge of the stripe-shaped ridge region within the stripe-shaped ridge region, -
10a,b Representations analogous to7a,b and8a,b having four refractive index variation areas formed adjacent to a respective edge of the stripe-shaped ridge area in the stripe-shaped ridge area or in the trapezoidal ridge areas, -
11a,b Representations analogous to9a,b , in which two protruding trapezoidal web areas are formed both on the first and on the second edge of the strip-shaped web area.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.In the following description of the drawings, identical reference symbols are used for identical or functionally identical components.
Wie in
Der Laserresonator des Halbleiterlaserchips 1 wird durch zwei parallele Spiegel(flächen) 9a,b begrenzt, die an den Rändern des Verstärkungsbereichs bzw. der aktiven Halbleiterschicht 2 gebildet sind, vgl. auch
Für den Fall, dass zusätzliche Spiegelschichten auf die seitlichen Kanten der aktiven Schicht 2 aufgebracht werden, hat der erste Spiegel 9a, der als Auskoppelspiegel dient, eine typischerweise geringe Reflektivität, die in der Regel bei weniger als ca. 5% liegt und der zweite Spiegel 9b weist eine Reflektivität von mehr als ca. 90% auf. Wie in
Die Anzahl der Laser-Moden wird hauptsächlich durch die Breite DR des Stegs 10 bestimmt. Für eine hohe optische Ausgangsleistung nutzen konventionelle Halbleiterlaserchips 1 eine Breite DR in lateraler Richtung X, die in der Größenordnung zwischen ca. 10 µm und ca. 500 µm, insbesondere zwischen ca. 100 µm und ca. 500 µm liegt. Wie in
Um die Strahlqualität zu verbessern, ist es bekannt, entweder eine geringe Stegbreite dR von wenigen Mikrometern zu verwenden, wie dies (nicht maßstäblich) in
Wie in
Der Vorteil der geringen Breite d des Stegs 10 von
Obwohl die beiden in
Um die Strahlqualität zu verbessern, ohne dass hierbei die optische Ausgangsleistung und andere Vorteile von herkömmlichen Halbleiterlasern mit breiten Stegen 10 erheblich beeinträchtigt werden, wurde in letzter Zeit vorgeschlagen, verschiedene korrugierte Strukturen an einem Steg 10 bzw. an den seitlichen Rändern 12a, 12b des Stegs 10 auszubilden. Bei den Strukturen kann es sich beispielsweise um rechteckförmige, fischgrätenförmige oder dreieckförmige Strukturen handeln, die repetitiv entlang der longitudinalen Richtung Y verteilt sind, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten
Die flügelförmigen überstehenden Stegbereiche 10b, 10b' erzeugen Streu- und Absorptionsverluste bei den Laser-Moden höherer Ordnung, die typischerweise eine höhere Performance bzw. einen größeren Nutzeffekt als die weiter oben in Zusammenhang mit
Wie in
Es versteht sich, dass die trapezförmigen überstehenden Stegbereiche 10b, 10b` nicht zwingend als gleichschenklige Trapeze ausgebildet sein müssen. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass die beiden Schenkel 13a, 13b, welche die Grundseiten L1, L2 miteinander verbinden, geradlinig verlaufen, vielmehr können diese ggf. eine Krümmung aufweisen. Auch ein auf diese Weise, d.h. mit gekrümmten Schenkeln 13a, 13b ausgebildeter überstehender Stegbereich 10b, 10b` wird im Sinne dieser Anmeldung als trapezförmig bezeichnet.It goes without saying that the trapezoidal protruding
Wie in
Die Ausbreitung der Moden höherer Ordnung in lateraler Richtung X ausgehend vom Zentrum des Stegs 10 kann vergrößert werden, indem eine Modulation bzw. eine Variation des Brechungsindex n benachbart zu den seitlichen Rändern 12a, 12b des Stegs 10 bzw. im gezeigten Beispiel des streifenförmigen Stegbereichs 10a erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Überlapp der höheren Moden mit den injizierten Ladungsträgern verringert, was die Strahlqualität der emittierten Laserstrahlung 8 verbessert. Um dies zu erreichen, werden bei den nachfolgend in Zusammenhang mit
Ein jeweiliger in
Wie in
Bei dem in
Während in
Auch bei dem in
Es versteht sich, dass die Anzahl von zwei bzw. drei Gräben 16 in
Bei dem in
Um die Effizienz der Unterdrückung der höheren Moden zu erhöhen, können an ein- und demselben seitlichen Rand 12a, 12b des streifenförmigen Stegbereichs 10a auch zwei oder mehr seitlich überstehende Stegbereiche gebildet sein.
Bei dem in
Es versteht sich, dass die Anordnung und die Anzahl der Brechungsindex-Variationsbereiche 14, 14', 15, 15' nicht auf die weiter oben beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Beispielsweise kann die aktive Schicht 2 drei Brechungsindex-Variationsbereiche aufweisen, von denen zwei benachbart zu einem der beiden Ränder 12a, 12b angeordnet ist und von denen der dritte benachbart zum jeweils anderen der beiden Ränder 12a, 12b angeordnet ist. Auf die weiter oben beschriebene Weise ausgebildete Brechungsindex-Variationsbereiche 14, 14', 15, 15' können auch an Stegen 10 gebildet werden, die überstehende Stegbereiche aufweisen, die anders ausgebildet sind als die weiter oben beschriebenen, sich ausgehend von einer ersten Länge L1 verbreiternden Stegbereiche 10b, 10b', 10c, 10c', beispielsweise bei überstehenden Stegbereichen, wie sie in der
Bei allen weiter oben beschriebenen Beispielen kann ein streifenförmiger Stegbereich 10a mit einer Breite d verwendet werden, die größer ist als die Breite dR bei einem Halbleiterlaserchip 1, der einen Steg 10 mit geringer Stegbreite aufweist, wie er in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 8396091 [0014, 0063, 0082]US8396091 [0014, 0063, 0082]
- DE 102008014093 A1 [0016]DE 102008014093 A1 [0016]
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4521567A4 (en) * | 2023-07-19 | 2025-09-17 | Suzhou Everbright Photonics Co Ltd | Edge-emitting light-emitting semiconductor structure and manufacturing method therefor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008014093A1 (en) | 2007-12-27 | 2009-07-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge-emitting semiconductor laser chip with at least one current barrier |
| US8396091B2 (en) | 2011-01-31 | 2013-03-12 | Technische Universitat Berlin | Device comprising a laser |
| DE102013220641A1 (en) | 2013-10-14 | 2015-04-16 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser with unilaterally broadened Ridgestruktur |
| US20170047480A1 (en) | 2014-04-25 | 2017-02-16 | Sony Corporation | Semiconductor optical device and display device |
| DE102016113071A1 (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser diode |
-
2021
- 2021-09-30 DE DE102021211000.2A patent/DE102021211000B4/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008014093A1 (en) | 2007-12-27 | 2009-07-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge-emitting semiconductor laser chip with at least one current barrier |
| US8396091B2 (en) | 2011-01-31 | 2013-03-12 | Technische Universitat Berlin | Device comprising a laser |
| DE102013220641A1 (en) | 2013-10-14 | 2015-04-16 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser with unilaterally broadened Ridgestruktur |
| US20170047480A1 (en) | 2014-04-25 | 2017-02-16 | Sony Corporation | Semiconductor optical device and display device |
| DE102016113071A1 (en) | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser diode |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4521567A4 (en) * | 2023-07-19 | 2025-09-17 | Suzhou Everbright Photonics Co Ltd | Edge-emitting light-emitting semiconductor structure and manufacturing method therefor |
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| Publication number | Publication date |
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