WO2018219667A1 - Halbleiterlaserdiode mit zwei resonatoren - Google Patents

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laser diode
semiconductor laser
light
semiconductor
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Bernhard Stojetz
Christoph Eichler
Alfred Lell
Sven GERHARD
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/22—Structure 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
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    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
    • H01S5/3412—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires quantum box or quantum dash
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    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • Projection applications require laser diodes which have a sufficiently high output power and, at the same time, a flow or power independent one
  • Beam quality must be sufficient, limited in their optical performance. Conversely, laser diodes with high optical power for the reasons mentioned above generally have only an insufficient beam quality. Furthermore, index-led and profit-managed
  • At least one object of certain embodiments is to provide a semiconductor laser diode.
  • Each of the resonators comprises a laser active material, that is, a material suitable for generating laser light by stimulated emission.
  • the excitation of the laser-active material of each of the resonators can be electrical or optical.
  • the laser active material of each of the resonators is disposed between respective resonator mirrors. The respective
  • the resonators can each have their own
  • the resonators are optical
  • the at least one first resonator and the at least one second resonator are monolithic in the
  • the resonators has a semiconductor material as a laser-active material.
  • the first resonator may include or may be a semiconductor layer sequence or at least a portion thereof having an active layer and an active region, wherein the active region may be electrically pumped in operation of the semiconductor laser diode to generate a first light.
  • the active region may in particular denote that region in which the formation of one or more laser modes takes place during operation.
  • the longitudinal direction, along which the resonator directions extend, can in particular be parallel to one
  • the first resonator can thus be an edge-emitting Have or be a part of a laser diode structure.
  • the first resonator can alternatively be operated as a laser also below the laser threshold. In this case, the first resonator may be a so-called
  • SLED Superluminescent diode
  • Growth direction can be called.
  • the direction perpendicular to the longitudinal and vertical directions may be referred to as a lateral direction, wherein the lateral and longitudinal directions span a horizontal plane.
  • Semiconductor layer sequence ie in particular also the active layer, are thus parallel to the longitudinal and lateral directions and thus horizontal planes.
  • the semiconductor layer sequence can be used in particular as
  • the semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • InAlGaN-based semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • InAlGaN-based semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • Semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence usually has a layer sequence of different
  • III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai- x - y N with 0 ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • the active layer may be based on such a material.
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InAlGaN can, for example, be prefers electromagnetic radiation in one
  • the semiconductor layer sequence can also be based on InAlGaP, that is, the
  • Semiconductor layer sequence may have different individual layers, of which at least one single layer,
  • the active layer a material from the
  • III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai- x - y P with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InAlGaP can, for example, preferably comprise electromagnetic radiation with one or more layers
  • the semiconductor layer sequence may also comprise other III-V compound semiconductor material systems, for example an InAlGaAs-based material, or
  • an active layer comprising an InAlGaAs-based material may be suitable.
  • Compound semiconductor material may include at least one element of the second main group, such as Be, Mg, Ca, Sr, and a member of the sixth main group, such as
  • the II-VI compound semiconductor materials include ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS and MgBeO.
  • the active layer of the first resonator and in particular the semiconductor layer sequence with the active layer can be applied to a substrate.
  • the substrate may be formed as a growth substrate, on which the semiconductor layer sequence is grown.
  • Layer and in particular the semiconductor layer sequence with the active layer can be produced by means of an epitaxial process, for example by means of metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) or molecular beam epitaxy (MBE).
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Semiconductor layer sequence may be provided with electrical contacts in the form of electrode layers, so that the first resonator can be electrically pumped.
  • the growth substrate may also be possible for the growth substrate to be removed after the growth process.
  • the substrate may be a semiconductor material, for example, one mentioned above
  • the substrate may include or be made of sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge and / or a ceramic material such as S1 3 N 4 or AlN. Furthermore, the substrate
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • YVO 4 yttrium vanadate
  • the active layer of the first resonator can, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a Multiple quantum well structure (MQW structure) for
  • the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active layer of the first resonator, further functional layers and functional regions, such as p- or n-doped charge carrier transport layers, ie electron or hole transport layers, undoped or p- or n-doped confinement, cladding or
  • Waveguide layers Waveguide layers, barrier layers, and
  • Planarization layers Planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrode layers and combinations thereof.
  • Semiconductor layer sequence may be arranged around, that is approximately on the side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • Web waveguide structure can be formed in particular by a ridge-shaped, extending in the longitudinal direction of the elevated semiconductor layer sequence.
  • the web-shaped region protrudes in the vertical direction beyond the adjacent surface regions and extends in the longitudinal direction.
  • the the Web waveguide structure in laterally delimiting side surfaces can in particular with the adjacent
  • Semiconductor layer sequence form a step profile.
  • the semiconductor layer sequence can also be a plurality of laterally juxtaposed and spaced-apart ones, each in longitudinal direction
  • the second resonator can be excited to generate a second light emitted to a certain extent from the second resonator.
  • the first light of the first resonator thus forms a pumping light for optically pumping the second resonator.
  • Semiconductor laser diode coupled out first light from the first resonator and coupled into the second resonator.
  • the first resonator thus forms one
  • Optically pumps resonator which thus forms an optically pumped beam source.
  • the second light which is partially emitted to the outside, forms that of the
  • the semiconductor laser diode may be formed so that only second light is radiated while first light in the semiconductor laser diode
  • the first resonator along its resonator direction can be completely mirrored on both sides completely for the first light, in this case completely mirrored may mean that less than 10% or less than 5% or less than 1% or less than 0.5%. or less than 0.1%, or more preferably 0%, of the first light emerges from the first resonator along the resonator direction.
  • the semiconductor laser diode may be used for the first and second
  • Resonator have common mirror layers, ie
  • Mirror layers having a suitable reflectivity for both the first and the second light.
  • the semiconductor laser diode can also be different
  • the second resonator which may in particular be designed so that it can be pumped only optically and not electrically, forms by the described
  • the second resonator can also be referred to as a beam-shaping element of the semiconductor laser diode.
  • diode-pumped solid-state lasers require comparatively much space, since the individual components as discrete components one behind the other or
  • the pump laser source in the form of the first resonator and the
  • Beam shaping element in the form of the second resonator monolithically integrated as described above. Due to the fact that the second resonator forms an element integrated into the diode, it becomes advantageous, for example, in comparison to diode-pumped solid-state lasers, to have a very compact design
  • Resonator lowered sharply. Furthermore, an undesirable emission of the pump radiation can be suppressed and at the same time an increased coupling of the
  • the first resonator and the second resonator are in a direction perpendicular to
  • the resonators are thus arranged next to one another in a lateral direction and / or in a vertical direction. Defined for each of the
  • Resonator direction which may be, for example, an axis of symmetry or center of gravity with respect to the generated modes
  • the resonator axes of the first and second resonators are arranged offset in a direction perpendicular to the longitudinal direction direction. This means, in particular, that, in addition to the second light during operation of the semiconductor laser diode, first light would also be emitted to the outside, the first light and the second light would laterally offset from one another from the semiconductor laser diode. If the semiconductor laser diode has a plurality of first and / or a second plurality as described below
  • Resonators in particular, all resonators are the
  • Coupling of first light into the second resonator requires that optical modes in the first resonator and the second resonator overlap in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • a portion is particularly preferred of greater than or equal to 10% and less than or equal to 99% of the power of the first light in the second resonator
  • At least partially materials which are at least partially permeable to the first light can be arranged spatially between the laser-active materials of the first and second resonators.
  • the first and second resonators may be optically and optically interconnected by an at least partially transparent interconnect layer
  • connection layer is electrically conductive.
  • the connection layer may at least partially comprise a transparent conductive oxide and / or a structured metal layer. Furthermore, it may be advantageous if the
  • connection layer is dichroic.
  • connection layer in this case, at least partially
  • Resonator can be coupled, but no second light in the first resonator.
  • the semiconductor laser diode may be designed in consideration of sufficient optical coupling of the resonators according to one or more of those described below
  • the first and second resonators may be arranged one above the other in the vertical direction corresponding to the growth direction of the semiconductor layer sequence.
  • the first resonator can in this case, for example, on the second Resonator applied in the vertical direction or grown.
  • the first and second resonators can be arranged exactly one above the other.
  • the first and second resonators may be arranged side by side in the lateral direction. In a lateral view, the first and second resonators may, for example, be arranged in the same plane. It continues to be
  • Resonator has a first part and second part, each with a laser-active material and the
  • semiconductor layer sequence of the first resonator between the first and second part is arranged.
  • the first and second parts of the second resonator and the first resonator may form, for example, a kind of "sandwich structure" in a vertical direction or in a lateral direction.
  • one of the resonators of the semiconductor laser diode may have a recess in which another of the resonators of the semiconductor laser diode is arranged.
  • the first resonator may have a recess, ie
  • the second resonator in which the second resonator, in particular the laser-active material of this, is used.
  • the second resonator may have a recess into which the first resonator is inserted.
  • the laser-active material of the second resonator may have a recess into which the first resonator, that is to say in particular the semiconductor layer sequence of the first resonator
  • the first resonator can also be completely embedded in the second resonator, so be surrounded at least in all directions perpendicular to the longitudinal direction or the vertical direction or even on all sides of laser-active material of the second resonator. Also, in the case where one resonator is inserted into another, as described above, the resonators may be arranged offset from one another in a direction perpendicular to the longitudinal direction, ie the resonator axes do not coincide, but offset from one another in a direction perpendicular to the longitudinal direction be arranged.
  • the active region of the second resonator ie the laser-active material of the second resonator, at least partially comprises a material selected from GaN, SiC, sapphire, YAG, YVO 4 . Furthermore, the laser-active material of the second resonator
  • the laser active material of the second resonator may thus comprise or be made of, for example, Cr- or Ti-doped sapphire, Nd-doped YAG and / or Nd-doped YVO 4 .
  • the laser-active material of the second resonator may comprise quantum dots as an optically pumpable medium, for example with or in InGaAs, CdSe and / or GalnP / InP.
  • the second resonator may be at least part of one above
  • Semiconductor layer sequence of the first resonator is grown, or at least part of a previously described
  • the active region of the second resonator at least a part of a
  • the first and second resonators may be parts thereof
  • the semiconductor layers which are part of the second resonator, can all be equally doped or undoped since the second resonator is not electrically pumped.
  • no electrical charge carriers are conducted through the second resonator during operation of the semiconductor laser diode.
  • the second resonator is arranged outside the electrically energized region of the semiconductor laser diode.
  • the semiconductor laser diode can then, for example, have electrical contacts for electrical contacting of the first resonator on a side facing away from the second resonator.
  • electrical charge carriers can pass through the second resonator
  • the second resonator can be arranged on the n or p side of the semiconductor layer sequence of the first resonator and thus in the region in which the current is applied to electricity
  • the second resonator is in this case electrically conductive, for example formed by one or more semiconductor layers or a semiconductive substrate according to the previously described embodiments.
  • Resonator a functional area of the first resonator. This may mean, for example, that the second resonator at least partially contributes to the waveguide in the first resonator.
  • the second resonator be formed and provided instead of or in addition to one or more layers of the semiconductor layer sequence of the first resonator.
  • Semiconductor layer sequence of the first resonator on the side facing the laser-active material of the second resonator side be free of cladding layers and the laser-active
  • Material of the second resonator form a cladding layer for the first resonator.
  • Resonator itself directly or indirectly via a connection layer described above to a
  • Waveguide layer of the semiconductor layer sequence of the first resonator adjacent the waveguide layer of the semiconductor layer sequence of the first resonator adjacent.
  • Semiconductor laser diode has a first, a light output surface forming side surface and a second, a rear side surface forming side surface, which is opposite to the first side surface.
  • On the first side surface can a
  • Auskoppelapttik be applied, which fully reflects the first light and which is partially transmissive to the second light.
  • the AuskoppelLite Anlagen Anlagen can thus simultaneously serve as a resonator mirror of the first resonator and the second resonator.
  • On the second side surface may be applied a back mirror layer which is completely reflective for the first and second light, so that the back mirror layer may also simultaneously serve as a resonator mirror of the first resonator and the second resonator.
  • the Auskoppelapttik on the first side surface has a first and a second mirror layer, wherein the first mirror layer is completely reflective for the first light and the second mirror layer for the second light more reflective than the first mirror layer.
  • the rear-side mirror layer may also have a first and a second mirror layer, wherein the first
  • Mirror layer is completely reflective for the first light and the second mirror layer is completely reflective for the second light.
  • the semiconductor laser diode may have, in addition to the first side surface forming a light output surface and the second side surface forming a rear side surface, at least one further side surface and / or an underside on which a silver coating is applied.
  • first light or second light or preferably first and second light can not emerge in an undesired direction from the first resonator and / or in particular from the second resonator.
  • Side surfaces or the underside of the semiconductor laser diode can be formed, for example, by Bragg mirrors and / or by metal mirrors or have such.
  • a first resonator can optically pump two or more second resonators.
  • a second resonator can also be optically pumped by more than one first resonator.
  • Figures 1A and 1B are schematic representations of a
  • Figures IC to 1H are schematic representations of
  • FIGS. 1 to 6 are schematic representations of
  • FIGS. 7A to 10B are schematic representations of
  • FIGS IIA to 11E are schematic representations of
  • Figures 12A to 12D are schematic representations of
  • FIGS. 1A and 1B show an exemplary embodiment of a semiconductor laser diode 100, wherein FIG
  • Figure 1B shows a representation of a section through the semiconductor laser diode 100 with a sectional plane perpendicular to the light output surface 3 show.
  • the semiconductor laser diode 100 has a first resonator 1 with a first laser-active material 11 and a second resonator 2 with a second laser-active material 21.
  • the first resonator 1 is configured to generate first light 19 during operation
  • the second resonator 2 is configured to generate second light 29 during operation.
  • laser light that is to say coherent light in the form of one or more laser modes each defining an active region 15, 25 of the resonators 1, 2.
  • Each of the resonators 1, 2 has, in addition to the respective laser-active material 11, 21 resonator mirrors.
  • the resonator directions of the first and second resonators 1, 2 therefore run along the longitudinal direction indicated by 93 in FIG. 1B. Because light that is generated in a resonator, by a corresponding not fully mirrored
  • Resonator mirror emerges along the resonator and is emitted, corresponds to the longitudinal direction and the emission direction of the semiconductor laser diode 100th
  • the resonator mirrors may, for example, be applied to a first side surface and a second side surface of the semiconductor laser diode 100, as in the exemplary embodiment shown.
  • the first side surface may be a light outcoupling surface 3 and the second side surface may be one of the first side surface and thus the light outcoupling surface 3
  • Back surface 4 act.
  • the resonator mirrors of both resonators are shown in FIG. 1B by a light output surface 3 on the light output surface 3
  • the resonator mirrors can each have one or more layers and, for example, have one or more metal and / or one or more dielectric layers. Other features to the
  • the resonators 1, 2 are monolithic in the
  • the first resonator 1 has a semiconductor material as the laser-active material 11.
  • the laser-active material 11 the laser-active material
  • Semiconductor laser diode 100 a semiconductor layer sequence 12, wherein at least a part or the whole
  • Semiconductor layer sequence 12 is part of the first resonator 1.
  • the semiconductor layer sequence 12 has an active layer 13 which is suitable for producing the first light 19 during operation.
  • Rear side surface 4 applied mirror layers 5, 6 are formed such that the first light 19 is not in
  • Resonatoriques can escape from the first resonator 1.
  • the first resonator 1 is completely mirrored on both sides for the first light 19.
  • Semiconductor layer sequence 12 has, in addition to the active layer 13, further semiconductor layers, in particular
  • Cladding layers and waveguide layers which are formed according to the desired waveguide.
  • the semiconductor layer sequence 12 can have further layers such as, for example, barrier layers, current spreading layers and / or current limiting layers.
  • Layer 13 can be on top in the general part
  • a lateral direction 91 is a direction perpendicular to the longitudinal direction 93 and parallel to a main extension direction of the layers
  • the arrangement direction of the layers of the semiconductor layer sequence 12 on one another is referred to here and below as the vertical direction 92.
  • the lateral direction 91 and the longitudinal direction 93 thus span a horizontal plane parallel to the main extension plane of the active layer 13 and the
  • the lateral direction 91 and the vertical direction 92 span a transverse plane.
  • Electrode layer 14 applied to the electrical
  • the electrode layer 14 may include, for example, one or more of the following metals: Ag, Al, Au, Ni, Pt, Pd.
  • the semiconductor laser diode 100 may have another
  • Electrode layer for electrical contacting of the other side of the semiconductor layer sequence 12 which is not shown for clarity.
  • Resonator 1 is energized in operation via the electrode layers and thus forms an electrically pumped laser, which generates the first light 19 during operation.
  • the top of the semiconductor layer sequence 12 is
  • a ridge waveguide structure 16 is formed by removing part of the semiconductor material from this side of the semiconductor layer sequence 12.
  • the Web waveguide structure 16 extends in longitudinal
  • Direction 93 is bounded on both sides in the lateral direction 91 by side surfaces.
  • the web side surfaces and the remaining upper side of the semiconductor layer sequence 12 are formed by a passivation material 17, for example Si0 2 , A10 2 , Zr0 2 , S1 3 N 4 and / or SiON in the form of one or more
  • Passivation material 17 a so-called indexing of the first light 19 generated in the active layer 13 can be effected, which leads to the formation of the active region 15 significantly.
  • Web waveguide structure 16 by completely removing the semiconductor material laterally on both sides next to the web
  • the semiconductor laser diode 100 may be referred to as so-called
  • the active region 15 is defined by the contact region of the electrode layer 4 with the semiconductor material of the semiconductor layer sequence 12 and thus by the opening in the passivation material 17, which thus forms a current stop.
  • the semiconductor laser diode 100 furthermore has a substrate 9, which in the embodiment shown is the laser-active material 21 of the second resonator 2 and at the same time, for example, a growth substrate for the
  • Material 21 grown which is provided as a wafer.
  • the epitaxial disk produced in this way is then structured accordingly so that the facets of the resonators can be produced, for example, by breaking the disk.
  • the substrate 9 may also be a carrier substrate, on which the on a
  • Wafer bonding is attached.
  • the wfer bonding is attached.
  • Semiconductor layer sequence 12 for example, also in a thin-film process or thin-film-like process
  • the laser-active material 21 of the second resonator 2 and thus the substrate 9 may comprise GaN, sapphire, SiC, YAG or YVO 4 . Furthermore, the laser-active material 21 of the second resonator 2 and thus the substrate 9
  • a luminous center dopant which may be selected in particular from Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr and Yb.
  • Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr and Yb may be selected in particular from Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr and Yb.
  • the first resonator 1 may have, for example, an InAlGaN-based semiconductor layer sequence 12, while a Ti-doped sapphire wafer is used for the second resonator 2 as the laser-active material 21 and thus as the substrate 9 for the semiconductor layer sequence 12.
  • the first resonator 1 can be grown, for example by heteroepitaxy, on the laser-active material 21 of the second resonator 2 or transferred thereto, for example, by wafer bonding.
  • the first resonator 1 and the second resonator 2 are offset in a direction perpendicular to the longitudinal direction 93, ie a direction parallel to the transverse plane
  • the resonators 1, 2 are arranged offset from one another along the vertical direction 91.
  • the spacing of the laser-active materials 11, 21 is selected such that the active region 15 of the first resonator 1 and thus a part of the one or more laser modes forming the first light 19 extend into the second resonator 2, so that in operation the semiconductor laser diode 100 and so that during operation of the first resonator 1 first light 19 is coupled out of the first resonator 1 and coupled into the second resonator 2. This allows the laser-active material 21 of the second resonator to form the active
  • Region 25 are excited and thus optically pumped, so that the second resonator 2 is excited to generate the second light 29.
  • the first light 19 of the first resonator 1 thus forms a pumping light for the optical pumping of the second resonator 2.
  • the outcoupling mirror layer 5 applied to the light outcoupling surface 3 has a partial transmission for the second light 29, so that the second light 29 from the second resonator 2 partially emitted to the outside can be.
  • the backside mirror layer 6, on the other hand, can form a full mirroring for the second light 29.
  • the first resonator 1 forms an electrically pumped pump beam source, while the second resonator forms a beam source optically pumped by the first resonator 1.
  • the part of the second light 29 radiated outward forms the laser radiation emitted from the semiconductor laser diode 100.
  • the semiconductor laser diode 100 described here is thus in summary a semiconductor laser diode, in addition to an electrically pumped one
  • Laser resonator another laser resonator is integrated.
  • the second resonator 2 is here directly
  • the first resonator 1 Since the first resonator 1 is mirrored on both sides as described above in a highly reflective manner, it can be achieved that the laser threshold of the first resonator 1 can be greatly reduced, that an undesired emission of the
  • Pump radiation can be suppressed and that an increased coupling of the pump radiation in the second resonator 2 can take place.
  • 29 corresponding to the choice of the laser-active
  • a laser-active material 21 can be selected for the second resonator 2, with which light can be generated with a wavelength which is not or only with difficulty possible with conventional electrically pumped laser diodes, for example in the deep UV range, in the yellow spectral range or in the IR -Area.
  • Embodiment has a corresponding electrical contact by means of electrode layer 14 and contact element 18, in which case the contactable from the outside side of the ridge waveguide structure opposite side of
  • the first resonator 1 has the semiconductor layer sequence 12 on an electrically conductive substrate 9.
  • an electrically insulating substrate 9 it may also be possible that, instead of the electrode layer 14, a further contact element 18 is used which extends through the substrate 9 to the semiconductor layer sequence 12. Furthermore, it may also be possible for the substrate to be completely removed and for the electrode layer 14 and the contact element 18 to be directly on the
  • FIGS. 1A to IE are also referred to as a p-up arrangement and in the arrangement in FIG. 1F as a p-down arrangement.
  • the attachment of the first resonator 1 on the second resonator 2 can be carried out in the one-sided electrical contacting shown in particular by dielectric bonding or by a transparent plastic such as silicone.
  • one-sided contact can be used for a variety of
  • FIGS. IG and 1H show further exemplary embodiments of semiconductor laser diodes 100 in which the first resonator 1 and in particular the semiconductor layer sequence 12 have been processed in previously described thin-film-like processes.
  • the first resonator 1 has a carrier 98 to which a carrier 98 is connected
  • Connecting material 99 such as a solder or other material suitable for wafer bonding the
  • Semiconductor layer sequence 12 is attached. Instead of that used for the production of the semiconductor layer sequence 12
  • the second resonator 2 is attached to the semiconductor layer sequence 12 of the first resonator 1.
  • the laser-active material 21 of the second is used Resonator 2 as a thin-film process-type carrier 98.
  • the connecting material 99 may, as shown below in
  • Connection layer may be formed.
  • Embodiments of semiconductor laser diodes 100 which form modifications and developments of the embodiments shown in FIGS. 1A to 1H are shown.
  • Then, Embodiments of semiconductor laser diodes 100 which form modifications and developments of the embodiments shown in FIGS. 1A to 1H are shown.
  • Resonators 1 are indicated with a semiconductor layer sequence with a ridge waveguide structure according to the embodiment of Figures 1A and 1B, the
  • embodiments may also be embodied in the form of a "tripod" as shown in FIGS. 1C and 1D, or an electrical contacting and an arrangement of the semiconductor layer sequence may be possible as shown in FIGS.
  • FIG. 2 shows an example of an embodiment
  • Embodiment does not have a cladding layer. Instead, the laser-active material 21 of the second resonator 2 simultaneously serves as a cladding layer for the first resonator 1, so that a larger overlap of the active regions 15, 25 and thus the laser modes of the first and second resonators 1, 2nd can be achieved.
  • the refractive index of the laser-active material 21 of the second resonator 2 serving as the substrate 9 is selected accordingly in this case in order to achieve a desired waveguide of the first light 19 together with the layers of the semiconductor layer sequence 12.
  • the laser active material 21 serving as the substrate 9 may be a growth substrate or a substrate as described above
  • the laser-active portion Be carrier substrate.
  • the laser-active portion Be carrier substrate.
  • Material in the second case as a support for the applied by means of a thin-film-like process
  • Semiconductor layer sequence 12 may be formed, as described above in connection with Figures IG and 1H.
  • the connecting material used between carrier and semiconductor layer sequence 12 is shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a
  • Resonator 2 as a laser active material 21 a
  • semiconductor material has.
  • the second resonator 2 a semiconductor layer sequence 22 with an active layer 23 and other, above in connection with the
  • Waveguide layers and cladding layers have.
  • the two semiconductor layer sequences 12, 22 can also "share" the same cladding layer, for example.
  • the same semiconductor layer can therefore be used as a cladding layer for the cladding layer
  • the semiconductor layer sequences 12 and 22 can be grown on different substrates and subsequently be bonded to one another or, alternatively, grown as parts of a common semiconductor layer sequence in a common epitaxy process.
  • the active layer 13 of the semiconductor layer sequence 12 and 22 can be educated.
  • Semiconductor layer sequence 12 of the first resonator 1 may be. Furthermore, it may also be possible for the
  • Semiconductor layers of the semiconductor layer sequence 22 of the second resonator 2 for example, be undoped or all doped with an equal charge carrier type,
  • the stacked structure of the semiconductor laser diode 100 can achieve a higher pumping efficiency.
  • FIG. 2 may alternatively be used according to the embodiment of FIG. 3 with a semiconductor material and in particular a semiconductor layer sequence as
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a
  • Semiconductor layer sequence 12 of the first resonator 1 is grown on a growth substrate 9 for this purpose.
  • Growth substrate 9 is then removed or at least heavily thinned, so that in the finished
  • the laser-active materials 11, 21 are arranged close enough so that, as in the other embodiments, a proportion of preferably greater than or equal to 10% and less than or equal to 99% of the first light are coupled into the second resonator 2. Accordingly, the second resonator 2 facing
  • Cladding layer of the semiconductor layer sequence 12 designed.
  • the region of the semiconductor laser diode 10 must be between the laser active
  • Connection layer 7 may, in the event that the second
  • Resonator 2 is in the energized region of the semiconductor laser diode 100, preferably be electrically conductive.
  • the connection layer for this purpose a transparent
  • TCO conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • connection layer 7 this can also be electrically insulating and, for example, a
  • connection layer 7 Connecting layer 7 compared to the previous one Embodiment, a connection layer 7, the different connection layer parts 71, 72 has.
  • the connection layer part 71 disposed in the region in which the optical coupling between the first and second resonators 1, 2 takes place is transparent like the connection layer 7 of the previous embodiment and may be electrically conductive or electrically insulating depending on electrical requirements. Outside the
  • Connection layer portion 72 are selected, not
  • Connecting layer portion 72 form a metallized region, such as in the form of metal webs, which serves for producing a solder joint between the resonators 1, 2 and which is particularly advantageous in the case that electric current for operating the first resonator 1 through the
  • Connection layer 7 must be passed.
  • IE and 1F from the same side can be a metallic
  • connection layer 7 shown in FIG. 4 and / or the connection layer part 71 shown in FIG. 5 can be any connection layer 7 shown in FIG. 4 and / or the connection layer part 71 shown in FIG. 5 .
  • connection layer 7 and the connection layer 7 are dichroic, so that the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7 and the connection layer 7
  • connection layer 7 or the connection layer part 71 may be permeable to the first light, while the second light experiences total reflection.
  • the second resonator 2 and in particular the active region 25 of the second resonator 2 in addition
  • Connecting layer portion be advantageous in the case of a semiconductor laser diode in which the semiconductor layer sequence of the first resonator based on InAlGaN, which is arranged on a second resonator whose laser active material is sapphire, since sapphire has a smaller refractive index than the nitride compound semiconductor material and therefore light from the semiconductor layer sequence at the interface
  • the semiconductor laser diode 100 may have at least one further side surface 81 or underside 82, in addition to the light outcoupling surface and backside surface, on which a coating in the form of a reflective coating 83 is applied. As shown in FIG. 6, such a coating may be applied in particular to the side surfaces 81 and the underside 82 of the second resonator 2.
  • the compensation can be especially for the second light
  • the compensation can also be at least partially or even completely reflective for the first light.
  • FIGS. 7A to 7C show examples of embodiments
  • semiconductor laser diodes 100 with different possibilities of arrangement of the first and second resonators 1, 2 shown. Unless otherwise stated, the resonators 1, 2 have previously described features. In particular, the first and second resonators 1, 2 are as in the previous ones
  • the first resonator 1 has a respective one as described above
  • the semiconductor layer sequence is in each case applied to a substrate.
  • the first resonator 1 in each case has a recess 10, in each of which the second resonator 2 is arranged.
  • the recess 10 may in particular be formed in each case as a groove extending in longitudinal
  • the second resonator 2 may be arranged in the recess 10 in a lateral direction offset from the first resonator 1, in particular laterally offset from the ridge waveguide structure, wherein the recess 10 is laterally on both sides by material of the first resonator 1 may be limited ( Figure 7A) or may extend to a lateral edge of the first resonator 1 ( Figure 7B).
  • the second resonator 2 as shown in FIG. 7C, can be arranged in a recess 10 in the ridge waveguide structure, the first resonator 1 in this case corresponding to the laser modes forming two active regions 15
  • the recess 10 can, as shown in FIGS. 7A and 7B, project through the semiconductor layer sequence 10 in the vertical direction 10 and, for example, even into the latter Protrude substrate. Alternatively, the recess 10 may also protrude only into the semiconductor layer sequence, but not into the substrate, as shown in FIG. 7C. Furthermore, the second resonator 2 in a recess 10 in
  • Substrate be arranged so that the second resonator 2 and the first resonator 1 as in previous
  • Embodiments are arranged vertically offset from one another.
  • the second resonator 2 is in each case in the lateral direction (FIG. 7E) and in the vertical direction (FIG. 7F) on the first
  • Resonator 1 wherein in the embodiment of Figure 7F, a transparent electrode layer on the
  • Stegwellenleiter Jardin is arranged to ensure an optical coupling between the resonators 1, 2.
  • the laser-active material of the second resonator 2 can be prefabricated in the embodiments shown and in the
  • Resonators 1 are attached. Furthermore, it is also possible that the laser-active material of the second resonator 2 by vapor deposition, sputtering, epitaxial growth or other
  • FIGS. 8A and 8B show an exemplary embodiment of a semiconductor laser diode 10 in which the laser-active material of the second resonator 2, and thus the second one Resonator 2 has a recess 20 in which the first resonator 1 is arranged.
  • FIG. 8A shows a section in a transverse plane
  • FIG. 8B shows a section in a horizontal plane.
  • the first resonator 1 is surrounded by the second resonator 2 in all directions perpendicular to the vertical direction 92.
  • the first resonator 1 is not inserted centrally in the recess 20 in the second resonator 2 and / or the resonators 1, 2 are formed so that the active regions 15, 25 offset from one another as shown are arranged.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a
  • Resonator 2 has a first part 26 and second part 27, each with a laser-active material and the
  • first and second parts 26, 27 of the second resonator 2 and the first resonator 1 may, for example, form a kind of "sandwich structure" in a vertical direction, or alternatively also in a lateral direction, the first and second parts 26, 27 may particularly preferably have the same laser-active material, for example, a substrate material described above, in which a
  • Luminous centers acting dopant is included. After growing or mounting the first resonator 1 on the first or second part 26, 27, the other part
  • Embodiments are mounted on the first resonator 1. As shown, the pumping mode, ie the active
  • FIGS. 10A and 10B is a sectional view taken along a transverse plane and in a
  • a three-dimensional view of an embodiment of a semiconductor laser diode 100 is shown, which forms an integral component for color generation and in which the first
  • Resonator 1 is completely in the second resonator, in particular in the laser-active material of the second resonator 2, is used.
  • the laser-active material of the second resonator 2 can be pre-structured with a recess.
  • the first resonator 1 can then be epitaxially grown and processed in the recess, for example.
  • a separately manufactured first resonator 1 can be inserted into the recess. In both cases, the insides of the recess with
  • FIGS. 11A to 11E show exemplary embodiments of semiconductor laser diodes 100 which have a plurality of first and / or a plurality of second resonators 1, 2, with each semiconductor laser diode 100 having all first and second resonators 1, 2 monolithically integrated therein.
  • the first and second resonators 1, 2 have features according to the previous embodiments.
  • a plurality of first resonators 1 can optically pump a second resonator 2.
  • a first resonator 1 can also optically pump a plurality of second resonators 2, as shown in FIG.
  • a plurality of first and a plurality of second resonators 1, 2 may be provided, as shown in FIG.
  • first and second resonators 1, 2 may also be present.
  • FIGS. 12A to 12D show exemplary embodiments of outcoupling mirror layers 5 on the light outcoupling surface 3 of the semiconductor laser diode.
  • Fig. 12A is a
  • Auskoppelapttik which is formed by a Bragg mirror, which serves both as a resonator mirror for the first resonator and as a resonator mirror for the second resonator.
  • Wavelength range 53 of the first light and the
  • the mirror material is designed so that it is highly reflective for the first light, that is, preferably completely reflective, while the second light is reflected only to the extent required for efficient operation of the second resonator.
  • FIG. 12C shows a coupling mirror layer 5 which has a first mirror layer 51 and a second mirror layer 52, each of which is designed as a Bragg mirror.
  • the first mirror layer 51 comprises a mirror material which, as in FIG. 12D, is based on the wavelength-dependent Reflectivity 56 is shown, highly reflective, ie
  • the first mirror layer 51 is transparent or at least partially transparent.
  • the second mirror layer 52 whose wavelength-dependent reflectivity 57 is likewise shown in FIG. 12D, is more reflective for the second light than the first mirror layer 51 and is optimized in particular for the second light.
  • the second mirror layer 52 thus forms a resonator mirror for the second resonator.
  • Mirror layer 52 on the first light is incidental, since the first mirror layer 51 is already highly reflective for the first light.
  • Mirror layers 51, 52 are applied for example by means of shadow masks and / or by means of vapor deposition from different directions.
  • back mirror layers can be in or

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Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode (100) angeben, die einen ersten Resonator (1) und einen zweiten Resonator (2) aufweist, die parallele Resonatorrichtungen entlang einer longitudinalen Richtung (93) aufweisen und die monolithisch in die Halbleiterlaserdiode (100) integriert sind, wobei der erste Resonator (1) zumindest einen Teil einer Halbleiterschichtenfolge (12) mit einer aktiven Schicht (13) und einem aktiven Bereich (15) aufweist, der im Betrieb der Halbleiterlaserdiode (100) zur Erzeugung eines ersten Lichts (19) elektrisch gepumpt werden kann, die longitudinale Richtung (93) parallel zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht (13) ist, und der zweite Resonator (2) einen aktiven Bereich (25) mit einem laseraktiven Material (21) aufweist, das im Betrieb der Halbleiterlaserdiode (100) zur Erzeugung eines aus dem zweiten Resonator (2) teilweise nach außen abgestrahlten zweiten Lichts (29) durch zumindest einen Teil des ersten Lichts (19) optisch gepumpt werden kann.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASERDIODE MIT ZWEI RESONATOREN Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 111 938.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
In vielen Anwendungen wie beispielsweise
Projektionsanwendungen werden Laserdioden benötigt, die eine ausreichend hohe Ausgangsleistung und gleichzeitig eine möglichst ström- beziehungsweise leistungsunabhängige
Strahlqualität aufweisen, um eine Fokussierung der
Laserstrahlung mit einer hohen Effizienz erreichen zu können. Zum Erreichen hoher optischer Ausgangsleistungen werden üblicherweise breite Laserresonatorstrukturen verwendet, bei denen es häufig zu inhomogenen Modenverteilungen, sogenannten Filamentierungen, kommt, die einerseits zu einer
Verschlechterung der Strahlqualität führen, insbesondere im Fernfeld, und andererseits inhomogene
Intensitätsverteilungen, sogenannte „not spots", auf der Laserfacette und damit Beeinträchtigungen der
Facettenstabilität zur Folge haben. Damit ist eine erhöhte Gefahr eines Facettenschadens verbunden. Daher sind
Laserdioden, die hohen Anforderungen bezüglich der
Strahlqualität genügen müssen, in ihrer optischen Leistung begrenzt. Umgekehrt weisen Laserdioden mit hoher optischer Leistung aus den vorab genannten Gründen im Allgemeinen nur eine unzureichende Strahlqualität auf. Weiterhin können bei indexgeführten und gewinngeführten
Laserstrukturen im Zuge von Prozessschwankungen
Inhomogenitäten in der horizontalen Wellenführung entlang des Resonators auftreten, wodurch Licht aus dem Resonator
gelangt. Dieses Streulicht breitet sich im Laserdiodenchip seitlich des aktiven Bereichs aus und interferiert nach einer Auskopplung über die Facette des Laserchips mit dem Licht der im aktiven Bereich geführten Mode, was zu Störungen im horizontalen Fernfeld führt.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine
Halbleiterlaserdiode zumindest einen ersten Resonator und zumindest einen zweiten Resonator auf. Jeder der Resonatoren weist ein laseraktives Material auf, also ein Material, das sich zur Erzeugung von Laserlicht durch stimulierte Emission eignet. Die Anregung des laseraktiven Materials jedes der Resonatoren kann elektrisch oder optisch erfolgen. Das laseraktive Material jedes der Resonatoren ist zwischen jeweiligen Resonatorspiegeln angeordnet. Die jeweilige
Anordnung der Resonatorspiegel mit dem laseraktiven Material dazwischen bestimmt die Resonatorrichtung jedes der
Resonatoren. Die Resonatoren können jeweils eigene
Resonatorspiegel aufweisen oder auch einen oder beide Resonatorspiegel gemeinsam haben. Weiterhin sind die
Resonatorrichtungen der Resonatoren parallel zueinander und verlaufen entlang einer longitudinalen Richtung der
Halbleiterlaserdiode. Die Resonatoren sind optisch
miteinander gekoppelt, so dass Licht zumindest aus einem der Resonatoren in einen anderen de Resonatoren eingekoppelt werden kann und dort das laseraktive Material wiederum zur Erzeugung von Licht anregen kann. Weiterhin sind der zumindest eine erste Resonator und der zumindest eine zweite Resonator monolithisch in die
Halbleiterlaserdiode integriert. Mit anderen Worten bilden die Resonatoren integrale Bestandteile der
Halbleiterlaserdiode, die dauerhaft miteinander verbunden sind. Eine solche monolithische Integration kann
beispielsweise durch einen Aufwachsprozess und/oder durch einen Implantationsprozess und/oder durch einen
Verbindungsprozess wie etwa Waferbonding erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest einer der Resonatoren ein Halbleitermaterial als laseraktives Material auf. Insbesondere kann der erste Resonator eine Halbleiterschichtenfolge oder zumindest einen Teil davon mit einer aktiven Schicht und einem aktiven Bereich aufweisen oder daraus sein, wobei der aktive Bereich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode zur Erzeugung eines ersten Lichts elektrisch gepumpt werden kann. Der aktive Bereich kann insbesondere denjenigen Bereich bezeichnen, in dem im Betrieb die Ausbildung einer oder mehrerer Lasermoden erfolgt. Die longitudinale Richtung, entlang derer die Resonatorrichtungen verlaufen, kann insbesondere parallel zu einer
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht sein. Der erste Resonator kann somit eine kantenemittierende Laserdiodenstruktur aufweisen oder ein Teil einer solchen sein. Der erste Resonator kann alternativ zum Betrieb als Laser auch unterhalb der Laserschwelle betrieben werden. In diesem Fall kann der erste Resonator eine sogenannte
Superlumineszenz-Diode (SLED) bilden beziehungsweise als solche betrieben werden. Die Anordnungsrichtung der
Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge aufeinander kann hier und im Folgenden als vertikale Richtung oder
Aufwachsrichtung bezeichnet werden. Die zur longitudinalen und vertikalen Richtung senkrecht stehende Richtung kann als laterale Richtung bezeichnet werden, wobei die laterale und die longitudinale Richtung eine horizontale Ebene aufspannen. Die Haupterstreckungsebenen der Schichten der
Halbleiterschichtenfolge, also insbesondere auch der aktiven Schicht, sind somit parallel zur longitudinalen und lateralen Richtung und damit horizontale Ebenen.
Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere als
Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene
Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InAlGaN ausgeführt sein. Unter InAlGaN-basierte
Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen
Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem
III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist. Insbesondere kann die aktive Schicht auf einem solchen Material basieren. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InAlGaN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InAlGaP basieren, das heißt, dass die
Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht,
beispielsweise die aktive Schicht, ein Material aus dem
III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweist.
Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InAlGaP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder
mehreren spektralen Komponenten in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein InAlGaAs-basiertes Material, oder
II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen.
Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein InAlGaAs- basiertes Material aufweist, geeignet sein,
elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren
spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Ein II-VI-
Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie
beispielsweise 0, S, Se, aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS und MgBeO. Die aktive Schicht des ersten Resonators und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können auf einem Substrat aufgebracht sein. Beispielsweise kann das Substrat als Aufwachssubstrat ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aktive
Schicht und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , hergestellt werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass die
Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat
aufgewachsen wird. Weiterhin kann die
Halbleiterschichtenfolge mit elektrischen Kontakten in Form von Elektrodenschichten versehen sein, so dass der erste Resonator elektrisch gepumpt werden kann. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsprozess entfernt wird. Hierbei kann die
Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auch nach dem
Aufwachsen auf ein als Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen werden. Das Substrat kann ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes
Verbindungshalbleitermaterialsystem, oder ein anderes
Material umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge und/oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise S13N4 oder A1N umfassen oder aus einem solchen Material sein. Weiterhin kann das Substrat
beispielsweise auch YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) und/oder Yttrium-Vanadat (YVO4) , die auch dotiert sein können,
aufweisen oder daraus sein.
Die aktive Schicht des ersten Resonators kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur
Lichterzeugung aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zusätzlich zur aktiven Schicht des ersten Resonators weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder
Wellenleiterschichten, Barriereschichten,
Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektrodenschichten sowie Kombinationen daraus.
Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa
Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten, auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die
Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge und damit der erste Resonator zumindest eine Stegwellenleiterstruktur auf. Weist die
Halbleiterlaserdiode ein Substrat auf, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, ist die
Stegwellenleiterstruktur in einer dem Substrat
gegenüberliegenden Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Auch wenn die Halbleiterlaserdiode kein Substrat aufweist, wird hier und im Folgenden die Seite mit der
Stegwellenleiterstruktur als Oberseite bezeichnet. Die
Stegwellenleiterstruktur kann insbesondere durch einen stegförmigen, sich in longitudinaler Richtung erstreckenden erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge gebildet werden. Mit anderen Worten ragt der stegförmige Bereich in vertikaler Richtung über die angrenzenden Oberflächenbereiche hinaus und verläuft in longitudinaler Richtung. Die die Stegwellenleiterstruktur in lateraler Richtung begrenzenden Seitenflächen können insbesondere mit den angrenzenden
Oberflächenbereichen der Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge ein Stufenprofil bilden. Die
Begriffe „stegförmiger Bereich", „Steg" und
„Stegwellenleiterstruktur" können im Folgenden synonym verwendet sein. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge auch eine Mehrzahl lateral nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnete, sich jeweils in longitudinaler
Richtung erstreckende stegförmige Bereiche aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zweite
Resonator einen aktiven Bereich mit einem laseraktiven
Material auf, das im Betrieb der Halbleiterlaserdiode durch zumindest einen Teil des ersten Lichts optisch gepumpt werden kann. Hierdurch kann der zweite Resonator zur Erzeugung eines aus dem zweiten Resonator teilweise nach außen abgestrahlten zweiten Lichts angeregt werden. Das erste Licht des ersten Resonators bildet somit ein Pumplicht zum optischen Pumpen des zweiten Resonators. Hierzu wird im Betrieb der
Halbleiterlaserdiode erstes Licht aus dem ersten Resonator ausgekoppelt und in den zweiten Resonator eingekoppelt.
Zusammengefasst bildet der erste Resonator also eine
elektrisch gepumpte Pumpstrahlquelle, die den zweiten
Resonator optisch pumpt, der somit eine optisch gepumpte Strahlquelle bildet. Das zweite Licht, das teilweise nach außen abgestrahlt wird, bildet die von der
Halbleiterlaserdiode abgestrahlte Laserstrahlung. Die
longitudinale Richtung kann besonders bevorzugt die
Abstrahlrichtung des zweiten Lichts und damit des von der Halbleiterlaserdiode im Betrieb nach außen abgestrahlten Laserlichts sein. Insbesondere kann die Halbleiterlaserdiode so ausgebildet sein, dass ausschließlich zweites Licht abgestrahlt wird, während erstes Licht in der Halbleiterlaserdiode
„eingeschlossen" bleibt. Hierzu kann der erste Resonator entlang seiner Resonatorrichtung beidseitig vollständig für das erste Licht verspiegelt sein. Vollständig verspiegelt kann hierbei bedeuten, dass weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1% oder weniger als 0,5% oder weniger als 0,1% oder besonders bevorzugt 0% des ersten Lichts entlang der Resonatorrichtung aus dem ersten Resonator austritt. Die Halbleiterlaserdiode kann für den ersten und zweiten
Resonator gemeinsame Spiegelschichten aufweisen, also
Spiegelschichten, die eine geeignete Reflektivität sowohl für das erste wie auch das zweite Licht aufweisen. Weiterhin kann die Halbleiterlaserdiode auch unterschiedliche
Spiegelschichten für den ersten und zweiten Resonator
aufweisen, die unabhängig voneinander für die jeweilige gewünschte Funktionalität optimiert sind. Diese können auch erst nach der Integration der Resonatoren aufgebracht werden, beispielsweise durch Schattenmasken und/oder durch schräges Aufdampfen aus verschiedenen Richtungen.
Der zweite Resonator, der insbesondere so ausgebildet sein kann, dass er ausschließlich optisch und nicht elektrisch gepumpt werden kann, bildet durch den beschriebenen
indirekten Betrieb über das optische Pumpen mittels des ersten Resonators ein Element, das zur Verbesserung der
Strahlqualität im Vergleich zu einer rein elektrisch
gepumpten Laserdiode führt, da sich Effekte, die sich bei elektrisch gepumpten Strahlquellen auf die Strahlqualität der elektrisch gepumpten Laserstrahlung auswirken können, in geringerem Maße und besonders bevorzugt gar nicht auf die Strahlqualität der optisch gepumpten Strahlquelle auswirken. Insofern kann der zweite Resonator auch als strahlformendes Element der Halbleiterlaserdiode bezeichnet werden.
Im Vergleich zur hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode benötigen beispielsweise diodengepumpte Festkörperlaser vergleichsweise viel Platz, da die einzelnen Komponenten als diskrete Bauelemente hintereinander beziehungsweise
nebeneinander angeordnet werden müssen. Zudem sind weitere optische Komponenten nötig, um den Pumplaserstrahl auf einen Festkörperlaserkristall abzubilden, einen Resonator für den Festkörperlaserstrahl aufzubauen sowie den
Festkörperlaserstrahl auszukoppeln. Die technische Umsetzung dieser Erfordernisse erfolgt durch eine aufwändige
Kombination von zueinander justierten Einzelkomponenten.
Wegen des hohen Platzbedarfs und der aufwändigen und
kostenintensiven Montage ist dieser Lösungsansatz für viele Anwendungen ungeeignet.
Bei der hier angegebenen Halbleiterlaserdiode sind hingegen die Pumpstrahlquelle in Form des ersten Resonators und das
Strahlformungselement in Form des zweiten Resonators wie oben beschrieben monolithisch integriert. Aufgrund der Tatsache, dass der zweite Resonator ein in die Diode integriertes Element bildet, wird mit Vorteil beispielsweise im Vergleich zu diodengepumpten Festkörperlasern eine sehr kompakte
Bauform möglich. Gleichzeitig kann eine hohe Strahlqualität erreicht werden. Durch die bevorzugte beidseitige
Vollverspiegelung des ersten Resonators kann die
Laserschwelle der Pumpstrahlquelle, also des ersten
Resonators, stark abgesenkt werden. Weiterhin kann hierdurch eine unerwünschte Emission der Pumpstrahlung unterdrückt werden und gleichzeitig eine erhöhte Einkopplung der
Pumpstrahlung in den zweiten Resonator erfolgen. Wie weiter oben beschrieben kann es auch möglich sein, den ersten
Resonator als Superlumineszenz-Diode und somit unterhalb der Laserschwelle des ersten Resonators zu betreiben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Resonator und der zweite Resonator in einer senkrecht zur
longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt
zueinander angeordnet. Die Resonatoren sind somit in einer lateralen Richtung und/oder in einer vertikalen Richtung nebeneinander angeordnet. Definiert man für jede der
Resonatoren eine Resonatorachse entlang der
Resonatorrichtung, die in Bezug auf die erzeugten Moden beispielsweise eine Symmetrieachse oder Schwerpunktslinie sein kann, so sind die Resonatorachsen des ersten und zweiten Resonators in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass, würde zusätzlich zum zweiten Licht im Betrieb der Halbleiterlaserdiode auch erstes Licht nach außen abgestrahlt, das erste Licht und das zweite Licht seitlich zueinander versetzt aus der Halbleiterlaserdiode austreten würden. Weist die Halbleiterlaserdiode wie weiter unten beschrieben mehrere erste und/oder mehrere zweite
Resonatoren, so sind insbesondere alle Resonator der
Halbleiterlaserdiode jeweils paarweise zueinander in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet.
Um im Betrieb der Halbleiterlaserdiode eine effektive
Einkopplung von erstem Licht in den zweiten Resonator zu erreichen, ist es erforderlich, dass optische Moden im ersten Resonator und zweiten Resonator in einer zur longitudinalen Richtung senkrecht stehenden Richtung überlappen. Besonders bevorzugt wird im Betrieb der Halbleiterlaserdiode ein Anteil von größer oder gleich 10% und kleiner oder gleich 99% der Leistung des ersten Lichts in den zweiten Resonator
eingekoppelt. Zwischen den laseraktiven Materialien des ersten und zweiten Resonators können daher räumlich zumindest teilweise Materialien angeordnet sein, die für das erste Licht zumindest teilweise durchlässig sind. Beispielsweise können der erste und zweite Resonator durch eine zumindest teilweise transparente Verbindungsschicht optisch und
mechanisch miteinander gekoppelt sein. Ist die
Halbleiterlaserdiode so ausgebildet, dass im Betrieb Strom zum Betrieb des ersten Resonators durch den zweiten Resonator fließt, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die
Verbindungsschicht elektrisch leitend ist. Hierzu kann die die Verbindungsschicht zumindest teilweise ein transparentes leitendes Oxid und/oder eine strukturierte Metallschicht aufweisen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die
Verbindungsschicht dichroitisch ist. Insbesondere kann die Verbindungsschicht in diesem Fall zumindest teilweise
durchlässig für das erste Licht sein, aber undurchlässig für das zweite Licht sein, so dass erstes Licht in den zweiten
Resonator eingekoppelt werden kann, jedoch kein zweites Licht in den ersten Resonator.
Die räumliche Anordnung der Resonatoren der
Halbleiterlaserdiode kann unter Berücksichtigung einer ausreichenden optischen Kopplung der Resonatoren gemäß einer oder mehreren der im Folgenden beschriebenen
Anordnungsvarianten erfolgen. Beispielsweise können der erste und zweite Resonator in der vertikalen, der Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge entsprechenden Richtung übereinander angeordnet sein. Der erste Resonator kann hierbei beispielsweise auf dem zweiten Resonator in vertikaler Richtung aufgebracht oder aufgewachsen sein. Bei einer Aufsicht in vertikaler Richtung können der erste und zweite Resonator genau übereinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können der erste und zweite Resonator in der lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sein. Bei einer Ansicht in lateraler Richtung können der erste und zweite Resonator beispielsweise n einer selben Ebene angeordnet sein. Es sind weiterhin auch
Anordnungen möglich, bei denen die Resonatoren vertikal und lateral zueinander versetzt sind.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der zweite
Resonator einen ersten Teil und zweiten Teil mit jeweils einem laseraktiven Material aufweist und die
Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators zwischen dem ersten und zweiten Teil angeordnet ist. Hierbei können der erste und zweite Teil des zweiten Resonators und der erste Resonator beispielsweise in einer vertikalen Richtung oder in einer lateralen Richtung eine Art „Sandwichstruktur" bilden.
Weiterhin kann einer der Resonatoren der Halbleiterlaserdiode eine Aussparung aufweisen, in der ein anderer der Resonatoren der Halbleiterlaserdiode angeordnet ist. Beispielsweise kann der erste Resonator eine Aussparung aufweisen, also
insbesondere die Halbleiterschichtenfolge des ersten
Resonators, in der der zweite Resonator, insbesondere das laseraktive Material dieses, eingesetzt ist. Alternativ hierzu kann der zweite Resonator eine Aussparung aufweisen, in die der erste Resonator eingesetzt ist. Hierbei kann insbesondere das laseraktive Material des zweiten Resonators eine Aussparung aufweisen, in die der erste Resonator, also insbesondere die Halbleiterschichtenfolge des ersten
Resonators, eingesetzt ist. Der erste Resonator kann auch vollständig im zweiten Resonator eingebettet sein, also zumindest in allen zur longitudinalen Richtung oder zur vertikalen Richtung senkrecht stehenden Richtungen oder auch allseitig von laseraktiven Material des zweiten Resonators umgeben sein. Auch für den Fall, dass ein Resonator in einen anderen eingesetzt ist, können die Resonatoren wie oben beschrieben in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet sein, also die Resonatorachsen nicht zusammenfallen, sondern in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der aktive Bereich des zweiten Resonators, also das laseraktive Material des zweiten Resonators, zumindest teilweise ein Material auf, das ausgewählt ist aus GaN, SiC, Saphir, YAG, YVO4. Weiterhin kann das laseraktive Material des zweiten Resonators
zumindest einen als LeuchtZentrum wirkenden Dotierstoff aufweisen, der insbesondere ausgewählt sein kann aus Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr und Yb . Rein beispielhaft kann das laseraktive Material des zweiten Resonators somit etwa Cr- oder Ti- dotiertes Saphir, Nd-dotiertes YAG und/oder Nd-dotiertes YVO4 aufweisen oder daraus sein. Weiterhin kann das laseraktive Material des zweiten Resonators Quantenpunkte („quantum dots") als optisch pumpbares Medium aufweisen, beispielsweise mit oder aus InGaAs, CdSe und/oder GalnP/InP. Hierbei kann der zweite Resonator zumindest Teil eines weiter oben
beschriebenen Wachstumssubstrats, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators aufgewachsen ist, oder zumindest Teil eines weiter oben beschriebenen
Trägersubstrats sein, auf das die Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators nach dem Aufwachsen auf einem
Aufwachssubstrat übertragen wurde. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der aktive Bereich des zweiten Resonators zumindest einen Teil einer
Halbleiterschichtenfolge aufweist. Insbesondere können der erste und zweite Resonator Teile derselben
Halbleiterschichtenfolge sein. Die Halbleiterschichten, die Teil des zweiten Resonators sind, können dabei alle gleich dotiert oder undotiert sein, da der zweite Resonator nicht elektrisch gepumpt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden im Betrieb der Halbleiterlaserdiode keine elektrischen Ladungsträger durch den zweiten Resonator geleitet. Mit anderen Worten ist der zweite Resonator in diesem Fall außerhalb des elektrisch bestromten Bereichs der Halbleiterlaserdiode angeordnet. Die Halbleiterlaserdiode kann dann beispielsweise auf einer dem zweiten Resonator abgewandten Seite elektrische Kontakte zur elektrischen Kontaktierung des ersten Resonators aufweisen. Alternativ hierzu können im Betrieb der Halbleiterlaserdiode elektrische Ladungsträger durch den zweiten Resonator
geleitet werden. Der zweite Resonator kann in diesem Fall auf der n- oder p-Seite der Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators und damit im elektrisch bestromten Bereich
angeordnet sein. Der zweite Resonator ist in diesem Fall elektrisch leitend, beispielsweise gebildet durch eine oder mehrere Halbleiterschichten oder ein halbleitendes Substrat gemäß der vorab beschriebenen Ausführungsformen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet der zweite
Resonator einen funktionalen Bereich des ersten Resonators. Das kann beispielsweise bedeuten, dass der zweite Resonator zumindest teilweise zur Wellenführung im ersten Resonator beiträgt. Mit anderen Worten kann der zweite Resonator anstelle oder zusätzlich zu einer oder mehreren Schichten der Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators ausgebildet und vorgesehen sein. Beispielsweise kann die
Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators auf der dem laseraktiven Material des zweiten Resonators zugewandten Seite frei von Mantelschichten sein und das laseraktive
Material des zweiten Resonators eine Mantelschicht für den ersten Resonator bilden. Hierbei kann das laseraktive
Material des zweiten Resonators und damit der zweite
Resonator selbst unmittelbar oder mittelbar über eine weiter oben beschriebene Verbindungsschicht an eine
Wellenleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators angrenzen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode eine erste, eine Lichtauskoppelfläche bildende Seitenfläche und eine zweite, eine Rückseitenfläche bildende Seitenfläche auf, die der ersten Seitenfläche gegenüber liegt. Auf der ersten Seitenfläche kann eine
Auskoppelspiegelschicht aufgebracht sein, die das erste Licht vollständig reflektiert und die teilweise durchlässig für das zweite Licht ist. Die Auskoppelspiegelschicht kann somit gleichzeitig als Resonatorspiegel des ersten Resonators und des zweiten Resonators dienen. Auf der zweiten Seitenfläche kann eine Rückseitenspiegelschicht aufgebracht sein, die vollständig reflektierend für das erste und zweite Licht ist, so dass die Rückseitenspiegelschicht ebenfalls gleichzeitig als Resonatorspiegel des ersten Resonators und des zweiten Resonators dienen kann. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Auskoppelspiegelschicht auf der ersten Seitenfläche eine erste und eine zweite Spiegelschicht aufweist, wobei die erste Spiegelschicht vollständig reflektierend für das erste Licht ist und die zweite Spiegelschicht für das zweite Licht stärker reflektierend als die erste Spiegelschicht ist.
Dadurch können die reflektierenden Eigenschaften der
Auskoppelspiegelschicht in Bezug auf das erste und zweite Licht unabhängig voneinander eingestellt werden. Weiterhin kann auch die Rückseitenspiegelschicht eine erste und eine zweite Spiegelschicht aufweisen, wobei die erste
Spiegelschicht vollständig reflektierend für das erste Licht und die zweite Spiegelschicht vollständig reflektierend für das zweite Licht ist.
Weiterhin kann die Halbleiterlaserdiode zusätzlich zur ersten, eine Lichtauskoppelfläche bildenden Seitenfläche und zur zweiten, eine Rückseitenfläche bildende Seitenfläche zumindest eine weitere Seitenfläche und/oder eine Unterseite aufweisen, auf der eine Verspiegelung aufgebracht ist. Durch eine derartige zusätzliche Verspiegelung, die zusammen mit den Spiegelschichten auf der ersten und zweiten Seitenfläche auch eine allseitige Verspiegelung bilden kann, kann
beispielsweise erreicht werden, dass erstes Licht oder zweites Licht oder bevorzugt erstes und zweites Licht nicht in einer unerwünschten Richtung aus dem ersten Resonator und/oder insbesondere aus dem zweiten Resonator austreten können. Die Spiegelschichten auf der ersten und zweiten Seitenfläche sowie die Verspiegelungen auf weiteren
Seitenflächen oder der Unterseite der Halbleiterlaserdiode können beispielsweise durch Bragg-Spiegel und/oder durch Metallspiegel gebildet sein oder solche aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode eine Mehrzahl von ersten und/oder eine Mehrzahl von zweiten Resonatoren auf und alle ersten und zweiten Resonatoren der Halbleiterlaserdiode sind
monolithisch in die Halbleiterlaserdiode integriert. Hierbei kann beispielsweise ein erster Resonator zwei oder mehr zweite Resonatoren optisch pumpen. Weiterhin kann auch ein zweiter Resonator von mehr als einem ersten Resonator optisch gepumpt werden. Die vorab beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen, wenn mehrere erste und/oder mehrere zweite Resonatoren in der Halbleiterlaserdiode monolithisch integriert sind.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen einer
Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figuren IC bis 1H schematische Darstellungen von
Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 2 bis 6 schematische Darstellungen von
Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 7A bis 10B schematische Darstellungen von
Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren IIA bis 11E schematische Darstellungen von
Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen und
Figuren 12A bis 12D schematische Darstellungen von
Auskoppelspiegelschichten für Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In den Figuren 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, wobei Figur 1A eine
Darstellung eines Schnitts durch die Halbleiterlaserdiode 100 entlang einer transversalen Schnittebene und Figur 1B eine Darstellung eines Schnitts durch die Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Schnittebene senkrecht zur Lichtauskoppelfläche 3 zeigen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich
gleichermaßen auf die Figuren 1A und IB.
Die Halbleiterlaserdiode 100 weist einen ersten Resonator 1 mit einem ersten laseraktiven Material 11 und einen zweiten Resonator 2 mit einem zweiten laseraktiven Material 21 auf. Der erste Resonator 1 ist dazu eingerichtet, im Betrieb erstes Licht 19 zu erzeugen, der zweite Resonator 2 ist dazu eingerichtet, im Betrieb zweites Licht 29 zu erzeugen. Beim Überschreiten der jeweiligen Laserschwelle handelt es sich dabei jeweils um Laserlicht, also um kohärentes Licht in Form von jeweils einer oder mehreren Lasermoden, die jeweils einen aktiven Bereich 15, 25 der Resonatoren 1, 2 definieren. Jeder der Resonatoren 1, 2 weist zusätzlich zum jeweiligen laseraktiven Material 11, 21 Resonatorspiegel auf. Durch die Anordnung der Resonatorspiegel und des laseraktiven Materials dazwischen ergibt sich für jeden Resonator 1, 2 eine Resonatorrichtung, entlang derer eine longitudinale
Lichtausbreitung erfolgt. Die Resonatorrichtungen des ersten und zweiten Resonators 1, 2 verlaufen daher entlang der in Figur 1B angedeuteten mit 93 bezeichneten longitudinalen Richtung. Da Licht, das in einem Resonator erzeugt wird, durch einen entsprechenden nicht voll verspiegelten
Resonatorspiegel entlang der Resonatorrichtung austritt und abgestrahlt wird, entspricht die longitudinale Richtung auch der Abstrahlrichtung der Halbleiterlaserdiode 100.
Die Resonatorspiegel können beispielsweise wie im gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode 100 aufgebracht sein. Insbesondere kann es sich bei der ersten Seitenfläche wie gezeigt um eine Lichtauskoppelfläche 3 und bei der zweiten Seitenfläche um eine der ersten Seitenfläche und damit der Lichtauskoppelfläche 3 gegenüberliegende
Rückseitenfläche 4 handeln. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Resonatorspiegel beider Resonatoren wie in Figur 1B gezeigt durch eine auf der Lichtauskoppelfläche 3
angeordnete Auskoppelspiegelschicht 5 und durch eine auf der Rückseitenfläche 4 aufgebrachte Rückseitenspiegelschicht 6 gebildet. Die Resonatorspiegel können jeweils ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein und beispielsweise eines oder mehrere Metall und/oder eines oder mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Weitere Merkmale zu den
Resonatorspiegeln sind weiter unten in Verbindung mit
weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Resonatoren 1, 2 sind monolithisch in die
Halbleiterlaserdiode 100 integriert. Das bedeutet, dass die Resonatoren 1, 2 fest miteinander verbunden sind und so gemeinsam ein einzelnes Bauelement in Form der Halbleiterlaserdiode 100 oder zumindest einen Teil davon bilden. Weiter unten sind Möglichkeiten zur monolithischen Integration beschrieben. Der erste Resonator 1 weist als laseraktives Material 11 ein Halbleitermaterial auf. Insbesondere weist die
Halbleiterlaserdiode 100 eine Halbleiterschichtenfolge 12 auf, wobei zumindest ein Teil oder auch die ganze
Halbleiterschichtenfolge 12 Teil des ersten Resonators 1 ist. Die Halbleiterschichtenfolge 12 weist eine aktive Schicht 13 auf, die geeignet ist, im Betrieb das erste Licht 19 zu erzeugen. Die auf der Lichtauskoppelfläche 3 und der
Rückseitenfläche 4 aufgebrachten Spiegelschichten 5, 6 sind derart ausgebildet, dass das erste Licht 19 nicht in
longitudinaler Richtung 93 und damit nicht in
Resonatorrichtung aus dem ersten Resonator 1 austreten kann. Mit anderen Worten ist der erste Resonator 1 beidseitig vollständig für das erste Licht 19 verspiegelt. Die
Halbleiterschichtenfolge 12 weist zusätzlich zur aktiven Schicht 13 weitere Halbleiterschichten auf, insbesondere
Mantelschichten und Wellenleiterschichten, die entsprechend der gewünschten Wellenführung ausgebildet sind. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge 12 weitere Schichten wie beispielsweise Barriereschichten, StromaufWeitungsschichten und/oder Strombegrenzungsschichten aufweisen. Zur
Vereinfachung der Darstellung sind die zur aktiven Schicht 13 zusätzlichen Schichten nicht gezeigt. Die
Halbleiterschichtenfolge 12 und insbesondere die aktive
Schicht 13 können auf einem oben im allgemeinen Teil
beschriebenen Verbindungshalbleitermaterialsystem basieren, also beispielsweise auf InAlGaN oder InAlGaP oder InAlGaAs. Wie in den Figuren 1A und 1B angedeutet ist, wird hier und im Folgenden als laterale Richtung 91 eine Richtung bezeichnet, die senkrecht zur longitudinalen Richtung 93 und parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 2 bei einer Aufsicht auf die
Lichtauskoppelfläche 3 verläuft. Die Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 12 aufeinander wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung 92 bezeichnet. Die laterale Richtung 91 und die longitudinale Richtung 93 spannen somit eine horizontale Ebene auf, die parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 13 und der
weiteren Schichten der Halbleiterschichtenfolge 12 ist. Die laterale Richtung 91 und die vertikale Richtung 92 spannen eine transversale Ebene auf.
Wie weiterhin in den Figuren 1A und 1B gezeigt ist, ist auf einer Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 12 eine
Elektrodenschicht 14 aufgebracht, die zur elektrischen
Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 12 vorgesehen ist. Die Elektrodenschicht 14 kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle aufweisen: Ag, AI, Au, Ni, Pt, Pd. Die Halbleiterlaserdiode 100 kann eine weitere
Elektrodenschicht zur elektrischen Kontaktierung der anderen Seite der Halbleiterschichtenfolge 12 aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. Der erste
Resonator 1 wird im Betrieb über die Elektrodenschichten bestromt und bildet somit einen elektrisch gepumpten Laser, der im Betrieb das erste Licht 19 erzeugt. In der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 12 ist
weiterhin eine Stegwellenleiterstruktur 16 durch Entfernung eines Teils des Halbleitermaterials von dieser Seite der Halbleiterschichtenfolge 12 ausgebildet. Die Stegwellenleiterstruktur 16 verläuft in longitudinaler
Richtung 93 und ist in lateraler Richtung 91 beidseitig durch Seitenflächen begrenzt. Die Stegseitenflächen sowie die übrige Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 12 sind durch ein Passivierungsmaterial 17, beispielsweise Si02, A102, Zr02, S13N4 und/oder SiON in Form einer oder mehrerer
Passivierungsschichten bedeckt. Durch den
Brechungsindexsprung an den in lateraler Richtung 91
begrenzenden Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur 16 durch den Übergang vom Halbleitermaterial zum
Passivierungsmaterial 17 kann eine so genannte Indexführung des in der aktiven Schicht 13 erzeugten ersten Lichts 19 bewirkt werden, was maßgeblich zur Ausbildung des aktiven Bereichs 15 führt.
Wie in Figur 1A gezeigt ist, kann die
Stegwellenleiterstruktur 16 durch vollständiges Entfernen des Halbleitermaterials lateral beidseitig neben dem Steg
gebildet werden. Alternativ hierzu kann auch ein so genanntes „Dreibein" ausgebildet werden, wie in Figur IC angedeutet ist, bei dem lateral neben dem Steg nur entlang zweier Rinnen das Halbleitermaterial entfernt ist. Alternativ hierzu kann die Halbleiterlaserdiode 100 auch als so genannte
Breitstreifenlaserdiode ohne Stegwellenleiterstruktur
ausgebildet sein, wie in Figur 1D angedeutet ist. Bei dieser Variante erfolgte anstelle einer Indexführung eine
Gewinnführung der Lasermoden. Der aktive Bereich 15 wird durch den Kontaktbereich der Elektrodenschicht 4 mit dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 12 definiert und damit durch die Öffnung im Passivierungsmaterial 17, das somit eine Stromblende bildet. Die Halbleiterlaserdiode 100 weist weiterhin ein Substrat 9 auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 ist und das gleichzeitig beispielsweise ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 12 ist. Hierzu kann die
Halbleiterschichtenfolge 12 direkt auf dem laseraktiven
Material 21 aufgewachsen werden, das als Wafer bereitgestellt wird. Die so hergestellte Epitaxiescheibe wird anschließend entsprechend strukturiert, damit die Facetten der Resonatoren beispielsweise durch Brechen der Scheibe hergestellt werden können .
Alternativ zu einem Aufwachssubstrat kann das Substrat 9 auch ein Trägersubstrat sein, auf das die auf einem
Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 12 nach dem Aufwachsen übertragen und beispielsweise durch
Waferbonding befestigt wird. Insbesondere kann die
Halbleiterschichtenfolge 12 beispielsweise in einem auch als Dünnfilm-Prozess oder Dünnfilm-ähnlichen Prozess
bezeichenbaren Verfahren mittels Laser-Lift-Off vom
Aufwachssubstrat entfernt werden und mittels einer weiter unten beschriebenen Verbindungsschicht auf dem zweiten
Resonator 2 befestigt werden. Beispielsweise kann das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 und damit das Substrat 9 GaN, Saphir, SiC, YAG oder YVO4 aufweisen. Weiterhin kann das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 und damit das Substrat 9
zumindest einen als LeuchtZentrum wirkenden Dotierstoff aufweisen, der insbesondere ausgewählt sein kann aus Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr und Yb . In einer besonders bevorzugten
Variante kann der erste Resonator 1 beispielsweise eine auf InAlGaN-basierende Halbleiterschichtenfolge 12 aufweisen, während für den zweiten Resonator 2 als laseraktives Material 21 und damit als Substrat 9 für die Halbleiterschichtenfolge 12 ein Ti-dotierter Saphir-Wafer verwendet wird. Der erste Resonator 1 kann hierbei beispielsweise durch Heteroepitaxie auf das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 aufgewachsen oder beispielsweise durch Waferbonding darauf übertragen werden.
Wie in den Figuren 1A und 1B erkennbar ist, sind der erste Resonator 1 und der zweite Resonator 2 in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung 93 stehenden Richtung, also einer Richtung parallel zur transversalen Ebene, versetzt
zueinander angeordnet, wobei die Resonatorrichtungen der Resonatoren 1, 2 parallel zueinander sind. Insbesondere sind die Resonatoren 1, 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der vertikalen Richtung 91 versetzt zueinander angeordnet. Der Abstand der laseraktiven Materialien 11, 21 ist derart gewählt, dass der aktive Bereich 15 des ersten Resonators 1 und damit ein Teil der das erste Licht 19 bildenden einen oder mehreren Lasermoden in den zweiten Resonator 2 reicht, so dass im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 und damit im Betrieb des ersten Resonators 1 ersten Licht 19 aus dem ersten Resonator 1 ausgekoppelt und in den zweiten Resonator 2 eingekoppelt wird. Hierdurch kann das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators unter Ausbildung des aktiven
Bereichs 25 angeregt und somit optisch gepumpt werden, so dass der zweite Resonator 2 zur Erzeugung des zweiten Lichts 29 angeregt wird. Das erste Licht 19 des ersten Resonators 1 bildet somit ein Pumplicht zum optischen Pumpen des zweiten Resonators 2. Die auf der Lichtauskoppelfläche 3 aufgebracht Auskoppelspiegelschicht 5 weist eine teilweise Transmission für das zweite Licht 29 auf, so dass das zweite Licht 29 aus dem zweiten Resonator 2 teilweise nach außen abgestrahlt werden kann. Die Rückseitenspiegelschicht 6 hingegen kann eine Vollverspiegelung für das zweite Licht 29 bilden.
Entsprechend bildet der erste Resonator 1 eine elektrisch gepumpte Pumpstrahlquelle, während der zweite Resonator eine durch den ersten Resonator 1 optisch gepumpte Strahlquelle bildet. Der Teil des zweiten Lichts 29, der nach außen abgestrahlt wird, bildet die von der Halbleiterlaserdiode 100 abgestrahlte Laserstrahlung. Bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode 100 handelt es sich zusammenfassend somit um eine Halbleiterlaserdiode, in die zusätzlich zu einem elektrisch gepumpten
Laserresonator ein weiterer Laserresonator integriert ist. Der zweite Resonator 2 befindet sich hierbei direkt
angrenzend an den ersten Resonator 1 in einer transversalen Richtung neben diesem, so dass der zweite Resonator 2 im Betrieb in der zur longitudinalen Richtung senkrecht
stehenden transversalen Richtung optisch gepumpt wird. Da der erste Resonator 1 wie oben beschrieben auf beiden Seiten hochreflektierend verspiegelt ist, kann erreicht werden, dass die Laserschwelle des ersten Resonators 1 stark abgesenkt werden kann, dass eine unerwünschte Emission der
Pumpstrahlung unterdrückt werden kann und dass eine erhöhte Einkopplung der Pumpstrahlung in den zweiten Resonator 2 erfolgen kann. Insbesondere können für das erste und zweite Licht 19, 29 entsprechend der Wahl der laseraktiven
Materialien 11, 21 unterschiedliche Wellenlängen gewählt werden. Beispielsweise kann für den zweiten Resonator 2 ein laseraktives Material 21 gewählt werden, mit dem Licht mit einer Wellenlänge erzeugt werden kann, die mit üblichen elektrisch gepumpten Laserdioden nicht oder nur schwer möglich ist, beispielsweise im tiefen UV-Bereich, im gelben Spektralbereich oder im IR-Bereich. Alternativ zu einem Betrieb als Laser kann der erste Resonator 1 beispielsweise auch als Superlumineszenz-Diode ausgebildet und somit
unterhalb der Laserschwelle betrieben werden. In den Figuren IE und 1F sind weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, bei denen eine
elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 von einer selben Seite her erfolgt. Wie in Figur IE gezeigt ist, kann beispielsweise auf der
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 12 zusätzlich zur Elektrodenschicht 14, die die Stegoberseite elektrisch kontaktiert, ein elektrisches Kontaktelement 18 in Form einer Elektrodenschicht mit einer elektrischen Durchführung
vorhanden sein, das neben der Stegwellenleiterstruktur 16 von der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 12 durch die aktive Schicht 13 hindurch auf die der Oberseite abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge 12 reicht. Die hierfür erforderliche elektrische Isolierung des elektrischen
Kontaktelements 18 auf der Oberseite und entlang des Verlaufs durch die nicht durch das Kontaktelement 18 zu
kontaktierenden Halbleiterschichten ist der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Das in Figur 1F gezeigte
Ausführungsbeispiel weist eine entsprechende elektrische Kontaktierung mittels Elektrodenschicht 14 und Kontaktelement 18 auf, wobei hier die von außen kontaktierbare Seite die der Stegwellenleiterstruktur gegenüberliegende Seite der
Halbleiterschichtenfolge 12 ist. Entsprechend ist die
Halbleiterschichtenfolge 12 im Vergleich zu den bisherigen Ausführungsbeispielen umgedreht auf dem zweiten Resonator 2 aufgebracht und befestigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Resonator 1 die Halbleiterschichtenfolge 12 auf einem elektrisch leitenden Substrat 9 auf. Alternativ hierzu kann es bei einem elektrisch isolierenden Substrat 9 auch möglich sein, dass anstelle der Elektrodenschicht 14 ein weiteres Kontaktelement 18 verwendet wird, das durch das Substrat 9 hindurch zur Halbleiterschichtenfolge 12 reicht. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Substrat vollständig entfernt ist und die Elektrodenschicht 14 und das Kontaktelement 18 entsprechend direkt auf der
Halbleiterschichtenfolge 12 angeordnet sind. Da die Oberseite mit der Stegwellenleiterstruktur 16 üblicherweise p-dotiert ist, spricht man bei der Anordnung in den Figuren 1A bis IE auch von einer p-up-Anordnung und bei der Anordnung in der Figur 1F von einer p-down-Anordnung . Die Befestigung des ersten Resonators 1 auf dem zweiten Resonator 2 kann bei der gezeigten einseitigen elektrischen Kontaktierung insbesondere durch dielektrisches Bonden oder durch einen transparenten Kunststoff wie beispielsweise Silikon erfolgen. Die
einseitige Kontaktierung kann für eine Vielzahl von
Anwendungen vorteilhaft sein, beispielsweise für integrierte RGB-Displays oder optische Schaltkreise. In den Figuren IG und 1H sind weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, bei denen der erste Resonator 1 und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge 12 in vorab beschriebenen Dünnfilm-artigen Prozessen verarbeitet wurden. Im Ausführungsbeispiel der Figur IG weist der erste Resonator 1 einen Träger 98 auf, auf den mittels eines
Verbindungsmaterials 99 wie beispielsweise einem Lot oder einem anderen für Waferbonding geeignetem Material die
Halbleiterschichtenfolge 12 befestigt ist. Anstelle des zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge 12 verwendeten
Aufwachssubstrats auf der dem Träger 98 abgewandten Seite wird der zweite Resonator 2 an der Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 befestigt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1H dient das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 als Dünnfilm-Prozess-artiger Träger 98. Das Verbindungsmaterial 99 kann wie die weiter unten in
Verbindung mit den Figuren 4 und 5 beschriebene
Verbindungsschicht ausgebildet sein.
In den nachfolgenden Figuren sind weitere
Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die Modifikationen und Weiterbildungen der in den Figuren 1A bis 1H gezeigten Ausführungsbeispiele bilden. Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher hauptsächlich auf Unterschiede zu den jeweils vorherigen
Ausführungsbeispielen. Auch wenn im Folgenden erste
Resonatoren 1 mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Stegwellenleiterstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1A und 1B angedeutet sind, kann die
Halbleiterschichtenfolge in den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen alternativ auch wie in den Figuren IC und 1D gezeigt in Form eines „Dreibeins" ausgebildet sein oder ganz entfallen. Weiterhin kann auch eine elektrische Kontaktierung und eine Anordnung der Halbleiterschichtenfolge wie in den Figuren IE bis 1H gezeigt möglich sein.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 auf der dem zweiten Resonator 2 zugewandten Seite angrenzend an eine Wellenleiterschicht anders als beispielsweise das in
Verbindung mit den Figuren 1A und 1B beschriebene
Ausführungsbeispiel keine Mantelschicht aufweist. Stattdessen dient das laseraktive Material 21 des zweiten Resonators 2 gleichzeitig als Mantelschicht für den ersten Resonator 1, so dass ein größerer Überlapp der aktiven Bereiche 15, 25 und damit der Lasermoden des ersten und zweiten Resonators 1, 2 erreicht werden kann. Der Brechungsindex des als Substrat 9 dienenden laseraktiven Materials 21 des zweiten Resonators 2 wird in diesem Fall entsprechend ausgewählt, um zusammen mit den Schichten der Halbleiterschichtenfolge 12 eine gewünschte Wellenführung des ersten Lichts 19 zu erreichen.
Das als Substrat 9 dienende laseraktive Material 21 kann wie vorab beschrieben ein Aufwachssubstrat oder ein
Trägersubstrat sein. Insbesondere kann das laseraktive
Material im zweiten Fall als Träger für die mittels eines Dünnfilm-artigen Prozess aufgebrachte
Halbleiterschichtenfolge 12 ausgebildet sein, wie oben in Verbindung mit den Figuren IG und 1H beschrieben ist. Das hierzu verwendete Verbindungsmaterial zwischen Träger und Halbleiterschichtenfolge 12 ist in Figur 2 der
Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem der zweite
Resonator 2 als laseraktives Material 21 ein
Halbleitermaterial aufweist. Hierzu kann der zweite Resonator 2 eine Halbleiterschichtenfolge 22 mit einer aktiven Schicht 23 sowie weiteren, oben im Zusammenhang mit der
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1
beschriebenen Halbleiterschichten, insbesondere
Wellenleiterschichten und Mantelschichten, aufweisen. Die beiden Halbleiterschichtenfolgen 12, 22 können sich auch beispielsweise dieselbe Mantelschicht „teilen". Dieselbe Halbleiterschicht kann also als Mantelschicht für die
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 und gleichzeitig auch als Mantelschicht für die
Halbleiterschichtenfolge 22 des zweiten Resonators 2
ausgebildet sein. Die Halbleiterschichtenfolgen 12 und 22 können auf unterschiedlichen Substraten aufgewachsen und anschließend aufeinander gebondet werden oder auch alternativ als Teile einer gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge in einem gemeinsamen Epitaxieprozess aufgewachsen werden. Im Gegensatz zur aktiven Schicht 13 der
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 wird die aktive Schicht 23 der Halbleiterschichtenfolge 22 des zweiten Resonators 2 nicht elektrisch gepumpt, so dass die
Halbleiterschichtenfolge 22 des zweiten Resonators 2
außerhalb des bestromten Bereichs der
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 liegen kann. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die zum
Betrieb des ersten Resonators 1 erforderlichen elektrischen Ladungsträger durch die Halbleiterschichtenfolge 22 des zweiten Resonators 2 hindurchfließen, ohne dass es zur einer elektrischen Anregung in der aktiven Schicht 23 des zweiten Resonators 2 kommt. Entsprechend können die
Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 22 des zweiten Resonators 2 beispielsweise undotiert oder auch alle mit einem gleich Ladungsträgertyp dotiert sein,
beispielsweise also alle n-dotiert oder alle p-dotiert, wenn der zweite Resonator 2 auf der n-Seite oder auf der p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 liegt. Wie schon in den vorherigen Ausführungsbeispielen kann durch den gestapelten Aufbau der Halbleiterlaserdiode 100 eine höhere Pumpeffizienz erreicht werden. Die in den
vorherigen und in den folgenden Ausführungsbeispielen
gezeigten zweiten Resonatoren 2 können alternativ gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 mit einem Halbleitermaterial und insbesondere einer Halbleiterschichtenfolge als
laseraktivem Material ausgebildet sein. In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem der erste Resonator 1 auf dem zweiten Resonator 2 mittels einer
Verbindungsschicht 7 aufgebracht wird. Die
Halbleiterschichtenfolge 12 des ersten Resonators 1 wird dazu auf einem Aufwachssubstrat 9 aufgewachsen. Das
Aufwachssubstrat 9 wird anschließend entfernt oder zumindest stark gedünnt, so dass in der fertiggestellten
Halbleiterlaserdiode 100 die laseraktiven Materialien 11, 21 nahe genug angeordnet sind, so dass, wie auch in den übrigen Ausführungsbeispielen, ein Anteil von bevorzugt größer oder gleich 10% und kleiner oder gleich 99% des ersten Lichts in den zweiten Resonator 2 eingekoppelt werden. Entsprechend wird auch die dem zweiten Resonator 2 zugewandte
Mantelschicht der Halbleiterschichtenfolge 12 ausgelegt.
Wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen muss der Bereich der Halbleiterlaserdiode 10 zwischen den laseraktiven
Materialien 11, 21 ausreichend transparent für die
Einkopplung von erstem Licht in den zweiten Resonator 2 sein, was auch für die Verbindungsschicht 7 gilt. Die
Verbindungsschicht 7 kann für den Fall, dass der zweite
Resonator 2 im bestromten Bereich der Halbleiterlaserdiode 100 liegt, bevorzugt elektrisch leitend sein. Beispielsweise kann die Verbindungsschicht hierfür ein transparentes
leitendes Oxid (TCO) wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) oder ein Halbleitermaterial aufweisen. Muss kein elektrischer Strom durch die Verbindungsschicht 7 fließen, kann diese auch elektrisch isolierend sein und beispielsweise ein
transparentes elektrisch isolierendes Oxid aufweisen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist die
Verbindungsschicht 7 im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Verbindungsschicht 7 auf, die unterschiedliche Verbindungsschichtteile 71, 72 aufweist. Der Verbindungsschichtteil 71, der in dem Bereich angeordnet ist, in dem die optische Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Resonator 1, 2 stattfindet, ist wie die Verbindungsschicht 7 des vorherigen Ausführungsbeispiels transparent ausgebildet und kann je nach elektrischen Anforderungen elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein. Außerhalb des
Bereichs, in dem die Lasermoden der Resonatoren 1, 2
überlappen, kann ein anderes Material für den
Verbindungsschichtteil 72 gewählt werden, das nicht
transparent sein muss. Beispielsweise kann der
Verbindungsschichtteil 72 einen metallisierten Bereich, etwa in Form von Metallstegen, bilden, der zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen den Resonatoren 1, 2 dient und der insbesondere für den Fall vorteilhaft ist, dass elektrischer Strom zum Betrieb des ersten Resonators 1 durch die
Verbindungsschicht 7 geleitet werden muss. Bei einer oben in den Figuren IE und 1F gezeigten elektrischen Kontaktierung von derselben Seite her kann ein metallischer
Verbindungsschichtteil mit Vorteil entfallen.
Die in Figur 4 gezeigte Verbindungsschicht 7 und/oder der in Figur 5 gezeigte Verbindungsschichtteil 71 können
beispielsweise auch dichroitisch ausgeführt sein, so dass die Verbindungsschicht 7 beziehungsweise der
Verbindungsschichtteil 71 an der Grenzfläche zwischen dem ersten und zweiten Resonator 1, 2 vorwiegend oder
ausschließlich für das erste Licht durchlässig ist.
Insbesondere kann die Verbindungsschicht 7 beziehungsweise der Verbindungsschichtteil 71 für das erste Licht durchlässig sein, während das zweite Licht Totalreflexion erfährt.
Hierdurch kann der zweite Resonator 2 und insbesondere der aktive Bereich 25 des zweiten Resonators 2 zusätzlich
definiert werden. Beispielsweise kann eine dichroitische Verbindungsschicht oder ein dichroitischer
Verbindungsschichtteil im Fall einer Halbleiterlaserdiode vorteilhaft sein, bei der die Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators auf InAlGaN basiert, das auf einem zweiten Resonator angeordnet ist, dessen laseraktives Material Saphir ist, da Saphir einen kleineren Brechungsindex als das Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial aufweist und daher Licht aus der Halbleiterschichtenfolge an der Grenzfläche
Totalreflexion erfahren kann.
Um möglichst wenig Licht an anderen Seiten der
Halbleiterlaserdiode 100 als der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche zu verlieren, kann die Halbleiterlaserdiode 100 zusätzlich zur Lichtauskoppelfläche und Rückseitenfläche zumindest eine weitere Seitenfläche 81 oder Unterseite 82 aufweisen, auf der eine Vergütung in Form einer Verspiegelung 83 aufgebracht ist. Wie in Figur 6 gezeigt ist, kann eine solche Vergütung insbesondere auf den Seitenflächen 81 und der Unterseite 82 des zweiten Resonators 2 aufgebracht sein. Die Vergütung kann insbesondere für das zweite Licht
reflektierend sein. Weiterhin kann die Vergütung aber auch für das erste Licht zumindest teilweise oder auch vollständig reflektierend sein. Auf der dem ersten Resonator 1
gegenüberliegenden Unterseite 82 des zweiten Resonators 2 kann alternativ oder, wie in Figur 6 gezeigt ist, zusätzlich zur Vergütung eine Verspiegelung 84, insbesondere in Form eines Bragg-Spiegels , aufgebracht sein, die für das erste Licht hochreflektierend ist, wodurch die Einkoppeleffizienz des ersten Lichts in den zweiten Resonator 2 erhöht werden kann . In den Figuren 7A bis 71 sind Ausführungsbeispiele für
Halbleiterlaserdioden 100 mit verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung des ersten und zweiten Resonators 1, 2 gezeigt. Soweit nicht anders erläutert weisen die Resonatoren 1, 2 vorab beschriebene Merkmale auf. Insbesondere sind der erste und zweite Resonator 1, 2 wie in den vorherigen
Ausführungsbeispielen in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet. Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 7A bis 7D weist der erste Resonator 1 wie vorab beschrieben jeweils eine
elektrisch kontaktierte Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist jeweils auf einem Substrat aufgebracht. Weiterhin weist der erste Resonator 1 jeweils eine Aussparung 10 auf, in der jeweils der zweite Resonator 2 angeordnet ist. Die Aussparung 10 kann insbesondere jeweils als Rinne ausgebildet sein, die sich in longitudinaler
Richtung erstreckt. Wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt ist, kann der zweite Resonator 2 in lateraler Richtung versetzt zum ersten Resonator 1, insbesondere beispielsweise lateral versetzt zur Stegwellenleiterstruktur, in der Aussparung 10 angeordnet sein, wobei die Aussparung 10 lateral beidseitig durch Material des ersten Resonators 1 begrenzt sein kann (Figur 7A) oder auch bis zu einem lateralen Rand des ersten Resonators 1 reichen kann (Figur 7B) . Weiterhin kann der zweite Resonator 2, wie in Figur 7C gezeigt ist, in einer Aussparung 10 in der Stegwellenleiterstruktur angeordnet sein, wobei der erste Resonator 1 hierbei entsprechend der sich ausbildenden Lasermoden zwei aktive Bereiche 15
aufweist, die lateral zum zweiten Resonator 2 versetzt sind. Die Aussparung 10 kann, wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt ist, durch die Halbleiterschichtenfolge 10 in vertikaler Richtung 10 hindurchragen und beispielsweise auch noch in das Substrat hineinragen. Alternativ kann die Aussparung 10 auch nur in die Halbleiterschichtenfolge, aber nicht mehr in das Substrat hineinragen, wie in Figur 7C gezeigt ist. Weiterhin kann der zweite Resonator 2 in einer Aussparung 10 im
Substrat angeordnet sein, so dass der zweite Resonator 2 und der erste Resonator 1 wie bei vorherigen
Ausführungsbeispielen vertikal versetzt zueinander angeordnet sind . In den Ausführungsbeispielen der Figuren 7E und 7F ist der zweite Resonator 2 jeweils in lateraler Richtung (Figur 7E) und in vertikaler Richtung (Figur 7F) auf den ersten
Resonator 1 aufgesetzt, wobei im Ausführungsbeispiel der Figur 7F eine transparente Elektrodenschicht auf der
Stegwellenleiterstruktur angeordnet ist, um eine optische Kopplung zwischen den Resonatoren 1, 2 zu gewährleisten.
Das laseraktive Material des zweiten Resonators 2 kann in den gezeigten Ausführungsbeispielen vorgefertigt und in die
Aussparung 10 eingesetzt oder an das Material des ersten
Resonators 1 befestigt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass das laseraktive Material des zweiten Resonators 2 durch Aufdampfen, Sputtern, epitaktische Wachstum oder andere
Aufbringprozesse in der Aussparung 10 oder am Material des ersten Resonators 1 hergestellt wird. In diesem Fall muss das laseraktive Material des zweiten Resonators 2 nicht
nachträglich eingefügt werden und es können auch spezielle Geometrien realisiert werden, wie in den Figuren 7G bis 71 rein beispielhaft gezeigt ist.
In den Figuren 8A und 8B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 10 gezeigt, bei dem das laseraktive Material des zweiten Resonators 2 und damit der zweite Resonator 2 eine Aussparung 20 aufweist, in der der erste Resonator 1 angeordnet ist. Figur 8A zeigt hierbei einen Schnitt in einer transversalen Ebene, Figur 8B einen Schnitt in einer horizontalen Ebene. Wie zu erkennen ist, ist der erste Resonator 1 in allen senkrecht zur vertikalen Richtung 92 stehend Richtungen vom zweiten Resonator 2 umgeben.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn, wie gezeigt, der erste Resonator 1 nicht zentrisch in der Aussparung 20 im zweiten Resonator 2 eingesetzt ist und/oder die Resonatoren 1, 2 so ausgebildet sind, dass die aktiven Bereiche 15, 25 wie gezeigt versetzt zueinander angeordnet sind.
In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei der der zweite
Resonator 2 einen ersten Teil 26 und zweiten Teil 27 mit jeweils einem laseraktiven Material aufweist und die
Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators zwischen dem ersten und zweiten Teil 26, 27 angeordnet ist. Hierbei können der erste und zweite Teil 26, 27 des zweiten Resonators 2 und der erste Resonator 1 beispielsweise wie gezeigt in einer vertikalen Richtung, oder alternativ auch in einer lateralen Richtung, eine Art „Sandwichstruktur" bilden. Der erste und zweite Teil 26, 27 können besonders bevorzugt ein gleiches laseraktives Material aufweisen, beispielsweise ein weiter oben beschriebenes Substratmaterial, in dem ein als
LeuchtZentren wirkender Dotierstoff enthalten ist. Nach dem Aufwachsen oder Montieren des ersten Resonators 1 auf dem ersten oder zweiten Teil 26, 27 kann der andere Teil
entsprechend der weiter oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele auf dem ersten Resonator 1 montiert werden. Wie gezeigt kann die Pumpmode, also der aktive
Bereich 15 des ersten Resonators 1, komplett innerhalb der optisch gepumpten Mode, also dem aktiven Bereich 25 des zweiten Resonators 2, verlaufen.
In den Figuren 10A und 10B ist in einer Schnittdarstellung entlang einer transversalen Ebene und in einer
dreidimensionalen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, das ein integrales Bauteil zur Farberzeugung bildet und bei dem der erste
Resonator 1 vollständig im zweiten Resonator, insbesondere im laseraktiven Material des zweiten Resonators 2, eingesetzt ist. Zur Herstellung kann das laseraktive Material des zweiten Resonators 2 mit einer Aussparung vorstrukturiert werden. Der erste Resonator 1 kann dann beispielsweise epitaktisch in der Aussparung aufgewachsen und prozessiert werden. Alternativ hierzu kann ein separat gefertigter erster Resonator 1 in die Aussparung eingesetzt werden. In beiden Fällen können die Innenseiten der Aussparung mit
reflektierendem Material beschichtet werden, die insbesondere Resonatorspiegel für den ersten Resonator 1 und
gegebenenfalls weitere Vorspiegelungen bilden können. Nach einem elektrischen Kontaktieren des ersten Resonators 1 kann die Aussparung über dem ersten Resonator 1 mit dem
laseraktiven Material des zweiten Resonators 2 aufgefüllt werden .
In den Figuren IIA bis 11E sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die eine Mehrzahl von ersten und/oder eine Mehrzahl von zweiten Resonatoren 1, 2 aufweisen, wobei bei jeder Halbleiterlaserdiode 100 alle ersten und zweiten Resonatoren 1, 2 monolithisch in diese integriert sind. Sofern nicht anders erläutert weisen die ersten und zweiten Resonatoren 1, 2 hierbei Merkmale gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen auf. Wie in den Figuren IIA bis HC gezeigt ist, können mehrere erste Resonatoren 1 einen zweiten Resonator 2 optisch pumpen. Weiterhin kann auch ein erster Resonator 1 mehrere zweite Resonatoren 2 optisch pumpen, wie in Figur HD gezeigt ist. Darüber hinaus können mehrere erste und mehrere zweite Resonatoren 1, 2 vorhanden sein, wie in Figur HE gezeigt ist. Alternativ zu den
gezeigten Ausführungsbeispielen können jeweils auch andere Anzahlen und Anordnungen von ersten und zweiten Resonatoren 1, 2 vorhanden sein.
In den Figuren 12A bis 12D sind Ausführungsbeispiele für Auskoppelspiegelschichten 5 auf der Lichtauskoppelfläche 3 der Halbleiterlaserdiode gezeigt. In Figur 12A ist eine
Auskoppelspiegelschicht 5 gezeigt, die durch einen Bragg- Spiegel gebildet wird, der gleichzeitig als Resonatorspiegel für den ersten Resonator und als Resonatorspiegel für den zweiten Resonator dient. Die wellenlängenabhängige
Reflektivität 55 der Auskoppelspiegelschicht 5, also die Abhängigkeit der Reflektivität R von der Wellenlänge λ ist in Figur 12B gezeigt. Weiterhin sind in Figur 12B der
Wellenlängenbereich 53 des ersten Lichts und der
Wellenlängenbereich 54 des zweiten Lichts durch die
gestrichelten Rechtecke angedeutet. Das Spiegelmaterial ist so ausgelegt, dass es für das erste Licht hochreflektierend, also bevorzugt vollständig reflektierend, ist, während das zweite Licht nur so stark reflektiert wird, wie es für einen effizienten Betrieb des zweiten Resonators erforderlich ist.
In Figur 12 C ist eine Auskoppelspiegelschicht 5 gezeigt, die eine erste Spiegelschicht 51 und eine zweite Spiegelschicht 52 aufweist, von denen jeder als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Die erste Spiegelschicht 51 weist ein Spiegelmaterial auf, das, wie in Figur 12D anhand der wellenlängenabhängigen Reflektivität 56 gezeigt ist, hochreflektierend, also
bevorzugt vollständig reflektierend, für das erste Licht ist und somit einen Resonatorspiegel für den ersten Resonator bildet. Für das zweite Licht ist die erste Spiegelschicht 51 transparent oder zumindest teilweise transparent. Die zweite Spiegelschicht 52, deren wellenlängenabhängige Reflektivität 57 ebenfalls in Figur 12D gezeigt ist, ist für das zweite Licht stärker reflektierend als die erste Spiegelschicht 51 und ist insbesondere auf das zweite Licht optimiert. Die zweite Spiegelschicht 52 bildet somit einen Resonatorspiegel für den zweiten Resonator. Die Wirkung der zweiten
Spiegelschicht 52 auf das erste Licht ist nebensächlich, da die erste Spiegelschicht 51 bereits hochreflektierend für das erste Licht ist. Durch die gezeigte Ausführung mit erster und zweiter Spiegelschicht 51, 52 können die reflektierenden
Eigenschaften der Auskoppelspiegelschicht 5 in Bezug auf das erste und zweite Licht unabhängig voneinander eingestellt werden. Alternativ zur Anordnung der ersten und zweiten
Spiegelschicht 51, 52 aufeinander können diese beispielsweise auch nebeneinander in den jeweils zugehörigen
Resonatorbereichen angeordnet sein. Hierbei können die
Spiegelschichten 51, 52 beispielsweise mittels Schattenmasken und/oder mittels Aufdampfen aus verschiedenen Richtungen aufgebracht werden.
In Kombination mit den gezeigten Auskoppelspiegelschichten können Rückseitenspiegelschichten in ein- oder
mehrschichtigen Konfigurationen verwendet werden, die sowohl für das erste wie auch für das zweite Licht
hochreflektierend, also besonders bevorzugt vollkommen reflektierend, sind. Diese können beispielsweise ebenfalls Bragg-Spiegel oder auch andere Reflektormaterialien wie beispielsweise ein Metall aufweisen. Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und
Merkmale sind nicht auf die in den Figuren jeweils gezeigten Kombinationen beschränkt. Vielmehr können die gezeigten Ausführungsbeispiele sowie einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle
Kombinationsmöglichkeiten explizit beschrieben sind. Darüber hinaus können die in den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil
aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 erster Resonator
2 zweiter Resonator
3 Lichtauskoppelfläche
4 Rückseitenfläche
5 Auskoppelspiegelschicht
6 Rückseitenspiegelschicht
7 Verbindungsschicht
9 Substrat
10, 20 Aussparung
11, 21 laseraktives Material
12, 22 Halbleiterschichtenfolge
13, 23 aktive Schicht
14 Elektrodenschicht
15, 25 aktiver Bereich
16 Stegwellenleiterstruktur
17 Passivierungsmaterial
18 Kontaktelement
19 erstes Licht
26, 27 Teil
29 zweites Licht
51, 52 Spiegelschicht
53, 54 Wellenlängenbereich
55, 56, 57 wellenlängenabhängige Reflektion
71, 72 Verbindungsschichtteil
81 Seitenfläche
82 Unterseite
83, 84 Verspiegelung
91 laterale Richtung
92 vertikale Richtung
93 longitudinale Richtung
98 Träger
99 Verbindungsmaterial 100 Halbleiterlaserdiode

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaserdiode (100), aufweisend einen ersten
Resonator (1) und einen zweiten Resonator (2), die parallele Resonatorrichtungen entlang einer
longitudinalen Richtung (93) aufweisen und die
monolithisch in die Halbleiterlaserdiode (100)
integriert sind,
wobei
- der erste Resonator (1) zumindest einen Teil einer
Halbleiterschichtenfolge (12) mit einer aktiven Schicht (13) und einem aktiven Bereich (15) aufweist, der im Betrieb der Halbleiterlaserdiode (100) zur Erzeugung eines ersten Lichts (19) elektrisch gepumpt werden kann, - die longitudinale Richtung (93) parallel zu einer
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht (13) ist,
- der zweite Resonator (2) einen aktiven Bereich (25) mit
einem laseraktiven Material (21) aufweist, das im
Betrieb der Halbleiterlaserdiode (100) zur Erzeugung eines aus dem zweiten Resonator (2) teilweise nach außen abgestrahlten zweiten Lichts (29) durch zumindest einen Teil des ersten Lichts (19) optisch gepumpt werden kann und wobei
- der zweite Resonator (2) zumindest Teil eines
Wachstumssubstrats ist, auf dem die
Halbleiterschichtenfolge (12) des ersten Resonators (1) aufgewachsen ist,
und/oder
- die Verbindungsschicht (7) zumindest teilweise ein
transparentes leitendes Oxid und/oder eine strukturierte
Metallschicht aufweist und/oder dichroitisch ist. Halbleiterlaserdiode (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Resonator (1) und der zweite Resonator (2) in einer senkrecht zur longitudinalen Richtung (93)
stehenden Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und zweite Resonator (1, 2) in einer vertikalen, einer Aufwachsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge (12) entsprechenden Richtung (92) übereinander angeordnet sind.
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Resonator (2) einen ersten Teil (26) und zweiten Teil (27) mit jeweils einem laseraktiven Material (21) aufweist und die
Halbleiterschichtenfolge (12) des ersten Resonators (1) zwischen dem ersten und zweiten Teil (26, 27) angeordnet ist .
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und zweite Resonator (1, 2) in einer senkrecht zur longitudinalen und vertikalen
Richtung (93, 92) verlaufenden lateralen Richtung (91) nebeneinander angeordnet sind.
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Resonator (2) eine
Aussparung (20) aufweist, in der der erste Resonator (1) angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Resonator (1) einer Aussparung (10) aufweist, in der der zweite Resonator (2)
angeordnet ist. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der aktive Bereich (25) des zweiten Resonators (2) zumindest teilweise ein Material
aufweist, das ausgewählt ist aus GaN, SiC, Saphir, YAG, YVO4 und das zumindest einen als LeuchtZentrum wirkenden Dotierstoff aufweist, der ausgewählt ist aus Ce, Cr, Er, Nd, Ti, Pr und Yb .
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der aktive Bereich (25) des zweiten
Resonators (2) zumindest einen Teil einer
Halbleiterschichtenfolge (22) aufweist.
Halbleiterlaserdiode (100), nach dem vorherigen
Anspruch, wobei der erste und zweite Resonator (1, 2) Teile derselben Halbleiterschichtenfolge sind.
Halbleiterschichtenfolge (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste und zweite Resonator (1, 2) durch eine zumindest teilweise transparente
Verbindungsschicht (7) optisch und mechanisch
miteinander gekoppelt sind.
Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (12) des ersten Resonators (1) auf der dem laseraktiven Material
(21) des zweiten Resonators (2) zugewandten Seite frei von Mantelschichten ist und das laseraktive Material
(21) des zweiten Resonators (2) eine Mantelschicht für den ersten Resonator (1) bildet.
13. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterlaserdiode (100) eine Mehrzahl von ersten und/oder eine Mehrzahl von zweiten Resonatoren (1, 2) aufweist und alle ersten und zweiten Resonatoren (1, 2) der Halbleiterlaserdiode (100) monolithisch in die Halbleiterlaserdiode (100)
integriert sind.
14. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der erste Resonator (1) beidseitig vollständig für das erste Licht (19) verspiegelt ist.
15. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Halbleiterlaserdiode (100) eine erste, eine Lichtauskoppelfläche (3) bildende
Seitenfläche und eine zweite, eine Rückseitenfläche (4) bildende Seitenfläche aufweist und auf der ersten
Seitenfläche eine Auskoppelspiegelschicht (5)
aufgebracht ist, die das erste Licht (19) vollständig reflektiert und die teilweise durchlässig für das zweite Licht (29) ist.
16. Halbleiterlaserdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Auskoppelspiegelschicht (5) eine erste und eine zweite Spiegelschicht (51, 52) aufweist, die erste Spiegelschicht (51) vollständig reflektierend für das erste Licht (19) ist und die zweite Spiegelschicht (52) für das zweite Licht (29) stärker reflektierend als die erste Spiegelschicht (51) ist.
17. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Halbleiterlaserdiode (100) eine erste, eine Lichtauskoppelfläche (3) bildende Seitenfläche und eine zweite, eine Rückseitenfläche (4) bildende Seitenfläche aufweist und zumindest eine weitere Seitenfläche (81) und/oder eine Unterseite (82) aufweist, auf der eine Verspiegelung (83, 84)
aufgebracht ist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017111938B4 (de) * 2017-05-31 2022-09-08 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optisch gepumpte Halbleiterlaserdiode
WO2021022188A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Chip-integrated titanium:sapphire laser
DE102020118405A1 (de) 2020-07-13 2022-01-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5463649A (en) * 1993-08-06 1995-10-31 Sandia Corporation Monolithically integrated solid state laser and waveguide using spin-on glass
US5570387A (en) * 1994-01-28 1996-10-29 Thomson-Csf Semiconducteurs Specifiques Two-stage power laser
WO2000052791A2 (en) * 1999-01-27 2000-09-08 Northstar Photonics, Inc. Rare-earth doped phosphate-glass lasers
US6239901B1 (en) * 1998-04-03 2001-05-29 Agilent Technologies, Inc. Light source utilizing a light emitting device constructed on the surface of a substrate and light conversion device that includes a portion of the substrate
US7826511B1 (en) * 2005-03-25 2010-11-02 Hrl Laboratories, Llc Optically pumped laser with an integrated optical pump
US20160322782A1 (en) * 2013-12-30 2016-11-03 The Regents Of The University Of California Monolithic integration of optically pumped iii-nitride devices

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5290730A (en) * 1992-09-10 1994-03-01 Hughes Aircraft Company Wavelength conversion waveguide and fabrication method
US5436919A (en) * 1994-01-25 1995-07-25 Eastman Kodak Company Multiwavelength upconversion waveguide laser
FR2751796B1 (fr) * 1996-07-26 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Microlaser soilde, a pompage optique par laser semi-conducteur a cavite verticale
US5796771A (en) * 1996-08-19 1998-08-18 The Regents Of The University Of California Miniature self-pumped monolithically integrated solid state laser
EP1035623A1 (de) * 1998-12-04 2000-09-13 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw Vorrichtung für die Emission von elektromagnetischer Strahlung und Herstellungsverfahren
US6424669B1 (en) * 1999-10-29 2002-07-23 E20 Communications, Inc. Integrated optically pumped vertical cavity surface emitting laser
DE10108079A1 (de) * 2000-05-30 2002-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
US6493132B1 (en) * 2001-02-14 2002-12-10 Agere Systems Guardian Corp. Monolithic optically pumped high power semiconductor lasers and amplifiers
US6714574B2 (en) * 2001-07-31 2004-03-30 Bookham Technology, Plc Monolithically integrated optically-pumped edge-emitting semiconductor laser
WO2006138626A2 (en) * 2005-06-17 2006-12-28 The Regents Of The University Of California (AI,Ga,In)N AND ZnO DIRECT WAFER BONDED STRUCTURE FOR OPTOELECTRONIC APPLICATION AND ITS FABRICATION METHOD
WO2009012346A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Ascent Solar Technologies, Inc. Methods for fabricating p-type cadmium selenide
DE102007058952A1 (de) * 2007-09-24 2009-04-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
CN101904062A (zh) * 2007-12-19 2010-12-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 Vecsel泵浦固态激光器
WO2010027581A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-11 3M Innovative Properties Company Monochromatic light source
US20110249695A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-13 Dmitri Vladislavovich Kuksenkov Optically Pumped Laser
US8434904B2 (en) * 2010-12-06 2013-05-07 Guardian Industries Corp. Insulated glass units incorporating emitters, and/or methods of making the same
US9508944B2 (en) * 2012-04-11 2016-11-29 The Boeing Company Composite organic-inorganic energy harvesting devices and methods
EP2662864A1 (de) * 2012-05-08 2013-11-13 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Verfahren zur Verstärkung der Leitfähigkeit von transparentem Metalloxid
KR20130125345A (ko) * 2013-10-30 2013-11-18 주식회사 엘지화학 도전성 적층체 및 이의 제조방법
KR102609958B1 (ko) * 2016-04-27 2023-12-05 엘지전자 주식회사 전기변색 나노입자 및 그 제조방법
DE102017111938B4 (de) * 2017-05-31 2022-09-08 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optisch gepumpte Halbleiterlaserdiode
EP3553841B1 (de) * 2018-04-10 2022-02-16 CSEM Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique SA Verfahren zur herstellung einer fotovoltaischen vorrichtung auf perovskit-basis
DE102018113874B4 (de) * 2018-06-11 2022-12-22 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5463649A (en) * 1993-08-06 1995-10-31 Sandia Corporation Monolithically integrated solid state laser and waveguide using spin-on glass
US5570387A (en) * 1994-01-28 1996-10-29 Thomson-Csf Semiconducteurs Specifiques Two-stage power laser
US6239901B1 (en) * 1998-04-03 2001-05-29 Agilent Technologies, Inc. Light source utilizing a light emitting device constructed on the surface of a substrate and light conversion device that includes a portion of the substrate
WO2000052791A2 (en) * 1999-01-27 2000-09-08 Northstar Photonics, Inc. Rare-earth doped phosphate-glass lasers
US7826511B1 (en) * 2005-03-25 2010-11-02 Hrl Laboratories, Llc Optically pumped laser with an integrated optical pump
US20160322782A1 (en) * 2013-12-30 2016-11-03 The Regents Of The University Of California Monolithic integration of optically pumped iii-nitride devices

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