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DE112016002755B4 - Breitflächenlaser mit antileitungsregionen für die unterdrückung lateraler moden höherer ordnung - Google Patents

Breitflächenlaser mit antileitungsregionen für die unterdrückung lateraler moden höherer ordnung Download PDF

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DE112016002755B4
DE112016002755B4 DE112016002755.9T DE112016002755T DE112016002755B4 DE 112016002755 B4 DE112016002755 B4 DE 112016002755B4 DE 112016002755 T DE112016002755 T DE 112016002755T DE 112016002755 B4 DE112016002755 B4 DE 112016002755B4
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II VI Laser Enterprise GmbH
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Abstract

Laserdiode (10), die auf einem Substrat (26) ausgebildet ist und Folgendes umfasst:eine Quantentopf-Emitterzone (12), die zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht (14) und einer p-Typ-Wellenleiterschicht (16) angeordnet ist;eine n-Typ-Mantelschicht (20), die unter der n-Typ-Wellenleiterschicht (14) angeordnet ist, und eine p-Typ-Mantelschicht (18), die über der p-Typ-Wellenleiterschicht (16) angeordnet ist;eine erste elektrische Kontaktschicht (22), die über einem Abschnitt der p-Typ-Mantelschicht (18) angeordnet ist, und eine zweite elektrische Kontaktschicht (24), die unter einem Abschnitt des Substrats (26) angeordnet ist, wobei eine überlappende Kombination der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschichten (22, 24) mit der Quantentopf-Emitterregion (12) eine aktive Region der Laserdiode bestimmt; undeine Antileitungsschicht (30), die an einem Ort außerhalb der aktiven Region der Laserdiode (10) gebildet ist, wobei die Antileitungsschicht (30) aus einem Material mit einem Brechungsindex gebildet ist, der ausreicht, um unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung von dem aktiven Bereich der Laserdiode weg und in die Antileitungsschicht (30) zu lenken,wobei die Antileitungsschicht (30) über der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine Grabenöffnung aufzuweisen, die einen Abschnitt der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) freilegt, wobei eine definierte Breite der Grabenöffnung eine Breite der aktiven Region der Laserdiode (10) bestimmt, wobei die Laserdiode (10) eine invertierte Stegkonfiguration umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Breitflächenlaserdiode und insbesondere auf eine Breitflächenlaserdiode mit mindestens einer Antileitungsschicht, die außerhalb der aktiven Regionen der Laserdiode angeordnet ist, um unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und laterale Divergenz im Fernfeld zu minimieren.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In Breitflächenlasern nimmt die laterale Divergenz der emittierten Strahlung mit zunehmender Ausgangsleistung als Folge der Zunahme der thermischen Energie innerhalb der Struktur bei höheren Leistungen zu. Der Laser wird teilweise durch den Stromfluss in den Laser und teilweise durch die Rückabsorption des emittierten Lichts erwärmt. Da die Halbleitermaterialien, die in der Laserstruktur verwendet werden, temperaturabhängige Brechungsindizes aufweisen, wird ein thermisch induzierter Wellenleiter gebildet, wenn die Betriebstemperatur der Vorrichtung ansteigt (ein bedeutsamer Aspekt des Hochleistungsbetriebs). Infolgedessen entsteht ein Lasern von (unerwünschten) lateralen Moden höherer Ordnung mit zunehmender Leistung, was eine ständig zunehmende laterale Divergenz verursacht.
  • Die Größenordnung des Brechungsindexkontrasts, der durch einen solchen thermisch induzierten Wellenleiter gebildet wird, liegt im Bereich von ungefähr 10-4 bis 10-3. Die zunehmende laterale Divergenz, die mit dieser Änderung des Brechungsindex verbunden ist, reduziert die Fähigkeit des Ausgangsstrahls, sich innerhalb der gewünschten Abmessungen zu fokussieren, was seine Verwendung in Anwendungen wie beispielsweise Materialverarbeitung einschränkt, die eine hohe Strahlqualität erfordern.
  • Ein Ansatz des Standes der Technik zur Minimierung von Problemen, die mit dem thermisch induzierten Wellenleiter verbunden sind, ist in dem US-Patent US 8 233 513 B1 mit dem Titel „Broad-Area Edge-Emitting Semiconductor Laser with Limited Thermal Contact“ („Breitband-Kantenemissions-Halbleiterlaser mit begrenztem thermischen Kontakt“) beschrieben und wurde am 31. Juli 2012 an D. Schleuning et al. erteilt. Hier ist die Breitflächenlaserdiode auf einer großen Wärmesenke angebracht, wobei die Wärmesenke so ausgestaltet ist, dass sie ein Paar von parallelen Rillen beinhaltet, wodurch ein Steg erzeugt wird, die eine Breite aufweist, die ungefähr gleich der Breite der Emitterregion ist. Die Laserdiode ist so angebracht, dass sie den Stegabschnitt der Wärmesenke kontaktiert, wodurch ein Pfad für die Übertragung von thermischer Energie weg von der Emitterregion der Vorrichtung bereitgestellt wird. Die Rillen dienen dazu, den Wärmestrom auf den Steg zu beschränken, wodurch der thermisch induzierte Brechungsindexkontrast minimiert wird.
  • Ein weiterer Versuch, die mit thermisch induzierten Wellenleitern verbundenen Probleme zu überwinden, basiert auf der Integration von Antileitungszonen mit hohem Brechungsindex innerhalb der Laserdiodenstruktur selbst, wie im Einzelnen im US-Patent US 8 537 869 B2 mit dem Titel „Broad Area Diode Laser with High Efficiency and Small Far-Field Divergence“(„Breitflächendiodenlaser mit hoher Effizienz und kleiner Fernfelddivergenz“), erteilt an P. Crump et al. am 17. September 2013, beschrieben wird. Während sie in der Lage sind, die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung zu reduzieren, erfordert die Einbeziehung dieser Antileitungsregionen innerhalb der aktiven Region der Vorrichtung die Modifizierung von herkömmlichen Prozessschritten, die mit der Herstellung von Laserdioden verbunden sind, was eine Erhöhung der Kosten und der Komplexität der endgültigen Struktur zur Folge hat.
  • DE 10 2011 075 502 A1 offenbart einen Breitstreifenlaser mit hoher Effizienz und einer geringen Fernfelddivergenz. Die aktive Schicht, der erste Kontakt und der zweite Kontakt weisen jeweils eine Breite größer als 10 µm auf. Es ist weiterhin eine Antiwellenleiterschicht seitlich des zwischen den Kontakten eingeschlossenen, aktiven Gebiets angeordnet, wobei die Brechzahl der Antiwellenleiterschicht größer als die minimale Brechzahl der Mantelschichten ist, und wobei der minimale Abstand zwischen der Antiwellenleiterschicht und einer Projektion einer der Kontakte in die Ebene der Antiwellenleiterschicht zwischen 0 und 100 µm beträgt.
  • US 2004 / 0 240 504 A1 offenbart ein Hochleistungslasergerät mit geringem Fernfeldvertikalwinkel. Das Hochleistungslasergerät umfasst ein Halbleitersubstrat, eine auf dem Halbleitersubstrat geformte untere Mantelschicht, eine auf der unteren Mantelschicht geformte untere Leiterschicht, eine auf der unteren Leiterschicht geformte Aktivschicht, eine auf der Aktivschicht geformte obere Leiterschicht und eine auf der oberen Leiterschicht geformten obere Mantelschicht, wobei die untere und obere Mantelschichten das gleiche Brechungsvermögen aufweisen und wobei die untere Mantelschicht eine Schicht mit hohem Brechungsvermögen enthält, die von der untere Mantelschicht mit einem konstanten Abstand räumlich getrennt ist und die ein höhere Brechungsvermögen als die obere Mantelschicht hat.
  • JP 2000 - 174 394 A offenbart einen Halbleiterlaser, worin ein Verzerrungsmultiplexquantentopf zwischen eine p-dotierte Mantelschicht und eine n-dotierte Mantelschicht auf ein Halbleitersubstrat geformt wird.
  • US 2003 / 0 156 612 A1 offenbart eine Laserdiode, die eine Substratschicht, eine Mantelschicht und eine Licht propagierende Schicht umfasst.
  • US 6 606 334 B1 offenbart einen Halbleiterlaser, der eine Schicht mit geringem Brechungsvermögen umfasst, wobei die Schicht zwischen eine Leiterschicht und eine Mantelschicht liegt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Beschränkungen, die im Stand der Technik verbleiben, werden durch die vorliegende Erfindung angegangen, die sich auf eine Breitflächenlaserdiode bezieht, und insbesondere auf eine Breitflächenlaserdiode, die mindestens eine Antiwellenleitungsschicht enthält, die außerhalb der aktiven Region der Vorrichtung angeordnet ist, die vorteilhafterweise unter Verwendung eines einzelnen Epitaxieschritts gebildet wird, der den Herstellungsprozess der Laserdiode selbst nicht beeinträchtigt. Die Einbeziehung der Antiwellenleiterschicht dient dazu, die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und eine hohe Strahlqualität beizubehalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Materialschicht mit einem relativ hohen Brechungsindexwert (nachstehend manchmal als eine „antiwellenleitende Schicht“ bezeichnet) an einer entfernten Stelle über einer äußeren Oberfläche einer Breitflächenlaserdiode an einem von der aktiven Region der Vorrichtung entfernten Ort angeordnet. Diese Schicht aus Material mit relativ hohem Brechungsindex wirkt als eine „antiwellenleitende“ Schicht, die die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung beeinflusst, um diese von der aktiven Region des Lasers weg zu richten, damit diese daher die gewünschte hohe Strahlqualität beibehalten. Die Verringerung dieser unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung minimiert die laterale Divergenz in dem Ausgangsstrahl, wodurch die Strahlqualität verbessert wird. Im Gegensatz zu Anordnungen nach dem Stand der Technik wird die in der vorliegenden Erfindung verwendete Antileitungsschicht unter Verwendung eines einstufigen epitaktischen Wachstumsprozesses hergestellt, der die herkömmlichen Verarbeitungsschritte, die zum Erzeugen der Laserdiode selbst verwendet werden, nicht stört.
  • In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Schicht mit hohem Brechungsindex über einer oberen Oberfläche einer hochdotierten Kontaktschicht der Laserdiode angeordnet (wodurch eine sogenannte „Deckschicht“ erzeugt wird). In dieser Konfiguration wird die Deckschicht einem Ätzprozess unterzogen, um ein Fenster (einen Graben) für den Zugang zu der darunterliegenden Kontaktschicht zu erzeugen. Diese besondere Konfiguration führt somit zur Erzeugung einer Laserstruktur mit „invertiertem Steg“, wobei die unerwünschten lateralen Moden nach oben in die hochbrechende Deckschicht und weg von dem aktiven Bereich der Laserdiode gezogen werden, wodurch die seitliche Divergenz minimiert wird, die in dem Ausgangsstrahl vorhanden ist.
  • Eine andere, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet eine Schicht mit hohem Brechungsindex, die zwischen dem Substrat, auf dem die Laserdiode erzeugt wird, und der aktiven Schicht der Vorrichtung angeordnet ist. In diesem Fall wird die Ballastschicht zuerst epitaxial auf der oberen Oberfläche eines Substrats aufgewachsen und danach wird eine herkömmliche Breitflächenlaserdiodenstruktur über der Ballastschicht hergestellt (unter Verwendung eines herkömmlichen Prozesses). Hier ist die Breitflächenlaserdiode so ausgebildet, dass sie eine Stegwellenleiterstruktur aufweist, wobei die unerwünschten Moden höherer Ordnung nach unten in die Ballastschicht und weg von der aktiven Region gezogen werden.
  • Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als eine Laserdiode definiert werden, die auf einem Substrat ausgebildet ist und eine Quantentopf-Emitterregion umfasst, der zwischen einer Wellenleiterschicht vom n-Typ und einer Wellenleiterschicht vom p-Typ angeordnet ist, wobei eine n-Typ-Mantelschicht über der Wellenleiterschicht vom n-Typ angeordnet ist und eine p-Mantelschicht über der Wellenleiterschicht vom p-Typ angeordnet ist. Die Laserdiode enthält auch elektrische Kontakte in Form einer hochdotierten Kontaktregion, die über einem Teil der p-Typ-Mantelschicht angeordnet ist, und einer elektrischen Kontaktregion, die auf eine freiliegende untere Oberfläche des (verdünnten) Substrats aufgebracht ist. Die überlappende Kombination der elektrischen Kontakte mit der Quantentopf-Emitterregion bestimmt die „aktive Region“ der Laserdiode. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Unterdrückung von unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung des emittierten Strahls durch die Aufnahme einer Antileitungsschicht bereitgestellt, die an einem Ort außerhalb der aktiven Region der Laserdiode gebildet ist, wobei die Antileitungsschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex gebildet ist, der ausreicht, um unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung von dem aktiven Bereich der Laserdiode weg und in die Antileitungsschicht zu lenken.
  • Andere und weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
  • Figurenliste
  • Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen selbe Bezugszeichen in mehreren Ansichten selbe Teile darstellen.
    • 1 ist eine weggeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die in diesem Fall eine Antileitungsschicht umfasst, die über einer oberen (hochdotierten) Kontaktschicht der Laserdiode gebildet ist und so ausgebildet ist, dass sie einen Graben aufweist, um eine invertierte Stegstruktur zu erzeugen
    • 2 eine Kurve des Brechungsindexkontrasts der erfindungsgemäßen Laserstruktur in Abhängigkeit von der Dicke der Antileitungsschicht; und
    • 3 ist eine weggeschnittene Ansicht einer anderen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in diesem Fall die Form einer herkömmlichen Stegwellenleiterstruktur in einer Breitflächenlaserdiode annimmt, wobei eine Antileitungsschicht als eine „Ballastschicht“ zwischen dem Substrat und der unteren Kontaktschicht der Vorrichtung angeordnet ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Breitflächenlaserstruktur, die Probleme im Zusammenhang mit einem thermischen Linseneffekt (d. h. das Vorhandensein eines thermisch induzierten Wellenleiters) überwindet und einen Hochleistungs-Breitflächenlaser mit weniger unterstützten Lasermoden und daher einem kleineren lateralen Fernfeld bereitstellt als verschiedene Konfigurationen des Standes der Technik. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Antileitungsschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex, der höher als derjenige ist, der der gewünschten Mode zugeordnet ist, außerhalb des primären Wellenleiters der Laserstruktur gebildet. Das Vorhandensein dieser Antileitungsschicht mit hohem Brechungsindex, wie nachfolgend erläutert, „zieht“ die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung optisch aus der aktiven Region des Lasers und in eine Region, wo sie aus der Vorrichtung „lecken“ können und ihre Leistung nicht weiter behindern.
  • 1 veranschaulicht die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, in diesem Fall basierend auf der Verwendung eines Breitflachlaserdesigns mit invertiertem Steg. Es wird ein Breitflächenlaser 10 gezeigt, der eine (Quantentopf-)Emitterregion 12 umfasst, die zwischen einer Wellenleiterschicht 14 vom p-Typ und einer Wellenleiterschicht 16 vom n-Typ angeordnet ist. Eine p-Typ-Mantelschicht 18 ist über der p-Typ-Wellenleiterschicht 14 angeordnet und eine n-Typ-Mantelschicht 20 ist unter der n-Typ-Wellenleiterschicht 16 angeordnet. Ein elektrischer Kontakt zum Erregen des Lasers 10 wird durch eine erste elektrische Kontaktschicht 22, die über der p-Typ-Mantelschicht 18 angeordnet ist, und eine zweite elektrische Kontaktschicht 24 bereitgestellt, die über einer freiliegenden Oberfläche eines Substrats 26 angeordnet ist, auf dem die Laserstruktur ausgebildet ist. Die erste elektrische Kontaktschicht 22 umfasst üblicherweise eine hochdotierte Schicht aus Halbleitermaterial und die zweite elektrische Kontaktschicht 24 umfasst üblicherweise einen mehrschichtigen Stapel aus einem geeigneten Metall. Die Überlappung zwischen der ersten elektrischen Kontaktschicht 22, der Emitterzone 12 und der zweiten elektrischen Kontaktschicht 24 bestimmt die „aktive Region“ (oder die „aktive Zone“) des Lasers 10.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 1 dargestellt, ist eine Schicht 30 aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex über der ersten (hochdotierten) Kontaktschicht 22 angeordnet und wird bearbeitet, um Regionen außerhalb der aktiven Region des Lasers zu erzeugen (Schicht 30, nachstehend manchmal als „Deckschicht“ bezeichnet). In der Tat wird bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten Struktur eine konforme Schicht aus Material mit hohem Brechungsindex angeordnet, um die elektrische Kontaktschicht 22 abzudecken. Im Anschluss an diesen Schritt wird eine Öffnung in der Deckschicht 30 erzeugt (d. h. geätzt), wodurch der Abschnitt der elektrischen Kontaktschicht 22 freigelegt wird, der beim Bestimmen des aktiven Bereichs des Lasers 10 verwendet wird. In vielen Anwendungen ist die Breite W der aktiven Region ein wichtiger Designparameter und wird in diesem Fall durch die Breite des in der Deckschicht 30 geöffneten Grabens bestimmt. Für Breitflächenlaser liegt diese Breite W üblicherweise in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen hundert Mikron, wobei die große Breite ein bedeutsamer Zusatzfaktor für das thermische Linseneffektproblem ist.
  • Im Vergleich zu einer herkömmlichen Stegdesignstruktur nach dem Stand der Technik erzeugt die in 1 gezeigte Konfiguration eine invertierte Steggeometrie (das heißt die Anordnung der ersten elektrischen Kontaktschicht 22 unter einer oberen Oberfläche 32 der Deckschicht 30). Wie oben erwähnt, ist die Antiführdeckschicht 30 aus einem Material gebildet, das einen relativ hohen Brechungsindex aufweist (einige Beispiele sind GaAs, AlGaAs, InGaAs und GaInP - andere Materialien können ebenfalls verwendet werden). In einer bevorzugten Herstellungstechnik wird die Antileitungsdeckschicht 30 auf der ersten, hochdotierten elektrischen Kontaktschicht 22 in einem einzigen epitaktischen Wachstumsschritt aufgewachsen. Sobald sie aufgewachsen ist, wird die Deckschicht 30 geätzt, um einen definierten Abschnitt der ersten elektrischen Kontaktschicht 22 freizulegen, der der gewünschten geführten Modenregion der Laserstruktur 10 zugeordnet ist, wobei wie gezeigt ein invertiertes Stegdesign gebildet wird. Die Fähigkeit, eine antiwellenleitende Schicht in einem einzelnen epitaktischen Wachstumsschritt zu bilden, ohne die herkömmlichen Verfahrensschritte in einem Laserherstellungsverfahren zu stören, wird als bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik angesehen.
  • 1 zeigt ebenso die Modenprofile, die dieser Struktur zugeordnet sind. Insbesondere ist die gewünschte geführte Mode gezeigt, während sie sich entlang der Wellenleiterstruktur ausbreitet, die durch die Kombination der Emitterregion 12 mit den Wellenleiterschichten 14 und 16 gebildet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung verformt das Vorhandensein einer Antileitungsschicht 30 mit hohem Brechungsindex das Profil der lateralen Moden höherer Ordnung derart, dass diese lateralen Moden aufwärts zu den Regionen mit hohem Brechungsindex und weg vom Wellenleiter der Struktur „gezogen“ werden. Es wird angenommen, dass diese lateralen Moden höherer Ordnung in die Antileitungsdeckschicht 30 eindringen.
  • Der Verlustbeitrag der Deckschicht 30 kann weiter erhöht werden, indem diese Schicht als eine „absorbierende“ Quantentopfstruktur (z. B. InGaAs) mit einem kleineren Bandabstand als eine herkömmliche Emitterregion implementiert wird oder indem die Außenregion stark dotiert wird. Tatsächlich kann der Effekt verstärkt werden, indem die Auswahl der Dicke T der Antileitungsdeckschicht 30 so gesteuert wird, dass eine Resonanz zwischen dem Wellenleiter und der Antileitungsdeckschicht gebildet wird. 2 veranschaulicht diesen Punkt für eine spezifische mit GaAs gekappte AlGaAs-/InGaAs-QW-Laserstruktur.
  • Eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Es wird eine Breitflächenlaserdiode 40 gezeigt, die eine QW-Emitterregion 42 beinhaltet, die zwischen einer Wellenleiterschicht 44 vom p-Typ und einer Wellenleiterschicht 46 vom n-Typ angeordnet ist. Die gezeigte Laserdiode 40 umfasst eine herkömmliche Stegstruktur, in diesem Fall durch Konfigurieren einer p-Typ-Mantelschicht 48, um eine Steggeometrie (gezeigt als Abschnitt 48-R der Mantelschicht 48) aufzuweisen. Die Stegstruktur wird verwendet, um die Begrenzung der Ausbreitungsmode innerhalb der gewünschten aktiven Region der Vorrichtung zu unterstützen. Eine n-Typ-Mantelschicht 50 ist wie nachstehend unter der n-Typ-Wellenleiterschicht 46 ausgebildet.
  • Eine erste elektrische Kontaktschicht 52 ist über dem Stegabschnitt 48-R der p-Typ-Mantelschicht 48 angeordnet. Wie bei der Konfiguration von 1 umfasst die erste elektrische Kontaktschicht üblicherweise eine Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial. Eine zweite elektrische Kontaktschicht 54 ist so angeordnet, dass sie eine freigelegte Hauptoberfläche 56 eines Substrats 58 bedeckt (üblicherweise ausgebildet als eine metallische Beschichtung auf einer freigelegten Oberfläche nach einem Polier-/Schleifvorgang, der verwendet wird, um die Substratdicke in der endgültigen Vorrichtungsstruktur zu reduzieren). Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Antileitungsschicht 60 mit hohem Brechungsindex als eine Grenzfläche zwischen einer oberen Oberfläche 62 des Substrats 58 und einer n-Typ-Mantelschicht 50 angeordnet.
  • Bei der Herstellung dieses Ausführungsbeispiels wird zuerst die Antileitungsschicht 60 über der Oberfläche 62 des Substrats 58 gebildet, wobei dann die herkömmliche Laserdiodenstruktur über der Antileitungsschicht 60 gebildet wird. Vorzugsweise wird die Antileitungsschicht 60 in einem einstufigen epitaktischen Wachstumsprozess auf der oberen Oberfläche 62 aufgewachsen, wobei der epitaxiale Prozess fortgesetzt wird, bis eine gewünschte Dicke T der Schicht 60 erzielt wird. Sobald die gewünschte Dicke der Antileitungsschicht 60 erreicht ist, wird eine Reihe von herkömmlichen Verarbeitungsschritten verwendet, um die Laserdiode 40 über der Oberfläche der Schicht 60 herzustellen. Tatsächlich können in dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden Herstellungsschritte, die mit der Laserdiode 40 zusammenhängen, in situ ausgeführt werden, wobei das Wachstum der n-Typ-Mantelschicht 50 direkt über der Oberfläche der Antileitungsschicht 60 fortgesetzt wird. Wiederum ist es gemaß der vorliegenden Erfindung offenkundig, dass ein Vorteil der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit ist, eine Antileitungsschicht in einer Breitflächenlaserdiodenstruktur zu integrieren, ohne die Schritte zu modifizieren, die verwendet werden, um die Laserdiode selbst zu bilden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist die Ballastschicht 60 (in Kombination mit der Stegstruktur 48-R) ausgestaltet, um die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung aus der Wellenleiterregion „herauszuziehen“, wodurch diese Moden aus der geführten Modenregion heraus gelenkt werden und somit nur die gewünschten Moden niedrigerer Ordnung innerhalb der aktiven Region der Vorrichtung beibehalten werden. 3 zeigt die Verzerrung in Moden, die dem Einschluss der Ballastschicht 60 in der Struktur zugeschrieben werden.
  • Ähnlich der Konfiguration von 1 steuert die Wahl des Materials mit hohem Brechungsindex und die Dicke der Ballastschicht 60 den Grad der Antiwellenleitung der unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung, der erzielt wird.

Claims (8)

  1. Laserdiode (10), die auf einem Substrat (26) ausgebildet ist und Folgendes umfasst: eine Quantentopf-Emitterzone (12), die zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht (14) und einer p-Typ-Wellenleiterschicht (16) angeordnet ist; eine n-Typ-Mantelschicht (20), die unter der n-Typ-Wellenleiterschicht (14) angeordnet ist, und eine p-Typ-Mantelschicht (18), die über der p-Typ-Wellenleiterschicht (16) angeordnet ist; eine erste elektrische Kontaktschicht (22), die über einem Abschnitt der p-Typ-Mantelschicht (18) angeordnet ist, und eine zweite elektrische Kontaktschicht (24), die unter einem Abschnitt des Substrats (26) angeordnet ist, wobei eine überlappende Kombination der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschichten (22, 24) mit der Quantentopf-Emitterregion (12) eine aktive Region der Laserdiode bestimmt; und eine Antileitungsschicht (30), die an einem Ort außerhalb der aktiven Region der Laserdiode (10) gebildet ist, wobei die Antileitungsschicht (30) aus einem Material mit einem Brechungsindex gebildet ist, der ausreicht, um unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung von dem aktiven Bereich der Laserdiode weg und in die Antileitungsschicht (30) zu lenken, wobei die Antileitungsschicht (30) über der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine Grabenöffnung aufzuweisen, die einen Abschnitt der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) freilegt, wobei eine definierte Breite der Grabenöffnung eine Breite der aktiven Region der Laserdiode (10) bestimmt, wobei die Laserdiode (10) eine invertierte Stegkonfiguration umfasst.
  2. Laserdiode (10) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (22) eine Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial umfasst und die Antileitungsschicht (30) eine Epitaxieschicht umfasst, die auf einer freiliegenden Oberfläche der Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) aufgewachsen ist, wobei die epitaktisch aufgewachsene Schicht danach gemustert und geätzt wird, um die Grabenöffnung zu bilden.
  3. Laserdiode (10) nach Anspruch 1, wobei die Antileitungsschicht (30) einen Brechungsindex aufweist, der größer als jener der Quantentopf-Emitterregion (12) und der Mantelschichten (18, 20) ist.
  4. Laserdiode (10) nach Anspruch 3, wobei die Antileitungsschicht (30) ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: GaAs, AlGaAs, InGaAs und GaInP.
  5. Laserdiode (10) nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (22) eine Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial umfasst.
  6. Laserdiode (10) nach Anspruch 1, wobei die zweite elektrische Kontaktschicht (24) mindestens eine Metallschicht umfasst, die ausgestaltet ist, einen Teil der unteren Oberfläche des Substrats (26) zu beschichten.
  7. Breitflächenlaserdiode (10), die auf einem Substrat (26) ausgebildet ist und Folgendes umfasst: eine Quantentopf-Emitterzone (12), die zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht (16) und einer p-Typ-Wellenleiterschicht (14) angeordnet ist; eine n-Typ-Mantelschicht (20), die unter der n-Typ-Wellenleiterschicht (16) angeordnet ist, und eine p-Typ-Mantelschicht (18), die über der p-Typ-Wellenleiterschicht (14) angeordnet ist, eine erste elektrische Kontaktschicht (22), die über der p-Typ-Mantelschicht (18) angeordnet ist und eine Breite W aufweist, die einer Breite einer Emissionsregion der Breitflächenlaserdiode (10) zugeordnet ist; eine zweite elektrische Kontaktschicht (24), die unterhalb einer freiliegenden Substratoberfläche angeordnet ist, wobei eine überlappende Kombination der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschichten (22, 24) mit der Quantentopf-Emitterregion (12) eine aktive Region der Breitflächenlaserdiode (10) bestimmt, wobei eine Breite der aktiven Region der erzeugten Breite W der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) zugeordnet ist; und eine Antileitungsschicht (30), die an einer Stelle außerhalb der aktiven Region der Breitflächenlaserdiode (10) gebildet ist, wobei die Antileitungsschicht (30) aus einem Material mit einem Brechungsindex gebildet ist, der ausreicht, um unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung zu entkoppeln und die unerwünschten lateralen Moden höherer Ordnung aus der aktiven Region der Breitflächenlaserdiode (10) weg zu lenken, um die laterale Divergenz eines Strahls zu minimieren, der von der Breitflächenlaserdiode ausgestrahlt wird, wobei die Antileitungsschicht (30) über der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine Grabenöffnung aufzuweisen, die einen Abschnitt der ersten elektrischen Kontaktschicht (22) freilegt, die die Emitterregion der Breitflächenlaserdiode bestimmt, wobei die Breitflächenlaserdiode eine invertierte Stegkonfiguration umfasst.
  8. Breitflächenlaserdiode (10) nach Anspruch 7, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (22) eine Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial umfasst und die Antileitungsschicht (30) eine Epitaxieschicht umfasst, die auf einer freiliegenden Oberfläche der Schicht aus hochdotiertem Halbleitermaterial aufgewachsen ist, wobei die epitaktisch aufgewachsene Schicht danach gemustert und geätzt wird, um die Grabenöffnung zu bilden.
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