DE102007059538B4 - Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter - Google Patents

Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter Download PDF

Info

Publication number
DE102007059538B4
DE102007059538B4 DE102007059538A DE102007059538A DE102007059538B4 DE 102007059538 B4 DE102007059538 B4 DE 102007059538B4 DE 102007059538 A DE102007059538 A DE 102007059538A DE 102007059538 A DE102007059538 A DE 102007059538A DE 102007059538 B4 DE102007059538 B4 DE 102007059538B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor laser
layers
semiconductor
layer
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102007059538A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007059538A1 (de
Inventor
Karl Eberl
Nils Kirstaedter
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.)
Lumics GmbH
Original Assignee
Lumics 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 Lumics GmbH filed Critical Lumics GmbH
Priority to DE102007059538A priority Critical patent/DE102007059538B4/de
Priority to PCT/DE2008/002066 priority patent/WO2009074149A2/de
Priority to US12/747,222 priority patent/US20100278206A1/en
Publication of DE102007059538A1 publication Critical patent/DE102007059538A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007059538B4 publication Critical patent/DE102007059538B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0281Coatings made of semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282Passivation layers or treatments
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure

Landscapes

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

Abstract

Halbleiter-Laser, mit
einer Resonator-Endfläche (15) und
einem auf der Resonator-Endfläche (15) aufgebrachten Halbleiter-Übergitter (16).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell das Gebiet der Herstellung von Halbleiter-Lasern, insbesondere solcher Halbleiter-Laser, die durch Abspaltung von einem größeren Halbleiter-Kristall (Barren) hervorgehen und demzufolge Spaltkanten aufweisen, die die Resonator-Endflächen des Halbleiter-Lasers bilden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf einen Halbleiter-Laser mit passivierten Resonator-Endflächen und ein Verfahren zur Passivierung der Resonator-Endflächen von Halbleiter-Lasern.
  • Zunächst wird die konventionelle Herstellung der Halbleiter-Laser anhand der 1a, b näher erläutert.
  • In der 1a ist ein einzelner Halbleiter-Laser perspektivisch dargestellt. Der Halbleiter-Laser weist einen Rippenwellenleiter 4 auf, um einmodigen Laserbetrieb mit hoher Strahlqualität der emittierten Laserstrahlung zu ermöglichen. In der 1b ist ein Halbleiterstreifen (Laserbarren) dargestellt, der eine Vielzahl von Halbleiter-Lasern 3 enthält. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Halbleiter-Laser mit Rippenwellenleiterstruktur beschränkt, sondern kann prinzipiell für jede Art von Halbleiter-Lasern verwendet werden.
  • Die Herstellung erfolgt im Wesentlichen in drei Schritten. Erstens wird eine Laserstruktur durch epitaktische Beschichtung eines Halbleiter-Kristalls hergestellt. Zweitens wird die Laserstruktur lithographisch prozessiert und mit Kontaktmetall versehen. Drittens werden die Laserspiegel durch Spalten des Kristalls entlang der [110]-Kristallachsen (bei polaren Verbindungshalbleitern) erzeugt. Durch diesen Spaltvorgang wird auch die Resonatorlänge des Lasers festgelegt, der durch zwei gegenüberliegende Spaltflächen 5 begrenzt ist, welche als Spiegel dienen. Der Spaltvorgang liefert einen Halbleiterstreifen (Laserbarren), der eine Vielzahl von Laserdioden enthält. Die Laserdioden können aus vorstrukturierten Streifen 4 bestehen, die nebeneinander auf dem Laserbarren (2a) angeordnet sind. Die einzelnen Laserdioden 3 können dann von dem Laserbarren abgespalten werden.
  • Eine geeignete Passivierung der Resonator-Endflächen des Halbleiter-Lasers macht sich in einer signifikanten Erhöhung der Lebensdauer des Halbleiter-Lasers bei hoher optischer Ausgangsleistung bemerkbar. Die Wirkungsweise der Passivierung ist auf das Problem zurückzuführen, dass die Oberfläche von Halbleiter-Kristallen Defekte aufweist, die von ungesättigten Oberflächenbindungen und von Oxiden und Verunreinigungen stammen, welche in der Atmosphäre gebildet werden. Während des Betriebs der Laserdiode führen diese Oberflächendefekte zur Absorption des Laserlichts und zur nichtstrahlenden Rekombination von Ladungsträgern aus der aktiven Zone des Lasers auf der Oberfläche an der Spaltkante, die zugleich als Spiegelfläche des Lasers dient. Folglich erwärmt sich die Spiegelfläche, wodurch bei hoher optischer Leistungsdichte eine plötzliche Zerstörung der Laserdiode ausgelöst wird. Dieser Effekt wird in der Literatur auch als katastrophale Spiegelzerstörung („catastrophic optical mirror damage") beschrieben. Durch Passivierung kann die Dichte der Oberflächendefekte durch teilweise Absättigung der Oberflächenbindungen reduziert werden. Zugleich kann eine Oxidation und Verunreinigungen verhindert werden.
  • Bisher bekannt gewordene Verfahren für die Passivierung der Resonator-Endflächen bieten entweder keinen vollständigen Schutz vor katastrophaler optischer Spiegelzerstörung oder aber sie erhöhen die optischen Verluste im Resonator.
  • Die Druckschrift DE 10 2004 037 191 A1 beschreibt ein Halbleiter-Bauelement mit einer Passivierungsschicht und ein Ver fahren zu seiner Herstellung, wobei das Halbleiter-Bauelement den Verbindungs-Halbleiter AlGaInAsSb enthält und die Passivierungsschicht den Verbindungs-Halbleiter AlGaAsSb enthält.
  • Die Druckschrift DE 100 48 475 C2 beschreibt die Passivierung der Resonatorendflächen von Halbleiter-Lasern auf der Basis von III-V-Halbleiter-Material, wobei auf mindestens eine äußere Oberfläche eines Halbleiter-Lasers, welche eine Resonatorendfläche bildet, eine Passivierungsschicht des Verbindungs-Halbleiters InGaAsP epitaktisch aufgebracht ist.
  • Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiter-Laser mit erhöhter Lebensdauer und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, die Gefahr der katastrophalen optischen Spiegelzerstörung bei extrem hoher Dichte der optischen Lichtleistung des Halbleiter-Lasers zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung geht von der wesentlichen Erkenntnis aus, dass eine einzelne Passivierungsschicht auf einer Resonator-Endfläche der Bedingung genügen muss, dass ihr Material selbst bei der Laserwellenlänge nicht absorbiert. Sie muss daher eine größere Bandlücke aufweisen als das Material des Halbleiter-Lasers. Falls sie aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, bedeutet dies jedoch, dass sie in Abhängigkeit des Materials im Volumen eine größere Gitterkonstante als das Material des Halbleiter-Lasers oder dessen laseraktive Schicht aufweist. Das gitterfehlangepasste Aufwachsen einer derartigen Schicht führt jedoch ab einer bestimmten Schichtdicke zu Kristallfehlern an der Grenzschicht und damit zu Absorptionszentren. Bei einer einzelnen Volumen-Passivierungsschicht muss demnach ein Kompromiss zwischen der Absorption durch derartige Absorptionszentren und der Bandkanten-Absorption des Materials der Passivierungsschicht gesucht werden. Ein optimales Resultat hinsichtlich der Absorptionseigenschaften kann mithin nicht erreicht werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, anstelle einer einzelnen Volumen-Passivierungsschicht mehrere Schichten auf die Resonator-Endfläche des Halbleiter-Lasers aufzubringen, die jeweils eine Schichtdicke unterhalb der elektronischen Wellenlänge der Ladungsträger aufweisen. Bei geeigneter Wahl der Schichtmaterialien und der Schichtdicken kann damit eine Bandlücke bereitgestellt werden, die größer ist als die Bandlücke des Halbleiter-Lasers, sodass keine Bandkanten Absorption bei der Emissionswellenlänge vorliegt. Gleichzeitig können die Schichtmaterialien so gewählt werden, dass die mittlere Gitterkonstante der Mehrfachschichten der Gitterkonstante des Materials des Halbleiter-Lasers im Wesentlichen entspricht, sodass keine Gitterfehlanpassung beim Aufwachsen der Mehrfachschichten vorliegt oder die Schichtdicke ist so gering, dass die Gitterfehlanpassung nicht zu Kristalldefekten und damit Absorptionszentren führt. Das Schichtsystem kann somit als Halbleiter-Übergitter aus Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Bandlücke ausgebildet sein. Insbesondere kann die Gitterfehlanpassung so eingestellt werden, dass die Bandkante des Halbleitermaterials von Schichten innerhalb des Schichtpaketes durch Zug- oder Druckspannung erhöht wird.
  • Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Halbleiter-Laser mit einer Resonator-Endfläche und einem auf der Resonator-Endfläche aufgebrachten Halbleiter-Übergitter.
  • Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf einen Halbleiter-Laser mit einer Resonator-Endfläche und einem auf der Resonator-Endfläche aufgebrachten Halbleiter-Übergitter-Schichtsystem, welches Schichten mit einer Schichtdicke unterhalb 20 nm, insbesondere unterhalb 15 nm, insbesondere unterhalb 10 nm aufweist.
  • Wie allgemein bekannt ist, treten in einem Halbleiter-Übergitter gemäß der Erfindung Quantisierungseffekte in den Halbleiterschichten auf. In einer Halbleiterschicht mit einer relativ niedrigen Bandlücke, welche zwischen zwei Halbleiterschichten mit einer relativ hohen Bandlücke eingeschlossen ist, bildet sich eine Potentialtopfstruktur mit einzelnen quantisierten Energieniveaus aus.
  • Der Halbleiter-Laser kann auf der Basis eines III-V-Halbleitermaterials hergestellt sein. In diesem Fall können in dem Halbleiter-Übergitter Schichten enthalten sein, welche eine Zusammensetzung Inx1Alx2Ga1-x1-x2AsyP1-y mit 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ x2 ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweisen. Die Wahl der Parameter x1, x2 und y bestimmt somit die stöchiometrische Zusammensetzung der einzelnen Schichten und diese bestimmt deren Bandlücken und Gitterkonstanten. Durch geeignete Wahl eines ersten Satzes von Parametern x1, x2 und y können somit erste Schichten des Halbleiter-Übergitters gebildet werden, welche jeweils eine erste, relativ große Bandlücke und eine erste Gitterkonstante aufweisen, und es können durch geeignete Wahl eines zweiten Satzes von Parametern von x1, x2 und y zweite Schichten des Halbleiter-Übergitters gebildet werden, welche jeweils eine zweite, relativ kleine Bandlücke und eine zweite Gitterkonstante aufweisen. Die Parameter sind so zu wählen, dass die erste Bandlücke der ersten Schichten größer ist als die Bandlücke der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers und die Schichtdicke der zweiten Schichten ist so zu wählen, dass der Abstand zwischen den ersten Quantisierungsniveaus für Elektronen und Löcher in den zweiten Schichten größer als die Bandlücke der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers ist. Wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, so findet keine Bandkanten-Absorption bei der Emissionswellenlänge des Halbleiter-Lasers statt. Die zweite Bandlücke kann dabei auch niedriger sein als die Bandlücke der laseraktiven Schicht. Zusätzlich können die Parameter so gewählt werden, dass eine gute Gitteranpassung erreicht wird. Beispielsweise können die erste Gitterkonstante der ersten Schichten und die zweite Gitterkonstante der zweiten Schichten im arithmetischen Mittel an die Gitterkonstanten der laseraktiven Schicht und der diese einschließenden Deckschichten weitgehend gitterangepasst sein bzw. beispielsweise der Gitterkonstante der laseraktiven Schicht oder dem arithmetischen Mittel der Gitterkonstanten der laseraktiven Schicht und der unmittelbar angrenzenden Deckschichten entsprechen oder nur um einen vorgegebenen Betrag davon abweichen.
  • Es sollte dabei die Differenz zwischen der ersten Bandlücke der ersten Schichten und der zweiten Bandlücke der zweiten Schichten mindestens kB·T = 25 meV betragen, da unterhalb davon in den die Potentialtopfstrukturen bildenden zweiten Schichten keine elektronische Quantisierung stattfindet. In der Praxis liegt diese Differenz zumeist deutlich höher.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass die unmittelbar auf der Resonator-Endfläche aufgebrachte Schicht des Halbleiter-Übergitters eine der ersten Schichten ist, sodass diese Schicht eine größere Bandlücke aufweist als die laseraktive Schicht des unmittelbar angrenzenden Halbleiter-Lasers. Dies hat den Vorteil, dass an der Grenzfläche zum Halbleiter-Laser eine elektronische Barriere für Elektronen und Löcher gebildet wird. Die Höhe dieser elektronischen Barriere hängt von der Differenz zwischen der Bandlücke der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers und der ersten Bandlücke der ersten Schichten ab und die Dicke der elektronischen Barriere hängt von der Schichtdicke dieser Schicht ab. Die elektronische Barriere kann verhindern, dass Ladungsträger aus dem Halbleiter-Laser auf die Oberfläche der äußersten Schicht des Halbleiter-Übergitters gelangen und dort nichtstrahlend rekombinieren.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Halbleiter-Übergitter eine äußerste Schicht enthält, welche eine Zusammensetzung InxGa1-xAsyP1-y mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweist. Diese Zusammensetzung ist so gewählt, dass sie kein Aluminium enthält, da Materialzusammensetzungen mit Aluminium bekanntermaßen leicht oxidieren und somit eine hohe Dichte von Oberflächen-Absorptionszentren aufweisen können. Somit kann die Oberflächen-Rekombination von Ladungsträgern verhindert oder zumindest erschwert werden.
  • Im Folgenden wird ein einziges Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1a, b eine schematische, perspektivische Darstellung eines Halbleiter-Lasers (a) und eine schematische, perspektivische Darstellung eines Halbleiterstreifens;
  • 2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Lasers; und
  • 3 eine elektronische Bandstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Lasers.
  • In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Halbleiter-Laser schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Halbleiter-Laser 13 entspricht in seinem wesentlichen Aufbau einem bereits in Verbindung mit der 1a eingangs erläuterten Halbleiter-Laser 3, wobei auch die Herstellung wie eingangs in Verbindung mit den 1a, 1b erläutert erfolgen kann. Der Halbleiter-Laser 13 weist somit in nicht-einschränkender Weise einen Rippenwellenleiter 14 auf. Der Halbleiter-Laser 13 weist des Weiteren Resonator-Endflächen 15 auf, von denen nur die in der Darstellung auf der rechten Seite befindliche Resonator-Endfläche mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen ist. Die gegenüberliegende, auf der linken Seite vorhandene Resonator-Endfläche ist mit einem Schichtsystem 16 versehen, welches als Passivierungsschicht auf die Resonator-Endfläche aufgebracht ist. Ein identisches oder ähnliches Schichtsystem kann gleichermaßen auch auf die rechtsseitige Resonator-Endfläche 15 aufgebracht sein.
  • Das Schichtsystem 16 ist ein Halbleiter-Übergitter und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anzahl von vier Schichten auf. Diese vier Halbleiterschichten können epitaktisch, vorzugsweise durch Molekularstrahl-Epitaxie, auf die Resonator-Endfläche aufgebracht sein.
  • Der Halbleiter-Laser 13 kann beispielsweise auf der Basis eines III-V-Materialsystems, insbesondere auf der Basis von GaAs oder AlGaAs aufgebaut sein. Das Schichtsystem 16 kann Schichten mit einer Zusammensetzung enthalten, wobei 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ x2 ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 sind. Die Schichten können erste Schichten mit einer relativ großen Bandlücke, welche größer als die Bandlücke der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers 13 ist, und zweite Schichten mit einer zweiten Bandlücke, welche kleiner als die Bandlücke der ersten Schichten ist, enthalten. Die Schichtdicken sowohl der ersten als auch der zweiten Schichten liegen unterhalb von 20 nm, beispielsweise unterhalb 15 nm, weiter beispielsweise unterhalb von 10 nm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1,5 bis 8 nm, so dass die zweiten Schichten Potentialtopfstrukturen bilden, in denen quantisierte Energieniveaus für Elektronen und Löcher entstehen.
  • Da beispielsweise die Bandlücke der ersten Schichten größer ist als die Bandlücke des Halbleiter-Lasers 13 bzw. der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers 13 und die Bandlücke zwischen den ersten Quantisierungsniveaus für Elektronen und Löcher der zweiten Schichten größer als die Bandlücke des Halbleiter-Lasers 13 bzw. der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers 13 ist, findet keine Bandkanten-Absorption bei der Emissionswellenlänge des Halbleiter-Lasers 13 statt. Gleichzeitig können jedoch die Materialien der ersten und zweiten Schichten so gewählt sein, dass die mittlere Gitterkonstante der Materialien der ersten und zweiten Schichten der Gitterkonstante des Materials des Halbleiter-Lasers 13 oder einer gemittelten Gitterkonstante aus der laseraktiven Schicht und den Deckschichten entspricht, sodass die Passivierungsschicht an den Halbleiter-Laser gitterangepasst ist. Die Parameter x1, x2 und y können in geeigneter Weise gewählt werden, sodass die obigen Bedingungen zutreffen.
  • Die äußerste epitaktische Schicht, d. h. die zuletzt gewachsene Schicht des Schichtsystems kann dabei typischerweise eine Schicht mit einer Zusammensetzung InxGa1-xAsyP1-y mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 sein, sodass in der äußersten Schicht kein Aluminium enthalten ist, da dieses bekanntermaßen eine hohe Dichte von Oberflächen-Absorptionszentren aufweist.
  • Die unmittelbar auf die Resonator-Endfläche aufgewachsene erste epitaktische Schicht kann beispielsweise eine der definitionsgemäß ersten Schichten des Schichtsystems sein und somit eine größere Bandlücke aufweisen als das Halbleitermaterial des Halbleiter-Lasers 13 bzw. dessen laseraktive Schicht. Zusätzlich kann diese erste Schicht etwas dicker sein als die übrigen Schichten. Beides zusammen führt dazu, dass eine ausreichende elektronische Barriere für Elektronen und Löcher gebildet wird, um zu vermeiden, dass Ladungsträger aus dem Halbleiter-Laser in das Schichtsystem oder etwa bis zu der äußersten Schicht des Schichtsystems vordringen können.
  • In der 3 ist eine Leitungs- und Valenzbandstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Lasers dargestellt. Die obere Hälfte des Bildes zeigt den Leitungsbandverlauf, während die untere Hälfte den Valenzbandverlauf zeigt. Beide Verläufe sind über eine Ortskoordinate aufgetragen, welche senkrecht zu der Ebene der Schichten verläuft. Es lassen sich somit drei verschiedene Bereiche unterteilen. In einem linksseitigen Teilbereich befindet sich der Halbleiter-Laser 13, wobei die Bandstruktur sich auf die laseraktive Schicht des Halbleiter-Lasers 13 bezieht. Die Bandlücke in diesem Bereich ist mit EG1 bezeichnet. In einem rechtsseitigen Teilbereich befindet sich Luft, wobei hier die entsprechenden Vakuumniveaus des Leitungs- und Valenzbands eingezeichnet sind. In einem mittleren Teilbereich befindet sich das (Passivierungs-)Schichtsystem 16. Dieses weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Teilschichten auf, welche unterschiedliche Bandlücken und unterschiedliche Gitterkonstanten besitzen. Zwei erste Schichten 16.1 und 16.3 weisen eine erste Bandlücke EG2 auf, welche größer als die Bandlücke EG1 der laseraktiven Schicht ist. Zwei zweite Schichten 16.2 und 16.4 weisen hingegen eine Zusammensetzung auf, die eine Bandlücke EG3.1 aufweist, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel niedriger als die Bandlücke EG1 der laseraktiven Schicht ist. Da jedoch die zweiten Schichten 16.2 und 16.4 durch die gegebene Struktur eines Halbleiter-Übergitters als Potentialtopfstrukturen ausgebildet sind, können Elektronen und Löcher in diesen Schichten nur bestimmte quantisierte Niveaus annehmen, die in der Darstellung der 3 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet sind. Im vorliegenden Fall ist jeweils nur ein quantisiertes Niveau vorhanden und die Energielücke zwischen den quantisierten Niveaus ist mit EG3.2 bezeichnet, welche größer ist als die Bandlücke EG1 der laseraktiven Schicht.
  • Die Schichtdicken können beispielsweise derart gewählt sein, dass die Schichtdicke der Schicht 16.1 3 nm beträgt, die Schichtdicke der Schicht 16.2 3 nm beträgt, die Schichtdicke der Schicht 16.3 3 nm beträgt und die Schichtdicke der Schicht 16.4 3 nm beträgt. Es können selbstredend auch mehr als 4 Schichten in dem Schichtsystem enthalten sein.
  • Die Schicht 16.1 bildet somit eine Barriere für Elektronen und Löcher, um zu verhindern, dass Elektronen und Löcher aus der laseraktiven Schicht in das Schichtsystem 16 gelangen und gegebenenfalls an der Oberfläche der äußersten Schicht 16.4 rekombinieren und damit auf der Oberfläche nichtstrahlend rekombinieren und somit die Schicht aufheizen, wodurch wiederum die Bandkante bis zur Absorption des Laserlichtes reduziert werden könnte.
  • Die Materialien des Ausführungsbeispiels der 3 können entsprechend den bezüglich des Ausführungsbeispiels der 2 genannten Materialien gewählt werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die ersten Schichten 16.1 und 16.3 eine identische Materialzusammensetzung aufweisen und dass ebenso die zweiten Schichten 16.2 und 16.4 eine identische Materialzusammensetzung aufweisen. Die Parameter x1, x2 und y sind dann so zu wählen, dass die Energielücken EG2 und EG3.2 größer als die Energielücke EG1 der laseraktiven Schicht ist. Die Differenz zwischen der Energielücke E2 und EG3.1 muss mindestens 25 meV betragen, damit sich in den zweiten Schichten 16.2 und 16.4 Quantisierungsniveaus ausbilden. Die Energielücke EG3.1 kann anders als im dargestellten Ausführungsbeispiel auch größer als die Energielücke EG1 sein.
  • Die äußerste Schicht 16.4 kann eine andere Materialzusammensetzung als die Schicht 16.2 aufweisen. Insbesondere kann sie als eine aluminiumfreie Schicht ausgebildet sein und die Materialzusammensetzung InxGa1-xAsyP1-y mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweisen. Damit ist sichergestellt, dass im Wesentlichen keine Oberflächen-Absorptionszentren durch Aluminium vorhanden sein können.

Claims (18)

  1. Halbleiter-Laser, mit einer Resonator-Endfläche (15) und einem auf der Resonator-Endfläche (15) aufgebrachten Halbleiter-Übergitter (16).
  2. Halbleiter-Laser nach Anspruch 1, welcher auf der Basis von III-V-Halbleitermaterial hergestellt ist.
  3. Halbleiter-Laser nach Anspruch 2, bei welchem das Halbleiter-Übergitter (16) Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) enthält, welche jeweils eine Zusammensetzung Inx1Alx2Ga1-x1-x2AsyP1-y mit 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ x2 ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweisen.
  4. Halbleiter-Laser nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das Halbleiter-Übergitter (16) eine äußerste Schicht (16.4) enthält, welche eine Zusammensetzung InxGa1-xAsyP1-y mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweist.
  5. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Halbleiter-Übergitter (16) Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) enthält, welche jeweils eine Schichtdicke unterhalb 20 nm, insbesondere unterhalb 15 nm, insbesondere unterhalb 10 nm aufweisen.
  6. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Halbleiter-Übergitter (16) erste Schichten (16.1, 16.3) mit einer ersten Bandlücke (EG1) und zweite Schichten (16.2, 16.4) mit einer zweiten Bandlücke (EG3.1) enthält, und die erste Bandlücke (EG2) größer als die Bandlücke (EG1) des Materials des Halbleiter-Lasers (13) ist.
  7. Halbleiter-Laser nach Anspruch 6, bei welchem die Differenz zwischen der ersten Bandlücke (EG2) und der zweiten Bandlücke (EG3.1) mindestens 25 meV beträgt.
  8. Halbleiter-Laser nach Anspruch 7, bei welchem die unmittelbar auf der Resonator-Endfläche (15) aufgebrachte Schicht (16.1) des Halbleiter-Übergitters (16) eine der ersten Schichten (16.1, 16.3) ist und gegebenenfalls eine größere Schichtdicke als die übrigen Schichten aufweist.
  9. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem die ersten Schichten (16.1, 16.3) eine erste Gitterkonstante und die zweiten Schichten (16.2, 16.4) eine zweite Gitterkonstante aufweisen und das arithmetische Mittel der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante der Gitterkonstante der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers (13) oder einer davon abgeleiteten Gitterkonstante entspricht oder von dieser nur um einen vorgegebenen Maximalbetrag abweicht.
  10. Halbleiter-Laser, mit einer Resonator-Endfläche (15) und einem auf der Resonator-Endfläche (15) aufgebrachten Halbleiter-Übergitter-Schichtsystem (16), welches Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) mit einer Schichtdicke unterhalb 20 nm, insbesondere unterhalb 15 nm, insbesondere unterhalb 10 nm aufweist.
  11. Halbleiter-Laser nach Anspruch 10, welcher auf der Basis von III-V-Halbleitermaterial hergestellt ist.
  12. Halbleiter-Laser nach Anspruch 11, bei welchem das Schichtsystem (16) Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) enthält, welche jeweils eine Zusammensetzung Inx1Alx2Ga1-x1-x2AsyP1-y mit 0 ≤ x1 ≤ 1, 0 ≤ x2 ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweisen.
  13. Halbleiter-Laser nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem das Schichtsystem (16) eine äußerste Schicht (16.4) enthält, welche eine Zusammensetzung InxGa1-xAsyP1-y mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 aufweist.
  14. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welchem das Schichtsystem (16) Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) enthält, welche jeweils eine Schichtdicke unterhalb 20 nm, insbesondere unterhalb 15 nm, insbesondere unterhalb 10 nm aufweisen.
  15. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welchem das Schichtsystem (16) erste Schichten (16.1, 16.3) mit einer ersten Bandlücke (EG1) und zweite Schichten (16.2, 16.4) mit einer zweiten Bandlücke (EG3.1) enthält, und die erste Bandlücke (EG2) größer als die Bandlücke (EG1) des Materials des Halbleiter-Lasers (13) ist.
  16. Halbleiter-Laser nach Anspruch 15, bei welchem die Differenz zwischen der ersten Bandlücke (EG2) und der zweiten Bandlücke (EG3.1) mindestens 25 meV beträgt.
  17. Halbleiter-Laser nach Anspruch 16, bei welchem die unmittelbar auf der Resonator-Endfläche (15) aufgebrachte Schicht (16.1) des Halbleiter-Übergitters (16) eine der ersten Schichten (16.1, 16.3) ist und gegebenenfalls eine größere Schichtdicke als die übrigen Schichten aufweist.
  18. Halbleiter-Laser nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei welchem die ersten Schichten (16.1, 16.3) eine erste Gitterkonstante und die zweiten Schichten (16.2, 16.4) eine zweite Gitterkonstante aufweisen und das arithmetische Mittel der ersten Gitterkonstante und der zweiten Gitterkonstante der Gitterkonstante der laseraktiven Schicht des Halbleiter-Lasers (13) oder einer davon abgeleiteten Gitterkonstante entspricht oder von dieser nur um einen vorgegebenen Maximalbetrag abweicht.
DE102007059538A 2007-12-11 2007-12-11 Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter Expired - Fee Related DE102007059538B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007059538A DE102007059538B4 (de) 2007-12-11 2007-12-11 Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter
PCT/DE2008/002066 WO2009074149A2 (de) 2007-12-11 2008-12-11 Passivierung einer resonator-endfläche eines halbleiter-lasers mit einem halbleiter-übergitter
US12/747,222 US20100278206A1 (en) 2007-12-11 2008-12-11 Passivation of a resonator end face of a semiconductor laser with a semiconductor superlattice

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007059538A DE102007059538B4 (de) 2007-12-11 2007-12-11 Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007059538A1 DE102007059538A1 (de) 2009-06-18
DE102007059538B4 true DE102007059538B4 (de) 2009-08-20

Family

ID=40679811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007059538A Expired - Fee Related DE102007059538B4 (de) 2007-12-11 2007-12-11 Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100278206A1 (de)
DE (1) DE102007059538B4 (de)
WO (1) WO2009074149A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9933554B2 (en) 2013-07-03 2018-04-03 California Institute Of Technology High-coherence semiconductor light sources
CN105359359A (zh) 2013-07-03 2016-02-24 加州理工学院 高相干性半导体光源

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656638A (en) * 1983-02-14 1987-04-07 Xerox Corporation Passivation for surfaces and interfaces of semiconductor laser facets or the like
EP1006629A2 (de) * 1998-12-04 2000-06-07 Mitsubishi Chemical Corporation Aus einem Verbindungshalbleiter bestehende lichtemittierende Vorrichtung
EP0845839B1 (de) * 1996-11-27 2001-12-12 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation Halbleiterbauelemente mit Beschichtung aus Tantalum-Aluminiumoxid
DE10048475C2 (de) * 2000-09-29 2003-04-17 Lumics Gmbh Passivierung der Resonatorendflächen von Halbleiterlasern auf der Basis von III-V-Halbleitermaterial
DE102004037191A1 (de) * 2004-07-30 2006-02-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbautelement mit einer Passivierungsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61228692A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Nec Corp 半導体レ−ザ
US5228047A (en) * 1990-09-21 1993-07-13 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and a method for producing the same
JPH04212938A (ja) * 1990-12-06 1992-08-04 Pioneer Electron Corp 波長変換素子
JP3166178B2 (ja) * 1991-02-07 2001-05-14 日本電気株式会社 半導体レーザ
JP2001119096A (ja) * 1999-10-18 2001-04-27 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザー装置
US6984538B2 (en) * 2001-07-26 2006-01-10 Phosistor Technologies, Inc. Method for quantum well intermixing using pre-annealing enhanced defects diffusion
GB2385462A (en) * 2002-02-15 2003-08-20 Denselight Semiconductors Pte A semiconductor laser structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656638A (en) * 1983-02-14 1987-04-07 Xerox Corporation Passivation for surfaces and interfaces of semiconductor laser facets or the like
EP0845839B1 (de) * 1996-11-27 2001-12-12 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation Halbleiterbauelemente mit Beschichtung aus Tantalum-Aluminiumoxid
EP1006629A2 (de) * 1998-12-04 2000-06-07 Mitsubishi Chemical Corporation Aus einem Verbindungshalbleiter bestehende lichtemittierende Vorrichtung
DE10048475C2 (de) * 2000-09-29 2003-04-17 Lumics Gmbh Passivierung der Resonatorendflächen von Halbleiterlasern auf der Basis von III-V-Halbleitermaterial
DE102004037191A1 (de) * 2004-07-30 2006-02-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbautelement mit einer Passivierungsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009074149A3 (de) 2009-09-11
DE102007059538A1 (de) 2009-06-18
WO2009074149A2 (de) 2009-06-18
US20100278206A1 (en) 2010-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0829121B1 (de) Dfb-laserdiodenstruktur mit komplexer optischer gitterkopplung
DE102009019996B4 (de) DFB Laserdiode mit lateraler Kopplung für große Ausgangsleistungen
DE112015005885B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2009082999A2 (de) Kantenemittierender halbleiterlaserchip mit einem strukturierten kontaktstreifen
DE102007058952A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2009036730A2 (de) Optoelektronischer halbleiterchip mit quantentopfstruktur
DE60012592T2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2191548B1 (de) Strahlungsemittierendes bauelement
EP0752165B1 (de) Quantenschichtstruktur
DE3605130C2 (de)
DE60013039T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung
EP3224917A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelementes
DE4034187A1 (de) Optisches halbleiterelement
WO2016146376A1 (de) Bauelement mit einer mehrfachquantentopfstruktur
DE102008040374A1 (de) Lasereinrichtung
DE102009037416B4 (de) Elektrisch gepumpter optoelektronischer Halbleiterchip
DE3934998A1 (de) Elektrisch wellenlaengenabstimmbarer halbleiterlaser
DE102007059538B4 (de) Passivierung einer Resonator-Endfläche eines Halbleiter-Lasers mit einem Halbleiter-Übergitter
EP1323219B1 (de) Halbleiter-laser
DE60116827T2 (de) InGaAsP-Halbleiterlaser
DE602004008096T2 (de) Steuerung der ausgangsstrahldivergenz in einem halbleiterwellenleiterbauelement
DE102016122147B4 (de) Halbleiterlaser
DE3709134A1 (de) Halbleiterbauelement
EP2262067B1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102006060410A1 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaserchip

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130702