边发射半导体激光器制造技术

提出了一种具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和用于产生激光辐射(17)的、设置在第一波导层(2A)和第二波导层(2B)之间的有源层(3)，波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿半导体本体(10)的生长方向在波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，在半导体本体(10)中，构成有用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的横模的相结构(6)，其中相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从半导体本体(10)的表面(5)延伸到第二包层(1B)中，由与第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到第二包层(1B)中，并且凹槽(7)从半导体本体(10)的表面(5)至少部分地延伸至第一中间层(11)中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提出了一种具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和用于产生激光辐射(17)的、设置在第一波导层(2A)和第二波导层(2B)之间的有源层(3)，波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿半导体本体(10)的生长方向在波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，在半导体本体(10)中，构成有用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的横模的相结构(6)，其中相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从半导体本体(10)的表面(5)延伸到第二包层(1B)中，由与第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到第二包层(1B)中，并且凹槽(7)从半导体本体(10)的表面(5)至少部分地延伸至第一中间层(11)中。【专利说明】边发射半导体激光器本专利技术申请是 申请日期:为2010年8月25日、申请号为“201080049541.3”、专利技术名称为“边发射半导体激光器”的专利技术专利申请的分案申请。本专利技术涉及一种具有用于选择激光横模的相结构区域的边发射半导体激光器。本申请要求德国专利申请10 2009 051 348.5和10 2009 056 387.3的优先权，其公开内容通过引用结合于此。用于高输出功率的边发射半导体激光器通常构成为宽接触条形激光器，其中有源区能够具有例如ΙΟΟμπι或更大的宽度。由于有源区的相对大的横向伸展，在这种半导体激光器中通常能够起振多个激光横模。边发射半导体激光器的多模工作尤其使得将所述发射的激光耦合到后续的光学元件中，例如耦合到光导中。为了抑制较高阶的激光横模，尤其为了实现以基横模工作，从参考文献WO01/97349 Al中已知，将相结构构成在边发射半导体激光器的波导中。相结构为半导体本体的如下区域，在这些区域中有效折射率与该半导体本体的横向上邻接的区域的有效折射率不同，并且这些区域构成为使得半导体激光器的较高阶激光模式相比于基横模在激光谐振器中经受更大的循环损耗(Umlaufverluste)。相结构例如可以在边发射半导体激光器中通过如下方式产生:从半导体本体的表面起将结构刻蚀到半导体本体中，所述结构延伸至第二包层中或者甚至延伸至波导区域中。结构例如能够通过模拟优化为使得所述结构对于基横模相比于较高阶激光模式产生更小的损耗，使得促进基横模中的激光起振。对于在可见光谱范围中发射的半导体激光器自身已知的相结构不能够容易地传输到在红外光谱范围中发射的半导体激光器中。这基于:相比于在可见光谱范围中的半导体激光器中，激光辐射在红外光谱范围中的半导体激光器中的更强地聚集到波导区域上并且较为不强地穿入到包层中。此外，在红外光谱范围中的半导体激光器中的包层由于相对大的波长而是相对厚的。由于该原因，具有在第二包层中的低刻蚀深度的相结构的作用极其小。另一方面，当刻蚀至波导区域附近时，其表现出相结构作用与刻蚀深度的强烈相关性。因此，为了实现在红外光谱范围中的半导体激光器的相结构所必需的是，在半导体本体中产生相对深的、深度及其精确限定的刻蚀结构。但是，很难能够同时满足两个要求。因此，目的存在于，提供一种边发射半导体激光器，其具有简化相结构制造的半导体层序列，使得尤其也能够实现用于在红外光谱范围中的半导体激光器的相结构。该目的通过具有独立权利要求1的特征的边发射半导体激光器来实现。本专利技术的有利的扩展方案和改进形式是从属权利要求的对象。根据本专利技术的至少一个实施形式，边发射半导体激光器包含具有波导区域的半导体本体，其中波导区域具有第一波导层、第二波导层和用于产生激光辐射的、设置在第一波导层和第二波导层之间的有源层。在半导体本体的有源层中，在半导体激光器的工作中产生并且放大电磁辐射。例如，有源层包括一个或多个量子阱、量子线或者量子点。波导区域设置在第一包层和在半导体本体的生长方向上在波导区域之后的第二包层之间。第一和第二包层有利地具有比波导层低的折射率。由于在波导区域和包层之间的折射率差，模式特性强烈地集中到波导区域上。然而，激光模式至少少量地穿入到包层中。在半导体本体中有利的是，构成用于选择由有源层所发射的激光辐射的横模的相结构，其中相结构包括至少一个凹槽，所述凹槽从半导体本体的表面延伸到第二包层中。相结构优选构成为，使得激光辐射的基横模相比于较高阶激光模式的辐射经受较小的损耗。在波导区域中传播的激光辐射由于相结构而经受循环损耗，其中结构化的区域构成为，使得较高阶激光模式相比于基横模更强地衰减。以这种方式尤其能够达到，在半导体激光器的工作中仅起振一个或者少量优选的激光模式，尤其仅起振基横模。通过抑制激光辐射的较高阶模式并且优选仅起振基横模，实现了边发射半导体激光器的高的辐射质量。特别地，基横模的射束特性适于借助光学元件进行射束成型并且尤其适用于高效率地耦合输入到光导纤维中。根据至少一个实施形式，由与第二包层半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层嵌入到第二包层中。构成相结构的至少一个凹槽从半导体本体的上侧至少部分地延伸至中间层中。通过在半导体本体中构成一个或多个凹槽来产生相结构尤其能够借助刻蚀工艺来进行，其中部分地去除第二包层。刻蚀工艺能够为湿化学刻蚀工艺或者干刻蚀工艺。嵌入到第二包层中的中间层有利地作用为用于达到所希望的刻蚀深度的指示层并且以这种方式简化了具有限定深度的凹槽的目的明确并且可重复的制造。嵌入到第二包层中的中间层能够在半导体本体的湿化学刻蚀中，尤其在第二包层的湿化学刻蚀中用作为刻蚀停止层。在这种情况下，下述半导体材料用于中间层，所述半导体材料对于所使用的刻蚀溶液具有比第二包层低的刻蚀率。当例如等离子体刻蚀的干刻蚀工艺用于制造半导体本体中的一个或多个凹槽时，借助于在刻蚀工艺期间监控在工艺室内的等离子体的光学发射可以推断出达到中间层并且在该处停止刻蚀工艺。为了实现尤其均质并且限定的刻蚀深度，在该情况下有利的是:在等离子刻蚀工艺中，中间层具有小于第二包层的刻蚀率。在优选的实施形式中，中间层的半导体材料是II1-V族半导体材料，所述II1-V族半导体材料包含元素周期表的第三或者第五主族中的至少一种元素，所述元素没有包含在第二包层中，第二包层优选包括尤其如AlxGahAs的II1-V族半导体材料，其中O彡x彡1，优选0〈χ〈1。除了一种或多种掺杂材料或者可能的杂质之外，第二包层的半导体材料优选除AUGa和As之外不包括其他的主组成部分。中间层优选包含包括In和/或P的半导体材料。至少一个中间层的半导体材料优选选择成，使得其晶格匹配于周围的半导体层。此外有利的是:对于中间层的导电类型重要的能带边缘，即在有源区带的P侧上的价带和在η侧上的导带在很大程度上与周围的第二包层一致。根据优选的实施形式，中间层具有1nm和10nm之间的厚度，其中包括边界值。尤其优选的是，中间层的厚度为20nm和50nm之间，其中包括边界值。在这种小的厚度中，中间层对于在半导体本体中传播的激光模式仅具有小的影响。因此，可以有利地将折射率不必匹配于周围的第二包层的折射率的半导体材料用于中间层。根据另一优选的实施形式，至少一个其他中间层嵌入到第二包层中，其中凹槽至少部分地延伸至第本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有半导体本体(10)的边发射半导体激光器，所述半导体本体具有波导区域(4)，其中‑所述波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层(2B)和设置在所述第一波导层(2A)和所述第二波导层(2B)之间的、用于产生激光辐射的有源层(3)，‑所述波导区域(4)设置在第一包层(1A)和沿所述半导体本体(10)的生长方向在所述波导区域(4)之后的第二包层(1B)之间，‑在所述半导体本体(10)中，构成有用于选择由所述有源层(3)发射的所述激光辐射的横模的相结构(6)，其中所述相结构(6)包括至少一个凹槽(7)，所述凹槽从所述半导体本体(10)的上侧(5)延伸到所述第二包层(1B)中，‑由与所述第二包层(1B)的半导体材料不同的半导体材料所组成的至少一个第一中间层(11)嵌入到所述第二包层(1B)中，并且‑所述凹槽(7)从所述半导体本体(10)的所述上侧(5)至少部分地延伸至所述第一中间层(11)中，‑所述第二包层(1B)包含邻接所述波导区域(4)的第一子层(1C)和邻接所述第一子层(1C)的第二子层(1D)，其中所述第一子层(1C)具有比所述第二子层(1D)大的折射率，并且‑至少一个所述中间层(11、12)嵌入到所述第二包层(1B)的所述第一子层(1C)中。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·劳尔，阿尔瓦罗·戈麦斯伊格莱西亚斯，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE