邊發射的半導體雷射器的製作方法

2023-05-13 07:52:06

專利名稱：邊發射的半導體雷射器的製作方法
邊發射的半導體雷射器本發明涉及一種邊發射的半導體雷射器，尤其是一種基於氮化物化合物半導體的半導體雷射器。本專利申請要求德國專利申請10 2009 019 516. 5的優先權，其公開內容通過引
用結合於此。傳統的基於氮化物化合物半導體的半導體雷射器通常針對實現高輸出功率而優化。這種半導體雷射器因此具有大斜率的特性曲線，也就是說，半導體雷射器的輸出功率隨著增大的工作電流強度而強烈地增加。因為工作電流強度的小的變化已經導致輸出功率的明顯變化，所以對於所希望的輸出功率的精確控制、尤其是小的輸出功率的精確控制有問題。此外，在僅僅略微在雷射器閾值之上的工作電流範圍中的這種半導體雷射器的驅動也是困難的。其原因在於，在恆定的工作電流情況下，已經會引起半導體雷射器的閾值電流強度的小的、例如由於老化引起的升高，使得不再達到閾值電流強度並且半導體雷射器因此不再發射相干的雷射輻射。針對在高光學功率情況下的高效率而優化的邊發射的半導體雷射器通常具有比較寬的波導結構，這些波導結構導致與外延層的層平面平行的比較小的發射角。而這種半導體雷射器在垂直於外延層的方向上由於衍射而典型地具有比較大的發射角。雷射射束因此是強橢圓的，使得當邊發射的半導體雷射器的應用要求近似圓形的射束輪廓時，通常需要複雜並且昂貴的光學系統。本發明所基於的任務是，提出一種改進的邊發射的半導體雷射器，其中以比較簡單的方式實現具有小的橢圓性的射束輪廓，優選為幾乎圓形的射束輪廓。該任務通過具有權利要求1的特徵的邊發射的半導體雷射器來解決。本發明的有利的擴展方案和改進方案是從屬權利要求的主題。根據至少一個實施形式，邊發射的半導體雷射器具有半導體本體，其帶有波導區域，其中波導區域具有第一波導層、第二波導層和設置在第一波導層和第二波導層之間的有源層，用於產生雷射輻射。波導區域設置在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間，其中第一覆蓋層例如朝向邊發射的半導體雷射器的襯底，而第二覆蓋層例如在半導體本體的生長方向上設置在波導區域之後。在半導體本體的生長方向上於是優選相繼跟隨著第一覆蓋層、第一波導層、有源層、第二波導層和第二覆蓋層。優選外延製造的半導體層例如施加到襯底上並且可以在與襯底對置的側上設置有電接觸層。波導區域優選具有400nm或者更小的厚度。也就是說，第一波導層、第二波導層和設置在第一波導層和第二波導層之間的有源層的厚度之和不超過400nm。通過波導區域比較薄並且優選具有小於400nm的厚度，實現了在水平方向(即在平行於半導體層的層平面的方向)上和在垂直方向(即在垂直於半導體層的層平面的方向)上的發射角之差相對於傳統的邊發射的半導體雷射器而減小。通過這種方式減少了對於邊發射的半導體雷射器典型的像散、即強橢圓的射束輪廓。優選的是，波導區域具有300nm或者更小的厚度，特別優選甚至250nm或者更小的厚度。
在一個優選的擴展方案中，在平行於有源層的層平面的方向上從半導體本體出射的雷射輻射的發射角α ρ和在垂直於有源層的層平面的方向上從半導體本體出射的雷射輻射的發射角as彼此相差小於3倍。在本申請的範圍中，發射角as、ap分別理解為其中所發射的雷射輻射的強度不小於主輻射方向中的強度的一半(FWHM-半峰全寬)的全部角度範圍。此外，從半導體本體出射的雷射輻射的發射角理解為不考慮可能存在的用於射束成形的光學元件、尤其是設置在半導體本體之外的透鏡的情況下，在半導體雷射器的側小面上的發射角。尤其可能的是，半導體雷射器的發射角在水平方向和垂直方向上彼此相差小於2 倍。例如，在垂直方向上、即垂直於半導體層的層平面的方向上的發射角可以大於在水平方向上、即平行於半導體層的層平面的方向上的發射角。然而在此在垂直方向上的發射角最大為水平方向上的發射角的三倍，並且優選不超過兩倍。由於在水平方向和垂直方向上的發射角僅僅具有比較小的差別，所以可使用成本比較低廉的球形透鏡用於雷射輻射的準直。可以有利地省去比較昂貴的球形透鏡，例如圓柱形透鏡。邊發射的半導體雷射器尤其可以具有殼體，該殼體包含用於將發射的雷射輻射進行射束成形的透鏡。優選的球形透鏡有利地同時用作殼體的覆蓋物，並且保護邊發射的半導體雷射器的半導體本體免受機械損傷或者環境影響如溼氣或者汙物。邊發射的半導體雷射器的殼體尤其可以實施為所謂的Τ0(電晶體輪廓)殼體。該殼體類型通常具有多個(典型為三個)連接腿，用於電接觸和安裝邊發射的半導體雷射器。 邊發射的半導體雷射器的半導體本體在尤其可以是圓柱形的覆蓋物之下設置在導電支承體上，該支承體與連接腿連接。典型地至少近似為圓柱形的覆蓋物例如可以由塑料或者金屬製成，並且在輻射出射側具有透明的覆蓋物，該覆蓋物優選實施為透鏡，特別優選實施為球形透鏡。可替選地，半導體雷射器也可以具有SMT (表面安裝技術)殼體。這種可表面安裝的殼體在殼體下側和/或殼體側面上具有用於電接觸的接觸面，殼體例如可以在這些接觸面上被焊接到電路板上。邊發射的半導體雷射器具有第一側小面和第二側小面，它們優選分別設置有提高反射的塗層。在一個優選的擴展方案中，半導體本體的用作輻射耦合輸出面的第一側小面設置有提高反射的塗層，其反射性優選為75%或者更高。特別優選地，在用作輻射耦合輸出面的第一側小面上的提高反射的塗層的反射性甚至為85%或者更高。也可能的是，提高反射的塗層的反射性甚至為95%或者更高。通過在半導體本體的用作輻射耦合輸出面的側小面上的這種高反射性，減小了半導體雷射器的特性曲線的斜率，即與其中輻射耦合輸出面具有較小的反射性的傳統半導體雷射器相比，該半導體雷射器的輸出功率隨著增加的工作電流較弱地增大。這基於的是，更大比例的、射到半導體本體的側小面上的雷射輻射被向回反射到諧振器中，並且由此並不從半導體雷射器中耦合輸出。另一方面，通過這種方式也增大了雷射輻射在雷射諧振器中的平均傳播時間，由此有利地減小了半導體雷射器的閾值電流強度。半導體雷射器的小的閾值電流強度和特性曲線的小的斜率具有的優點是，在半導體雷射器的低輸出功率情況下也保證了穩定的工作。尤其是工作電流強度的較小變化僅僅
4引起光學輸出功率的小的變化，並且由於小的閾值電流強度，在工作電流強度波動時低於閾值電流強度的危險較小。尤其是，在正常工作中的工作電流遠在半導體雷射器的閾值電流強度之上，使得可能出現的由於老化而引起的閾值電流強度的增大通常並不導致不再達到雷射器閾值並且出現雷射器運行的中斷。在另一優選的實施形式中，在半導體雷射器的與輻射耦合輸出面對置的第二側小面之後設置有監視器二極體。與用作輻射耦合輸出面的第一側小面對置的第二側小面典型地具有比較高的反射性，優選為85%或者更高，或者特別優選地為95%或者更高。然而，至少少量的雷射輻射可以在與輻射耦合輸出面對置的側小面上從半導體本體出射，並且輸送給監視器二極體，用於監控半導體雷射器的光學輸出功率。監視器二極體優選與調節迴路相連，通過該調節迴路將光學輸出功率保持恆定。提高用作輻射耦合輸出面的第一側小面的反射性具有前面提及的減小閾值電流強度以及減小半導體雷射器的特性曲線的斜率的優點。此外有利地也可能的是，相比於傳統的半導體雷射器減小了諧振器長度。尤其表明的是，雷射諧振器的長度從長度La縮短到長度Lb可以通過如下方式來補償用作輻射耦合輸出面的第一側小面的反射率R1>a被提高到值Ru。減小的諧振器長度通過第一側小面的提高的反射性Ru的補償在此按照以下方程實現
權利要求
1.一種邊發射的半導體雷射器，具有半導體本體(1)，所述半導體本體具有波導區域，其中一波導區域(4)具有第一波導層(2A)、第二波導層QB)和設置在第一波導層m和第二波導層OB)之間的用於產生雷射輻射(5)的有源層(3)，一波導區域(4)設置在第一覆蓋層(IA)和第二覆蓋層(IB)之間，所述第二覆蓋層在半導體本體(10)的生長方向上設置在波導區域(4)之後， 其特徵在於，一波導區域(4)具有400nm或者更小的厚度d，以及一在平行於有源層(3)的層平面的方向上從半導體本體(10)出射的雷射輻射(5)的發射角α ρ和在垂直於有源層(3)的層平面的方向上從半導體本體(10)出射的雷射輻射 (5)的發射角α s彼此相差小於3倍。
2.根據權利要求1所述的邊發射的半導體雷射器，其中波導區域(4)具有300nm或者更小的厚度d。
3.根據權利要求1或2所述的邊發射的半導體雷射器，其中發射角％和發射角αρ彼此相差小於2倍。
4.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其具有用於雷射輻射(5)的射束成形的透鏡(19)。
5.根據權利要求4所述的邊發射的半導體雷射器，其中所述透鏡(19)是球面透鏡。
6.根據權利要求4或5所述的邊發射的半導體雷射器，其中所述透鏡包含在半導體雷射器的殼體(14)中。
7.根據權利要求6所述的邊發射的半導體雷射器，其中所述殼體(14)是電晶體輪廓殼體或者表面安裝技術殼體。
8.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其中半導體本體(10)的用作輻射耦合輸出面的第一側小面(7)設置有提高反射的塗層(M)0
9.根據權利要求8所述的邊發射的半導體雷射器，其中提高反射的塗層(9Α)的反射率為75%或者更高。
10.根據權利要求9所述的邊發射的半導體雷射器，其中提高反射的塗層(9Α)的反射率為85%或者更高。
11.根據權利要求10所述的邊發射的半導體雷射器，其中提高反射的塗層(9Α)的反射率為95%或者更高。
12.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其中在半導體雷射器的與輻射耦合輸出面對置的第二側小面(8)之後設置有監控二極體(13)。
13.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其具有長度為450μ m或者更小的雷射諧振器。
14.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其具有IOmW或者更低的光學輸出功率。
15.根據上述權利要求之一所述的邊發射的半導體雷射器，其中所發射的雷射輻射 (5)具有在430nm到MOnm之間的波長附近的強度最大值。
全文摘要
提出了一種邊發射的半導體雷射器，具有半導體本體(10)，所述半導體本體具有波導區域(4)，其中波導區域(4)具有第一波導層(2a)、第二波導層(2b)和設置在第一波導層(2a)和第二波導層(2b)之間的用於產生雷射輻射(5)的有源層(3)，波導區域(4)設置在第一覆蓋層(1a)和第二覆蓋層(1b)之間，所述第二覆蓋層在半導體本體(10)的生長方向上設置在波導區域(4)之後。波導區域(4)具有400nm或者更小的厚度(d)，以及在平行於有源層(3)的層平面的方向上從半導體本體(10)出射的雷射輻射(5)的發射角和在垂直於有源層(3)的層平面的方向上從半導體本體(10)出射的雷射輻射(5)的發射角彼此相差小於3倍。
文檔編號H01S5/0683GK102414944SQ201080018847
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月22日 優先權日2009年4月30日
發明者尤偉·史特勞斯, 史蒂芬·魯特格恩, 馬克·施爾格雷安斯 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司