DE3612695A1 - Halbleiter-laserdiode mit qualitativ verbesserter resonator-spiegelflaeche - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiter- Laserdioden nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus dem Stand der Technik sind Halbleiter-Laserdioden be­ kannt. Im wesentlichen bestehen sie aus einem Halbleiter­ körper mit zwei oder ggf. mehr Elektroden bzw. Anschlüssen für die Stromzuführung zum Zweck der Verstärkung und/oder Erzeugung von Laserstrahlung. Wie dies für Laser bekannt ist, verläuft die verstärkte bzw. erzeugte Laser­ strahlung in einem optischen Resonator. Der optische Re­ sonator ist durch einander gegenüberliegende Endflächen bestimmt, die ein mehr oder weniger großes spiegelndes Reflexionsvermögen haben. Bei einer Halbleiter-Laser­ diode liegt dieser optische Resonator in dem Halbleiter­ körper der Diode und es sind entsprechende, den optischen Resonator begrenzende Endflächen am oder im Halbleiter­ körper erzeugt bzw. vorhanden. Ein häufiger Fall ist der, daß eine Stirnfläche oder zwei einander gegenüberliegende Stirnflächen des Halbleiterkörpers als eine bzw. als die beiden spiegelnd reflektierenden Endflächen des Resonators benutzt werden. Wegen des sehr hohen Brechungsindex- Sprunges von Halbleitermaterial gegenüber Luft hat eine solche Stirnfläche des Halbleiterkörpers bereits relativ hohes Reflexionsvermögen. Nicht selten werden aber auch zusätzliche Verspiegelungen auf einer derartigen Stirn­ fläche des Halbleiterkörpers vorgesehen, z.B. Mehrschich­ ten-, dielektrische Spiegel bzw. metallische Spiegel­ flächen, die gegenüber dem Material des Halbleiterkörpers (durch eine isolierende Schicht) elektrisch isoliert auf­ gebracht sind.

Seit mindestens mehr als einem Jahrzehnt ist es üblich, in der voranstehend beschriebenen Weise zu verfahren bzw. derartige Laserdioden herzustellen. Es wurden Typen solcher Laserdioden entwickelt, die als Oxidstreifen- Laser (US-PS 41 21 179), als MCRW-Laser (US-PS 43 52 187 bzw. "Frequenz" Bd. 34 (1980), S. 343-346) als burried hetero-Laser (DE-OS 34 35 307) und dgl. bekannt sind. Gemeinsam ist diesen Halbleiter-Laserdioden, daß für eine jeweilige Laserdiode der Strom von der einen Elektrode her begrenzt auf den Bereich eines schmalen, länglichen Streifens in die eigentliche laseraktive Zone des Halb­ leiterkörpers injiziert wird. Dieser längliche Streifen ergibt sich für einen Oxidstreifen-Laser aufgrund einer streifenförmigen Aussparung in der elektrisch isolierenden Schicht, die sich unter der betreffenden Elektrode des Halbleiterkörpers befindet. Für den MCRW-Laser ergibt sich diese Form aus der Streifenform des Laser-Steges des Halbleiterkörpers, wobei außerhalb des Bereichs dieses Lasersteges bekanntermaßen, z.B. durch Schottky-Kontakt, hochohmiger Übergang zwischen der betreffenden Elektrode und dem Halbleiterkörper vorliegt. Diese Einzelheiten sind hinlänglich bekannt und bedürfen keiner noch weiteren Erläuterung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, trotz des bereits erreichten hohen Entwicklungsstandes weitere Ver­ besserungen an derartigen Laserdioden zu erzielen.

Diese Aufgabe wird für eine Halbleiter-Laserdiode mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteran­ sprüchen hervor.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß geometrische Störungen im spiegelnden Ver­ halten von spiegelnd reflektierenden Halbleiterflächen auftreten, die entweder selbst als spiegelnder Reflektor für den optischen Resonator benutzt werden oder die die materialmäßige Grundlage für einen solchen Spiegel bilden. Es konnte herausgefunden werden, daß solche Flächen des Halbleiterkörpers insbesondere bei Oxidstreifen-Laser­ dioden und MCRW-Laserdioden Profilungleichförmigkeiten haben, die zwar kaum zu erkennen sind, jedoch erhebliche Störungen verursachen.

Es ist bekannt, daß solche als Spiegelflächen der Laser­ dioden verwendeten Flächen eines Halbleiterkörpers durch Spaltbruch, durch Naßätzen, durch Trockenätzen, insbeson­ dere Ionenätzen, und dgl. hergestellt werden. Bei diesen Herstellungsverfahren wird das anisotrope Verhalten des Halbleiterkörpers gegenüber Brechkräften und/oder Ätz­ angriff dazu ausgenutzt, der Kristallperfektion des Halb­ leiterkörpers entsprechend qualitativ hochwertige Flächen größter Ebenheit zu erzeugen.

Es wurde aber festgestellt, daß diese erwartete Ebenheit doch nicht vorliegt, sondern daß eine derartige Fläche des Halbleiterkörpers Unebenheiten aufweist. Diese sind nach­ weislich auf das Zusammentreffen verschiedener Materialien (insbesondere beim Oxidstreifenlaser) und/oder eine solche Struktur (insbesondere beim MCRW bzw. bei der mushroom­ (Pilz-)Laserdiode bzw. beim Mesastreifen-Laser) zurückzu­ führen, die eine jedoch andere Oberfläche des Halbleiter­ körpers aufweist. Dabei handelt es sich um die, im wesent­ lichen senkrecht zur gewünschten Spiegeloberfläche des Halb­ leiterkörpers angrenzende Oberfläche des Halbleiterkör­ pers, nämlich um diejenige Oberfläche auf der sich die eine Elektrode befindet. So konnte eine Störungen verur­ sachende Formabweichung in der Ebenheit der Spiegelfläche bei einem Oxidstreifen-Laser in den Bereichen des Materialübergangs vom Oxid zum Halbleiter festgestellt werden. Entsprechendes wurde beim MCRW-Laser für die Bereiche der Seitenflanken des Wellenführungssteges, der z.B. eine Höhe von 1,5 µm hat, festgestellt. Bei den bekannten Halbleiterlasern durchschneidet die erwähnte spiegelnd reflektierende, für den optischen Resonator als Spiegel genutzte Halbleiterfläche auch diese Bereiche der Strompfad-Maskierung eines Oxidstreifen-Lasers, BH-Lasers bzw. des Wellenführungssteges eines MCRW-Lasers.

Auf der Basis dieser Erkenntnisse liegt die Erfindung in dem Prinzip, in (jeweils) demjenigen Bereich, in dem der Bereich des optischen Resonators und der Bereich der vorge­ sehenen spiegelnd reflektierenden Fläche des Halbleiter­ körpers zusammenfallen bzw. sich überdecken, die (von der betreffenden Elektrode bedeckte) Oberfläche des Halb­ leiterkörpers von derartigen Inhomogenitäten und Strukturen freizuhalten, so daß die für die Laserstrah­ lung genutzte Zone der spiegelnden Reflektorfläche des Halbleiterkörpers keine solche Inhomogenitäten bzw. Struk­ turen am Halbleiterkörper umfaßt bzw. berührt. Erfindungs­ gemäß ist vorgesehen, derartige Materialinhomogenität und Formstruktur auf bzw. in der betreffenden Oberfläche der Laserdiode schon in ca. 5 bis 10 µm Abstand von der die Laserstrahlung reflektierenden Zone der (senkrecht zu dieser Oberfläche orientierten) spiegelnd reflektierenden Fläche (Bruchfläche oder Ätzfläche) entfernt zu halten. In dieser Laserstrahlung reflektierenden Zone sind dann keine wie zuvor festgestellte Unebenheiten mehr vorliegend. Die Form der Resonatorendbereiche ist damit erfindungsge­ mäß so gestaltet, daß die Material- und/oder Geometrie- Inhomogenitäten des bzw. am Halbleiterkörper nicht bis in den Bereich dieser Zone hineinwirken, so daß die Herstellung der dort als Spiegel dienenden Flächen, z.B. durch Bruch und/oder Ätzen, tatsächlich zu Spiegeln führt, die frei von derartigen störenden Unebenheiten sind.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nach­ folgenden Beschreibung zu den Figuren hervor.

Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Ausführungsform eines Oxidstreifen-Lasers.

Die Fig. 2 zeigt eine bekannte Ausführungsform eines MCRW-Lasers mit dem markanten Lasersteg.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Prinzips der Erfindung an einer Laserdiode des Typs der Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Prinzips der Erfindung an einer Laserdiode des Typs der Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Prinzips der Erfindung an einer Laserdiode des Typs einer B.H.- Laserdiode.

Fig. 6 zeigt eine Ausführung der Erfindung zu einer Spiegelfläche, die in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eingefügt ist.

Fig. 7 zeigt Hinweise auf die Herstellung jeweils einer Vielzahl erfindungsgemäß ausgeführter Laserdioden.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 bzw. 11 der Halbleiter­ körper einer bekannten Laserdiode bezeichnet. Der Halb­ leiterkörper 11 weist gegenüber dem Körper 1 den für eine MCRW-Laserdiode markanten Steg 12 auf. Mit 2 ₁ und 2 ₂ sind die beiden Anteile der Oxidschicht des bekannten Oxid­ streifen-Lasers bezeichnet. Zwischen diesen beiden Anteilen liegt der von der Oxidschicht freie Spalt, in dem die ansonsten oberhalb der Oxidschicht 2 ₁, 2 ₂ befindliche Elektrodenschicht 3 mit entsprechender Einsenkung 4 direkt mit gutem ohm′schen Kontakt auf dem Material des Halblei­ terkörpers 1 aufliegt. Parallel diesem Spaltbereich 4 erstreckt sich im Halbleiterkörper der Laserdiodenstreifen. Mit 5 ist die sich im Halbleiterkörper ergebende laser­ aktive Zone bezeichnet, in der Laserstrahlung auftritt und von der in den Figuren nur die jeweilige Austrittszone in der Stirnfläche 6 des Halbleiterkörpers 1, 11 dargestellt ist.

Die Elektrode 13 der Ausführungsform nach Fig. 2 er­ streckt sich auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 11 und insbesondere über dessen Steg 12 hinweg. Im wesent­ lichen beschränkt auf den Bereich der Dachfläche des Steges 12 liegt niederohmiger Kontakt zwischen der Elektrode 13 und dem Material des Halbleiterkörpers 11 vor, so daß sich wieder eine Streifenform (gegeben durch die Form des Steges 12) ergibt, die zu der laseraktiven Zone 5 führt.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde festgestellt, daß die mit der Erfindung zu behebenden Störungen ausgehen von der jeweiligen gemeinsamen Kante zwischen dem Streifenbe­ reich 4 auf dem Halbleiterkörper 1 und dem Oxidschichtan­ teil 2 ₁ bzw. 2 ₂. Für die Ausführungsform nach Fig. 2 sind dies die Kanten, in denen der Steg 12 in den übrigen Halb­ leiterkörper 11 übergeht.

Mit 6 sind die Stirnflächen des Halbleiterkörpers 1, 11 bezeichnet, die spiegelnd reflektierend wirksam sind und die jeweilige Spiegelfläche des optischen Resonators der Laserdiode bilden.

Fig. 3 zeigt wieder den Halbleiterkörper 1 der Laserdiode des Typs eines Oxidstreifen-Lasers. Mit 32 ₁ und 32 ₂ sind die beiden Anteile der Oxidschicht 32 bezeichnet, die den Anteilen 2 ₁ und 2 ₂ der Fig. 1 entsprechen. Die der Elek­ trode 3 entsprechende Elektrode der Laserdiode nach Fig. 3 ist mit 33 bezeichnet. Aus der Figur ersichtlich ist, daß in dem Bereich 35 der streifenförmige Spalt 4 zwischen den Anteilen 32 ₁ und 32 ₂ im Bereich bzw. nahe der Stirn­ fläche 6 des Halbleiterkörpers 1 aufgeweitet ist. Statt einer solchen rechteckig geformten Aufweitung kann eine solche Aufweitung auch zur reflektierenden Stirnfläche 6 hin zunehmend (strich-punktiert dargestellt) aufgeweitet sein. Auf jeden Fall ergibt sich bei einer erfindungsge­ mäßen Ausführungsform nach Fig. 3 eine mit einer Breite a bemessene Zone, die frei von mit der Erfindung behobenen Störungen ist, die sich auf die Ebenheit der als spiegeln­ de Reflektorfläche benutzten Stirnfläche 6 des Halbleiter­ körpers 1 auswirken könnte. Die in die laseraktive Zone 5 in den Halbleiterkörper 1 zurückreflektierte Laserstrah­ lung ist frei von solchen Reflexions-Störungen. Mit d ist die in Richtung des streifenförmigen Spaltes 4 gemessene Tiefe d dieser Aufweitung 35 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung an einer MCRW-Laserdiode. Wie aus der Figur ersichtlich, ist der Steg 12 im Bereich 112 bzw. nahe der Stirnfläche 6 des Halb­ leiterkörpers 11 ebenfalls auf das Maß a erweitert, wo­ bei auch hier diese Erweiterung nicht notwendigerweise in der dargestellten rechteckigen Form (sondern auch wie strichpunktiert angedeutet) ausgeführt sein kann. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die spiegelnd reflek­ tierende Stirnfläche 6 des Halbleiterkörpers 11 wenigstens im Bereich der laseraktiven Zone 5 eben und die Rück­ reflexion der Laserstrahlung frei von den mit der Erfin­ dung behobenen Störungen. Mit 44 ist die Elektrode be­ zeichnet.

Fig. 5 zeigt (zu einem Anteil) eine Ausführungsform mit einer B.H.-Laserdiode z.B. nach der DE-OS 34 35 307 (84 P1 779). Mit 151 sind die nachträglichen seitlichen Auf­ wachsungen bezeichnet, zwischen denen sich der eigentliche laseraktive Bereich 251 mit der üblichen Doppelhetero­ struktur befindet. Der unterhalb der abdeckenden Elektrode 54 sich in Längsrichtung der Diode erstreckende Verlauf dieses laseraktiven Bereiches ist mit gestrichelten Linien (da verdeckt) angegeben. Wesentlich ist wiederum die im Bereich der Stirnfläche 6 gegenüber dem Streifen 204 vorliegende laterale Erweiterung 214, die vergleichbar ist mit den Bereichen 35 und 112.

Aus der EU-OS 01 49 042 (84 P 1017) sind Laseranordnungen mit gekoppelten Laserdioden bekannt. Einzelne solcher Laserdioden haben, wie in dieser Druckschrift beschrieben und in deren Figuren dargestellt, spiegeld reflektierende Flächen, die (anstelle einer Außenfläche des Halbleiter­ körpers) in die Oberfläche des Halbleiterkörpers einge­ fügt sind. Es sind dazu dort in die Oberfläche des Halb­ leiterkörpers Gruben eingebracht, die eine ebene Spiegel­ fläche für den jeweiligen Laserresonator haben. Solche Gruben sind z.B. durch Ätzen hergestellt.

Auch derartige in den Halbleiterkörper eingefügte, spiegelnd reflektierende Flächen können wie oben erörterte Störungen infolge von Inhomogenitäten und Strukturen der Oberfläche des Halbleiterkörpers haben, die mit der Erfindung (wie zu den anderen Ausführungsformen beschrieben) vorteilhaft eliminiert werden.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt eines Halbleiterkörpers mit einer spiegelnd reflektierenden Fläche 61, die sich in dem Halbleitermaterial (in einer Grube 62 desselben) befindet. Die übrigen Einzelheiten entsprechen bei dem Beispiel der Fig. 6 den Einzelheiten der Fig. 4, und zwar insbesonde­ re hinsichtlich der Aufweitung 112. Das Prinzip der Aus­ führungsform der Fig. 6 kann aber auch bei Laserdioden des Prinzips der Fig. 2 und 5 (dann mit den entspre­ chenden Aufweitungen 35 bzw. 214) realisiert sein. Parallel zu dem Steg 12 b verläuft ein weiterer Steg 12 b. Der Steg 12 a gehört zu der einen und der Steg 12 b zu der anderen der beiden miteinander wellenoptisch verkoppelten Laser­ dioden. Bezüglich dieser Verkopplung bzw. der Anordnung miteinander verkoppelter Laserdioden sei im übrigen auf die schon genannte EU-OS 01 49 042 hingewiesen.

Fig. 7 zeigt lediglich als Schema Hinweise auf das Her­ stellungsverfahren einer Vielzahl von Laserdioden D ₁, D ₂, D ₃ . . . , die aus einem Wafer 70 z.B. durch Zerbrechen des Wafers hergestellt sind und die eine jede wenigstens eine nach der vorliegenden Erfindung ausgeführte spiegelnde Reflektorfläche haben. Das Brechen des Wafers führt zu prinzipiell sehr ebenen Flächen des jeweiligen Halblei­ terkörpers, nämlich zu solchen Flächen, wie sie zu den vorangehenden Figuren mit 6 bezeichnet sind.

Die Bereiche 71 sind so ausgeführt, wie dies in jeweils einer der Fig. 3 bis 5 dargestellt ist. Aus diesem Grunde sind gemäß der Erfindung die entlang den Bruch­ linien 72 entstandenen Bruchflächen 6 der Halbleiterkör­ per im Bereich der jeweiligen laseraktiven Zone 5 (siehe hierzu die Fig. 3 bis 5) frei von Störungen, die durch die Erfindung eliminiert sind.

Claims (8)

1. Halbleiter-Laserdiode mit einem Halbleiterkörper mit Elektroden und mit wenigstens einer streifenförmigen Struktur (Oxidstreifen- Struktur, Lasersteg-Struktur, Burried-Hetero-(BH) Struktur und dgl.) durch die ein streifenförmiger optischer Resona­ tor bzw. eine streifenförmige laseraktive Zone im Halb­ leiterkörper bestimmt sind, wobei ein solcher optischer Resonator mit wenigstens einer spiegelnd reflektierenden Fläche versehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß die streifenförmige Struktur (4, 12, 204) im Bereich der laseraktiven Zone (5) und der spiegelnd reflektieren­ den Fläche (6, 61) eine Aufweitung (35, 112, 214) aufweist.

2. Laserdiode nach Anspruch 1, gekennzeich­ net dadurch, daß die Breite dieser Auf­ weitung (35, 112, 214) in der Ebene der spiegelnd reflek­ tierenden Fläche (6, 61) 5 bis 10 µm beträgt und die Tiefe d dieser Aufweitung in Richtung der streifenförmigen Struktur (4, 12, 204) 5 bis 10 µm beträgt.

3. Laserdiode nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß diese Aufweitung (35, 112, 214) rechteckförmig ist.

4. Laserdiode nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß diese Aufweitung (35, 112, 214) sich zu der spiegelnd reflektierenden Fläche (6, 61) hin zunehmend erweitert (strichpunktierte Darstellung).

5. Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die spiegelnd reflektierende Fläche (61) ein Anteil einer in der Halbleiteroberfläche befindlichen Grube (62) ist (Fig. 6).

6. Laserdiode des Typs eines Oxidstreifenlasers (Fig. 1, Fig. 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch , daß die Aufweitung (35) eine entsprechende Verbreiterung des die streifenförmige Struktur bildenden Spaltes (4) zwischen den Oxidstreifen (32 ₁, 32 ₂) ist.

7. Laserdiode des Typs einer MCRW-Laserdiode (Fig. 2, 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufweitung (112) eine entsprechende Verbreiterung des die streifenförmige Struktur bildenden Laserstegs (12) ist.

8. Laserdiode des Typs eines BH-Lasers (Fig. 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufweitung eine entsprechende Verbreiterung der Streifenstruktur (204) gegenüber den seitlichen Auf­ wachsungen (151) ist (Fig. 5).