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WO2018091527A1 - Halbleiterlaser - Google Patents

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WO2018091527A1
WO2018091527A1 PCT/EP2017/079315 EP2017079315W WO2018091527A1 WO 2018091527 A1 WO2018091527 A1 WO 2018091527A1 EP 2017079315 W EP2017079315 W EP 2017079315W WO 2018091527 A1 WO2018091527 A1 WO 2018091527A1
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WO
WIPO (PCT)
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waveguide
region
semiconductor laser
active zone
partial region
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/079315
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Lauer
Tomasz Swietlik
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
Priority to US16/347,026 priority Critical patent/US10826276B2/en
Priority to CN201780071378.2A priority patent/CN109964375B/zh
Publication of WO2018091527A1 publication Critical patent/WO2018091527A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32316—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm comprising only (Al)GaAs

Definitions

  • the laser diodes For laser diodes high efficiency and high beam quality are desired. For high efficiency even at high powers, the laser diodes should have low electrical series resistance. Depending on the application, laser diodes should be specific
  • Laser diodes are determined by changes in the
  • Layer structure not easily adjustable independently. In order to achieve a high level of efficiency, it is also intended to prevent as far as possible leakage currents which, in particular, occur at high temperatures and / or high operating currents.
  • An object is to provide a semiconductor laser with improved efficiency. At the same time, a semiconductor laser with a plurality of degrees of freedom for adjusting the electrical series resistance, the vertical
  • a semiconductor laser it has an active zone and a waveguide.
  • the active zone has an active layer, which is set up in the operation of the semiconductor laser for generating electromagnetic radiation.
  • the waveguide is set up to guide the electromagnetic radiation generated during operation of the semiconductor laser within the semiconductor laser.
  • the waveguide has at least a partial region formed of a compound semiconductor material, wherein a proportion of a material of the compound semiconductor material in the entire partial region gradually increases along the vertical direction toward the active region, thereby
  • Refractive index of the partial region to the active zone gradually decreases. Gradually means monotonous in small steps.
  • the active region includes an n-side layer and a p-side layer, the active layer between the side in ⁇ layer and the p-side layer.
  • the semiconductor laser is a laser diode
  • the side in ⁇ layer of the active zone is arranged in the vertical direction between the active layer and an n-side region of the waveguide.
  • the n-side and p-side layers may form secondary pits of the active region of the semiconductor laser.
  • the active layer is embedded directly in the waveguide, whereby the
  • Semiconductor laser can be free of secondary pots.
  • the subregion of the waveguide is made of an aluminum-containing and / or phosphorus-containing
  • Compound semiconductor material formed wherein an aluminum content (Al content) and / or a phosphorus content (P content) increases gradually in the entire subregion along the vertical direction towards the active zone towards / increases. Within the Partial region thus decreases the AI-portion or P-portion with increasing vertical distance from the active zone gradually, that is approximately monotonously in small steps.
  • Carrier mobility increases disproportionately with reduction of the Al content, while the refractive index increases only approximately proportionally. Due to the partial region with a gradually decreasing proportion of AI away from the active zone, the charge carrier mobility increases disproportionately as the distance from the active zone increases, as a result of which the series resistance undergoes a clear change.
  • Waveguide reduces in which the influence on the
  • Waveguide can be based on a Reference semiconductor laser, the vertical near field width and
  • Main extension surface of the active zone is directed.
  • the vertical direction is parallel to one
  • a lateral direction is generally understood to mean a direction along, in particular parallel to, the
  • Main extension area of the active zone runs.
  • the lateral direction is directed perpendicular to a longitudinal direction, which is approximately the
  • the radiation generated during operation of the semiconductor laser is radiated in particular in a longitudinal direction, ie in a direction which is directed transversely or substantially perpendicular to the vertical and the lateral direction.
  • the semiconductor laser may include a semiconductor body epitaxially deposited or disposed on a substrate of the semiconductor laser.
  • the semiconductor body may comprise only semiconductor layers.
  • the semiconductor laser may include a semiconductor body epitaxially deposited or disposed on a substrate of the semiconductor laser.
  • the semiconductor body may comprise only semiconductor layers.
  • Semiconductor body the active zone, the waveguide and possible cladding layers of the semiconductor laser.
  • Compound semiconductor material may be aluminum-containing or phosphorus-containing.
  • the waveguide is an aluminum-containing and / or a phosphorus-containing
  • a change, in particular an absolute change in the proportion of the one material within the subregion is at least 0.5%, preferably between 0.5% and 20%, for example between 1% and 10% or between 1% and 5%, between 1% and 3%.
  • this may be a change in the Al content and / or P content of the compound semiconductor material.
  • Compound semiconductor material can be determined by the proportion x or y in a ratio formula such as Al x Gai x - y In y N with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 or in a
  • Relative formula such as Al x Gai x Asy y P y with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 are given.
  • Al content x in the entire partial region increases from 0.1 to 0.2 along the vertical direction toward the active region
  • a semiconductor laser described here can, depending on the intended emission wavelength on AlGaAs,
  • the waveguide has a p-side region.
  • the active zone is arranged in the vertical direction between the in ⁇ side region and the p-side region.
  • the partial region can gradually with the active zone
  • the p-side region and the n-side region of the waveguide may each have a partial region whose AI component or P component is distributed along the vertical in the entire respective partial region
  • the waveguide may have an n-side partial region and a p-side partial region whose Al component or P component is reduced with increasing distance from the active zone.
  • the subregions may be formed asymmetrically.
  • the waveguide has two spatially spaced-apart partial regions each with a portion of the one material gradually increasing toward the active zone, for example the Al component or the P component.
  • the waveguide includes an n-side region associated with the n-side region and a p-side associated with the p-side region Subregion.
  • the one partial region can be a vertical one
  • the waveguide is formed so that a profile of the portion of a material, such as the Al content, the side in ⁇ sub-region and a gradient of the proportion of a material, such as the Al content, the p side subregion in each case the shape of a gradually toward the active zone
  • the p-side part region has a smaller vertical extension, and a lower vertical distance from the active region than the side in ⁇ part region.
  • the p-side region may have a higher average Al content than the n-side part region.
  • an electron barrier can be formed which impedes or prevents an exit of the electrons from the active zone and thus suppresses leakage currents.
  • the p-side partial region it is also possible for the p-side partial region to have a lower average Al content than the n-side partial region, so that it is also possible for a
  • the electron or hole barrier are mainly or
  • the partial region of the waveguide directly adjoins the active zone.
  • the subregion of the waveguide it is possible for the subregion of the waveguide to be formed through the entire n-side region or through the entire p-side region of the waveguide. Alternatively, it is also possible that the
  • Partial region with the portion of the one material gradually increasing towards the active zone, for example, Al portion is formed only by a portion of the n-side or p-side portion of the waveguide.
  • the waveguide has an inner edge-side partial area, which is arranged in the vertical direction between the partial region and the active zone.
  • the partial region is in this case at least by the inner peripheral portion of the active zone spaced.
  • the peripheral part of the waveguide can be n-sided or p-sided.
  • the edge borders are n-sided or p-sided.
  • the partial region preferably has a smaller average proportion of the one material, for example a smaller average proportion of AI, than the inner peripheral side
  • the sub-region may have a higher refractive index than the inner edge-side subregion, whereby a desired waveguide is achieved in the waveguide.
  • the inner peripheral portion of the waveguide is preferably formed such that its portion of a
  • Material preferably its Al content along the vertical direction towards the active zone is substantially constant or remains constant or even decreases.
  • one is average Al content of the inner peripheral portion higher than a mean Al component of the partial region.
  • the Al content is thus reduced overall from a certain distance, which is approximately given by the vertical layer thickness of the inner edge-side partial region, from the active zone.
  • the active zone and its properties can be virtually unaffected compared to an active zone of a reference structure, for example in existing products with established high-precision manufacturing processes, while the series resistance is reduced overall. Also the beam quality or
  • Beam divergence can be substantially preserved. This is due to the fact that the gradual change in the proportion of one material, such as the AI content in a subregion or in subregions of the waveguide
  • the variation in the proportion of one material, preferably the Al content has a greater positive influence on the series resistance than on the waveguide and thus on the beam divergence.
  • Waveguide thus contributes to increasing the efficiency of the semiconductor laser, without sacrificing other characteristics of the
  • the waveguide has a further, in particular outer edge-side subarea, wherein the subregion is arranged between the further edge-side subarea and the active zone.
  • a portion of the one material, such as an AI or P portion, of the outer peripheral portion may remain constant or decrease along the vertical direction toward the active zone, particularly gradually lose weight.
  • the outer peripheral portion may have a higher refractive index than the partial region due to its material composition or Al or P moieties.
  • the semiconductor laser has a cladding layer which adjoins the outer edge-side subregion.
  • the outer edge-side subregion preferably has a greater refractive index than the cladding layer.
  • the waveguide can have both an n-side and a p-side outer edge-side portion.
  • the partial region with the portion of the one material gradually increasing toward the active zone is an n-side partial region, that is to say a partial region of the n-side region of the waveguide
  • the n-side partial region has a vertical layer thickness, in particular of at least 0.1 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, 0.5 ⁇ m, approximately at least 0.8 ⁇ m or 1 ⁇ m or at least 1.5 ⁇ m.
  • the n-side sub-region has a vertical layer thickness between 0.1 ym and 4 ym inclusive, approximately between 0.1 ym and 3 ym, inclusive
  • the partial region is formed with the portion of the one material gradually increasing toward the active zone, for example Al or P component, through a p-side partial region, that is to say through a partial region of a p-side region of the waveguide.
  • the p-side subregion can be a vertical
  • the part of the region forming p-side portion of the waveguide may have a vertical layer thickness between 0.1 ym and 4 ym inclusive, between about 0.1 ym and 2 ym or between
  • this has an electron barrier and / or a
  • Waveguide or in a boundary region or in boundary regions between the waveguide and the active zone is / is formed.
  • Holes barrier can be formed within the waveguide, for example in an immediate edge region of the waveguide to the active zone.
  • a sufficiently high energy barrier can as a rule have a high contrast with respect to the material composition and / or in one
  • Increased doping region may be formed at or in the vicinity of the boundary region of the waveguide to the active zone.
  • Material composition and / or doping in the vicinity of the active zone leads to undesirable disadvantages, such as reduced mode stability, altered near field and far field and / or increased losses for the light circulating the active zone.
  • Particularly preferred is the
  • electron barrier or the hole barrier formed by the fact that the waveguide at its n-side boundary region to the active zone has a first Al portion and at a p-side boundary region to the active zone a different from the first Al portion second Al component.
  • Waveguide can be generated.
  • Electron barrier and hole barrier can reduce the leakage current, without doing the above undesirable
  • the energy barrier may be formed on the n-side against hole leakage currents or on the p-side against electron leakage currents or on both sides.
  • this has a p-side cladding layer.
  • the partial region with the portion of the one material gradually increasing towards the active zone, for example Al or P component, can pass through a partial region of the n-side region of the waveguide
  • the active zone such as the p-side layer of the active zone, directly adjoins the p-side cladding layer.
  • the active zone or p-side layer of the active zone may be defined exclusively by a p-side region of the
  • Waveguide is spaced from the p-side cladding layer, wherein the p-side region may have a maximum layer thickness of 0.01 ym, 0.1 ym or 0.5 ym or 2 ym.
  • the semiconductor laser is free or substantially free of a p-side region of the waveguide.
  • the semiconductor laser is free or substantially free of a p-side region of the waveguide.
  • the semiconductor laser it is designed as a ridge laser.
  • the semiconductor laser has a ridge protruding in the vertical direction as a p-side waveguide with respect to the lateral direction.
  • the web in particular a smaller lateral width and / or length than the active zone.
  • the bridge can be a
  • the p-side waveguide may have a local variation of the proportion of one material, preferably of the AI or P component, and thus an associated local refractive index change, which is preferably set up to adapt the lateral waveguide inside and below the web.
  • Far field of the semiconductor laser can be adjusted by the design of the web depending on the application.
  • the p-side subregion may also be outside the ridge.
  • the series resistance is determined in particular by the Al content in the entire waveguide.
  • the vertical beam divergence and the vertical far field width are predominantly by the AI shares in the determined active zone facing portions or inner edges of the waveguide.
  • leakage currents can be suppressed by local energy barriers.
  • the energy barrier is formed in particular by different Al components only in the inner edges of the waveguide.
  • Other parameters of the semiconductor laser such as
  • Waveguide determined.
  • various characteristics or parameters of the semiconductor laser can be adjusted at least partially independently of each other by a gradual variation of the Al content in one or more subregions of the waveguide.
  • Such parameters are for example
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of a semiconductor laser in a schematic sectional view
  • FIG. 1B shows a further exemplary embodiment of a
  • Figure 2A is a schematic representation of
  • Figure 2B is a schematic representation of the refractive index as a function of the Al content in a layer of a
  • Figures 3A to 9B are schematic representations of
  • Figure 10 is a schematic representation of a comparison of vertical far-field divergences of different
  • Embodiments of a semiconductor laser Embodiments of a semiconductor laser.
  • FIG. 1A An exemplary embodiment of a semiconductor laser is shown schematically in FIG. 1A in a sectional view in the xz plane, where x denotes a lateral direction and z denotes a vertical direction. Another lateral
  • Direction y approximately the longitudinal direction, which approximately indicates the resonator direction, is directed perpendicular to the x-direction.
  • Direction y approximately the longitudinal direction, which approximately indicates the resonator direction, is directed perpendicular to the x-direction.
  • ZZ x- line are in the following figures 3A to 9B further parameters of
  • the semiconductor laser 10 has a semiconductor body 3 arranged in the vertical direction between a substrate 5 and a contact layer 6 is arranged.
  • the substrate 5 is a growth substrate on which the semiconductor body 3 is approximately epitaxially deposited.
  • the semiconductor body 3 has an active zone 1 and a waveguide 2.
  • the active region 1 has an n-side layer 11, a p-side layer 12, and an active layer 13 disposed between the n-side layer 11 and the p-side layer 12.
  • the active layer 13 is for generating electromagnetic radiation
  • the semiconductor laser 10 is an edge-emitting semiconductor laser in which the radiation emitted during operation of the semiconductor laser is coupled out on a vertical side surface of the semiconductor laser in a direction transverse, approximately perpendicular to this surface.
  • the waveguide 2 is for guiding the operation of the
  • the waveguide 2 is preferably designed such that at least 50%, preferably at least 70%, 80% or at least 90% of the total intensity of the fundamental mode of the laser is concentrated within the waveguide 2.
  • the waveguide 2 has an n-side region 21 and a p-side region 22.
  • the n-side region 21 can have a partial region or a plurality of partial regions 21a, 21b or 21c.
  • the p-side region 22 can have a partial region or a plurality of partial regions 22a, 22b or 22c. It is possible that the n-side layer 11 and the p-side layer 12 partially contribute to the guiding of the fundamental mode.
  • the n-side layer 11 and the p-side layer 12 of the active region 1 may have a so-called secondary pot of the waveguide 2 form.
  • the n-side layer 11 and the p-side layer 12 preferably each have a higher refractive index than a partial region 21a or 22a which adjoins the n-side layer 11 or the p-side layer 12.
  • These sections 21a and 22a are here as inner edge-side portions of the
  • Waveguide 2 denotes.
  • the semiconductor laser 10 has an n-side cladding layer 31 and a p-side cladding layer 32, wherein the
  • Waveguide 2 is arranged in the vertical direction between the in ⁇ side cladding layer 31 and the p-side cladding layer 32.
  • the cladding layers 31 and 32 generally have a smaller refractive index than a subregion 21c or 22c of the waveguide 2.
  • the subregions 21c and 22c, each of which adjoins a cladding layer 31 or 32, are here referred to as outer edge-side subregions of the waveguide 2 denotes.
  • Waveguide 2 may differ in their material composition, doping and / or layer thicknesses.
  • the semiconductor body 3 is based in particular on a III-V or II-VI compound semiconductor material.
  • the waveguide 2 is based on an aluminum-containing compound semiconductor material.
  • the waveguide 2 preferably has a partial region 210 or 220, which consists of an aluminum-containing and / or phosphorus-containing
  • Compound semiconductor material is formed.
  • a change in the AI and / or P content has direct
  • Subregion 210 and / or 220 are varied such that a series resistance is kept low at least within these subregions, while the waveguide property of the waveguide 2 remains substantially unchanged.
  • the series resistance and the beam divergence are varied such that a series resistance is kept low at least within these subregions, while the waveguide property of the waveguide 2 remains substantially unchanged.
  • the far field width of the semiconductor laser 10 can be set slightly more independent from each other.
  • the Al content of the waveguide 2 in the sub-region 210 or 220 is gradually reduced as the distance from the active region 1 increases.
  • the sub-region 210 or 220 may be formed by a portion of the waveguide 2, approximately as shown in Figure 1A by the portion 21b or 22b. Deviating from FIG. 1A, it is also conceivable that the partial region 210 or 220 is formed by a different partial region than 21b or 22b of the waveguide 2.
  • the waveguide 2 has two spatially spaced partial regions 210 and 220, each having an Al component, which is preferably directed toward the active zone 1 along the vertical direction increases, in particular gradually increases.
  • the side in the sub-region 210 ⁇ 21 is the n-side region of the
  • layer thicknesses, Al contents and / or dopings with respect to the active zone 1 may be formed asymmetrically. Deviating from FIG. 1A, it is also possible for the semiconductor 10 to be free from
  • peripheral portions 21a, 21c, 22a and / or 22c are also possible. It is also possible for the semiconductor laser 10 to be free or substantially free of the p-type region 22. In this case, the
  • Waveguide layers on or only a particularly thin p-side region 22 can as
  • Broad strip laser be formed.
  • Wide stripe laser generates radiation, in particular over the entire lateral width of the active layer 13
  • the semiconductor laser 10 is a web laser
  • the web 7 has smaller lateral expansions than the active zone 1, the active layer 13 or the substrate 5.
  • charge carriers are preferably impressed in the region of the ridge 7 in the active zone 1, so electromagnetic radiation is generated more frequently in regions of the active layer 13, which are covered in a top layer of the web 7.
  • the contact layer 6 is formed, for example, on the basis of its geometry such that it electrically contacts the active zone 1 only in the region of the web 7.
  • the web 7 comprises the p-side cladding layer 32 and at least one subregion 22b of the n-side
  • the web 7 can thus be configured as a p-side waveguide for lateral waveguide, wherein the p-side waveguide, a local variation of the Al content and a local associated
  • the web 7 comprises the p-side subregion 220. Notwithstanding FIG. 1B, it is possible for the subregion 22b, which in particular forms the subregion 220, to be at least partially or
  • FIG. 2A shows a normalized charge carrier mobility B, in particular hole mobility, as a function of the Al content x in Al x Gai x As with 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • Hole Mobility B decreases with increasing Al content x to about 0.6 and increases from about 0.6 to 1 again.
  • FIG. 2B shows the refractive index of Al x Gai x As with 0 ⁇ x ⁇ 1 as a function of the AI component x.
  • Refractive index n decreases monotonously with increasing Al content x.
  • the refractive index n is at a
  • Wavelength of about 970 nm determined.
  • FIG. 3A schematically shows the profile of band gap E and refractive index n of a conventional epitaxial structure for a semiconductor laser along a vertical direction.
  • Waveguide 2 in this case have along the vertical direction in each case a constant Al content. Accordingly, the band gap and the refractive index remain n of the
  • FIG. 3B shows a profile with respect to the bandgap of a comparative example for a semiconductor laser.
  • FIG. 3C shows a refractive index profile corresponding to FIG. 3B of a comparative example for a semiconductor laser.
  • the layer structure shown in FIG. 3B and in FIG. 3C corresponds to that shown in FIG. 3A
  • the substrate 5 and the contact layer 6 are schematic
  • Layer structure is used below as a reference structure for explaining further layer structures of different semiconductor lasers with varying Al content in the waveguide 2 and the associated technical effects.
  • the layer structure for a semiconductor laser 10 shown in FIG. 4A essentially corresponds to that in FIG Figure 3B illustrated reference structure.
  • the waveguide 2 has an n-side partial region 210 and a p-side partial region 220, wherein an Al component and thus the band gap E in the entire n partial region 210 or in the entire p partial region 220 along a
  • the proportion of Al in the respective partial region 210 or 220 gradually decreases with increasing vertical distance from the active zone 1. This is manifested by the corresponding band gap profile in FIG. 4A or by the refractive index profile in FIG. 4B.
  • the n-side partial region 210 is formed by a partial region 21b of the n-side region 21 of the waveguide 2.
  • the n-side subregion 210 may have a vertical layer thickness between 0.1 ym and 4 ym inclusive.
  • the in-side region 21 has a further partial region 21a, which adjoins both the partial region 210 and the active zone 1. In the vertical direction, the n-side partial region 210 is spaced from the active zone 1 by this inner peripheral portion 21a.
  • the portion 21a may have a vertical layer thickness between 0.1 ym and 4 ym inclusive.
  • the other has
  • the p-side region 22 of the waveguide 2 has a p-side partial region 220, which is formed by a partial region 22b of the p-side region 22.
  • the p-side subregion 220 may have a vertical layer thickness between 0.1 ym and 4 ym inclusive.
  • the proportion of Al gradually decreases with increasing distance from the active zone 1.
  • the p-side region 22 has a further partial region 22a, which is arranged in the vertical direction between the p-side partial region 220 and the active zone 1.
  • the partial region 22a may have a vertical layer thickness of between 0.1 ⁇ m and 4 ⁇ m.
  • the further subarea 22a adjoins, in particular, the active zone 1 and is therefore an internal one
  • the further subarea 22a has a constant Al component which is, in particular, higher than an average Al component of the p-side subregion 220.
  • the n-side borders Subregion 210 and the p-side subregion 220 each to a cladding layer 31st
  • Subregion 220 take the form of a gradually increasing towards the active zone 1 ramp. Such ramps are indicated schematically in FIGS. 4A and 4B by En and Ep in the band gap profile or by Rn and Rp in the refractive index profile.
  • the bandgap profile E in the respective subregions 210 and 220 each has a ramp En or Ep which is analogous to the ramp with respect to the change in the Al component.
  • the refractive index profile n has, in the respective subregions 210 and 220, a respective ramp Rn or Rp which is opposite to the ramp with respect to the change of the Al component.
  • the vertical optical near field and thus the vertical optical far field mainly by the vertical guidance in the areas 21 and 22 of the
  • Waveguide 2 optionally including the layers 11 and 12 of the active zone 1 determined.
  • the optical intensity is concentrated vertically in the region of the active zone 1 and falls off to the outer peripheral portions of the waveguide 2 out. Therefore, the shape of the near field and the far field become largely from the vicinity of the active zone 1 and to a lesser extent from the peripheral portions of the active zone 1
  • Waveguide 2 determined. In contrast, the hangs
  • the vertical far field width is thus determined predominantly by the Al components at the edge regions of the waveguide 2 facing the active zone 1.
  • the Al content remains in the inner peripheral side
  • Subregions 21a and 22a (see FIGS. 4A and 4B)
  • the vertical far field width is only slightly or hardly influenced by the variation of the AI components in the subregions 210 and 220.
  • a lower series resistance of the semiconductor laser 10 can be achieved become. The reduction of the series resistance is thus achieved predominantly by the variation of the AI components at the regions 21b and 22b of the waveguide 2 facing away from the active zone 1, which form the partial regions 210 and 220 in FIGS. 4A and 4B.
  • the layer structure of a semiconductor laser 10 shown in FIGS. 3B to 4B has the same vertical
  • Semiconductor laser 10 can be achieved.
  • FIG. 5A The exemplary embodiment illustrated in FIG. 5A for a layer structure of the semiconductor laser 10 corresponds to FIG
  • the partial regions 210 and 220 directly adjoin the active zone 1.
  • the partial regions 210 and 220 thus comprise the inner edge-side partial regions 21a
  • Waveguide 2 further outer edge-side portions 21c and 22c, wherein the n-side partial region 210 between the n-side outer edge-side portion 21c and the active zone 1 is arranged and wherein the p-side
  • Partial region 220 between the p-side outer peripheral portion 22c and the active zone 1 is arranged.
  • the further partial regions 21c and 22c can each have an AI component which remains constant along the vertical direction toward the active zone 1.
  • the exemplary embodiment of a layer structure illustrated in FIG. 5B substantially corresponds to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5A for a layer structure for a semiconductor laser.
  • the outer peripheral portion 21c of the waveguide 2 has an Al content decreasing along the vertical direction toward the active region 1. This manifests itself in the
  • the waveguide 2 has a further partial region 21d approximately with a constant Al component, wherein the further partial region 21d is arranged in the vertical direction between the outer edge-side partial region 21c and the n-side partial region 210.
  • the exemplary embodiment for a layer structure illustrated in FIG. 5C essentially corresponds to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5A for a layer structure
  • n-side region 21 of the waveguide 2 has an inner edge side
  • Partial region 21 a which is arranged in the vertical direction between the n-side partial region 210 and the active zone 1.
  • the exemplary embodiment of a layer structure illustrated in FIG. 5D essentially corresponds to the layer structure illustrated in FIG. 5C.
  • the p-side region 22 of the waveguide 2 has an inner edge-side portion 22a, wherein the p-side
  • Partial region 220 is spaced from the active zone 1 by the portion 22a.
  • the exemplary embodiment for a layer structure of a semiconductor laser 10 illustrated in FIGS. 6A and 6B essentially corresponds to the exemplary embodiment for a layer structure illustrated in FIGS. 4A and 4B.
  • the p-side partial region 220 has a significantly smaller vertical layer thickness than the n-side
  • Partial region 210 Partial region 210.
  • the vertical layer thickness of the partial region 220 in Figures 6A and 6B may be between 0.1 ym and 4 ym inclusive.
  • the semiconductor laser 10 has an electron barrier 42 formed in a boundary region of the waveguide 2 to the active region 1.
  • the electron barrier 42 is through
  • the p-side portion 22a has a higher Al content than the p-side portion 21a.
  • Electron barrier 42 exclusively formed by different Al components in the inner edge-side portions 21a and 22a. Quite analogously, a hole barrier layer by appropriate adjustment of the AI shares in the
  • edge-side portions 21a and 22a are formed.
  • the peripheral portion 21a may have a higher Al content than the p-side peripheral portion 22a.
  • the Al content in the waveguide 2 can be compensated again.
  • Edge regions to the active zone 1 a reduction of leakage currents can be achieved, with undesirable disadvantages such as reduced mode stability, altered near field or Far field and / or increased losses, such as in an abrupt particularly strong change in the
  • Hole barrier can occur, can be avoided.
  • Figures 7A and 7B show a comparative example to the embodiment shown in Figures 6A and 6B.
  • FIGS. 7A and 7B have a comparable vertical far field divergence of approximately 16 ° (half width). Compared to FIGS. 6A and 6B, that shown in FIGS. 7A and 7B
  • Embodiment has an increased vertical total height by a few ym.
  • FIG. 8A The exemplary embodiment for a layer structure of a semiconductor laser illustrated in FIG. 8A corresponds to FIG.
  • n-edge-side partial region 21a has a higher Al component and thus an increased band gap with respect to the p-lateral partial region 22a. Accordingly, at the Valence band edge Ev a hole barrier 41 formed, which is approximately shown in Figure 8B schematically.
  • FIG. 8C The exemplary embodiment for a layer structure of a semiconductor laser illustrated in FIG. 8C corresponds to FIG
  • the p-edge-side subarea 22a in FIG. 8C has a higher Al content than the n-edge-side subarea 21a. Accordingly, at the
  • FIG. 9A shows an example of an embodiment
  • the p-side region 22 of the waveguide 2 is free of a partial region 220 with a varying Al content.
  • the p-side region 22 has only a partial region 22a, which has a particularly small vertical layer thickness.
  • the active zone 1 is only spaced from the p-side cladding layer 32 by a particularly thin p-side region 22a of the waveguide 2.
  • the partial region 22a has, in particular, a constant Al component along its vertical extent.
  • the semiconductor laser 10 is substantially free or free from a p-side region of the semiconductor laser 10
  • the Semiconductor laser 10 with particularly thin or without real p-waveguide layers executed.
  • suppression of higher vertical modes in such a semiconductor laser is particularly difficult.
  • Refractive index jump between the n-side region 2 and the n-side cladding layer 31 often lead to high efficiency losses.
  • Electromagnetic radiation undergoes a comparatively larger waveguide in said subregions. This can lead to higher propagation losses for higher modes
  • Subregion 220 amplified suppressed. This applies to all embodiments described here and in particular also to semiconductor lasers with a particularly thin p-side region 22 of the waveguide 2 or without a true p-waveguide. Overall, the efficiency of the semiconductor laser and the stability against sudden power leaps can be increased by improved suppression of undesired, approximately higher vertical modes. For the desired mode, usually the basic mode, it is conceivable that the
  • Waveguide in the layers 11 and 12 of the active zone 1 or in the adjacent to the active zone 1 portions of the waveguide 2 is approximately reinforced with respect to the reference structure, such as by increasing the corresponding
  • FIG. 10 shows a comparison of a vertical one
  • Variation of the AI content in the waveguide 2 (curve D2).
  • the semiconductor laser associated with the curve D2 differs from the semiconductor laser associated with the curve D1
  • Sub-region 220 of waveguide 2 may thus have vertical far-field divergence depending on use and more specific
  • Subregion of a waveguide a series resistance of a semiconductor laser can be reduced, the Waveguide quality is maintained at the same time. Also, some key figures of the semiconductor laser, such as
  • Series resistance, vertical beam divergence and / or an aspect ratio of the beam divergences in the vertical and lateral directions be influenced by targeted variation of the proportion of a material in the waveguide independent of each other.

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Abstract

Es wird ein Halbleiterlaser (10) mit einer aktiven Zone (1) und einem Wellenleiter (2) angegeben, bei dem die aktive Zone eine aktive Schicht (13) aufweist, die im Betrieb des Halbleiterlasers zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Der Wellenleiter ist zur Führung der im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugten elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Halbleiterlasers eingerichtet. Der Wellenleiter weist eine Teilregion (210, 220) auf, die aus einem Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, wobei ein Anteil eines Materials des Verbindungshalbleitermaterials in der gesamten Teilregion entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin graduell ansteigt, wodurch ein Brechungsindex der Teilregion zur aktiven Zone hin graduell abnimmt.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASER Es wird ein Halbleiterlaser angegeben.
Bei Laserdioden sind hohe Effizienz und hohe Strahlqualität erwünscht. Für hohe Effizienz auch bei hohen Leistungen sollen die Laserdioden geringe elektrische Serienwiderstände aufweisen. Je nach Anwendung sollen Laserdioden bestimmte
Abstrahlcharakteristika aufweisen, beispielsweise vorgegebene Aspektverhältnisse bezüglich der Strahldivergenzen in
vertikaler und lateraler Richtung. In der Praxis werden zumeist geringe Werte von Serienwiderstand und vertikaler Strahldivergenz beziehungsweise Strahlparameterprodukt angestrebt. In der Regel sind der Serienwiderstand und die vertikale Strahldivergenz durch die Schichtstruktur der
Laserdiode bestimmt und sind durch Änderungen der
Schichtstruktur nicht ohne Weiteres unabhängig voneinander einstellbar. Zur Erzielung einer hohen Effizienz sollen außerdem Leckströme, die insbesondere bei hohen Temperaturen und/oder hohen Betriebsströmen verstärkt auftreten, möglichst unterbunden werden. Eine Aufgabe ist es, einen Halbleiterlaser mit verbesserter Effizienz anzugeben. Zugleich soll ein Halbleiterlaser mit einer Mehrzahl von Freiheitsgraden zur Einstellung des elektrischen Serienwiderstandes, der vertikalen
Strahldivergenz und/oder von der lateralen Strahldivergenz angegeben werden.
In mindestens einer Ausführungsform eines Halbleiterlasers weist dieser eine aktive Zone und einen Wellenleiter auf. Die aktive Zone weist eine aktive Schicht auf, die im Betrieb des Halbleiterlasers zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Der Wellenleiter ist zur Führung der im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugten elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Halbleiterlasers eingerichtet. Der Wellenleiter weist zumindest eine Teilregion aufweist, die aus einem Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, wobei ein Anteil eines Materials des Verbindungshalbleitermaterials in der gesamten Teilregion entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin graduell ansteigt, wodurch ein
Brechungsindex der Teilregion zur aktiven Zone hin graduell abnimmt. Graduell bedeutet etwa monoton in kleinen Schritten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers enthält die aktive Zone eine n-seitige Schicht und eine p- seitige Schicht, wobei die aktive Schicht zwischen der in ¬ seitigen Schicht und der p-seitigen Schicht angeordnet ist. . Zum Beispiel ist der Halbleiterlaser eine Laserdiode,
insbesondere eine kantenemittierende Laserdiode. Die in ¬ seitige Schicht der aktiven Zone ist in vertikaler Richtung zwischen der aktiven Schicht und einem n-seitigen Bereich des Wellenleiters angeordnet. Die n-seitige und p-seitige Schicht können Nebentöpfe der aktiven Zone des Halbleiterlasers bilden. Alternativ ist es möglich, dass die aktive Schicht direkt im Wellenleiter eingebettet ist, wodurch der
Halbleiterlaser frei von Nebentöpfen sein kann.
Bevorzugt ist die Teilregion des Wellenleiters aus einem aluminiumhaltigen und/oder phosphorhaltigen
Verbindungshalbleitermaterial gebildet, wobei ein Aluminium- Anteil (AI-Anteil) und/oder ein Phosphor-Anteil (P-Anteil) in der gesamten Teilregion entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin graduell ansteigen/ansteigt. Innerhalb der Teilregion nimmt der AI-Anteil oder P-Anteil mit wachsendem vertikalem Abstand von der aktiven Zone somit graduell, das heißt etwa monoton in kleinen Schritten, ab. Durch eine solche Ausgestaltung bevorzugt mit gradueller
Veränderung des AI-Anteils im Wellenleiter kann die Qualität der Wellenleitung beibehalten werden, wobei der
Serienwiderstand des Halbleiterlasers insgesamt reduziert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die
Ladungsträgerbeweglichkeit bei Reduktion des AI-Anteils überproportional ansteigt, während der Brechungsindex nur näherungsweise proportional ansteigt. Aufgrund der Teilregion mit von der aktiven Zone weg graduell abnehmendem AI-Anteil nimmt die Ladungsträgerbeweglichkeit mit größer werdendem Abstand von der aktiven Zone überproportional zu, wodurch der Serienwiderstand eine deutliche Änderung erfährt.
Gleichzeitig werden Eigenschaften des Wellenleiters bezüglich der Wellenleitung aufgrund der vergleichsweise geringeren Änderung des Brechungsindex nur geringfügig beeinflusst. Der AI-Anteil wird daher bevorzugt in der Teilregion des
Wellenleiters reduziert, in der der Einfluss auf den
Widerstand größer ist als auf die Wellenleitung und somit auf die Nah- und Fernfelddivergenz. Insofern können Kennzahlen des Halbleiterlasers, wie
Serienwiderstand und Strahldivergenz, etwas unabhängiger voneinander etwa als bei einem Standardhalbleiterlaser eingestellt werden, bei dem ausschließlich ein für den ganzen n-seitigen oder p-seitigen Wellenleiterbereich konstant hoher oder gar von der aktiven Zone weg zunehmender Anteil des einen Materials verwendet wird. Durch die Variation des
Anteils des einen Materials in der Teilregion des
Wellenleiters können ausgehend von einem Referenzhalbleiterlaser die vertikale Nahfeldbreite und
Fernfeldbreite eines Lasers, die unmittelbar mit der
vertikalen Strahldivergenz zusammenhängen, ganz gezielt in gewissen Grenzen verändert werden, ohne dabei die
Gesamtdicke, die vertikale Position oder andere Eigenschaften der aktiven Zone des Referenzhalbleiterlasers zu verändern. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Weiterentwicklung beziehungsweise Anpassung des Serienwiderstands und/oder der Strahldivergenz in existierenden Produkten mit etablierten hochpräzisen Fertigungsprozessen beziehungsweise bei
Montageprozessen, bei denen sehr genaue Anforderungen an die vertikale Position der Lichtemission des Halbleiterlasers benötigt sind. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung
verstanden, die quer, insbesondere senkrecht zu einer
Haupterstreckungsfläche der aktiven Zone gerichtet ist. Zum Beispiel ist die vertikale Richtung parallel zu einer
Wachstumsrichtung der aktiven Zone gerichtet. Unter einer lateralen Richtung wird allgemein eine Richtung verstanden, die entlang, insbesondere parallel zu der
Haupterstreckungsfläche der aktiven Zone verläuft.
Insbesondere ist die laterale Richtung senkrecht zu einer longitudinalen Richtung gerichtet, die etwa die
Resonatorrichtung des Halbleiterlasers angibt. Bei einem kantenemittierenden Halbleiterlaser wird die im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugte Strahlung insbesondere in eine longitudinale Richtung abgestrahlt, also in eine Richtung, die quer oder im Wesentlichen senkrecht zu der vertikalen und der lateralen Richtung gerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist dieser auf ein III-V- oder auf ein II-VI- Verbindungshalbleitermaterial basiert. Der Halbleiterlaser kann einen Halbleiterkörper aufweisen, der etwa auf einem Substrat des Halbleiterlasers epitaktisch aufgebracht oder angeordnet ist. Der Halbleiterkörper kann ausschließlich Halbleiterschichten aufweisen. Insbesondere umfasst der
Halbleiterkörper die aktive Zone, den Wellenleiter und mögliche Mantelschichten des Halbleiterlasers. Das
Verbindungshalbleitermaterial kann aluminiumhaltig oder phosphorhaltig sein. Insbesondere ist der Wellenleiter auf ein aluminiumhaltiges und/oder ein phosphorhaltiges
Verbindungshalbleitermaterial basiert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers beträgt eine Änderung, insbesondere eine absolute Änderung des Anteils des einen Materials innerhalb der Teilregion mindestens 0,5 %, bevorzugt zwischen einschließlich 0,5 % und 20 %, zum Beispiel zwischen einschließlich 1 % und 10 % oder zwischen 1 % und 5 %, etwa zwischen 1 % und 3 %. Zum Beispiel kann dies eine Änderung des AI-Anteils und/oder P-Anteils des Verbindungshalbleitermaterials sein.
Ein Anteil und/oder eine Änderung des Anteils eines Materials in einer Halbleiterschicht oder in einem
Verbindungshalbleitermaterial können anhand des Anteils x oder y in einer Verhältnisformel wie etwa AlxGai-x-yInyN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 oder in einer
Verhältnisformel wie etwa AlxGai-xAsi-yPy mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 angegeben werden. Wenn der AI-Anteil x in der gesamten Teilregion entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin beispielsweise von 0,1 auf 0,2 ansteigt, beträgt die
Änderung 10 %. Ein hier beschriebener Halbleiterlaser kann je nach beabsichtigter Emissionswellenlänge auf AlGaAs-,
AlGaAsP-, InGaAlP-, AlGaN-, AlGalnN-, GaN-Schichten und auf andere III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien basiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Wellenleiter einen p-seitigen Bereich auf. Die aktive Zone ist in vertikaler Richtung zwischen dem in ¬ seitigen Bereich und dem p-seitigen Bereich angeordnet. Dabei kann die Teilregion mit zur aktiven Zone hin graduell
ansteigendem Anteil des einen Materials dem n-seitigen
Bereich oder dem p-seitigen Bereich des Wellenleiters
zugeordnet sein. Insbesondere können der p-seitige Bereich und der n-seitige Bereich des Wellenleiters jeweils eine Teilregion aufweisen, deren AI-Anteil oder P-Anteil in der gesamten jeweiligen Teilregion entlang der vertikalen
Richtung zur aktiven Zone hin graduell ansteigt. Mit anderen Worten kann der Wellenleiter eine n-seitige Teilregion und eine p-seitige Teilregion aufweisen, deren AI-Anteil oder P- Anteil mit wachsendem Abstand von der aktiven Zone reduziert ist. Die Teilregionen können bezüglich deren Schichtdicken, Materialzusammensetzung, Anteil des einen Materials und/oder Abstand zur aktiven Zone asymmetrisch ausgebildet sein. Durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad kann eine gewünschte vertikale Strahldivergenz oder eine gewünschte vertikale Fernfeldbreite präzise eingestellt werden, ohne andere
Kennzahlen des Halbleiterlasers wesentlich zu beeinflussen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Wellenleiter zwei voneinander räumlich beabstandete Teilregionen jeweils mit zur aktiven Zone hin graduell ansteigendem Anteil des einen Materials, etwa des AI-Anteils oder des P-Anteils auf. Zum Beispiel enthält der Wellenleiter eine dem n-seitigen Bereich zugehörige n-seitige Teilregion und eine dem p-seitigen Bereich zugehörige p-seitige Teilregion. Die eine Teilregion kann eine vertikale
Schichtdicke aufweisen, die höchstens 100 %, etwa zwischen einschließlich 5 % und 95 %, zwischen einschließlich 5 % und 75 % oder zwischen einschließlich 10 % und 50 % oder zwischen einschließlich 25 % und 50 % einer vertikalen Schichtdicke der anderen Teilregion beträgt. Die eine Teilregion kann die p-seitige Teilregion sein und die andere Teilregion kann die n-seitige Teilregion sein, oder umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist der Wellenleiter derart ausgebildet, dass ein Verlauf des Anteils des einen Materials, etwa des AI-Anteils, der in ¬ seitigen Teilregion und ein Verlauf des Anteils des einen Materials, etwa des AI-Anteils, der p-seitigen Teilregion jeweils die Form einer zur aktiven Zone hin graduell
ansteigenden Rampe annehmen. Bevorzugt weist die p-seitige Teilregion eine geringere vertikale Ausdehnung sowie einen geringeren vertikalen Abstand zur aktiven Zone auf als die in ¬ seitige Teilregion. Die p-seitige Region kann einen höheren mittleren AI-Anteil aufweisen als die n-seitige Teilregion. Hierdurch kann eine Energiebarriere im Leitungsband,
insbesondere eine Elektronenbarriere gebildet werden, die einen Austritt der Elektronen aus der aktiven Zone erschwert oder verhindert und somit Leckströme unterdrückt. Alternativ ist es auch möglich, dass die p-seitige Teilregion einen geringeren mittleren AI-Anteil als die n-seitige Teilregion aufweist, sodass es auch möglich ist, dass eine
Löcherbarriere im Wellenleiter zur Unterdrückung von
Leckströmen gebildet ist. Bevorzugt sind die Elektronen- beziehungsweise Löcherbarriere hauptsächlich oder
ausschließlich durch unterschiedliche AI-Anteile in den an die aktive Zone angrenzenden Teilbereichen des Wellenleiters gebildet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers grenzt die Teilregion des Wellenleiters unmittelbar an die aktive Zone an. Dabei ist es möglich, dass die Teilregion des Wellenleiters durch den gesamten n-seitigen Bereich oder durch den gesamten p-seitigen Bereich des Wellenleiters gebildet ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die
Teilregion mit dem zur aktiven Zone hin graduell ansteigenden Anteil des einen Materials, etwa AI-Anteil lediglich durch einen Teilbereich des n-seitigen oder p-seitigen Bereichs des Wellenleiters gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Wellenleiter einen inneren randseitigen Teilbereich auf, der in vertikaler Richtung zwischen der Teilregion und der aktiven Zone angeordnet ist. Die Teilregion ist in diesem Fall zumindest durch den inneren randseitigen Teilbereich von der aktiven Zone beabstandet. Die Teilregion und der
randseitige Teilbereich des Wellenleiters können n-seitig oder p-seitig sein. Insbesondere grenzt der randseitige
Teilbereich sowohl an die Teilregion als auch an die aktive Zone an. Bevorzugt weist die Teilregion einen geringeren mittleren Anteil des einen Materials, etwa einen geringeren mittleren AI-Anteil auf als der innere randseitige
Teilbereich. Aufgrund der unterschiedlichen AI-Anteile kann die Teilregion einen höheren Brechungsindex als der innere randseitige Teilbereich aufweisen, wodurch eine erwünschte Wellenführung im Wellenleiter erzielt ist.
Der innere randseitige Teilbereich des Wellenleiters ist bevorzugt derart ausgebildet, dass dessen Anteil des einen
Materials, bevorzugt dessen AI-Anteil entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin im Wesentlichen konstant ist oder konstant bleibt oder sogar abnimmt. Insbesondere ist ein mittlerer AI-Anteil des inneren randseitigen Teilbereichs höher als ein mittlerer AI-Anteil der Teilregion. Mit
zunehmendem Abstand von der aktiven Zone wird der Al-Gehalt somit insgesamt ab einem gewissen Abstand, der etwa durch die vertikale Schichtdicke des inneren randseitigen Teilbereichs gegeben ist, von der aktiven Zone verringert. Die aktive Zone sowie deren Eigenschaften können im Vergleich zu einer aktiven Zone einer Referenzstruktur, etwa in existierenden Produkten mit etablierten hochpräzisen Fertigungsprozessen, quasi unbeeinflusst bleiben, während der Serienwiderstand insgesamt reduziert ist. Auch die Strahlqualität oder
Strahldivergenz können in Wesentlichen erhalten bleiben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die graduelle Veränderung des Anteils des einen Materials, etwa des AI-Anteils in einer Teilregion oder in Teilregionen des Wellenleiters
stattfindet, die in vertikaler Richtung von der aktiven Zone beabstandet sind. In diesen Teilregionen hat die Variation des Anteils des einen Materials, bevorzugt des AI-Anteils einen größeren positiven Einfluss auf den Serienwiderstand als auf die Wellenleitung und somit auf die Strahldivergenz. Die Variation des AI-Anteils in den Teilregionen des
Wellenleiters trägt somit zur Erhöhung der Effizienz des Halbleiterlasers bei, ohne dabei andere Kennzahlen des
Halbleiterlasers wesentlich zu verändern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist der Wellenleiter einen weiteren, insbesondere äußeren randseitigen Teilbereich auf, wobei die Teilregion zwischen dem weiteren randseitigen Teilbereich und der aktiven Zone angeordnet ist. Ein Anteil des einen Materials, etwa ein AI- Anteil oder P-Anteil, des äußeren randseitigen Teilbereichs kann entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin konstant bleiben oder abnehmen, insbesondere graduell abnehmen. Der äußere randseitige Teilbereich kann aufgrund dessen Materialzusammensetzung oder AI- oder P-Anteile einen höheren Brechungsindex als die Teilregion aufweisen.
Insbesondere weist der Halbleiterlaser eine Mantelschicht auf, die an den äußeren randseitigen Teilbereich angrenzt. Zur Erzielung einer gewünschten Wellenleitung innerhalb des Wellenleiters weist der äußere randseitige Teilbereich bevorzugt einen größeren Brechungsindex als die Mantelschicht auf. Der Wellenleiter kann sowohl einen n-seitigen als auch einen p-seitigen äußeren randseitigen Teilbereich aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Teilregion mit dem zur aktiven Zone hin graduell ansteigenden Anteil des einen Materials, etwa AI- oder P- Anteil durch einen n-seitigen Teilbereich, das heißt einen Teilbereich des n-seitigen Bereichs des Wellenleiters
gebildet. Der n-seitige Teilbereich weist eine vertikale Schichtdicke insbesondere von mindestens 0,1 ym, 0,25 ym, 0,5 ym, etwa mindestens 0,8 ym oder 1 ym oder mindestens 1,5 ym auf. Beispielsweise weist die n-seitige Teilregion eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym, etwa zwischen einschließlich 0,1 ym und 3 ym oder
zwischen einschließlich 0,1 ym und 2 ym oder zwischen
einschließlich 0,1 ym und 1 ym, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist die Teilregion mit dem zur aktiven Zone hin graduell ansteigenden Anteil des einen Materials, etwa AI- oder P- Anteil durch einen p-seitigen Teilbereich, das heißt durch einen Teilbereich eines p-seitigen Bereichs des Wellenleiters gebildet. Die p-seitige Teilregion kann eine vertikale
Schichtdicke von mindestens 0,1 ym oder mindestens 0,25 ym oder mindestens 0,5 ym aufweisen. Der die Teilregion bildende p-seitige Teilbereich des Wellenleiters kann eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym, etwa zwischen einschließlich 0,1 ym und 2 ym oder zwischen
einschließlich 0,1 ym und 1 ym aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist dieser eine Elektronenbarriere und/oder eine
Löcherbarriere auf, die in einem Randbereich des
Wellenleiters oder in einem Grenzbereich beziehungsweise in Grenzbereichen zwischen dem Wellenleiter und der aktiven Zone ausgebildet sind/ist. Die Elektronenbarriere oder die
Löcherbarriere kann dabei innerhalb des Wellenleiters, etwa in einem unmittelbaren Randbereich des Wellenleiters zu der aktiven Zone gebildet sein.
Zur Minimierung von Leckströmen kann eine ausreichend hohe Energiebarriere in der Regel zwar über einen starken Kontrast bezüglich der Materialzusammensetzung und/oder in einem
Bereich erhöhter Dotierung an beziehungsweise in der Nähe des Grenzbereiches von dem Wellenleiter zu der aktiven Zone gebildet sein. Eine abrupte starke Änderung der
Materialzusammensetzung und/oder der Dotierung in der Nähe der aktiven Zone führt jedoch zu unerwünschten Nachteilen, wie verringerte Modenstabilität, verändertes Nahfeld und Fernfeld und/oder erhöhte Verluste für das die aktive Zone umlaufende Licht. Besonders bevorzugt ist die
Elektronenbarriere oder die Löcherbarriere unter anderem dadurch gebildet, dass der Wellenleiter an seinem n-seitigen Grenzbereich zur aktiven Zone einen ersten AI-Anteil und an einem p-seitigen Grenzbereich zur aktiven Zone einen von dem ersten AI-Anteil verschiedenen zweiten AI-Anteil aufweist. Zum Beispiel können ausschließlich durch Einstellen
unterschiedlicher AI-Anteile auf der n-Seite und p-Seite des Wellenleiters beziehungsweise der aktiven Zone
Energiebarrieren im Leitungsband oder im Valenzband und/oder durch entsprechende Dotierungen der Schichten des
Wellenleiters erzeugt werden. Die insbesondere ausschließlich durch unterschiedliche AI-Anteile gebildete
Elektronenbarriere und Löcherbarriere können den Leckstrom reduzieren, ohne dabei die oben genannten unerwünschten
Nachteile hervorzurufen, und somit die Effizienz des
Halbleiterlasers erhöhen. Die Energiebarriere kann auf der n- Seite gegen Löcher-Leckströme oder auf der p-Seite gegen Elektronen-Leckströme oder auf beiden Seiten ausgebildet sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers weist dieser eine p-seitige Mantelschicht auf. Die Teilregion mit dem zur aktiven Zone hin graduell ansteigenden Anteil des einen Materials, etwa AI- oder P-Anteil kann durch einen Teilbereich des n-seitigen Bereichs des Wellenleiters
gebildet sein. Insbesondere grenzt die aktive Zone, etwa die p-seitige Schicht der aktiven Zone, unmittelbar an die p- seitige Mantelschicht an. Alternativ ist es auch möglich, dass die aktive Zone oder p-seitige Schicht der aktiven Zone ausschließlich durch einen p-seitigen Bereich des
Wellenleiters von der p-seitigen Mantelschicht beabstandet ist, wobei der p-seitige Bereich eine maximale Schichtdicke von 0,01 ym, 0,1 ym oder 0,5 ym oder 2 ym aufweisen kann.
Bei einer derartigen Ausgestaltung des Halbleiterlasers ist dieser frei oder im Wesentlichen frei von einem p-seitigen Bereich des Wellenleiters. Mit anderen Worten weist der
Halbleiterlaser lediglich einen sehr dünnen p-seitigen
Wellenleiter beziehungsweise keinen echten p-seitigen
Wellenleiter auf. Solche Halbleiterlaser leiden oft in starkem Maße an Effizienzverlusten durch Kopplung an höhere Vertikalmoden. Durch die Teilregion des Wellenleiters, in der der Anteil des einen Materials mit größer werdendem Abstand von der aktiven Zone abnimmt, kann Kopplung an höhere
Vertikalmoden unterdrückt werden, da der Brechungsindex der Teilregion mit größer werdendem Abstand von der aktiven Zone zur Begünstigung der Wellenleitung zunimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterlasers ist dieser als Steglaser (Englisch: ridge laser) ausgebildet. In diesem Fall weist der Halbleiterlaser einen in vertikaler Richtung herausragenden Steg als p-seitigen Wellenleiter bezüglich lateraler Richtung auf. In Draufsicht weist der Steg insbesondere eine geringere laterale Breite und/oder Länge auf als die aktive Zone. Der Steg kann eine
Kontaktschicht, eine p-seitige Mantelschicht und zumindest einen Teilbereich des p-seitigen Wellenleiters aufweisen. Insbesondere ist die p-seitige Teilregion teilweise oder vollständig im Bereich des Stegs enthalten. Der p-seitige Wellenleiter kann eine lokale Variation des Anteil des einen Materials, bevorzugt des AI- oder P-Anteils und somit eine damit verbundene lokale Brechungsindexänderung aufweisen, die bevorzugt zur Anpassung der lateralen Wellenführung innerhalb und unterhalb des Stegs eingerichtet ist. Das Nah- und
Fernfeld des Halbleiterlasers können durch die Ausgestaltung des Stegs je nach Anwendung eingestellt werden. Alternativ kann die p-seitige Teilregion sich auch außerhalb des Stegs befinden . Insgesamt wird der Serienwiderstand insbesondere durch den AI-Anteil im gesamten Wellenleiter bestimmt. Die vertikale Strahldivergenz beziehungsweise die vertikale Fernfeldbreite werden dagegen überwiegend durch die AI-Anteile an den der aktiven Zone zugewandten Teilbereichen beziehungsweise inneren Rändern des Wellenleiters bestimmt. Zudem können Leckströme durch lokale Energiebarrieren unterdrückt werden. Die Energiebarriere ist insbesondere durch unterschiedliche AI-Anteile lediglich in den inneren Rändern des Wellenleiters gebildet. Andere Parameter des Halbleiterlasers, etwa
bezüglich des Nah- und Fernfelds, sind unter anderem durch die Ausdehnung der Wellenleitermode und so durch die
Wellenleitereigenschaften eines größeren Bereichs des
Wellenleiters bestimmt. Somit können verschiedene Kennzahlen oder Parameter des Halbleiterlasers durch eine graduelle Variation des AI-Anteils in einer oder mehreren Teilregionen des Wellenleiters zumindest teilweise unabhängig voneinander eingestellt werden. Solche Parameter sind zum Beispiel
Serienwiderstand, Nahfeldbreite, Fernfeldbreite oder
Modenstabilität des Halbleiterlasers.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und
Weiterbildungen des Halbleiterlasers ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 10 erläuterten Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1A ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterlaser in schematischer Schnittansicht,
Figur 1B ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Halbleiterlaser in schematischer Schnittansicht, Figur 2A eine schematische Darstellung der
Ladungsträgerbeweglichkeit als Funktion des AI-Anteils in einer Schicht aus einem Verbindungshalbleitermaterial, Figur 2B eine schematische Darstellung des Brechungsindex als Funktion des AI-Anteils in einer Schicht aus einem
Verbindungshalbleitermaterial , Figuren 3A bis 9B schematische Darstellungen des
Bandstrukturverlaufs sowie des Brechungsindexverlaufs entlang der vertikalen Richtung verschiedener Halbleiterlaser, und
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Vergleiches von vertikalen Fernfelddivergenzen unterschiedlicher
Ausführungsbeispiele eines Halbleiterlasers.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur
Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterlaser ist in Figur 1A schematisch in Schnittansicht in der xz-Ebene dargestellt, wobei x eine laterale Richtung und z eine vertikale Richtung kennzeichnet. Eine weitere laterale
Richtung y, etwa die longitudinale Richtung, welche etwa die Resonatorrichtung angibt, ist senkrecht zu der x-Richtung gerichtet. Entlang der gestrichelten ZZx-Linie werden in den folgenden Figuren 3A bis 9B weitere Parameter des
Halbleiterlasers etwa im Zusammenhang mit dem
Bandstrukturverlauf oder mit dem Brechungsindexverlauf schematisch dargestellt.
Der Halbleiterlaser 10 weist einen Halbleiterkörper 3 auf, der in der vertikalen Richtung zwischen einem Substrat 5 und einer Kontaktschicht 6 angeordnet ist. Insbesondere ist das Substrat 5 ein Aufwachssubstrat , auf dem der Halbleiterkörper 3 etwa epitaktisch abgeschieden ist. Der Halbleiterkörper 3 weist eine aktive Zone 1 und einen Wellenleiter 2 auf. Die aktive Zone 1 weist eine n-seitige Schicht 11, eine p-seitige Schicht 12 und eine zwischen der n-seitigen Schicht 11 und der p-seitigen Schicht 12 angeordnete aktive Schicht 13 auf. Im Betrieb des Halbleiterlasers 10 ist die aktive Schicht 13 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung
eingerichtet. Insbesondere ist der Halbleiterlaser 10 ein kantenemittierender Halbleiterlaser, bei dem die im Betrieb des Halbleiterlasers emittierte Strahlung an einer vertikalen Seitenoberfläche des Halbleiterlasers in eine Richtung quer, etwa senkrecht zu dieser Oberfläche ausgekoppelt wird.
Der Wellenleiter 2 ist zur Führung der im Betrieb des
Halbleiterlasers erzeugten elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Halbleiterlasers 10 eingerichtet. Bevorzugt ist der Wellenleiter 2 bezüglich dessen Materialzusammensetzung und Schichtdicken derart ausgebildet, dass mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 %, 80 % oder mindestens 90 % der Gesamtintensität der Grundmode des Lasers innerhalb des Wellenleiters 2 konzentriert ist. Der Wellenleiter 2 weist einen n-seitigen Bereich 21 und einen p-seitigen Bereich 22 auf. Der n-seitige Bereich 21 kann einen Teilbereich oder eine Mehrzahl von Teilbereichen 21a, 21b oder 21c aufweisen. Analog kann der p-seitige Bereich 22 einen Teilbereich oder eine Mehrzahl von Teilbereichen 22a, 22b oder 22c aufweisen. Es ist möglich, dass die n-seitige Schicht 11 und die p- seitige Schicht 12 teilweise zur Führung der Grundmode beitragen. In diesem Sinne können die n-seitige Schicht 11 und die p-seitige Schicht 12 der aktiven Zone 1 einen sogenannten Nebentopf des Wellenleiters 2 bilden. Bevorzugt weisen die n-seitige Schicht 11 und die p-seitige Schicht 12 jeweils einen höheren Brechungsindex auf als ein Teilbereich 21a oder 22a, der an die n-seitige Schicht 11 oder an die p- seitige Schicht 12 angrenzt. Diese Teilbereiche 21a und 22a werden hier als innere randseitige Teilbereiche des
Wellenleiters 2 bezeichnet.
Der Halbleiterlaser 10 weist eine n-seitige Mantelschicht 31 und eine p-seitige Mantelschicht 32 auf, wobei der
Wellenleiter 2 in der vertikalen Richtung zwischen der in ¬ seitigen Mantelschicht 31 und der p-seitigen Mantelschicht 32 angeordnet ist. Zur Erzielung einer gewünschten Wellenleitung weisen die Mantelschichten 31 und 32 in der Regel einen kleineren Brechungsindex auf als ein Teilbereich 21c oder 22c des Wellenleiters 2. Die Teilbereiche 21c und 22c, die jeweils an eine Mantelschicht 31 oder 32 angrenzen, werden hier als äußere randseitige Teilbereiche des Wellenleiters 2 bezeichnet. Der innere und äußere randseitige Teilbereich des n-seitigen Bereichs 21 oder des p-seitigen Bereichs 22 des
Wellenleiters 2 können sich in deren Materialzusammensetzung, Dotierung und/oder Schichtdicken unterscheiden.
Der Halbleiterkörper 3 ist insbesondere auf ein III-V- oder auf ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
Insbesondere ist der Wellenleiter 2 auf ein aluminiumhaltiges Verbindungshalbleitermaterial basiert. Der Wellenleiter 2 weist bevorzugt eine Teilregion 210 oder 220 auf, die aus einem aluminiumhaltigen und/oder phosphorhaltigen
Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist.
Eine Veränderung des AI- und/oder P-Anteils hat direkte
Konsequenzen für den Bandstrukturverlauf und für den Brechungsindexverlauf der betreffenden Teilregionen. Während zum Beispiel die Bandlücke mit steigendem AI-Anteil zunimmt, nimmt der Brechungsindex mit steigendem AI-Anteil ab. Auch die Ladungsträgerbeweglichkeit, insbesondere die
Löcherbeweglichkeit, hängt unmittelbar von dem AI-Anteil in der entsprechenden aluminiumhaltigen Schicht ab. Es wurde festgestellt, dass die Ladungsträgerbeweglichkeit bei
Reduktion des AI-Anteils überproportional ansteigt, während der Brechungsindex nur näherungsweise proportional ansteigt. Aufgrund dieser Erkenntnis kann der AI-Anteil in der
Teilregion 210 und/oder 220 derart variiert werden, dass ein Serienwiderstand zumindest innerhalb dieser Teilregionen niedriggehalten wird, während die Wellenleitereigenschaft des Wellenleiters 2 im Wesentlichen unverändert bleibt. Somit können der Serienwiderstand und die Strahldivergenz
beziehungsweise die Fernfeldbreite des Halbleiterlasers 10 etwas unabhängiger voneinander eingestellt werden.
Dies kann dadurch erzielt werden, dass ein AI-Anteil in der gesamten Teilregion 210 oder 220 entlang der vertikalen
Richtung zur aktiven Zone 1 hin graduell ansteigt. Mit anderen Worten wird der AI-Anteil des Wellenleiters 2 in der Teilregion 210 oder 220 mit wachsendem Abstand von der aktiven Zone 1 schrittweise reduziert. Die Teilregion 210 oder 220 kann durch einen Teilbereich des Wellenleiters 2, etwa wie in der Figur 1A dargestellt durch den Teilbereich 21b oder 22b, gebildet sein. Abweichend von der Figur 1A ist es auch denkbar, dass die Teilregion 210 oder 220 durch einen anderen Teilbereich als 21b oder 22b des Wellenleiters 2 gebildet ist. In der Figur 1A weist der Wellenleiter 2 zwei voneinander räumlich beabstandete Teilregionen 210 und 220 auf, die jeweils einen AI-Anteil aufweisen, der bevorzugt entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone 1 hin ansteigt, insbesondere graduell ansteigt. Dabei ist die in ¬ seitige Teilregion 210 dem n-seitigen Bereich 21 des
Wellenleiters 2 zugeordnet und die p-seitige Teilregion 220 dem p-seitigen Bereich 22 des Wellenleiters 2 zugeordnet.
Die in der Figur 1A dargestellten Bereiche 21 und 22 mit den dazugehörigen Teilbereichen oder Teilregionen können
bezüglich deren Materialzusammensetzung, Schichtdicken, AI- Anteile und/oder Dotierungen in Bezug auf die aktive Zone 1 asymmetrisch ausgebildet sein. Abweichend von der Figur 1A ist es auch möglich, dass der Halbleiter 10 frei von
zumindest einem oder mehreren randseitigen Teilbereichen 21a, 21c, 22a und/oder 22c ist. Es ist auch möglich, dass der Halbleiterlaser 10 frei oder im Wesentlichen frei von dem p- seifigen Bereich 22 ist. In diesem Fall weist der
Halbleiterlaser 10 keine echten p-seitigen
Wellenleiterschichten auf beziehungsweise lediglich einen besonders dünnen p-seitigen Bereich 22. Der Halbleiterlaser 10 gemäß Figur 1A kann als
Breitstreifenlaser ausgebildet sein. Bei einem
Breitstreifenlaser wird erzeugte Strahlung insbesondere über die gesamte laterale Breite der aktiven Schicht 13
ausgekoppelt. Der Radius der Strahltaille ist somit mit der lateralen Breite des Halbleiterlasers 10 vergleichbar. Gemäß Figur 1B ist der Halbleiterlaser 10 als Steglaser
ausgebildet, der im Unterschied zu dem in der Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel einen Steg 7 aufweist. In Draufsicht auf den Halbleiterlaser 10 weist der Steg 7 geringere laterale Ausdehnungen auf als die aktive Zone 1, die aktive Schicht 13 beziehungsweise das Substrat 5. Bei einem Steglaser werden Ladungsträger bevorzugt im Bereich des Stegs 7 in die aktive Zone 1 eingeprägt, sodass elektromagnetische Strahlung häufiger in Regionen der aktiven Schicht 13 erzeugt wird, welche in Draufschicht von dem Steg 7 bedeckt sind. Die Kontaktschicht 6 ist etwa aufgrund deren Geometrie derart ausgebildet, dass diese die aktive Zone 1 lediglich im Bereich des Stegs 7 elektrisch kontaktiert.
Durch die Gestaltung des Stegs 7 kann der Radius der
Strahltaille des Halbleiterlasers 10 je nach Verwendung eingestellt werden. Der Steg 7 umfasst insbesondere die p-seitige Mantelschicht 32 und zumindest einen Teilbereich 22b des n-seitigen
Bereichs 22 des Wellenleiters 2. Der Steg 7 ragt in
vertikaler Richtung von dessen umgebenden Oberflächen des Halbleiterlasers 10 heraus. Zur Ausbildung des Stegs 7 kann der Halbleiterlaser 10 bereichsweise entlang der vertikalen Richtung geätzt werden. Der Steg 7 kann somit als p-seitiger Wellenleiter zur lateralen Wellenleitung eingerichtet sein, wobei der p-seitige Wellenleiter eine lokale Variation des AI-Anteils und eine damit verbundene lokale
Brechungsindexänderung aufweist, die zur Anpassung der lateralen Wellenführung innerhalb und unterhalb des Stegs 7 eingerichtet ist. Der Steg 7 umfasst insbesondere die p- seitige Teilregion 220. Abweichend von der Figur 1B ist es möglich, dass sich der Teilbereich 22b, welcher insbesondere die Teilregion 220 bildet, zumindest teilweise oder
vollständig außerhalb des Stegs 7 befindet.
In der Figur 2A ist eine normierte Ladungsträgerbeweglichkeit B, insbesondere Löcherbeweglichkeit, als Funktion des Al- Anteils x in AlxGai-xAs mit 0 < x < 1 dargestellt. Die
Ladungsträgerbeweglichkeit, in diesem Fall die
Löcherbeweglichkeit B nimmt mit steigendem AI-Anteil x bis zirka 0,6 ab und steigt ab zirka 0,6 bis 1 wieder an. In Figur 2B ist der Brechungsindex von AlxGai-xAs mit 0 < x < 1 als Funktion von dem AI-Anteil x dargestellt. Der
Brechungsindex n nimmt dabei mit steigendem AI-Anteil x monoton ab. Der Brechungsindex n ist dabei bei einer
Wellenlänge von zirka 970 nm bestimmt. Die hier und im
Folgenden beschriebenen Ausführungen können sich der
Einfachheit halber auf AlGaAs-basierte Schichtstruktur eines Halbleiterlasers beziehen. Die Hauptaussagen sind jedoch auf andere Materialsysteme, etwa andere III-V- und II-VI- Materialsysteme, insbesondere auch für phosphorhaltige
Materialsysteme und Variation der Phosphor-Anteile
übertragbar .
Figur 3A zeigt schematisch den Verlauf von Bandlücke E und Brechungsindex n einer herkömmlichen Epitaxie-Struktur für einen Halbleiterlaser entlang einer vertikalen Richtung. Der n-seitige Bereich 21 und der p-seitige Bereich 22 des
Wellenleiters 2 weisen dabei entlang der vertikalen Richtung jeweils einen konstanten AI-Anteil auf. Dementsprechend bleiben die Bandlücke und der Brechungsindex n des
Wellenleiters 2 entlang der vertikalen Richtung im
Wesentlichen konstant.
Herkömmliche Methoden, um den Serienwiderstand einer solchen Struktur zu senken, sind beispielsweise die Schichtdicken der Wellenleiter 2 zu verringern, die im Wellenleiter 2
eingebrachten Dotierstoffkonzentration zu erhöhen oder den AI-Anteil gering zu halten. Alle diese Maßnahmen haben jedoch unerwünschte Nebenwirkungen. Beispielsweise ergibt sich wegen des physikalischen Zusammenhangs zwischen Nahfeld und
Fernfeld aus einem verkleinerten Nahfeld durch verringerte Schichtdicken im Normalfall eine unerwünscht erhöhte
vertikale Strahldivergenz. Ein Aspektverhältnis von vertikaler zu lateraler Fernfeldbreite wird somit zwangsläufig verändert. Höhere Dotierung führt unter anderem zu stärkeren optischen Verlusten und damit zu verringerter Effizienz des Halbleiterlasers. Ein geringer AI-Anteil im gesamten Wellenleiter 2 führt üblicherweise zu einer
verringerten Unterdrückung höherer Vertikalmoden, sodass das Verhalten des Lasers im Betrieb instabil werden kann. Solche Instabilitäten äußern sich in abrupten Sprüngen in der
Ausgangsleistung, sogenannte Kinks, in abrupten Sprüngen bezüglich der Effizienz, in höher- oder mehrmodigen
vertikalen Nahfeldern und verbreiterten und/oder schielenden Fernfeldern, bei denen die Hauptausbreitungsrichtung
außerhalb des Lasers verschieden von der Resonatorrichtung ist .
Figur 3B zeigt einen Verlauf bezüglich der Bandlücke eines Vergleichsbeispiels für einen Halbleiterlaser. Figur 3C zeigt einen zur Figur 3B korrespondierenden Brechungsindexverlauf eines Vergleichsbeispiels für einen Halbleiterlaser.
Strukturell entspricht die in der Figur 3B und in der Figur 3C dargestellte Schichtstruktur der in der Figur 3A
dargestellten Schichtstruktur eines Halbleiterlasers.
Im Unterschied zu der Figur 3A sind in den Figuren 3B und 3C das Substrat 5 und die Kontaktschicht 6 schematisch
dargestellt. Die in den Figuren 3B und 3C dargestellte
Schichtstruktur dient im Folgenden als Referenzstruktur zur Erläuterung weiterer Schichtstrukturen von verschiedenen Halbleiterlasern mit variierendem AI-Anteil im Wellenleiter 2 und den damit verbundenen technischen Effekten.
Die in der Figur 4A dargestellte Schichtstruktur für einen Halbleiterlaser 10 entspricht im Wesentlichen der in der Figur 3B dargestellten Referenzstruktur. Im Unterschied hierzu weist der Wellenleiter 2 eine n-seitige Teilregion 210 und eine p-seitige Teilregion 220 auf, wobei ein AI-Anteil und somit die Bandlücke E in der gesamten n-Teilregion 210 oder in der gesamten p-Teilregion 220 entlang einer
vertikalen Richtung zur aktiven Zone 1 hin graduell
ansteigen. Mit anderen Worten nimmt der AI-Anteil in der jeweiligen Teilregion 210 oder 220 mit zunehmendem vertikalem Abstand von der aktiven Zone 1 graduell ab. Dies äußert sich durch den entsprechenden Bandlückenverlauf in der Figur 4A oder durch den Brechungsindexverlauf in der Figur 4B.
Die n-seitige Teilregion 210 ist durch einen Teilbereich 21b des n-seitigen Bereichs 21 des Wellenleiters 2 gebildet. Die n-seitige Teilregion 210 kann eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym aufweisen. Der inseitige Bereich 21 weist einen weiteren Teilbereich 21a auf, der sowohl an die Teilregion 210 als auch an die aktive Zone 1 angrenzt. In der vertikalen Richtung ist die n-seitige Teilregion 210 durch diesen inneren randseitigen Teilbereich 21a von der aktiven Zone 1 beabstandet. Der Teilbereich 21a kann eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym aufweisen. Insbesondere weist der weitere
Teilbereich 21a einen konstanten AI-Anteil auf, der
insbesondere höher ist als ein mittlerer AI-Anteil der in¬ seitigen Teilregion 210.
Ganz analog zu dem n-seitigen Bereich 21 weist der p-seitige Bereich 22 des Wellenleiters 2 eine p-seitige Teilregion 220 auf, die durch einen Teilbereich 22b des p-seitigen Bereichs 22 gebildet ist. Die p-seitige Teilregion 220 kann eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym aufweisen. In der gesamten p-seitigen Teilregion 220 steigt ein AI-Anteil entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin graduell an. Mit anderen Worten nimmt der AI-Anteil mit größer werdendem Abstand von der aktiven Zone 1 graduell ab. Im Vergleich mit der in der Figur 3B oder 3C dargestellten Referenzstruktur führt dies zu einer Reduktion des Alu-Gehalts in den jeweiligen Teilregionen 210 und 220. Dies führt insbesondere zu einem erhöhten Brechungsindex in den Teilregionen 210 und 220, sodass sich die Grundmode teilweise vermehrt außerhalb der in der Regel hochdotierten und verlustbehafteten randseitigen Teilbereiche 21a und 22a führen lassen.
In der Figur 4A weist der p-seitige Bereich 22 einen weiteren Teilbereich 22a auf, der in vertikaler Richtung zwischen der p-seitigen Teilregion 220 und der aktiven Zone 1 angeordnet ist. In den Figuren 4A und 4B kann der Teilbereich 22a eine vertikale Schichtdicke zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym aufweisen. Der weitere Teilbereich 22a grenzt insbesondere an die aktive Zone 1 an und ist somit ein innerer
randseitiger Teilbereich des p-seitigen Bereichs 22. Der weitere Teilbereich 22a weist insbesondere einen konstanten AI-Anteil auf, der insbesondere höher ist als ein mittlerer AI-Anteil der p-seitigen Teilregion 220. In den Figuren 4A und 4B grenzen die n-seitige Teilregion 210 und die p-seitige Teilregion 220 jeweils an eine Mantelschicht 31
beziehungsweise 32.
Durch die graduelle Änderung kann ein Verlauf des AI-Anteils in der n-seitigen Teilregion 210 oder in der p-seitigen
Teilregion 220 die Form einer zur aktiven Zone 1 hin graduell ansteigenden Rampe annehmen. Solche Rampen sind schematisch in den Figuren 4A und 4B durch En und Ep im Bandlückenverlauf oder durch Rn und Rp im Brechungsindexverlauf angedeutet. Insbesondere weist der Bandlückenverlauf E in den jeweiligen Teilregionen 210 und 220 jeweils eine Rampe En oder Ep auf, die analog zu der Rampe bezüglich der Änderung des AI-Anteils verläuft. Der Brechungsindexverlauf n weist in den jeweiligen Teilregionen 210 und 220 jeweils eine Rampe Rn oder Rp auf, die entgegengesetzt zu der Rampe bezüglich der Änderung des AI-Anteils verläuft.
In der Regel werden das vertikale optische Nahfeld und damit das vertikale optische Fernfeld hauptsächlich durch die vertikale Führung in den Bereichen 21 und 22 des
Wellenleiters 2 gegebenenfalls inklusive der Schichten 11 und 12 der aktiven Zone 1 bestimmt. Die optische Intensität ist vertikal im Bereich der aktiven Zone 1 konzentriert und fällt zu den äußeren randseitigen Teilbereichen des Wellenleiters 2 hin ab. Daher wird die Form von Nahfeld und Fernfeld zum größten Teil von der Umgebung der aktiven Zone 1 und zum kleineren Teil von den randseitigen Teilbereichen des
Wellenleiters 2 bestimmt. Im Gegensatz dazu hängt der
Serienwiderstand des Halbleiterlasers 10 in erster Näherung von allen vertikalen Schichten zu gleichen Teilen ab.
Die vertikale Fernfeldbreite wird somit überwiegend durch die AI-Anteile an den der aktiven Zone 1 zugewandten randseitigen Teilbereichen des Wellenleiters 2 bestimmt. Im Vergleich zu der in den Figuren 3B und 3C dargestellten Referenzstruktur bleibt der AI-Anteil in den inneren randseitigen
Teilbereichen 21a und 22a (siehe Figuren 4A und 4B)
unverändert, sodass die vertikale Fernfeldbreite durch die Variation der AI-Anteile in den Teilregionen 210 und 220 nur wenig oder kaum beeinflusst wird. Durch die Reduktion der AI- Anteile in den Teilregionen 210 und 220 kann jedoch ein geringerer Serienwiderstand des Halbleiterlasers 10 erzielt werden. Die Reduzierung des Serienwiderstands wird also überwiegend durch die Variation der AI-Anteile an den von der aktiven Zone 1 abgewandten Teilbereichen 21b und 22b des Wellenleiters 2 erzielt, welche in den Figuren 4A und 4B die Teilregionen 210 beziehungsweise 220 bilden.
Die in den Figuren 3B bis 4B dargestellte Schichtstruktur eines Halbleiterlasers 10 weist die gleiche vertikale
Gesamthöhe auf. Durch die Variation der AI-Anteile in den Teilregionen 210 und 220, die jeweils durch einen weiteren Teilbereich 21a oder 22a von der aktiven Zone 1 vertikal beabstandet sind, kann eine Reduzierung des Serienwiderstands bei Beibehaltung der Gesamthöhe sowie bei einer im
Wesentlichen unveränderten Fernfeldbreite des
Halbleiterlasers 10 erzielt werden.
Das in der Figur 5A dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur des Halbleiterlasers 10 entspricht im
Wesentlichen dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten
Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur. Im Unterschied hierzu grenzen die Teilregionen 210 und 220 unmittelbar an die aktive Zone 1 an. Die Teilregionen 210 und 220 umfassen somit die inneren randseitigen Teilbereiche 21a
beziehungsweise 22a. Als weiterer Unterschied weist der
Wellenleiter 2 weitere äußere randseitige Teilbereiche 21c und 22c auf, wobei die n-seitige Teilregion 210 zwischen dem n-seitigen äußeren randseitigen Teilbereich 21c und der aktiven Zone 1 angeordnet ist und wobei die p-seitige
Teilregion 220 zwischen dem p-seitigen äußeren randseitigen Teilbereich 22c und der aktiven Zone 1 angeordnet ist. Die weiteren Teilbereiche 21c und 22c können jeweils einen AI- Anteil aufweisen, der entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone 1 hin konstant bleibt. Das in der Figur 5B dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5A dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur für einen Halbleiterlaser. Im Unterschied hierzu weist der äußere randseitige Teilbereich 21c des Wellenleiters 2 einen AI-Anteil auf, der entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone 1 hin abnimmt. Dies äußert sich in der
abnehmenden Bandlücke E und in dem zunehmenden Brechungsindex n in Richtung der aktiven Zone 1 hin. Außerdem weist der Wellenleiter 2 einen weiteren Teilbereich 21d etwa mit einem konstanten AI-Anteil auf, wobei der weitere Teilbereich 21d in der vertikalen Richtung zwischen dem äußeren randseitigen Teilbereich 21c und der n-seitigen Teilregion 210 angeordnet ist .
Das in der Figur 5C dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5A dargestellten Ausführungsbeispiel für eine
Schichtstruktur. Im Unterschied hierzu weist der n-seitige Bereich 21 des Wellenleiters 2 einen inneren randseitigen
Teilbereich 21a auf, der in vertikaler Richtung zwischen der n-seitigen Teilregion 210 und der aktiven Zone 1 angeordnet ist . Das in der Figur 5D dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur entspricht im Wesentlichen der in der Figur 5C dargestellten Schichtstruktur. Im Unterschied hierzu weist der p-seitige Bereich 22 des Wellenleiters 2 einen inneren randseitigen Teilbereich 22a auf, wobei die p-seitige
Teilregion 220 durch den Teilbereich 22a von der aktiven Zone 1 beabstandet ist. Das in den Figuren 6A und 6B dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur eines Halbleiterlasers 10 entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur. Im Unterschied hierzu weist die p-seitige Teilregion 220 eine deutlich geringere vertikale Schichtdicke auf als die n-seitige
Teilregion 210. Die vertikale Schichtdicke der Teilregion 220 in den Figuren 6A und 6B kann zwischen einschließlich 0,1 ym und 4 ym sein. Außerdem weist der Halbleiterlaser 10 eine Elektronenbarriere 42 auf, die in einem Grenzbereich des Wellenleiters 2 zu der aktiven Zone 1 gebildet ist.
Insbesondere ist die Elektronenbarriere 42 durch
unterschiedliche AI-Anteile in den die aktive Zone 1
angrenzenden Teilbereichen 21a und 22a des Wellenleiters 2 gebildet. Zur Bildung der Elektronenbarriere 42 weist der p- seitige Teilbereich 22a einen höheren AI-Anteil auf als der p-seitige Teilbereich 21a. Insbesondere ist die
Elektronenbarriere 42 ausschließlich durch unterschiedliche AI-Anteile in den inneren randseitigen Teilbereichen 21a und 22a ausgebildet. Ganz analog kann eine Löcherbarriereschicht durch entsprechende Anpassung der AI-Anteile in den
randseitigen Teilbereichen 21a und 22a ausgebildet werden. Zum Beispiel kann der randseitige Teilbereich 21a einen höheren AI-Anteil aufweisen als der p-seitige randseitige Teilbereich 22a. Durch eine Absenkung des AI-Anteils in den Teilregionen 210 und/oder 220 kann der Al-Gesamtgehalt im Wellenleiter 2 wiederum kompensiert werden. Durch die Elektronenbarriere und/oder Löcherbarriere an
Randbereichen zu der aktiven Zone 1 kann eine Reduzierung von Leckströmen erzielt werden, wobei unerwünschte Nachteile wie verringerte Modenstabilität, verändertes Nahfeld oder Fernfeld und/oder erhöhte Verluste, die etwa bei einer abrupten insbesondere starken Änderung der
Materialzusammensetzung und/oder der Dotierung in der Nähe der aktiven Zone 1 zur Ausbildung der Elektronen- oder
Löcherbarriere auftreten, vermieden werden können.
Figuren 7A und 7B zeigen ein Vergleichsbeispiel zu dem in den Figuren 6A und 6B dargestellten Ausführungsbeispiel. Ein Halbleiterlaser 10 mit der Schichtstruktur gemäß den Figuren 6A und 6B und ein Halbleiterlaser 10 mit einer
Schichtstruktur gemäß den Figuren 7A und 7B weisen eine vergleichbare vertikale Fernfelddivergenz von zirka 16° (Halbwertsbreite) auf. Im Vergleich zu den Figuren 6A und 6B weist die in den Figuren 7A und 7B dargestellte
Schichtstruktur jedoch keine Teilregion auf, in der der Al- Anteil reduziert ist beziehungsweise mit wachsendem Abstand von der aktiven Zone 1 abnimmt. Es wurde festgestellt, dass der Halbleiterlaser 10 oder der Halbleiterkörper des
Halbleiterlasers 10 gemäß den Figuren 7A und 7B im Vergleich zu dem in den Figuren 6A und 6B dargestellten
Ausführungsbeispiel eine erhöhte vertikale Gesamthöhe um einige ym aufweist. Der Halbleiterlaser 10 mit einer
Schichtstruktur gemäß den Figuren 7A und 7B wird
dementsprechend dicker ausgeführt, mit entsprechenden Folgen für den Serienwiderstand und für die Effizienz.
Das in der Figur 8A dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur eines Halbleiterlasers entspricht im
Wesentlichen dem in der Figur 5D dargestellten
Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur. Im Unterschied hierzu weist der n-randseitige Teilbereich 21a einen höheren Al-Anteil und somit eine erhöhte Bandlücke auf gegenüber dem p-randseitigen Teilbereich 22a. Dementsprechend wird an der Valenzbandkante Ev eine Löcherbarriere 41 ausgebildet, die etwa in der Figur 8B schematisch dargestellt ist.
Das in der Figur 8C dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur eines Halbleiterlasers entspricht im
Wesentlichen dem in der Figur 8A dargestellten
Ausführungsbeispiel für eine Schichtstruktur. Im Unterschied zu der Figur 8A weist der p-randseitige Teilbereich 22a in der Figur 8C einen höheren AI-Anteil auf als der n- randseitige Teilbereich 21a. Dementsprechend wird an der
Leitungsbandkante Ec eine Elektronenbarriere 42 ausgebildet.
In Figur 9A ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Schichtstruktur dargestellt, das im Wesentlichen dem in den Figuren 5C und 5D dargestellten Ausführungsbeispiel
entspricht. Im Unterschied hierzu ist der p-seitige Bereich 22 des Wellenleiters 2 frei von einer Teilregion 220 mit einem variierenden AI-Anteil. Der p-seitige Bereich 22 weist lediglich einen Teilbereich 22a auf, der eine besonders geringe vertikale Schichtdicke aufweist. Mit anderen Worten ist die aktive Zone 1 lediglich durch einen besonders dünnen p-seitigen Bereich 22a des Wellenleiters 2 von der p-seitigen Mantelschicht 32 beabstandet. Der Teilbereich 22a weist entlang deren vertikalen Ausdehnung insbesondere einen konstanten AI-Anteil auf.
Das in der Figur 9B dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 9A dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu grenzt die p- seitige Mantelschicht 32 unmittelbar an die aktive Zone 1 an. Gemäß Figur 9B ist der Halbleiterlaser 10 im Wesentlichen frei oder frei von einem p-seitigen Bereich des
Wellenleiters. Gemäß den Figuren 9A und 9B ist der Halbleiterlaser 10 mit besonders dünnen beziehungsweise ohne echte p-Wellenleiterschichten ausgeführt. In der Regel ist eine Unterdrückung von höheren Vertikalmoden bei einem solchen Halbleiterlaser besonders schwierig. Zur
Unterdrückung höherer Moden sind bisher unter anderem die
Verwendung von mehreren n-seitigen Wellenleiterschichten mit entsprechenden Schichtdicken und unterschiedlichen
Brechungsindizes, eine Kopplung der höheren Moden an
Substratmoden und eine Abstrahlung in das stark
verlustbehaftete Substrat durch einen kleinen
Brechungsindexsprung zwischen dem n-seitigen Bereich 2 und der n-seitigen Mantelschicht 31. Solche Methoden führen jedoch oft zu starken Effizienzverlusten. Durch Variation des AI-Anteils in der n-seitigen Teilregion 210 kann der
Serienwiderstand reduziert werden, wodurch eine mögliche Effizienzverringerung des Halbleiterlasers teilweise
kompensiert oder gar überkompensiert wird.
Die Reduzierung der AI-Anteile in den der aktiven Zone 1 abgewandten Teilbereichen des Wellenleiters 2 führt außerdem zur Erhöhung des Brechungsindex, wodurch die
elektromagnetische Strahlung in den genannten Teilbereichen eine vergleichsweise größere Wellenführung erfährt. Dies kann zu höheren Propagationsverlusten für höhere Moden durch
Abstrahlung und Absorption in den oft höher dotierten
Außenbereichen des Wellenleiters 2 und damit zu einer
verbesserten Seitenmodenunterdrückung führen. Mit anderen Worten werden höhere Moden durch die Variation des AI-Anteils in der n-seitigen Teilregion 210 und/oder p-seitigen
Teilregion 220 verstärkt unterdrückt. Dies gilt für alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und insbesondere auch für Halbleiterlaser mit einem besonders dünnen p-seitigen Bereich 22 des Wellenleiters 2 oder ohne echten p-Wellenleiter . Insgesamt können die Effizienz des Halbleiterlasers und die Stabilität gegen plötzliche auftretende Leistungssprünge durch verbesserte Unterdrückung unerwünschter etwa höherer vertikaler Moden gesteigert werden. Für die erwünschte Mode, üblicherweise die Grundmode, ist es denkbar, dass die
Wellenführung in den Schichten 11 und 12 der aktiven Zone 1 oder in den an die aktive Zone 1 angrenzenden Teilbereichen des Wellenleiters 2 etwa gegenüber der Referenzstruktur verstärkt wird, etwa durch Erhöhung des entsprechenden
Brechungsindex.
Figur 10 zeigt einen Vergleich von einer vertikalen
Fernfelddivergenz von einem Halbleiterlaser ohne Variation des AI-Anteils (Kurve Dl) und einem Halbleiterlaser mit
Variation des AI-Anteils im Wellenleiter 2 (Kurve D2) . Der der Kurve D2 zugehörige Halbleiterlaser unterscheidet sich von dem der Kurve Dl zugehörigen Halbleiterlaser
ausschließlich in den AI-Anteilen in den entsprechenden
Schichtstrukturen. Es hat sich herausgestellt, dass das vertikale Fernfeld gemäß der Kurve Dl eine Fernfelddivergenz von zirka 19° (Halbwertsbreite) aufweist, während das vertikale Fernfeld gemäß der Kurve D2 eine Fernfelddivergenz von zirka 16° (Halbwertsbreite) aufweist. Durch Variation der AI-Anteile in den entsprechenden Schichten, insbesondere in der n-seitigen Teilregion 210 und/oder in der p-seitigen
Teilregion 220 des Wellenleiters 2 kann somit die vertikale Fernfelddivergenz je nach Verwendung und spezifischer
Anforderung eingestellt werden. Durch graduelle Änderung des Anteils eines Materials, bevorzugt des AI- oder P-Anteils, in zumindest einer
Teilregion eines Wellenleiters kann ein Serienwiderstand eines Halbleiterlasers reduziert werden, wobei die Wellenleitungsqualität gleichzeitig beibehalten wird. Auch können einige Kennzahlen des Halbleiterlasers, wie
Serienwiderstand, vertikale Strahldivergenz und/oder ein Aspektverhältnis der Strahldivergenzen in vertikaler und lateraler Richtung, durch gezielte Variation des Anteils des einen Materials im Wellenleiter unabhängiger voneinander beeinflusst werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 122 147.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede
Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
10 Halbleiterlaser 1 aktive Zone
11 n-seitige Schicht der aktiven Zone
12 p-seitige Schicht der aktiven Zone
13 aktive Schicht der aktiven Zone 2 Wellenleiter
21 n-seitiger Bereich des Wellenleiters
21a-d Teilbereiche des n-seitigen Bereichs
210 n-seitige Teilregion des Wellenleiters 22 p-seitiger Bereich des Wellenleiters
22a-c Teilbereiche des p-seitigen Bereichs
220 p-seitige Teilregion des Wellenleiters
3 Halbleiterkörper
31 n-seitige Mantelschicht
32 p-seitige Mantelschicht
41 Löcherbarriere
42 Elektronenbarriere
5 Substrat
6 Kontaktschicht
7 Steg Rn, En n-seitige Rampe
Rp, Ep p-seitige Rampe

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (10) mit einer aktiven Zone (1) und einem Wellenleiter (2), bei dem
- die aktive Zone eine aktive Schicht (13) aufweist, die im Betrieb des Halbleiterlasers zur Erzeugung
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- der Wellenleiter zur Führung der im Betrieb des
Halbleiterlasers erzeugten elektromagnetischen Strahlung innerhalb des Halbleiterlasers eingerichtet ist,
- der Wellenleiter eine Teilregion (210, 220) aufweist, die aus einem Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, wobei ein Anteil eines Materials des Verbindungshalbleitermaterials in der gesamten Teilregion entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin graduell ansteigt, wodurch ein
Brechungsindex der Teilregion zur aktiven Zone hin graduell abnimmt, und
- der Anteil ein Aluminium-Anteil oder ein Phosphor-Anteil ist .
2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1,
bei dem der Aluminium-Anteil des
Verbindungshalbleitermaterials in der gesamten Teilregion (210, 220) entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigt.
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der Wellenleiter (2) einen n-seitigen Bereich (21) und einen p-seitigen Bereich (22) aufweist, wobei die aktive Zone (1) in vertikaler Richtung zwischen dem n-seitigen
Bereich (21) und dem p-seitigen Bereich angeordnet ist und wobei die Teilregion (210, 220) dem n-seitigen Bereich oder dem p-seitigen Bereich zugeordnet ist.
4. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiter (2) zwei voneinander räumlich beabstandete Teilregionen (210, 220) jeweils mit zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigendem AI-Anteil oder Phosphor- Anteil aufweist, wobei eine n-seitige Teilregion (210) einem n-seitigen Bereich (21) des Wellenleiters zugehörig ist und eine p-seitige Teilregion (220) einem p-seitigen Bereich (22) des Wellenleiters (2) zugehörig ist.
5. Halbleiterlaser nach Anspruch 4,
bei dem ein Verlauf des Anteils des einen Materials der in ¬ seitigen Teilregion (210) und ein Verlauf des Anteils des einen Materials der p-seitigen Teilregion (220) jeweils die Form einer zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigenden Rampe annehmen, wobei
- die p-seitige Teilregion und die n-seitige Teilregion unterschiedlich große vertikale Ausdehnungen aufweisen, und
- die p-seitige Teilregion einen höheren mittleren Anteil des einen Materials aufweist als die n-seitige Teilregion.
6. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilregion (210, 220) des Wellenleiters (2) unmittelbar an die aktive Zone (1) angrenzt.
7. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Wellenleiter (2) einen randseitigen Teilbereich (21a, 22a) aufweist, der sowohl an die Teilregion (210, 220) als auch an die aktive Zone (1) angrenzt, wobei ein AI-Anteil des randseitigen Teilbereichs entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone hin konstant bleibt oder abnimmt.
8. Halbleiterlaser nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Teilregion (210, 220) einen geringeren mittleren AI-Anteil aufweist als der randseitige Teilbereich (21a, 22a) .
9. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiter (2) einen weiteren randseitigen Teilbereich (21c, 22c) aufweist, wobei die Teilregion (210, 220) zwischen dem weiteren randseitigen Teilbereich und der aktiven Zone (1) angeordnet ist und wobei ein AI-Anteil des weiteren randseitigen Teilbereichs entlang der vertikalen
Richtung zur aktiven Zone hin konstant bleibt oder abnimmt.
10. Halbleiterlaser nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der weitere randseitige Teilbereich (21c, 22c) an eine Mantelschicht (31, 32) des Halbleiterlasers angrenzt, wobei der weitere randseitige Teilbereich einen größeren Brechungsindex aufweist als die Teilregion (210, 220) und als die Mantelschicht.
11. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilregion (210) mit zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigendem Anteil des einen Materials durch einen Teilbereich (21b) eines n-seitigen Bereichs (21) des
Wellenleiters (2) gebildet ist, wobei der Teilbereich (21b) eine vertikale Schichtdicke von mindestens 0,1 ym aufweist.
12. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilregion (220) mit zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigendem Anteil des einen Materials durch einen Teilbereich (22b) eines p-seitigen Bereichs (22) des
Wellenleiters (2) gebildet ist, wobei der Teilbereich (22b) eine vertikale Schichtdicke von mindestens 0,1 ym aufweist.
13. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Elektronenbarriere (42) oder eine Löcherbarriere (41) in einem Randbereich des Wellenleiters (2) oder in einem Grenzbereich zwischen dem Wellenleiter und der aktiven Zone (1) aufweist.
14. Halbleiterlaser nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Elektronenbarriere (42) oder die Löcherbarriere (41) dadurch ausgebildet ist, dass der Wellenleiter (2) an seinem n-seitigen Grenzbereich zur aktiven Zone (1) einen ersten AI-Anteil und an seinem p-seitigen Grenzbereich zur aktiven Zone einen von dem ersten AI-Anteil verschiedenen zweiten AI-Anteil aufweist.
15. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Steglaser ausgebildet ist und einen in vertikale Richtung herausragenden Steg (7) als p-seitigen Wellenleiter bezüglich lateraler Richtung umfasst, wobei der p-seitige Wellenleiter (2, 22) eine lokale Variation des Anteils des einen Materials und eine damit verbundene lokale
Brechungsindexänderung aufweist, die zur Anpassung der lateralen Wellenführung innerhalb und unterhalb des Stegs eingerichtet ist.
16. Halbleiterlaser nach Anspruch 1,
der eine p-seitige Mantelschicht (32) aufweist, wobei
- die Teilregion (210) mit zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigendem Anteil des einen Materials durch einen
Teilbereich (21b) eines n-seitigen Bereichs (21) gebildet ist,
- die aktive Zone unmittelbar an die p-seitige Mantelschicht angrenzt oder ausschließlich durch einen p-seitigen Bereich (22) mit einer maximalen Schichtdicke von 100 nm von der p- seitigen Mantelschicht beabstandet ist.
17. Halbleiterlaser nach Anspruch 1,
bei dem der Phosphor-Anteil des
Verbindungshalbleitermaterials in der gesamten Teilregion (210, 220) entlang der vertikalen Richtung zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigt.
18. Halbleiterlaser nach Anspruch 1,
bei dem
- der Wellenleiter (2) zwei voneinander räumlich
beabstandete Teilregionen (210, 220) jeweils mit zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigendem AI-Anteil oder Phosphor-Anteil aufweist, wobei eine n-seitige Teilregion (210) einem n-seitigen Bereich (21) des
Wellenleiters zugehörig ist und eine p-seitige
Teilregion (220) einem p-seitigen Bereich (22) des
Wellenleiters (2) zugehörig ist,
- ein Verlauf des Anteils des einen Materials der in ¬ seitigen Teilregion (210) und ein Verlauf des Anteils des einen Materials der p-seitigen Teilregion (220) jeweils die Form einer zur aktiven Zone (1) hin graduell ansteigenden Rampe annehmen,
- die p-seitige Teilregion und die n-seitige Teilregion unterschiedlich große vertikale Ausdehnungen aufweisen, und
- die p-seitige Teilregion einen höheren mittleren Anteil des einen Materials aufweist als die n-seitige
Teilregion .
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