DE10214120B4 - Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents
Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung Download PDFInfo
- Publication number
- DE10214120B4 DE10214120B4 DE10214120A DE10214120A DE10214120B4 DE 10214120 B4 DE10214120 B4 DE 10214120B4 DE 10214120 A DE10214120 A DE 10214120A DE 10214120 A DE10214120 A DE 10214120A DE 10214120 B4 DE10214120 B4 DE 10214120B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser device
- semiconductor laser
- vertical emitter
- active layer
- radiation source
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
- H01S5/1835—Non-circular mesa
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/041—Optical pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1071—Ring-lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung mit einem mittels einer Pumpstrahlungsquelle
optisch pumpbaren Vertikalemitter (20), der eine strahlungserzeugende
Schicht (14) und einen externen Resonator aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine
Modulationsstrahlungsquelle (30) zur Modulation der Ausgangsleistung
der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen ist, die eine kantenemittierende
Halbleiterstruktur (15) mit einer strahlungserzeugenden aktiven
Schicht umfaßt,
und die so angeordnet ist, daß sie im
Betrieb Strahlung emittiert, die in die strahlungserzeugende aktive
Schicht (14) des Vertikalemitters (20) eingekoppelt wird und dort
eine mittels der Pumpstrahlungsquelle erzeugte Besetzungsinversion
zumindest teilweise abbaut.
Description
- Die Erfindung betrifft eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung mit einem optisch pumpbaren Vertikalemitter, der eine strahlungserzeugende aktive Schicht aufweist.
- In den Durckschriften WO 01/13481 A1,
US 5,748,653 , Shire et al., Appl. Phys. Lett., 66, No. 14 (1995) 1717 undUS 6,285,704 B1 sind oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtungen beschrieben, die einen Vertikalemitter aufweisen. - Ferner ist eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung beispielsweise aus
US 5,991,318 bekannt. Hierin ist ein optisch gepumpter Vertikalresonator-Halbleiterlaser mit einer monolithischen oberflächenemittierenden Halbleiterschichtstruktur beschrieben. Die optische Pumpstrahlung, deren Wellenlänge kleiner ist als die der erzeugten Laserstrahlung, wird bei dieser Vorrichtung von einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode generiert, die extern so angeordnet ist, daß die Pumpstrahlung schräg von vorne in den Verstärkungsbereich der oberflächenemittierenden Halbleiterschichtstruktur eingestrahlt wird. - Bei einer solchen Anordnung muß die Pumplichtquelle sehr genau auf die oberflächenemittierende Halbleiterschichtstruktur ausgerichtet sein. Zusätzlich sind in der Regel optische Einrichtungen zur Strahlfokussierung erforderlich.
- In der Offenlegungsschrift
DE 100 26 734 A1 wird hierzu vorgeschlagen, bei einer optisch gepumpten oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung die strahlungserzeugende Quantentopfstruktur und die kantenemittierende Halbleiterstruktur auf einem gemeinsamen Substrat epitaktisch aufzuwachsen. Die Schichtdicken der einzelnen Halbleiterschichten lassen sich bei der Epitaxie sehr genau einstellen, so daß vorteilhafterweise eine hohe Positioniergenauigkeit der kantenemittierenden Halbleiterstruktur zur strahlungserzeugenden Quantentopfstruktur erreicht wird. - Eine Modulation der emittierten Strahlung kann bei der in der
DE 100 26 734 A1 beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung beispielsweise mittels des Pumplasers durch eine Modulation des Pumpstromes oder mittels einer Kurzschlußschaltung der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserschichtenfolge erfolgen. Diese Art der Modulation kann jedoch insbesondere bei Hochleistungslasern mit einer optischen Pumpleistung im Watt-Bereich aufgrund des vergleichsweise hohen elektrischen Pumpstroms, der typischerweise im Bereich einiger Ampere liegt, zu Schwierigkeiten führen. Derartige Schwierigkeiten können vor allem bei einer schnellen Modulation, wie sie beispielsweise bei der Laserprojektion erforderlich ist, auftreten. - Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterlaservorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß eine schnelle Modulation der Ausgangsleistung ermöglicht wird.
- Diese Aufgabe wird durch eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Erfindungsgemäß ist bei einer oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung der eingangs genannten Art ein mittels einer Pumpstrahlungsquelle optisch pumpbarer Vertikalemitter, der eine strahlungserzeugende Schicht und einen externen Resonator aufweist, und zumindest eine Modulationsstrahlungsquelle zur Modulation der Ausgangsleistung der oberflächenemittierenden Halbleitervorrichtung vorgesehen, die durch eine kantenemittierende Halbleiterstruktur mit einer aktiven Schicht gebildet ist, und die so angeordnet ist, daß sie im Betrieb in die strahlungserzeugende aktive Schicht des Vertikalemitters strahlt und dort eine mittels der Pumpstrahlungsquelle erzeugte Besetzungsinversion zumindest teilweise abbaut.
- Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, die Ladungsträgerinversion in der aktiven Schicht des Vertikalemitters durch die Strahlung einer Modulationsstrahlungsquelle kontrolliert abzubauen, und im Extremfall vollständig zu quenchen. Die reduzierte Besetzungsinversion führt zu einer entsprechend erniedrigten Ausgangsleistung des Vertikalemitters. Dabei ist für den Abbau der Besetzungsinversion nur eine vergleichsweise geringe Modulationsleistung und damit nur ein kleiner und schnell änderbarer Modulationsstrom erforderlich.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung ist vorgesehen, daß die aktive Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle und die aktive Schicht des Vertikalemitters die gleiche Struktur und/oder den gleichen Aufbau aufweisen und/oder aus den gleichen Materialien gebildet sind. Dies erlaubt eine gemeinsame Herstellung von Vertikalemitter und Modulationsstrahlungsquelle und stellt zugleich sicher, daß die Modulationsstrahlung effektiv an die Besetzungsinversion des Vertikalemitters ankoppeln kann, da ihre Energie gerade dem Energieabstand in der aktiven Schicht des Vertikalemitters entspricht. Besonders bevorzugt sind die beiden aktiven Schichten identisch.
- Hierbei ist es vorteilhaft, daß die aktive Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle im Betrieb mit derselben Wellenlänge wie die aktive Schicht des Vertikalemitters strahlt.
- In diesem Zusammenhang ist bei einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit Vorteil vorgesehen, daß die kantenemittierende Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle und der Vertikalemitter epitaktisch auf einem gemeinsamen Substrat aufgewachsen sind. Die Epitaxie erlaubt eine genaue Einstellung der Schichtdicken der einzelnen Halbleiterschichten, woraus eine hohe Positioniergenauigkeit der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle zur aktiven Schicht des Vertikalemitters erreicht wird.
- Insbesondere können vorteilhaft die aktive Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle und die aktive Schicht des Vertikalemitters nebeneinander und auf gleicher Höhe liegen, so daß die Modulationsstrahlungsquelle im Betrieb seitlich in die aktive Schicht des Vertikalemitters strahlt.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehr Modulationsstrahlungsquellen um den Vertikalemitter herum angeordnet, um im Betrieb in die aktive Schicht des Vertikalemitters zu strahlen, so daß die aktive Schicht des Vertikalemitters über ihren gesamten lateralen Querschnitt schnell und homogen moduliert werden kann.
- Eine erhöhte Modulationseffizienz kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung durch Erzeugung von Laserstrahlung als Modulationsstrahlung dadurch erreicht werden, daß jeweils zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters angeordnete Modulationsstrahlungsquellen zusammen eine Laserstruktur zur Modulation der Ausgangsleistung der Halbleitervorrichtung bilden. Dazu sind beispielsweise Endflächen der Modulationsstrahlungsquellen als Spiegelflächen ausgebildet, die zum Beispiel durch Spalten oder Ätzen erzeugt, mit einer Passivierungsschicht versehen und/oder hochreflektierend verspiegelt sind. Im Betrieb sind die jeweils gegenüberliegenden Modulationsstrahlungsquellen dann zu einem einzigen kohärent schwingenden Laser gekoppelt.
- In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die aktive Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Modulationsstrahlungsquelle zwischen einer ersten und einer zweiten Wellenleiterschicht eingebettet ist, die ihrerseits zwischen einer ersten und einer zweiten Mantelschicht eingebettet sein können.
- Die Pumpstrahlungsquelle kann bei der Erfindung als externe Strahlungsquelle vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Pumpstrahlungsquelle aber ebenfalls auf dem Substrat des Vertikalemitters angeordnet, beispielsweise epitaktisch aufgewachsen. Die so gebildete optisch gepumpte Halbleitervorrichtung zeichnet sich durch einen besonders kompakten monolithischen Aufbau aus.
- Es ist dabei zweckmäßig, wenn eine aktive Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle und die aktive Schicht des Vertikalemitters nebeneinander und auf gleicher Höhe liegen, so daß die Pumpstrahlungsquelle im Betrieb seitlich in die aktive Schicht des Vertikalemitters strahlt.
- Die kantenemittierende Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle weist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung eine von der aktiven Schicht des Vertikalemitters verschiedene aktive Schicht auf, wobei insbesondere die aktive Schicht der Pumpstrahlungsquelle bei einer kleineren Wellenlänge als die aktive Schicht des Vertikalemitters emittiert.
- Um in kurzer Zeit und homogen die aktive Schicht des Vertikalemitters über ihren gesamten lateralen Querschnitt zu pumpen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwei oder mehr Pumpstrahlungsquellen um den Vertikalemitter herum angeordnet sind, um im Betrieb in die aktive Schicht des Vertikalemitters zu strahlen.
- Eine erhöhte Pumpeffizienz wird mit Vorteil dadurch erzielt, daß jeweils zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters angeordnete Pumpstrahlungsquellen zusammen eine Laserstruktur zum optischen Pumpen mittels Laserstrahlung bilden.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung ist vorgesehen, daß die Pumpstrahlungsquelle mindestens einen Ringlaser aufweist, wobei die aktive Schicht des Vertikalemitters bevorzugt innerhalb des Resonators des Ringlasers angeordnet ist. Insbesondere kann der Resonator des Ringlasers von einem ringförmig geschlossenen Wellenleiter gebildet sein.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die kantenemittierende Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle eine zwischen einer ersten und einer zweiten Wellenleiterschicht eingebettete aktive Schicht auf, die ihrerseits zwischen einer ersten und einer zweiten Mantelschicht eingebettet sein kann.
- Anstatt die aktive Schicht der Pumpstrahlungsquelle und die aktive Schicht des Vertikalemitters nebeneinander und auf gleicher Höhe anzuordnen, kann auch bei der Erfindung vorgesehen sein, daß die aktive Schicht des Vertikalemitters und die Pumpstrahlungsquelle übereinander angeordnet sind und daß die aktive Schicht des Vertikalemitters optisch an die kantenemittierende Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle gekoppelt ist, so daß Strahlung der Pumpstrahlungsquelle im Betrieb in die aktive Schicht des Vertikalemitters geführt wird.
- Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die kantenemittierende Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle eine zwischen einer ersten und einer zweiten Wellenleiterschicht eingebettete aktive Schicht aufweist, und die aktive Schicht des Vertikalemitters auf einer der Wellenleiterschichten aufgebracht ist, so daß zumindest ein Teil der in der kantenemittierenden Halbleiterstruktur der Pumpstrahlungsquelle erzeugten Strahlung in die aktive Schicht des Vertikalemitters geführt wird.
- In allen Ausführungsformen kann die Dicke des gemeinsamen Aufwachssubstrats zur Verminderung von Strahlungsverlusten nach den Epitaxieschritten mit Vorteil auf unter 100 μm verringert oder das Substrat vollständig entfernt sein. Wird das Substrat nicht vollständig entfernt, umfaßt es zweckmäßiger Weise ein für die in dem Vertikalemitter erzeugte Strahlung durchlässiges Material.
- Auf der vom Substrat abgewandten Seite des Vertikalemitters ist bevorzugt eine Resonatorspiegelschicht, insbesondere ein verteilter Bragg-Reflektor aufgebracht.
- Als zweiter Resonatorspiegel kann ein zweiter interner Resonatorspiegel vorgesehen sein, der durch eine zweite Resonatorspiegelschicht gebildet ist, die zwischen Substrat und aktiver Schicht des Vertikalemitters angeordnet ist.
- Alternativ kann ein zweiter Resonatorspiegel des Resonators des Vertikalemitters durch einen externen Spiegel gebildet sein. Diese Alternative ist insbesondere vorteilhaft, wenn in dem Resonator des Vertikalemitters ein Element zur Frequenzkonversion, beispielsweise ein Frequenzverdoppler angeordnet ist. Hierzu kann im Resonator ein optisch nichtlinearer Kristall zur Frequenzkonversion angeordnet sein. Da die Ausgangsleistung der frequenzkonvertierten Strahlung nichtlinear von der Ausgangsleistung des Vertikalemitters abhängt, genügen für die Modulation in diesem Fall besonders niedrige Modulationsströme der Modulationsstrahlungsquelle.
- Die Erfindung ist besonders geeignet für Halbleiterlaservorrichtungen, die für eine Ausgangsleistung über 100 mW, bevorzugt von über 200 mW, besonders bevorzugt von über 500 mW ausgelegt ist, wobei die Modulationsstrahlungsquelle eine schnelle Modulation der Ausgangsleistung der Halbleiterlaservorrichtung ermöglicht.
- Der Vertikalemitter und/oder die Modulationsstrahlungsquelle und/oder die Pumpstrahlungsquelle können mit Vorteil auf Basis von InGaAlAs, InGaN, InGaAsP oder InGaAlP gebildet sein.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
1 bis9 näher erläutert. - Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine schematische Schnittansicht der Halbleiterlaservorrichtung von1 , entlang der Linie A-A; -
3 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 eine schematische Schnittansicht der Halbleiterlaservorrichtung von3 , entlang der Linie B-B; -
5 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Gestaltung der Halbleiterlaservorrichtung von3 , entlang der Linie B-B; -
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit einem externen Resonator; -
7 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
8 in (a) und (b) schematische Darstellungen von Aufsichten auf Halbleiterlaservorrichtungen mit Absorberschichten nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung; und -
9 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Ringlaser als Pumpstrahlungsquelle nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
1 zeigt eine Aufsicht auf eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der vertikale Aufbau ist im Schnitt längs der Linie A-A in2 dargestellt. Beispielhaft ist die Halbleiterlaservorrichtung für eine Emission bei 1030 nm ausgelegt. - Mit Bezug auf
1 und2 weist ein rückseitenemittierender Vertikalemitter20 mit quadratischem Querschnitt eine aktive strahlungsemittierende Schicht14 mit einer Quantentopfstruktur auf. Im Ausführungsbeispiel enthält der Vertikalemitter20 eine Doppelquantentopfstruktur aus undotierten InGaAs-Töpfen, deren Breite so gewählt ist, daß sich gerade die angestrebte Emission bei 1030 nm ergibt. - Die aktive Schicht
14 ist zwischen eine erste undotierte AlzGa1-zAs-Schicht16 und eine zweite undotierte AlzGa1-zAs-Schicht18 eingebettet, die, wie weiter unten im Zusammenhang mit den Steifenlasern30 beschrieben, als Wellenleiterschichten dienen. Die Wellenleiterschichten16 und18 sind durch eine n-dotierte AlyGa1-yAs Confinementschicht22 und eine p-dotierte AlyGa1-yAs Confinementschicht24 begrenzt. Die Confi nementschichten22 ,24 sind ihrerseits zwischen eine hochdotierte n-Kontaktschicht26 aus AlxGa1-xAs und eine hochdotierte p-Kontaktschicht28 einer Dicke von 0,1 bis 0,2 μm aus AlxGa1-xAs eingebettet. Dabei gilt für den Aluminiumgehalt der Schichten die Beziehung x < y und y > z. Um Absorptionsverluste durch die hochdotierte p-Kontaktschicht28 im Vertikalemitter20 zu minimieren, wird diese vorzugsweise in einem Wellenknoten des Stehwellenfeldes angeordnet. - Der Vertikalemitter
20 wird in diesem Ausführungsbeispiel extern durch eine selbst nicht dargestellte Pumpstrahlungsquelle gepumpt, deren Pumpstrahlung (Pfeil38 ) in bekannter Weise eine Besetzungsinversion in der aktiven Schicht14 des Vertikalemitters20 erzeugt. - Ein auf der Oberseite des Vertikalemitters
20 angeordneter Resonatorspiegel36 und ein nur schematisch gezeigter externer Resonatorspiegel40 bilden den Resonator des Vertikalemitters20 , in dem die vertikale Strahlung (Pfeil34 ) propagiert. Der externe Resonatorspiegel40 kann beispielsweise auch über einen teildurchlässigen Umlenkspiegel mit dem internen Resonatorspiegel36 gekoppelt sein, wie weiter unten bei der Beschreibung von6 erläutert. - Der Resonatorspiegel
36 ist im Ausführungsbeispiel als Endspiegel in Form eines verteilten Braggspiegels (DBR, distributed Bragg reflector) mit beispielsweise 30 Perioden aus undotiertem Al0.1Ga0.9Al und Al0.9Ga0.1Al mit einer Reflektivität von > 0.99, gebildet. Der externe Spiegel kann als Auskoppelspiegel teildurchlässig sein. - Neben dem Vertikalemitter
20 und an diesen an zwei Seiten angrenzend (1 ) sind zwei Streifenlaser30 angeordnet, die als Modulationsstrahlungsquellen für den Vertikalemitter20 fungieren. Die aktive Zone14 der Streifenlaser30 ist identisch mit der aktiven Zone14 des Vertikalemitters20 und ist beim Aufwachsen gleichzeitig mit dieser als einheitliche Schichtenfolge auf ein in2 bereits entferntes Aufwachssubstrat aufgebracht. - Durch die Spiegelstrukturen
42 und die Wellenleiterschichten16 und18 bilden die Steifenlaser30 kantenemittierende Halbleiterstrukturen, die in die aktive Schicht14 des Vertikalemitters20 strahlen (Pfeil32 ). - Da die Streifenlaser
30 dieselbe aktive Schichtenfolge wie der Vertikalemitter20 aufweisen, emittieren sie bei der gleichen Wellenlänge. Somit kann durch Einstrahlung der Modulationsstrahlung32 die Ladungsträgerinversion in der aktiven Schicht14 des Vertikalemitters gequencht, also bis auf kleine Werte oder vollständig abgebaut werden. Die gequenchte Besetzungsinversion führt zu einer entsprechend reduzierten Ausgangsleistung des Vertikalemitters20 . Dabei ist für das Quenching der Besetzungsinversion keine hohe Ausgangsleistung der Modulationsstrahlungsquellen, also auch nur ein kleiner Modulationsstrom erforderlich. - Insgesamt liefert die Kombination aus Modulationsstrahlungsquellen
30 und Vertikalemitter20 eine kompakte oberflächenemittierende Laserquelle hoher Leistung, die hohe Strahlqualität mit leichter Modulierbarkeit verbindet. - Die Stromzuführung für die kantenemittierenden Steifenlaser
30 erfolgt im Ausführungsbeispiel der2 von der p-Seite her über einen auf den Laserstreifen30 aufgebrachten p-Kontakt44 und von der n-Seite her über einen auf der n-Kontaktschicht26 nach einer Freiätzung angebrachten n-Kontakt27 . Alternativ kann die n-Kontaktierung bei einer Ausführungsform, bei der die Halbleiterlaservorrichtung10 mit der p-Seite nach unten montiert wird, auf einem gedünnten n-Substrat erfolgen, so daß keine in die Schichtstruktur einbrachte hochdotierte n-Kontaktschicht erforderlich ist. - Zur Verminderung von Strahlungsverlusten wird das Aufwachssubstrat nach den Epitaxieschritten beispielsweise auf unter 100 μm gedünnt oder vollständig entfernt. Die
2 und4 zeigen Halbleiterlaservorrichtungen mit vollständig entferntem Substrat und5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Substrat12 auf etwa 80 μm gedünnt wurde. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Pumpstrahlungsquellen monolithisch mit dem Vertikalemitter auf einem Substrat integriert sind, wird nachfolgend in Zusammenhang mit den
3 und4 erläutert.3 zeigt wiederum die Aufsicht,4 eine Schnittansicht längs der Linie B-B. - Die Aufsicht der
3 zeigt eine optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung, die wie die Halbleiterlaservorrichtung der1 für eine Emission bei 1030 nm ausgelegt sein kann. Dabei sind zwei Streifenlaser30 beiderseits eines rückseitenemittierenden Vertikalemitters20 mit quadratischem Querschnitt angeordnet. Insoweit entspricht der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels dem in im Zusammenhang mit1 erläuterten Ausführungsbeispiel. - Zusätzlich sind in dem Ausführungsbeispiel der
3 zwei Pumpstrahlungsquellen50 beiderseits des Vertikalemitters20 , aber in einer Richtung senkrecht zur Achse der Modulationsstrahlungsquelle30 angeordnet. Wie im dem Schnitt entlang der Linie B-B der4 zu erkennen, sind die Pumpstrahlungsquellen50 durch kantenemittierende Halbleiterlaserstrukturen gebildet, beispielsweise durch an sich bekannte LOC-SQW (Large Optical Cavity – Single Quantum Well)-Laserstrukturen für eine Emission bei etwa 1000 nm. - Die LOC-SQW-Struktur besteht im Ausführungsbeispiel aus einer ersten Mantelschicht
58 aus n-GaAl0.65As, einer ersten Wellenleiterschicht54 aus n-GaAl0.1As, einer aktiven Schicht52 , die ein undotiertes InGaAs-SQW umfaßt, einer zweiten Wellen leiterschicht56 aus p-GaAl0.1As und einer zweiten Mantelschicht60 aus p-GaAl0.65As. - Auf der zweiten Mantelschicht
60 kann beispielsweise eine p+-dotierte GaAs-Schicht als Deckschicht aufgebracht sein. An der freien Oberfläche der Deckschicht ist eine elektrisch isolierende Maskenschicht100 , beispielsweise eine Siliziumnitrid- eine Aluminiumoxid- oder eine Siliziumoxidschicht aufgebracht, deren Ausnehmungen Strominjektionspfade der Pumpstrahlungsquellen50 definieren (vgl. auch3 ,7 und8 ). Auf der Maskenschicht100 und in deren Aussparungen für die Strominjektionspfade, auf der Deckschicht ist eine p-Kontaktschicht68 , z.B. eine bekannte Kontaktmetallisierung, aufgebracht. An der Unterseite der ersten Mantelschicht58 ist ein n-Kontakt66 vorgesehen. - Beim Betrieb der Halbleiterlaservorrichtung wird in den durch die n-Kontakte
66 und die p-Kontakte68 definierten Bereichen der kantenemittierenden Halbleiterstrukturen der Pumpstrahlungsquellen Pumpstrahlung (Pfeil64 ) erzeugt und in die aktive Schicht14 des Vertikalemitters20 eingekoppelt. Dazu sind im Ausführungsbeispiel die aktiven Schichten52 der Pumpstrahlungsquellen50 höhengleich mit der aktiven Schicht14 des Vertikalemitters angeordnet, so daß sie direkt in die aktive Schicht14 einstrahlen. - Nahe des äußeren Randes der Pumpstrahlungsquellen
50 sind senkrecht verlaufende Endspiegel62 angeordnet. Sie können beispielsweise nach dem Aufwachsen der Pumpstrahlungsquellen50 mittels Ätzen entsprechender Gräben und deren nachfolgendem Füllen mit hochreflektierendem Material hergestellt werden oder sie können in bekannter Weise durch Spalten des Wafers entlang von Kristallebenen hergestellt werden. Diese sind dann notwendigerweise nicht im Chip angeordnet, sondern durch die gespaltenen Chipseitenflächen gebildet. Diese Alternative ist bei dem in4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwirklicht. - Bei ausreichender Rückreflexion an der Grenzfläche
70 zwischen Pumpstrahlungsquelle50 und Vertikalemitter20 und geeigneter Lage der Endspiegel62 wird in den Pumpstrahlungsquellen50 Laserstrahlung erzeugt, was zu einer erhöhten Pumpeffizienz führt. - Im Ausführungsbeispiel sind die Endflächen
62 derart zueinander angeordnet, daß sie einen Laserresonator für die einander gegenüberliegenden Pumpstrahlungsquellen50 bilden. Die zwei gegenüberliegenden Pumpstrahlungsquellen50 sind, nachdem die aktive Schicht des Vertikalemitters20 soweit gepumpt ist, daß sie hinreichend transparent für die Pumpstrahlung ist, zu einem kohärent schwingenden Laser gekoppelt. Bei optimaler Verspiegelung der Endspiegel oder Endflächen62 steht dann bis auf Verluste an den Grenzflächen70 die gesamte vom Pumplaser50 ,50 erzeugte optische Leistung als Pumpleistung zur Verfügung. - Bei der Herstellung der in
3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung werden zwei getrennte Epitaxieschritte durchgeführt. Zunächst werden in einem ersten Epitaxieschritt der Vertikalemitter20 und die Streifenlaser30 mit den angegebenen Halbleiterschichten auf einem gemeinsamen Substrat gewachsen. Dann werden die Epitaxieschichten in den Bereichen, in denen die Pumpstrahlungsquellen50 aufgewachsen werden sollen, bis in das Substrat abgeätzt, und die Epitaxieschichten der Pumpstrahlungsquellen50 werden in einem zweiten Epitaxieschritt aufgewachsen. Anschließend wird mit einer Ätzmaske der Bereich des Vertikalemitters20 und der mit dem zweiten Epitaxieschritt abgeschiedene Bereich der Pumpstrahlungsquellen50 geschützt, und der Bereich der Streifenlaser30 wird bis zur hochdotierten p-Kontaktschicht abgeätzt. Schließlich wird auf diesen freigelegten streifenförmigen Bereichen, die im Gebiet des Vertikalemitters20 münden, die p-Metallisierung für die Modulations-Steifenlaser30 aufgebracht. Zuletzt wird das Aufwachssubstrat zur Verminderung von Strahlungsverlusten, wie oben beschrieben, gedünnt oder vollständig entfernt. - Die
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Pumpstrahlungsquelle für die in3 gezeigte optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung, dargestellt entlang der Linie B-B von3 . - Bei dem Ausführungsbeispiel nach
5 ist die Pumpstrahlungsquelle80 nicht auf gleicher Höhe mit dem Vertikalemitter20 , sondern unterhalb von diesem angeordnet. Wie in5 gezeigt, ist auf einem Substrat12 zunächst eine ganzflächige Pufferschicht88 und eine kantenemittierende Halbleiterlaserstruktur85 aufgebracht, bei der zwischen einer ersten Wellenleiterschicht84 und einer zweiten Wellenleiterschicht86 eine aktive Schicht82 angeordnet ist. Als Endspiegel der kantenemittierenden Halbleiterlaserstruktur85 dienen im Ausführungsbeispiel die Spaltflächen98 des Halbleiterkörpers. - Der Vertikalemitter
20 ist in der Mitte des Substrats12 auf der zweiten Wellenleiterschicht86 mit der aktiven Schicht14 , einer darauf angebrachten Confinementschicht24 und einer Braggspiegel-Schichtenfolge36 aufgewachsen. - Die optische Kopplung der aktiven Schicht
82 der Pumpstrahlungsquelle80 mit der aktiven Schicht14 des Vertikalemitters20 erfolgt dabei über eine Wellenleiterschicht86 , die einen Teil der in der Pumpstrahlungsquelle80 erzeugten Strahlung bis zur aktiven Schicht14 hin führt. Um die Einkopplung zu verbessern, ist die aktive Schicht82 asymmetrisch in dem von den zwei Wellenleiterschichten84 und86 gebildeten Wellenleiter angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann zum gleichen Zweck der Brechungsindex der zweiten Wellenleiterschicht86 höher als der der ersten Wellenleiterschicht84 sein und/oder die zweite Wellenleiterschicht86 kann zur aktiven Schicht14 hin graduell ansteigen. - Im Bereich um den Vertikalemitter
20 ist auf die zweite Wellenleiterschicht86 oder ggf. auf eine auf dieser aufgebrachten hochdotierten Deckschicht eine elektrisch isolierende Maskenschicht100 aufgebracht, die Ausnehmungen für Strominjektionspfade für die kantenemittierende Struktur85 aufweist (3 ). Auf der elektrisch isolierenden Maskenschicht100 und in deren Ausnehmungen auf der zweiten Wellenleiterschicht86 bzw. auf der Deckschicht befindet sich eine erste Kontaktschicht92 und auf der dieser gegenüberliegenden Seite des Substrats12 ist eine zweite Kontaktschicht90 mit einem Austrittsfenster94 für den Laserstrahl (Pfeil34 ) angebracht. Dabei wurde das Substrat12 nach Aufwachsen der Modulationsstrahlungsquellen30 auf eine Dicke von etwa 80 μm gedünnt. -
6 zeigt den Betrieb einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit einem externen Resonatorspiegel110 . Dabei durchläuft die vom Vertikalemitter20 emittierte Laserstrahlung ein frequenzselektives Element114 und wird über einen Umlenkspiegel112 durch einen nichtlinearen optischen Kristall116 und auf den externen Resonatorspiegel110 geführt. Dabei wird in dem nichtlinearen optischen Kristall116 in bekannter Weise ein Teil der Laserstrahlung in Strahlung doppelter Frequenz umgewandelt. Die Reflektivität des Umlenkspiegels112 variiert dabei so, daß die frequenzverdoppelte Strahlung120 an dem Umlenkspiegel112 ausgekoppelt wird. Das frequenzselektive Element114 stellt sicher, daß nur die Grundfrequenz zum Vertikalemitter20 zurückläuft. - Da die Ausgangsleistung der frequenzverdoppelten Strahlung
120 wegen der Frequenzkonversion nichtlinear von der Ausgangsleistung des Vertikalemitters20 abhängt, genügen für die Modulation in diesem Fall besonders niedrige Modulationsströme der Modulationslaser30 . -
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung, bei der vier Modula tionsstrahlungsquellen30 und vier Pumpstrahlungsquellen50 alternierend sternförmig um den Vertikalemitter20 herum angeordnet sind, um sowohl die Pumpstrahlung als auch die Modulationsstrahlung homogen in der aktiven Schicht des Vertikalemitters zu deponieren. - Wie in
8a ) und8b ) gezeigt, können zusätzlich in allen Ausführungsbeispielen im Randbereich und/oder in Ätzstrukturen des Vertikalemitters20 Absorberschichten130 oder132 angeordnet sein, die störende Quermoden, also Moden, die parallel zum Substrat verlaufen, unterdrücken. - Bei dem in
9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Pumpstrahlungsquelle für die Halbleiterlaservorrichtung in Gestalt eines Ringlasers ausgebildet. Dabei entspricht die Abfolge der Halbleiterschichten dem in den2 bzw.4 gezeigten Ausführungsbeispiel. In der Aufsicht weist der Pumpringlaser140 eine achteckige Form mit vierzähliger Rotationssymmetrie sowie eine quadratische zentrale Aussparung142 auf. Der gepumpte, in der Aufsicht der9 kreisförmige Vertikalemitter20 ist vollständig innerhalb des so gebildeten Achteckrings angeordnet. Dieser Achteckring bildet einen Ringresonator in Form eines totalreflektierenden, geschlossenen Wellenleiters. Im Betrieb schwingen in diesem Wellenleiter zyklisch umlaufende Ringmoden an, von denen lediglich eine mit Bezugszeichen144 beispielhaft dargestellt ist. Aufgrund der Totalreflexion an den Außenflächen sind die Auskoppelverluste bei diesem Ausführungsbeispiel äußerst gering, so daß mit Vorteil das gesamte resonatorinterne Strahlungsfeld zum Pumpen des Vertikalemitters20 zur Verfügung steht. - Zwei Streifenlaser
30 sind an gegenüberliegenden Stellen des Vertikalemitters20 angeordnet, wobei einer der Streifenlaser30 in der Aussparung142 des Achteckrings liegt. Die Endspiegel42 der Steifenlaser30 bilden wie bei1 ausführlich beschrieben einen Laserresonator für die zusammengenommenen gegenüberliegenden Steifenlaser30 . - Die oben beschriebenen Strukturen lassen sich nicht nur im beispielhaft verwendeten InGaAlAs-System, sondern beispielsweise auch im InGaN-, InGaAsP- oder im InGaAlP-System verwenden.
Claims (35)
- Oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung mit einem mittels einer Pumpstrahlungsquelle optisch pumpbaren Vertikalemitter (
20 ), der eine strahlungserzeugende Schicht (14 ) und einen externen Resonator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Modulationsstrahlungsquelle (30 ) zur Modulation der Ausgangsleistung der oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen ist, die eine kantenemittierende Halbleiterstruktur (15 ) mit einer strahlungserzeugenden aktiven Schicht umfaßt, und die so angeordnet ist, daß sie im Betrieb Strahlung emittiert, die in die strahlungserzeugende aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) eingekoppelt wird und dort eine mittels der Pumpstrahlungsquelle erzeugte Besetzungsinversion zumindest teilweise abbaut. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungserzeugende Schicht (
14 ) des Vertikalemitters (20 ) und die strahlungserzeugende Schicht der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) die gleiche Struktur und/oder den gleichen Aufbau aufweisen und/oder aus den gleichen Materialien gebildet sind. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
14 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) im Betrieb Strahlung emittiert, deren Wellenlänge gleich der Wellenlänge der von dem Vertikalemitter (20 ) erzeugten Strahlung ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kantenemittierende Halbleiterstruktur (
15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) und der Vertikalemitter (20 ) auf einem gemeinsamen Substrat (12 ) angeordnet sind. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kantenemittierende Halbleiterstruktur (
15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) und der Vertikalemitter (20 ) auf einem gemeinsamen Substrat (12 ) epitaktisch aufgewachsen sind, wobei das Substrat nach der Epitaxie abgedünnt oder vollständig entfernt ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
12 ) für die von dem Vertikalemitter (20 ) erzeugte Strahlung durchlässig ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
14 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) und die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) derart nebeneinander angeordnet sind, daß die Modulationsstrahlungsquelle (30 ) im Betrieb seitlich, insbesondere parallel zur Schichtebene der aktiven Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ), in die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) strahlt. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Modulationsstrahlungsquellen (
30 ) um den Vertikalemitter (20 ) herum angeordnet sind, die jeweils im Betrieb in die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) strahlen. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters (
20 ) angeordnete Modulationsstrahlungsquellen (30 ) zusammen eine Laserstruktur zur Modulation der Ausgangsleistung der Halbleiterlaservorrichtung bilden. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
14 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) zwischen einer ersten Wellenleiterschicht (16 ) und einer zweiten Wellenleiterschicht (18 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
14 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (15 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) zwischen einer ersten Mantelschicht (22 ) und einer zweiten Mantelschicht (24 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung eine Pumpstrahlungsquelle (
50 ) aufweist, die im Betrieb die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) optisch pumpt. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpstrahlungsquelle (
50 ) eine kantenemittierende Halbleiterstruktur (55 ) mit einer aktiven Schicht (52 ) umfaßt, die mit dem Vertikalemitter (20 ) auf einem gemeinsamen Substrat (12 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpstrahlungsquelle (
50 ) eine kantenemittierende Halbleiterstruktur (55 ) mit einer aktiven Schicht (52 ) umfaßt, die mit dem Vertikalemitter (20 ) auf einem gemeinsamen Substrat (12 ) epitaktisch aufgewachsen ist, wobei das Substrat nach der Epitaxie abgedünnt oder vollständig entfernt ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (
12 ) für die von dem Vertikalemitter (20 ) erzeugte Strahlung durchlässig ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
52 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (55 ) der Pumpstrahlungsquelle (50 ) zwischen einer ersten Wellenleiterschicht (84 ) und einer zweiten Wellenleiterschicht (86 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
52 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (55 ) der Pumpstrahlungsquelle und die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) derart nebeneinander angeordnet sind, daß die Pumpstrahlungsquelle (50 ) im Betrieb seitlich, insbesondere parallel zur Schichtebene der aktiven Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ), in die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) strahlt. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
52 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (55 ) der Pumpstrahlungsquelle und die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) gegeneinander höhenversetzt angeordnet sind, und die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) optisch an die kantenemittierende Halbleiterstruktur (85 ) der Pumpstrahlungsquelle (80 ) gekoppelt ist, so daß die im Betrieb von der Pumpstrahlungsquelle (80 ) emittierte Strahlung zumindest teilweise in die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) geführt wird. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der aktiven Schicht (
14 ) des Vertikalemitters (20 ) und der aktiven Schicht (82 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (85 ) der Pumpstrahlungsquelle eine der Wellenleiterschichten (84 ,86 ) angeordnet ist, und die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) optisch an die kantenemittierende Halbleiterstruktur (85 ) der Pumpstrahlungsquelle (80 ) gekoppelt ist, so daß die im Betrieb von der Pumpstrahlungsquelle (80 ) emittierte Strahlung zumindest teilweise in die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) geführt wird. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die kantenemittierende Halbleiterstruktur (
55 ) der Pumpstrahlungsquelle (50 ) eine von der aktiven Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) verschiedene aktive Schicht (52 ) aufweist, insbesondere, daß die aktive Schicht (52 ) der Pumpstrahlungsquelle (50 ) bei einer kleineren Wellenlänge emittiert als die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ). - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Pumpstrahlungsquellen (
50 ) um den Vertikalemitter (20 ) herum angeordnet sind, die im Betrieb die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) optisch pumpen. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters (
20 ) angeordnete Pumpstrahlungsquellen (50 ) zusammen eine Laserstruktur zum optischen Pumpen des Vertikalemitters (20 ) bilden. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpstrahlungsquelle mindestens einen Ringlaser (
140 ) aufweist, wobei die aktive Schicht (14 ) des Vertikalemitters (20 ) bevorzugt innerhalb des Resonators des Ringlasers (140 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnett, daß der Resonator des Ringlasers (
140 ) von einem ringförmig geschlossenen Wellenleiter gebildet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13 oder einem der auf Anspruch 13 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (
52 ) der kantenemittierenden Halbleiterstruktur (55 ) der Pumpstrahlungsquelle (50 ) zwischen einer ersten Mantelschicht (58 ) und einer zweiten Mantelschicht (60 ) angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalemitter (
20 ) einen Resonator aufweist, und die Halbleiterlaservorrichtung eine Resonatorspiegelschicht (36 ) umfaßt, die den Resonator begrenzt. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorspiegelschicht (
36 ) als Bragg-Reflektor, insbesondere als verteilter Bragg-Reflektor gebildet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaservorrichtung eine zweite Resonatorspiegelschicht umfaßt, die den Resonator begrenzt, wobei die aktive Schicht (
14 ) des Vertikalemitters (20 ) zwischen den beiden Resonatorspiegelschichten angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalemitter (
20 ) einen Resonator aufweist, der durch einen externen Spiegel begrenzt wird. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Resonator des Vertikalemitters (
20 ) ein Element zur Frequenzkonversion (116 ), insbesondere ein Frequenzverdoppler, angeordnet ist. - Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaservorrichtung für eine Ausgangsleistung, die größer oder gleich 100 mW, bevorzugt größer oder gleich 200 mW, besonders bevorzugt größer oder gleich 500 mW ist, ausgelegt ist.
- Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalemitter (
20 ) und/oder die Modulationsstrahlungsquelle (30 ) und/oder die Pumpstrahlungsquelle (50 ) auf der Basis von InAlGaAs, InAlGaN, InGaAsP oder InGaAlP gebildet sind. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalemitter (
20 ) und/oder die Modulationsstrahlungsquelle (30 ) und/oder die Pumpstrahlungsquelle (50 ) mindestens eine der Verbindungen InxAlyGa1-x-yAs, InxAlyGa1-x-yN, InxGa1-xAszP1-z oder InxGayAl1-x-yP enthalten, wobei für jede der Verbindungen 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ x + y ≤ 1 gilt. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der auf Anspruch 10 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Wellenleiterschicht (
16 ,18 ) der Modulationsstrahlungsquelle (30 ) zwischen einer ersten Mantelschicht (22 ) und einer zweiten Mantelschicht (24 ) angeordnet sind. - Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16 oder einem der auf Anspruch 16 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Wellenleiterschicht (
54 ,56 ) der Pumpstrahlungsquelle (50 ) zwischen einer ersten Mantelschicht (58 ) und einer zweiten Mantelschicht (60 ) angeordnet sind.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10214120A DE10214120B4 (de) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung |
JP2003091016A JP4233366B2 (ja) | 2002-03-28 | 2003-03-28 | 光ポンピング可能な垂直エミッタを有する面発光半導体レーザ装置 |
US10/402,814 US6947460B2 (en) | 2002-03-28 | 2003-03-28 | Optically pumpable surface-emitting semiconductor laser device |
US11/188,203 US20050259700A1 (en) | 2002-03-28 | 2005-07-22 | Optically pumpable surface-emitting semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10214120A DE10214120B4 (de) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10214120A1 DE10214120A1 (de) | 2003-10-23 |
DE10214120B4 true DE10214120B4 (de) | 2007-06-06 |
Family
ID=28458455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10214120A Expired - Fee Related DE10214120B4 (de) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6947460B2 (de) |
JP (1) | JP4233366B2 (de) |
DE (1) | DE10214120B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008036254A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10214120B4 (de) * | 2002-03-28 | 2007-06-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung |
US7184632B2 (en) * | 2003-05-27 | 2007-02-27 | Cornell Research Foundation, Inc. | Light scattering optical resonator |
US7209506B2 (en) * | 2003-07-31 | 2007-04-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optically pumped semiconductor device and method for producing it |
DE112004002025D2 (de) * | 2003-11-13 | 2006-06-29 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Monolithischer optisch gepumpter VCSEL mit seitlich angebrachtem Kantenemitter |
DE502004008051D1 (de) * | 2003-11-13 | 2008-10-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch gepumpte halbleiterlaservorrichtung |
EP1560306B1 (de) | 2004-01-30 | 2014-11-19 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einem Interferenzfilter |
JP4602685B2 (ja) * | 2004-04-14 | 2010-12-22 | 株式会社リコー | 垂直共振器型面発光半導体レーザ素子および発光装置および光伝送システム |
DE102004042146A1 (de) * | 2004-04-30 | 2006-01-26 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch gepumpte Halbleitervorrichtung |
DE102004040077A1 (de) * | 2004-05-28 | 2005-12-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung |
DE102004050118A1 (de) | 2004-07-30 | 2006-03-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaserbauelement, optische Vorrichtung für ein Halbleiterlaserbauelement und Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung |
DE102005055159B4 (de) * | 2005-09-29 | 2013-02-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Hochfrequenz-modulierter oberflächenemittierender Halbleiterlaser |
KR100754698B1 (ko) * | 2006-01-02 | 2007-09-03 | 삼성전자주식회사 | 2차 고조파 광을 생성하기 위한 레이저 장치 |
DE102006011284A1 (de) * | 2006-02-28 | 2007-08-30 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaservorrichtung |
DE102007053296A1 (de) * | 2007-09-11 | 2009-03-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleitervorrichtung mit Winkelreflektor |
JP2009170508A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光半導体レーザ及びその製造方法 |
DE102008006993A1 (de) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender Halbleiterlaser |
US20160056611A1 (en) * | 2014-08-25 | 2016-02-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor laser resonator and semiconductor laser device including the same |
KR102384228B1 (ko) * | 2015-09-30 | 2022-04-07 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 공진기 및 이를 포함하는 반도체 레이저 소자 |
GB201607996D0 (en) * | 2016-05-06 | 2016-06-22 | Univ Glasgow | Laser device and method for its operation |
CN112652943A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-13 | 隆达电子股份有限公司 | 垂直共振腔面射型激光装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5748653A (en) * | 1996-03-18 | 1998-05-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Vertical cavity surface emitting lasers with optical gain control (V-logic) |
US5991318A (en) * | 1998-10-26 | 1999-11-23 | Coherent, Inc. | Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser |
WO2001013481A1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-02-22 | Coretek, Inc. | Method for modulating an optically pumped, tunable vertical cavi ty surface emitting laser (vcsel) |
US6285704B1 (en) * | 1997-07-14 | 2001-09-04 | Mitel Semiconductor Ab | Field modulated vertical cavity surface-emitting laser with internal optical pumping |
US20020001328A1 (en) * | 2000-05-30 | 2002-01-03 | Tony Albrecht | Optically pumped, surface-emitting semiconductor laser device and method for the manufacture thereof |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5796771A (en) * | 1996-08-19 | 1998-08-18 | The Regents Of The University Of California | Miniature self-pumped monolithically integrated solid state laser |
US6327293B1 (en) * | 1998-08-12 | 2001-12-04 | Coherent, Inc. | Optically-pumped external-mirror vertical-cavity semiconductor-laser |
JP2001085790A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Toshiba Corp | 発光増幅素子 |
US6424669B1 (en) * | 1999-10-29 | 2002-07-23 | E20 Communications, Inc. | Integrated optically pumped vertical cavity surface emitting laser |
AU2470301A (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-08 | E20 Communications, Inc. | Modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers |
US6735234B1 (en) * | 2000-02-11 | 2004-05-11 | Giga Tera Ag | Passively mode-locked optically pumped semiconductor external-cavity surface-emitting laser |
DE10026734A1 (de) | 2000-05-30 | 2001-12-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
US6711203B1 (en) * | 2000-09-22 | 2004-03-23 | Blueleaf, Inc. | Optical transmitter comprising a stepwise tunable laser |
CA2328637A1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-06-15 | Richard D. Clayton | Lateral optical pumping of vertical cavity surface emitting laser |
US6714574B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-03-30 | Bookham Technology, Plc | Monolithically integrated optically-pumped edge-emitting semiconductor laser |
DE10214120B4 (de) * | 2002-03-28 | 2007-06-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung |
-
2002
- 2002-03-28 DE DE10214120A patent/DE10214120B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-03-28 US US10/402,814 patent/US6947460B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-28 JP JP2003091016A patent/JP4233366B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-07-22 US US11/188,203 patent/US20050259700A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5748653A (en) * | 1996-03-18 | 1998-05-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Vertical cavity surface emitting lasers with optical gain control (V-logic) |
US6285704B1 (en) * | 1997-07-14 | 2001-09-04 | Mitel Semiconductor Ab | Field modulated vertical cavity surface-emitting laser with internal optical pumping |
US5991318A (en) * | 1998-10-26 | 1999-11-23 | Coherent, Inc. | Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser |
WO2001013481A1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-02-22 | Coretek, Inc. | Method for modulating an optically pumped, tunable vertical cavi ty surface emitting laser (vcsel) |
US20020001328A1 (en) * | 2000-05-30 | 2002-01-03 | Tony Albrecht | Optically pumped, surface-emitting semiconductor laser device and method for the manufacture thereof |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
SHIRE, D.B., TANG, C.L.: Gain controlled vertical cavity surface emitting lasers coupled with intracavity in-plane lasers, in: Appl. Phys. Lett., Vol. 66, No. 14, 1995, S. 1717-1719 * |
US 2002/00 01 328 A1 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008036254A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003304033A (ja) | 2003-10-24 |
JP4233366B2 (ja) | 2009-03-04 |
DE10214120A1 (de) | 2003-10-23 |
US20050259700A1 (en) | 2005-11-24 |
US20040022286A1 (en) | 2004-02-05 |
US6947460B2 (en) | 2005-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10214120B4 (de) | Optisch pumpbare oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung | |
EP1615306B1 (de) | Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE69838761T2 (de) | Optischer Datenübertragungspfad enthaltend eine oberflächenemittierende Laserdiode mit Vertikalresonator und eine Photodiode mit Resonanzkavität | |
DE3751535T2 (de) | Halbleiterlaser. | |
DE69217344T2 (de) | Abstimmbarer Laser mit gekoppelter Quantumwell-Struktur | |
DE102013204964B4 (de) | Optisch gepumpte oberflächenemittierende Laser mit Reflektor mit hohem Reflexionsvermögen und begrenzter Bandbreite | |
DE60220430T2 (de) | Halbleiterlaser auf der basis des effekts der kristallvermittelten photonenbandfiltration höherer moden der laserstrahlung und verfahren zu seiner herstellung | |
EP2220733B1 (de) | Laserlichtquelle | |
DE3146795A1 (de) | "superlumineszente, lichtemittierende diode (sld) mit wirksamer ankopplung an optische wellenleiter" | |
DE3689188T2 (de) | Halbleiterlaser. | |
DE3685755T2 (de) | Streifenlaser mit transversalem uebergang. | |
DE102009054564A1 (de) | Laserdiodenanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung | |
DE60034607T2 (de) | Oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) unter Verwendung von vergrabenen Bragg-Reflektoren und Herstellungsverfahren | |
WO2009082999A2 (de) | Kantenemittierender halbleiterlaserchip mit einem strukturierten kontaktstreifen | |
EP1535376B1 (de) | Optisch gepumpte strahlungsemittierende halbleitervorrichtung und verfahren zu deren herstellung | |
DE3884366T2 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen, wobei sich die aktive Schicht und die Schicht zur Erzeugung der zweiten Harmonischen auf demselben Substrat befinden. | |
EP1605562A2 (de) | Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaser-Vorrichtung | |
DE60204168T2 (de) | Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern | |
DE10243545A1 (de) | Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung | |
DE10223540A1 (de) | Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung | |
DE102007061458A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements und strahlungsemittierendes Bauelement | |
WO2019110682A1 (de) | Strahlungsquelle zur emission von terahertz-strahlung | |
WO2024083995A1 (de) | Oszillatoranordnung und verfahren | |
WO2023218005A1 (de) | Breitstreifen-diodenlaser mit integriertem p-n-tunnelübergang | |
DE19954093A1 (de) | Anordnung für Hochleistungslaser |
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 | ||
R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |