专利名称：带有相结构的边发射的半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、带有相结构区域的边发射的 半导体激光器。本专利申请要求德国专利申请10 2008 025 922. 5的优先权，其公开内容通过引
用结合于此。
背景技术：
用于高输出功率的边发射的半导体激光器通常实施为宽条形激光器，其中有源区 具有大约ΙΟΟμπι或者更大的宽度。由于有源区的横向伸展比较大，所以在这种半导体激光 器的情况下通常有多个横向的激光模式起振。尤其是在高光功率情况下，会出现光功率的 不希望的强的调制，其也被称作丝状形成(Filamentierimg)。在边发射的半导体激光器情 况下，最大的输出功率密度通过半导体本体在侧棱面的区域中的熔融(其也称为COMD(灾 难性光学腔面损伤))而受到限制。由此，在具有强的丝状形成的半导体激光器情况下降低 了最大可能的输出功率。此外，边发射的半导体激光器的多模工作使得将所发射的激光耦 合输入到随后的光学元件中、尤其是光导体中变得困难。为了抑制较高的激光模式，尤其是为了实现在横向基模中的工作，由出版物WO 01/97349A1中公开了在边发射的半导体激光器的波导中构建相结构。相结构是半导体本 体的如下区域在这些区域中有效的折射率不同于半导体本体的在横向方向中邻接的区域 的折射率，并且构建为使得较高的激光模式在激光谐振器中受到比半导体激光器的横向基 模更大的循环损耗⑴mlaufVerluste)。在边发射的半导体激光器的情况下(其中有源层 设置在两个波导层之间，而波导层设置在两个覆盖层之间)，相结构例如通过如下方式来产 生波导被薄化直到波导层的区域中。通过这种方式，例如实现了在被薄化的区域中针对横 向方向上传播的激光辐射的有效的折射率比未被薄化的区域中小Δη = 0.03。已表明的是，通过构建相结构区域虽然可以抑制在边发射的半导体激光器中较高 的横向模式，然而另一方面在相结构区域和邻接的区域之间的折射率跳变导致耦合损耗， 这些耦合损耗引起半导体激光器的效率的劣化。尤其是光-电流特性曲线受到这种耦合损 耗的不利影响。
发明内容
本发明的一个任务在于，提出一种改进的边发射的半导体激光器，其带有波导，在 该波导中构建有至少一个相结构区域，该半导体激光器的特征在于改进的效率。该任务通过具有权利要求1、6或7所述的特征的边发射的半导体激光器来解决。 本发明的有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。根据本发明的至少一个实施形式，边发射的半导体激光器包含带有波导区域的半 导体本体，其中波导区域具有第一波导层、第二波导层和设置在第一波导层与第二波导层 之间的用于产生激光辐射的有源层。波导区域设置在第一覆盖层与第二覆盖层之间，该第二覆盖层在半导体本体的生长方向上跟随在波导区域之后。半导体本体具有主区域和至少 一个在横向方向上与主区域相邻的相结构区域，在该相结构区域中构建有相结构，用于选 择由有源层所发射的激光辐射的横向模式。在一个有利的实施形式中，相结构区域构建在波导区域之外。在该情况中，第一波 导层、第二波导层和有源层分别不包含相结构。在第一覆盖层和第二覆盖层之间的波导区 域于是有利地没有相结构。通过这种方式，实现了在相结构区域和半导体本体的主区域之 间仅仅出现非常小的耦合损耗，由此改进了半导体激光器的效率，尤其是光-电流特性曲 线。相结构区域优选构建在半导体本体的第二覆盖层中。例如，边发射的半导体激光 器具有衬底，在该衬底上在半导体层序列的生长方向中首先是第一覆盖层，随后是第一波 导层，接着是用于产生激光辐射的有源层，随后是第二波导层，并且接下来是第二覆盖层。 在此，相结构区域仅仅构建在与衬底对置的第二覆盖层中，而第一覆盖层、有源层和波导层 分别不具有相结构区域。因为在横向方向上在半导体本体中传播的激光辐射基本上在有 源层以及在第一波导层和第二波导层中传播，并且仅仅轻微地侵入第一覆盖层和第二覆盖 层中，所以在半导体本体中的垂直的模式分布仅仅轻微地受第二覆盖层中产生的相结构影 响。这对于半导体激光器的效率是有利的，尤其是由此与其中相结构区域构建在波导层中 的至少一个中的半导体激光器相比可以实现对光-电流特性曲线的改进。在半导体本体中的相结构例如可以通过如下方式来制造第二覆盖层在相结构区 域中至少部分地被剥离。第二覆盖层于是在相结构区域中优选具有比在横向方向上相邻的 主区域中更小的厚度。在此有利的是，在相结构区域和主区域之间构建有过渡区域，在该过渡区域中第 二覆盖层的厚度分级地或者连续地变化，以便避免在相结构区域和半导体本体的主区域之 间的折射率的跳跃变化。通过这种方式，可以降低耦合损耗。例如，第二覆盖层在相结构区 域中可以具有厚度Cl1，并且在主区域中具有厚度(I2)Cl1，其中第二覆盖层的厚度在过渡区 域中连续地、优选线性地从厚度Cl1升高到厚度d2。可替选地，在过渡区域中的厚度也可以 阶梯式地以多个阶梯从Cl1升高到d2。通过至少部分地剥离在相结构区域中的第二覆盖层来产生相结构尤其是可以借 助刻蚀工艺来实现。在此有利的是，第二覆盖层在其中它被至少部分地剥离的区域中设置 有钝化层。钝化层例如可以包含氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅，或者由其组成。在另一有利的实施形式中，在相结构区域中的有效的折射率通过引入掺杂剂而相 对于在横向方向上相邻的主区域来改变。特别地，掺杂剂可以扩散到或者注入到半导体本 体的相结构区域中。例如可以进行将附加的掺杂剂引入第二覆盖层中，使得相结构区域构建在波导区 域之外。在该实施形式中，相结构区域不必一定构建在波导区域之外。更确切地说，可以有 利的是，附加的掺杂剂不仅引入第二覆盖层，而且也引入位于其下的层、即尤其是第一覆盖 层、第一波导层和第二波导层以及有源层。这具有的优点是，垂直的模式分布仅仅未明显地 受到由于引入掺杂剂而出现的折射率改变影响，因为激光辐射在其中传播的所有层都在相 结构区域和主区域之间具有折射率跳变。
在另一有利的实施形式中，半导体本体在相结构区域中具有混勻结构。为此，优选 的是半导体本体的一个或者多个层、即第一覆盖层和/或第二覆盖层、有源层、第一波导层 和/或第二波导层分别实施为多重层，其中多重层分别具有多个部分层，这些部分层在其 材料组分方面彼此不同。为了制造相结构区域，一个或者多个多重层在半导体本体中被混 勻，以便在该区域中引起折射率的变化。例如，第二覆盖层可以实施为多重层并且随后被混勻，使得相结构区域构建在波 导区域之外。然而在该实施形式中，相结构区域不必构建在波导区域之外，而是也可以将一个 或者多个位于其下的层、即尤其是第一覆盖层、第一波导层和第二波导层以及有源层混勻。在相结构区域中一个或者多个多重层的混勻例如可以通过本身已知的扩散引起 的混勻来实现，其中例如ai或者Si扩散或者注入到多重层结构中并且随后实施热处理。另 一变形方案在于，在最上部的半导层中产生晶体缺陷，这些晶体缺陷在随后的热处理中扩 散到位于其下的半导体层中。相结构区域的有效折射率nP, eff优选与半导体本体的在横向上同相结构区域相邻 的主区域的有效折射率nH,eff偏差不超过1*10_2。于是有利地适用|nH, eff_nP, eff| ≤ 0. 01。已证明的是，在相结构区域和半导体本体的横向方向上相邻的主区域之间的折射 率的这种小的跳变已经适于抑制较高的横向激光模式。同时，在这种小的折射率跳变的情 况下仅仅出现小的耦合损耗。此外，垂直的模式分布由于在相结构区域和相邻的主区域之 间的小的折射率差而仅仅受到轻微的影响。优选的是，相结构区域的有效折射率nP, eff与半导体本体的主区域的有效折射率 nH,rff偏差至少1*10-3。针对半导体本体的相结构区域和相邻的主区域之间的有效折射率的 差的该有利的下限如下得到折射率跳变应当大于偶然的折射率波动，该偶然的折射率波 动可能由于在半导体本体内温度和/或载流子密度的偶然的偏差而出现。于是优选地适用0.001 ≤ | nH, eff_nP, eff | ≤ 0· 01。有效折射率的该选择尤其是对于其中通过剥离第二覆盖层的至少一部分来制造 相结构的实施形式是有利的。然而在其中通过掺杂或者混勻工艺来产生相结构的实施形式 中，可替选地也可以选择更大的有效折射率的差，因为在该情况中垂直的模式分布仅仅轻 微地受到在主区域和相结构区域之间的折射率差影响。在一个有利的扩展方案中，相结构区域与半导体激光器的至少一个侧棱面邻接。 特别地，第一相结构区域可以与半导体激光器的第一侧棱面邻接，并且第二相结构区域可 以与半导体激光器的第二侧棱面邻接。通过将相结构区域与半导体激光器的侧棱面邻接， 朝着侧棱面的方向传播的激光仅仅一次耦合输入到相结构区域中并且在侧棱面上反射之 后的回程中又一次地从相结构区域耦合输出。与此不同，激光辐射在相结构区域并未达到 半导体激光器的侧棱面的情况下首先耦合输入到相结构区域中并且又耦合输出，并且在侧 棱面上反射之后重新耦合输入到相结构区域中并且随后又从相结构区域耦合输出。通过相结构区域与半导体激光器的侧棱面邻接，因此在相结构区域和相应的侧棱 面上的主区域之间的过耦合过程(Ueberkoppelvorgaenge)的数目减少了 2。当在半导体激 光器的两个侧上分别有一个相结构区域与侧棱面邻接，则减少了在激光辐射在通过侧棱面构建的激光谐振器中的一个完整循环中的过耦合过程的数目(也即去程和回程)从八个过 耦合过程减少到四个过耦合过程。通过这种方式，减少了在半导体本体中的耦合损耗，由此 改进了半导体激光器的效率。在激光辐射从相结构区域转入到半导体本体的相邻的主区域中以及相反过程中 出现的耦合损耗的进一步有利的减少可以通过如下方式来实现在相结构区域和主区域之 间构建过渡区域，在该过渡区域中有效的折射率以多级方式或者连续地变化。在该情况中， 相结构区域于是并不直接地与相邻的主区域邻接，而是通过过渡区域与其分离。通过这种 方式，实现了在相结构区域和相邻的主区域之间的折射率并不突然改变，而是连续地或者 以多个子阶梯地改变，这些子阶梯分别小于在主区域和相结构区域之间的折射率差。在相结构区域和主区域之间的折射率的连续过渡的情况中有利的是，梯度、即每 单位长度的有效折射率的变化Anrff不大于0. 01 μ πΓ1。下面借助实施例结合附
图1至6进一步阐述本发明。其中图IA示出了边发射的半导体激光器的一个实施例的横截面的示意图，图IB示出了图IA中示出的实施例的俯视图的示意图，图2Α示出了边发射的半导体激光器的另一实施例的横截面的示意图，图2Β示出了图2Α中示出的实施例的俯视图的示意图，图3A、3B、3C、3D和3E借助中间步骤示出了用于制造边发射的半导体激光器的方 法的一个实施例的示意图，图4A、4B、4C、4D和4E借助中间步骤示出了用于制造边发射的半导体激光器的方 法的另一实施例的示意图，图5A、5B、5C、5D和5E借助中间步骤示出了用于制造边发射的半导体激光器的方 法的另一实施例的示意图，以及图6示出了在边发射的半导体激光器的另一实施例的半导体本体中折射率η以及 电场强度E的曲线分布的图形表示。在附图中，相同或者作用相同的组成部分设置有相同的附图标记。所示的组成部 分以及组成部分彼此间的大小关系不能视为合乎比例的。
具体实施例方式在图IA和IB中示出了边发射的半导体激光器的第一实施例。图IA示出了沿着 图IB中示出的俯视图的线A-B的横截面。边发射的半导体激光器具有半导体本体10，在该半导体本体中包含波导区域4。 波导区域4包括第一波导层2Α、第二波导层2Β和在第一波导层2Α与第二波导层2Β之间设 置的有源层3，其用于产生激光辐射。边发射的半导体激光器的有源层3尤其可以是单量子阱结构或者多量子阱结构。 在本申请的范围中，术语量子阱结构包括其中载流子通过限制(“confinement”)而经历其 能量状态的量子化的任何结构。术语量子阱结构尤其是不包含关于量子化的维度的说明。 由此，其尤其是包含量子槽、量子线和量子点以及这些结构的任意组合。波导区域4设置在第一覆盖层IA和第二覆盖层IB之间，该第二覆盖层在半导体本体10的生长方向上跟随在波导区域4之后。第一覆盖层Ia于是设置在朝向半导体本体 10的衬底11的侧上，而第二覆盖层IB设置在从有源层3出发来看的半导体本体10的背离 衬底11的侧上。在半导体本体10的衬底11和第一盖层IA之间可以设置一个或者多个中间层12。 边发射的半导体激光器的电接触例如通过在衬底11的背离有源层3的背侧上的第一电接 触层13和在半导体本体10的背离衬底的上侧上的第二电接触层14来进行。在第二盖层 IB和电接触层14之间可以设置一个或者多个另外的中间层12。覆盖层1A、1B有利地具有比波导层2A、2B更小的折射率，由此在横向方向上传播 的激光辐射基本上被包围在波导区域4中。然而由于在波导层2A、2B和覆盖层1A、1B之间 的有限的折射率差，激光模式也至少部分地传播直到覆盖层1A、1B中。激光辐射在横向方 向上的传播因此可以通过有效折射率来描述，该有效折射率取决于该覆盖层1A、1B、波导层 2A、2B和有源层3的折射率。半导体本体10在与半导体激光器的侧棱面9邻接的区域中分别具有相结构区域 6，这些相结构区域用于选择由有源层3所发射的激光辐射的横向模式。在相结构区域6中， 有效折射率nP, eff与半导体本体10的在横向方向上相邻的主区域5中的有效折射率nH, eff 不同。相结构区域6例如通过如下方式产生第二覆盖层IB在与半导体本体10的侧棱 面9邻接的区域中至少部分被剥离。这例如可以通过刻蚀工艺来进行，其中例如中间层12 和第二接触层14也在这些区域中被剥离。第二覆盖层IB于是在与侧棱面9邻接的区域中 比在主区域5中更薄，或者甚至被完全去除。因为激光模式在其在半导体本体10中在横向 方向上的传播时也至少部分地延伸直到第二覆盖层IB中，所以第二覆盖层IB在相结构区 域6中的薄化引起有效折射率相对于主区域5的变化。在相结构区域6和主区域5之间的耦合损耗有利地是小的，因为相结构区域6并 未构建在波导区域4中(在该波导区域中在横向方向上传播的激光辐射具有最大的强度)， 而是仅仅构建在第二覆盖层IB中。通过相结构区域6可以有针对性地影响模式在横向方向中的传播，其中尤其是可 以实现的是，较高的横向模式在设置于侧棱面9之间的激光谐振器中具有比半导体激光器 的横向基模更强的循环损耗。通过合适地构建相结构6，因此尤其是可以实现半导体激光 器的单模工作，在该单模工作中仅仅横向基模起振。此外，通过相结构6也可能的是，形成 横向基模的射束轮廓(Strahlprofil)。例如，基模的典型的高斯形射束轮廓可以通过合适 的相结构与矩形形状接近。至少近似矩形的射束轮廓相对于高斯形的射束轮廓具有的优点 是，在较高的输出功率情况下才会出现在侧棱面的区域中的熔融(C0MD-灾难性光学腔面 损伤)。相结构区域6的三维结构的计算由出版物WO 01/97349A1中公开，该出版物的公 开内容就此而言通过引用结合于此，其中该计算使得实现对横向模式频谱的所希望的影 响。其中第二覆盖层IB被至少部分地剥离的相结构区域6的宽度在第二覆盖层IB的平面 中不是恒定的，而是遵循预先给定的函数，该函数在考虑到半导体层序列的材料的参数、几 何尺寸以及所发射的辐射的波长的情况下事先计算为使得较高的横向激光模式在通过侧 棱面9构建的激光谐振器中经历比较低的横向模式、尤其是半导体激光器的横向基模更大的循环损耗。例如，在第二覆盖层IB的平面中在半导体激光器的相应的侧棱面9和第二覆 盖层IB中的刻蚀边缘8 (通过其产生相结构区域6)之间的距离具有波浪形的变化曲线，如 在图IB的俯视图中所示的那样。相结构区域6的有效折射率nP,eff有利地与半导体本体10的在横向方向上同相结 构区域6邻接的主区域5的有效折射率nH, eff偏差不超过1*10_2。通过这种方式实现了在 激光辐射从主区域5转入相结构区域6中时以及相反情况下出现的耦合损耗被减小。在垂 直方向上的、即垂直于半导体本体10的层的层平面的模式轮廓由于在主区域5和相结构区 域6之间的有效折射率的小的差别而仅仅轻微受影响。而与此相对，在相结构区域6和主 区域5之间较大的、突然的折射率跳变情况下，在这些区域之间的边界面处会出现不希望 的反射，通过这些反射降低了半导体激光器的效率。此外有利的是，在相结构区域6和主区域5之间的折射率差为至少1*10_3。通过 这种方式，实现了在主区域5和相结构区域6之间的折射率差相对于半导体本体10内的不 希望的折射率波动占主导地位，其中例如由于在半导体本体10内的温度变化或者载流子 密度的变化而会出现在半导体本体内的折射率波动。在相结构区域6和主区域5之间的折 射率差于是有利地在1*10_3到1*10_2之间，其中包括边界值。此外有利的是，相结构区域6延伸直到半导体激光器的侧棱面9上。在通过半导 体本体10的侧棱面9构建的激光谐振器中的完整的循环的情况下，激光辐射于是分别一次 耦合输入到两个相结构区域6中并且一次从两个相结构区域6耦合输出。而当相结构区域 6并不与半导体本体10的侧棱面9邻接，而是与侧棱面9间隔为使得在相结构区域6和侧 棱面之间分别有主区域5的另一部分时，激光辐射必须两次耦合输入到相结构的每个中并 且又两次耦合输出，使得在激光辐射在激光谐振器中的完整循环情况下总共会进行八次过 耦合过程。通过与侧棱面9邻接的相结构区域6实现的将过耦合过程降低到4次具有的优 点是，减少了在激光谐振器中的损耗并且由此改进了半导体激光器的效率。在图2A和2B中示出了边发射的半导体激光器的另一实施例。图2A示出了沿着 图2B中示出的俯视图的线AB的横截面。半导体本体10具有与前面描述的第一实施例相同的层序列。如在前面描述的实 施例中那样，半导体本体10具有主区域5和相结构区域6，其中在相结构区域6中的有效折 射率不同于主区域5中的有效折射率，因为第二覆盖层IB在相结构区域6中被部分剥离。与前面描述的实施例的不同在于，第二覆盖层IB的厚度在相结构区域6和主区域 5之间并不突然变化，而是在主区域5和相结构区域6之间分别有过渡区域7，在该过渡区 域中第一覆盖层IB的厚度并且由此有效折射率在横向方向上连续变化。如在图2A中所示的横截面中可以看到的那样，第二覆盖层IB的厚度在过渡区域 7中分别线性地从相结构区域6中的小的厚度增加到主区域5中的较大的厚度。在第二覆盖层IB在过渡区域7中的厚度线性增加的情况下，有效折射率的增加的 梯度优选不超过0.01 μ πΓ1。通过第二实施例的第二覆盖层IB在过渡区域7中的厚度连续地或者分级地增加， 实现了在相结构区域6和主区域5之间并不出现折射率的突然跳变，由此进一步降低了在 主区域5和相结构区域6之间的耦合损耗。在该情况中，在垂直方向上的模式轮廓受相结 构区域6仅仅轻微地影响，由此减少了在激光谐振器中的损耗并且由此进一步改进了半导体激光器的效率。在图3A至3E中借助中间步骤示出了用于制造边发射的半导体激光器的方法的第 一实施例。如在图3A中所示，将第一覆盖层1A、波导区域4和第二覆盖层IB在衬底11上。 波导区域4如在前面描述的实施例中那样包含有源层，该有源层包含在至少两个波导层之 间。波导区域4的各层为了简化表示并未分别示出。此外，必要时所插入的中间层(其例 如可以设置在衬底11和第一覆盖层IA之间)为了简化视图也没有示出。在图;3B中所示的中间步骤中，在第二覆盖层IB中在与半导体本体的侧棱面邻接 的区域中分别产生相结构区域6。第二覆盖层IB为此例如借助刻蚀工艺在相结构区域6中 被部分剥离。如在图3C中所示，在随后的方法步骤中，将钝化层15施加到第一覆盖层IB的被 薄化的区域上、刻蚀边缘8上以及第一覆盖层IB的主区域5的与刻蚀边缘8邻接的部分区 域上。钝化层15的材料尤其可以是二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。钝化层15的折射率 影响相结构区域中的有效折射率。钝化层15的折射率(其在氮氧化硅的情况中例如为2) 因此在计算相结构时予以考虑。在图3D中所示的中间步骤中，接触金属化物14被施加到第二覆盖层IB的主区域 5上。接触金属化物14优选包含金属或者金属化合物构成的一个或者多个层。尤其是，接 触金属化物14可以为钛层、钼层和金层构成的层序列。这种接触层序列14尤其是适于电 接触P型半导体材料，例如第二覆盖层IB由该半导体材料形成。在图3E中所示的方法步骤中，衬底11被薄化。该方法步骤以及前面描述的方法 步骤可以在晶片复合结构中进行，其中晶片随后可以被分割为单个的激光二极管器件。通 过衬底11的薄化，可以将晶片更容易地分离为单个的器件。此外，在图3E中所示的方法步 骤中，另一接触金属化物13被施加到衬底11的背侧上。在图4A至4E中借助中间步骤阐述了用于制造边发射的半导体激光器的方法的另
一实施例。如在前面描述的实施例中那样，如在图4A中所示，首先将第一覆盖层1A、波导区 域4和第二覆盖层IB生长到生长衬底11上。随后，如在图4B中所示的那样，在第二覆盖层IB中产生相结构区域6。第二覆盖 层IB为此在与半导体本体的侧棱面邻接的区域中被薄化。第二覆盖层IB的薄化优选通过 刻蚀工艺来进行。然而与前面描述的实施例不同，并不产生垂直于第二覆盖层IB的层平面 走向的刻蚀边缘，而是倾斜于第二覆盖层IB走向的刻蚀边缘16。倾斜走向的刻蚀边缘16的制造例如可以通过如下方式进行首先将用作刻蚀掩 膜的光刻胶施加到相结构区域6上，并且随后在提高的温度情况下液化，使得由于表面张 力而成形平坦的边缘。带有倾斜下降的侧边缘的这种光刻胶层的结构在随后的刻蚀工艺 中、尤其是干刻蚀工艺中转移到第二覆盖层IB中。刻蚀边缘16的陡度可以通过选择性、即 第二覆盖层IB和光刻胶的刻蚀速率关系来调节。如在图4C中所示，随后将钝化层15施加到第二覆盖层IB的被薄化的部分区域、 倾斜的刻蚀边缘16和主区域5的与刻蚀边缘16邻接的部分区域上。如在前面的实施例中那样，如在图4D中所示，将接触金属化物14、例如钛-钼-金层序列施加到第二覆盖层IB上。此外，可以如在前面描述的实施例中那样将衬底11薄化并且将另一接触金属化 物13施加到衬底11的背侧上，如在图4E中所示。在图5A至5E中借助中间步骤示出了用于制造边发射的半导体激光器的另一实施 例。在图5A中所示的中间步骤中，如在前面描述的实施例中那样将第一覆盖层1A、波 导区域4和第二覆盖层IB施加到衬底11上。不同于前面描述的实施例，在半导体本体中的相结构区域6的制造并非通过将第 二覆盖层IB的部分区域薄化来实现。更确切地说，相结构区域6如在图5B中示意性地示 出的那样通过如下方式来产生在相结构区域中将至少一种附加的掺杂剂注入或者扩散到 半导体层序列中。通过激活附加的掺杂剂，由此在相结构区域6中产生的附加的载流子通过等离子 体效应降低了半导体层的折射率并且由此也降低了相结构区域6中的有效折射率。于是， 相结构区域6实施为注入区域或者扩散区域。相结构区域6有利地与边发射的半导体激光 器的侧棱面9邻接。此外有利的是，扩散区域或者注入区域通过所有如下层延伸在所述层 中激光辐射在横向方向上传播。例如，扩散或者注入可以通过第二覆盖层1B、波导区域4和 第一覆盖层IA直到衬底11的部分区域中，如在图5B中所示的那样。附加的掺杂剂在相结构区域6中的浓度优选调节为使得在相结构区域6中的有效 折射率与主区域5中的有效折射率相差不超过IX 10_2，并且优选至少为1X10_3。替代扩散区域或者注入区域，相结构区域6可替选地也可以是混勻区域。在该实 施形式中，覆盖层1A、1A和/或在波导区域4中包含的有源层和波导层分别构建为多个单 个层构成的层序列。例如，覆盖层、有源层和/或波导层可以由多个具有不同的Al浓度的 AlGaAs层或者InGaAlP层组成。通过将这种多层结构混勻，改变带隙并且由此也改变混勻 区域中的有效折射率。用于将多层结构混勻以改变带隙的方法本身已知，例如由出版物 DE102004040518A1中公开。例如，多层结构的混勻可以通过Si或者Si的扩散或者注入来 进行，其中随后优选进行热处理。此外，混勻也可以通过用激光辐射的照射来进行。随后的方法步骤对应于前面描述的实施例。如在图5C中所示的那样，钝化层15 被施加到相结构区域6以及在横向方向上邻接的主区域5的部分区域上。随后，半导体本 体的主区域5设置有电接触层14，如在图5D中所示的那样。在图5E中所示的另外的方法步骤中，将半导体本体的衬底11薄化并且将第二电 接触层13施加到衬底11的背离半导体层序列的背侧上。在图6中示出了针对边发射的半导体激光器的另一实施例的、与位置坐标ζ相关 的折射率η以及电场强度E的变化曲线，其中位置坐标ζ从半导体本体的表面朝向衬底延 伸。半导体本体包含例如由GaAs构成的衬底11，中间层12、例如AlGaAs层施加到该 衬底上。随后是第一覆盖层1Α，其尤其可以是InAlP层，并且例如具有大约SOOnm的厚度。在第一覆盖层IA之后是波导区域4，其例如具有大约120nm的总厚度。波导区域 4包括第一波导层2A和第二波导层2B，它们例如包含Ina Aiia3Ala2P,其中在波导层2A、2B之间嵌入有源层3，尤其是^GaP构成的量子膜。随后是可选的大约200nm厚的另外的波导 层2C，其例如具有Ina5Giiai5Ala35P,以及第二覆盖层1B，其如第一覆盖层IA那样可以具有 大约800nm的厚度的InAlP。在第二覆盖层IB之后是大约50nm厚的中间层12，例如由InGaP构成，并且随后是 接触层14，尤其是GaAs层。细虚线18再现了在半导体激光器的主区域中的折射率η的变化曲线，在该主区域 中并未构建相结构区域。粗虚线19示出了在半导体激光器的相结构区域中的折射率η的 变化曲线。如通过粗虚线19所表明的那样，第二覆盖层IB在相结构区域中的厚度被薄化到 大约lOOnm，并且例如由SiON构成的、折射率为大约2. O的钝化层15被施加到第二覆盖层 IB上。在第二覆盖层IB之下，在主区域和相结构区域中的折射率的变化曲线相同。此外，在图6中分别以任意的单位示出了在主区域(曲线20)和在相结构区域(曲 线21)中的电场E的变化曲线。在主区域中，电场E传播直到第二覆盖层IB中。而在相结 构区域中，电场较少地侵入第二覆盖层IB和钝化层15中，这尤其是归因于在第二波导层IB 的被薄化的区域和钝化层15之间的大的折射率跳变，其中在所述相结构区域中第二覆盖 层IB被薄化直到大约IOOnm的厚度并且随后是钝化层15。总之，相结构区域对电场在半导体激光器的垂直方向上的分布的影响只是小的， 由此降低了在相结构区域和主区域之间的耦合损耗，并且由此改进了半导体激光器的效率。本发明并不受借助实施例的描述所限。更确切地说，本发明包括任意新的特征以 及特征的任意组合，尤其是在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身 并未明确地在权利要求或者实施例中予以说明。
权利要求
1.一种边发射的半导体激光器，其具有带有波导区域的半导体本体(10)，其中 -波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层QB)和设置在第一波导层以K)与第二波导层(2B)之间的用于产生激光辐射的有源层(3)，-波导区域(4)设置在第一覆盖层(IA)与第二覆盖层(IB)之间，该第二覆盖层在半导 体本体(10)的生长方向上跟随在波导区域(4)之后，以及-半导体本体(10)具有主区域( 和至少一个与主区域( 在横向方向上相邻的相结 构区域(6)，在该相结构区域中构建有相结构，用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的 横向模式，其特征在于，相结构区域(6)构建在波导区域(4)之外。
2.根据权利要求1所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，相结构区域(6)构建在 第二覆盖层(IB)中。
3.根据权利要求2所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，第二覆盖层(IB)在相 结构区域(6)中至少部分地被剥离。
4.根据权利要求3所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，在相结构区域(6)和主 区域( 之间构建有过渡区域(7)，在该过渡区域中第二覆盖层(IB)的厚度分级地或者连 续地变化。
5.根据权利要求4所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，第二覆盖层(IB)的厚 度在过渡区域(7)中线性地从相结构区域(6)中的厚度升高到主区域(5)中的厚度。
6.一种边发射的半导体激光器，其具有带有波导区域的半导体本体(10)，其中 -波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层QB)和设置在第一波导层以K)与第二波导层OB)之间的用于产生激光辐射的有源层(3)，-波导区域(4)设置在第一覆盖层(IA)与第二覆盖层(IB)之间，该第二覆盖层在半导 体本体(10)的生长方向上跟随在波导区域(4)之后，以及-半导体本体(10)具有主区域( 和至少一个与主区域( 在横向方向上相邻的相结 构区域(6)，在该相结构区域中构建有相结构，用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的 横向模式，其特征在于，在相结构区域(6)中引入掺杂剂，该相结构区域通过掺杂剂将相结构区 域(6)的有效折射率nP,rff相对于主区域(5)改变。
7.—种边发射的半导体激光器，其具有带有波导区域的半导体本体(10)，其中 -波导区域(4)具有第一波导层(2A)、第二波导层QB)和设置在第一波导层以K)与第二波导层OB)之间的用于产生激光辐射的有源层(3)，-波导区域(4)设置在第一覆盖层(IA)与第二覆盖层(IB)之间，该第二覆盖层在半导 体本体(10)的生长方向上跟随在波导区域(4)之后，以及-半导体本体(10)具有主区域( 和至少一个与主区域( 在横向方向上相邻的相结 构区域(6)，在该相结构区域中构建有相结构，用于选择由有源层(3)所发射的激光辐射的 横向模式，其特征在于，半导体本体(10)在相结构区域(6)中具有混勻结构。
8.根据上述权利要求之一所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，相结构区域 (6)的有效折射率nP,rff与半导体本体(10)的与相结构区域(6)在横向方向上相邻的主区域(5)的有效折射率nH,eff偏差不超过1X10_2。
9.根据上述权利要求之一所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，相结构区域 (6)的有效折射率11& 与主区域(5)的有效折射率 #偏差至少1X10_3。
10.根据上述权利要求之一所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，相结构区域 (6)与半导体本体(10)的侧棱面(9)邻接。
11.根据权利要求10所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，第二相结构区域(6) 与半导体本体(10)的、同侧棱面(9)对置的第二侧棱面邻接。
12.根据上述权利要求之一所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，在相结构区域 (6)和主区域( 之间构建有过渡区域(7)，在该过渡区域中有效折射率以多个级变化或者 连续变化。
13.根据权利要求12所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，有效折射率在过渡 区域(7)中连续变化，其中有效折射率的梯度不超过0.01 μ πΓ1。
14.根据上述权利要求之一所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，第二覆盖层 (IB)在相结构区域(6)中设置有钝化层(15)。
15.根据权利要求14所述的边发射的半导体激光器，其特征在于，钝化层(1 包含氧 化硅、氮化硅或者氮氧化硅。
全文摘要
提出了一种边发射的半导体激光器，其具有带有波导区域(4)的半导体本体(10)，其中波导区域(4)具有设置在第一波导层(2A)与第二波导层(2B)之间的用于产生激光辐射的有源层(3)。波导区域(4)设置在第一覆盖层(1A)与第二覆盖层(1B)之间。半导体本体(10)具有主区域(5)和至少一个相结构区域(6)，在该相结构区域中构建有相结构，用于选择有源层(3)发射的激光辐射的横向模式。为了减少耦合损耗，相结构区域(6)设置在波导区域(4)之外或者通过如下区域(6)形成在该区域中引入掺杂剂或者产生混匀结构。
文档编号H01S5/20GK102113187SQ200980130080
公开日2011年6月29日 申请日期2009年5月20日 优先权日2008年5月30日
发明者乌韦·D·蔡纳, 汉斯-克里斯托弗·埃克斯坦, 沃尔夫冈·施密德 申请人:弗兰霍菲尔运输应用研究公司, 欧司朗光电半导体有限公司