边缘发射激光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种边缘发射的激光二极管，其包括半导体层堆叠，所述半导体层堆叠的生长方向确定垂直方向，并且其中，半导体层堆叠包括有源层和波导层。热应力元件布置成与半导体层堆叠至少间接接触，其中，热应力元件设置成用于在波导层中产生热诱导的机械应力，所述机械应力抵消热透镜的形成。应力抵消热透镜的形成。应力抵消热透镜的形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】边缘发射激光二极管及其制造方法
[0001]本专利申请要求德国专利申请DE 10 2019 103 909.6的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种边缘发射激光二极管，尤其是一种宽条激光二极管，以及涉及一种用于边缘发射激光二极管的制造方法。
[0003]具有包括有源层的半导体层堆叠的边缘发射激光二极管是已知的，在该有源层中在运行中形成产生激光辐射的有源区。从半导体层堆叠的生长方向(下文称为垂直方向)上观察，不同传导类型(n或p掺杂)的波导层位于有源层之上和之下，这些波导层的折射率小于有源区的折射率。选择有更低折射率的包覆层通常邻接于波导层的远离有源层的外表面。有源区位于其中的光学谐振器通过有源层的镜棱面和出射棱面形成，该镜棱面和出射棱面存在于垂直于垂直方向定向的纵向方向上的侧表面上。在垂直于垂直方向和纵向方向的横向方向上，通过增益导引或折射率导引的已知措施确定波导中的光模的形成。
[0004]宽条二极管形式的边缘发射激光二极管适用于需要高输出功率的应用。该激光二极管具有大面积的有源层，该有源层使典型的谐振器长度能够达到10mm。此外，其特征在于，条形孔径在出射棱面上具有垂直方向上的较小的扩展(典型地为1μm)以及较大的横向扩展(典型地为50μm至200μm)。
[0005]宽条二极管激光器在垂直方向的辐射(FA：快轴)的特征主要在于单模导引和在发散度高的情况下的从所述单模导引中得到的基本上衍射受限的良好的辐射质量(FA：快轴)。由于有源层中光场的明显更大的横向延伸，因此产生具有较小发散度的横向辐射(SA：慢轴)，然而该横向辐射相对于垂直辐射具有明显更高的M2值。由于横向辐射的较差的辐射质量(这是由在横向方向上更高阶的模所引起的)，所以在远场中横向聚焦能力变差。
[0006]如果边缘发射激光二极管、尤其是宽条二极管激光器在连续运行(cw)时以高输出功率运行，则必须考虑波导的不均匀的发热，对于所使用的化合物半导体来说，该发热导致与温度相关的局部变化的折射率。因此，形成了所谓的“热透镜”，即热诱导的波导，其光学有效横向范围延伸到高折射率梯度的区域。当热透镜足够强，则会稳定较高阶的横模，所述横模达到激光器阈值并进一步提高远场的SA发散。因此，对于宽条激光器来说，横向辐射的辐射质量变差。
[0007]从P.Crump等人的,“Experimental und theoretical analysis of the dominant lateral waveguiding mechanism in 975nm high power broad area diode lasers(975nm高功率广域二极管激光器中主导横向波导机制的实验和理论分析)”,Semicond.Sci.Technol.27(2012)中已知：热透镜能够在宽条二极管激光器中在形成横模时展现出相对于增益导引和折射率导引占主导的效应。
[0008]为了影响模形成，DE 102011075502A1提出：横向于有源区设置抗波导层，该抗波导层的折射率足够大，使得横向上模被谐振耦合并被衰减，而不会显着影响波导中的横向基模。此外，EP 1906498A1提出形成用于衰减较高模的吸收区，Si、Ti、Al、Ga、Nb、Zr、Ta、Hf、Zn、Mg、Rh或In的氧化物或氮化物被容纳到该吸收区中。
[0009]US 4965806 A描述防止在宽条激光二极管中在高功率运行时形成光学透镜的各
种措施。在此，连接到电流流经的区域上的附加加热元件能够使温度曲线均匀化。此外，公开了一种具有在横向方向上层厚度变化和/或具有嵌入的多重层和/或具有掺杂变化的上波导，该上波导能够针对预设的固定的温度曲线适配成使得抑制较高的横模。
[0010]此外，能够使用微结构化的热导体来减小波导的加热。例如，DE 102011055891 B4提出：将散热层施加在半导体层堆叠的上侧上，该散热层至少具有电极层和热沉。此外，J.Piprek等人的，，Inverse Thermal Lens Effects on the Far
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Field Blooming of Broad Area Laser Diodes(逆热透镜效应对广域激光二极管远场光晕的影响)”,IEEE Photonics Techn.Letters,Vol.25,(2013五月15日)描述了一种用于具有侧向自由区域的宽条激光二极管的基台，该侧向的自由区域将流向衬底的热流限制在中央区域上。由此产生的在波导外围处的升高的温度导致了逆热透镜。
[0011]通过DE 102015119226 A1描述一种没有实质性干预激光二极管的热系统的措施，该措施尽管温度分布不均匀但避免了波导内的较强的折射率梯度。公开了一种布置在有源层之上的外延应变的层，所述外延应变的层在横向方向上产生应力诱导的折射率的局部变化，该变化抵消波导中热诱导的折射率变化。描述一种在纵向方向上的适配性补偿作用，该补偿作用通过层厚和/或应变的层在垂直于垂直方向的横向平面中的横向扩展的连续结构化与以有源区之上为中心的布置结合产生的，使得能够考虑在激光器运行中在朝出射棱面方向上增加的温度。优选地，应变的层设置在金属化层内并且具有诸如氮化硅或氧化硅的电介质或诸如Au或Ti的金属。
[0012]通过DE 102015119226 A1提出的外延应变的层的缺点是需要适配预设的工作点。因此，仅针对特定的不均匀的温度分布才能实现较高的补偿度。相应地，在激光二极管调制过的高功率运行中，无法防止热透镜效应或折射率变化的过度补偿，该折射率变化如功率相关的折射率导引那样作用。
[0013]此外，已知的是：设置外延生长的钝化层中的内应力，以便以在激光器运行中防止出射棱面(COD)损坏为目的来控制有源区中的机械应力。例如，US 20030179795 A1描述在由氧化硅构成的钝化层上的由SiN构成的应力补偿层。US 20080205466 A1公开在脊形激光器的台式结构的横向面上的由SiO2构成的压缩预应力的钝化，以补偿通过电极层引入的应力。
[0014]本专利技术的目的是提供一种改进的、尤其在形成热透镜方面改进的边缘发射激光二极管。
[0015]该目的通过根据权利要求1的边缘发射激光二极管和根据权利要求12的制造方法的特征来实现。有利的实施方式从从属权利要求中得出。
[0016]本专利技术的出发点是具有半导体层堆叠的边缘发射激光二极管，该半导体层堆叠包括有源层，在该有源层中在激光器运行时形成用于产生相干电磁辐射的有源区。半导体层堆叠的典型外延制造确定生长方向，该生长方向在下文中被称为垂直方向。关于该垂直方向，在有源层之上和之下设置有波导层，所述波导层具有比有源层更高的折射率并且该波导层在传导类型(n
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或p
‑
掺杂)方面不同。在垂直于垂直方向的纵向方向上，镜棱面和出射棱面形成容纳有源区的光学谐振器。波导层内的光场的导引不是以增益导引就是以折射率导引进行的。
[0017]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种边缘发射激光二极管，其包括：半导体层堆叠(3)，所述半导体层堆叠的生长方向(4)确定垂直方向(5)；以及其中，所述半导体层堆叠(3)包括有源层(8)和波导层(10、11)；其特征在于，热应力元件(13.1
‑
13.6)设置成与所述半导体层堆叠(3)至少间接接触；其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)形成为用于在波导层(10、11)中产生热诱导的机械应力，所述机械应力抵消热透镜的形成。2.根据权利要求1所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)在垂直方向(5)上设置在所述有源层(8)之上和/或在垂直于所述垂直方向(5)指向的横向方向(6)上在所述有源层(8)附近设置在所述半导体层堆叠(3)中或邻接于所述半导体层堆叠设置。3.根据权利要求1或2之一所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)由具有如下热膨胀系数α
th
的材料构成，所述热膨胀系数在20℃至300℃的温度范围内小于0.5*10
‑6K
‑1并且优选小于0.25*10
‑6K
‑1。4.根据权利要求3所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)由在20℃至300℃的温度范围内具有负热膨胀系数α
th
的材料构成。5.根据前述权利要求之一所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)包含由锆和钨构成的氧化物，优选为ZrW2O8。6.根据权利要求1至4之一所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)包含钛酸铝和/或钛酸锆。7.根据前述权利要求之一所述的边缘发射激光二极管，其中，所述热应力元件(13.1
‑
13.6)是所述半导体层堆叠(3)的钝化层(14)的一部分或者通过结构化的钝化层(14)形成。8.根据前述权利要求之一所述的边缘发射激光二极管，其中，所述边缘发射激光二极管是宽条激光二极管。9.根据权利要求8所述的边缘发射激光二极管，其中，所述宽条激光二极管包括具有镜棱面(17)和出射棱面(18)的光学谐振器，所述镜棱面和所述出射棱面在纵向方向(7)上彼此间隔开地...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯，
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：