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EP1989765A2 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number
EP1989765A2
EP1989765A2 EP07711169A EP07711169A EP1989765A2 EP 1989765 A2 EP1989765 A2 EP 1989765A2 EP 07711169 A EP07711169 A EP 07711169A EP 07711169 A EP07711169 A EP 07711169A EP 1989765 A2 EP1989765 A2 EP 1989765A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
semiconductor laser
laser device
pump radiation
vertical
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07711169A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schmid
Martin Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP1989765A2 publication Critical patent/EP1989765A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041—Optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor laser device having an optically pumped surface emitting vertical emitter and at least one monolithically integrated pump radiation source for optically pumping the vertical emitter.
  • the invention has for its object to provide a semiconductor laser device of the type mentioned with improved efficiency.
  • the semiconductor laser devices of the present invention comprise an optically pumped surface emitting vertical emitter emitting in a vertical main radiation direction and at least one monolithically integrated pump radiation source for optically pumping the A vertical emitter, wherein the pump radiation source emits pump radiation in a pump main radiation direction which is transverse to the vertical main radiation direction.
  • the semiconductor laser device is characterized in that at least one vertical section of the pump radiation source is designed to carry index-guiding pump radiation in a lateral direction transverse to the pump main radiation direction and transversely to the vertical main radiation direction.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the pump radiation source has a smaller width in at least one vertical section in a lateral direction transverse to the pump main radiation direction than in a further vertical section.
  • the vertical portion is used as a waveguide in the
  • Pump main radiation direction is executed, which has a limited in the lateral direction and in the vertical main radiation direction cross-section.
  • the pump radiation mode is not only forced out in the vertical direction, but also guided in the lateral direction.
  • the pump radiation sources is an edge-emitting laser.
  • a pump radiation source designed according to both features is also known as a narrow strip laser or ridge laser.
  • the cross section of the waveguide is rectangular or trapezoidal shaped.
  • this shaping process is relatively inexpensive to produce.
  • the waveguide in the pump main radiation direction may have a varying cross-sectional area.
  • the waveguide may end in the direction of the pump radiation in front of a resonator mirror of the pump radiation source, or be tapered or widened in the pump main radiation direction in front of the resonator mirror in the lateral direction. In this way, coupling and decoupling of the pump radiation at the resonator mirrors can be favorably influenced.
  • the pump radiation source has an active, radiation-generating pump radiation layer, and the waveguide is embodied in a region of the pump radiation source that is spaced apart from the pump radiation layer in the vertical direction.
  • the semiconductor laser device in the region of the pump radiation sources is partially removed and the waveguide is formed by an exposed semiconductor strip.
  • the waveguide is formed by semiconductor material with diffused dopants.
  • the waveguide preferably has a width which is less than 10 vacuum wavelengths of the pump radiation and, in particular, lies between 1 and 6 vacuum wavelengths of the pump radiation. More preferably, the waveguide in the vertical main radiation direction on an expansion between 1/5 and 4 vacuum wavelengths of the pump radiation. Geometric dimensions according to these features are particularly suitable for guiding and vertically extruding the pump radiation mode.
  • a passivation layer is provided on the pump radiation source, which is recessed in the region of the waveguide.
  • a contact layer is provided on the pump radiation source, which contacts the waveguide on a side parallel to the pump radiation layer and facing away from the latter. Achieved in this way, which is a Stromeinlessness in the
  • the pump radiation mode is advantageously as far away as possible from the contact layer.
  • a pump radiation mode is preferably formed in the pump main radiation direction, which has an intensity maximum within the pump radiation layer within the pump radiation source with an intensity falling outward from the intensity maximum radially in the plane spanned by the vertical main radiation direction and the lateral direction, the intensity within the waveguide being lower as at a comparable distance outside the waveguide.
  • the vertical emitter has at least one active
  • Radiation generating vertical emitter layer which is spaced in the vertical main radiation direction of the pump radiation layer. Particularly preferred is the
  • Pump radiation layer continues in the vertical emitter, and the pump radiation mode is extended within the vertical emitter in the vertical emitter direction such that the pump radiation mode overlaps in operation with the vertical emitter layer.
  • the vertical emitter layer and the pump radiation layer are vertically separated from one another, successively grown layers, there is great freedom in the choice of materials and sizing for these layers.
  • the wavelength of the pump radiation and the vertically emitted radiation can be set within wide limits, whereby a high pump efficiency can be achieved.
  • the vertical emitter layer and / or the pump radiation layer preferably each comprise at least one quantum layer.
  • the quantum layer can have quantum wells, quantum wires, quantum dots or combinations of these structures.
  • a quantum layer is thus a layer which is dimensioned or structured in such a way that a quantization of the charge carrier energy levels, for example by confinement, which is essential for the generation of radiation occurs.
  • the term quantum layer does not include any indication or limitation about the dimensionality of the quantization.
  • the pump radiation layer and the vertical emitter layer are arranged downstream of an internal resonator mirror structure, which is particularly preferably a Bragg reflector.
  • the internal resonator mirror structure is arranged between the vertical emitter layer and a substrate.
  • Vertical emitter layer generated radiation is coupled out on the opposite side of the substrate.
  • the radiation generated by the vertical emitter layer is decoupled by the substrate.
  • a coupling-out window is provided in the substrate for decoupling the radiation.
  • the vertical emitter layer is assigned an external mirror which, together with the internal resonator mirror structure, forms a resonator for the vertical emitter.
  • beam-shaping elements or frequency-selective elements or frequency-converting elements are arranged in the resonator.
  • the pump radiation source has a resonator with at least one end mirror.
  • two pump radiation sources arranged on opposite sides of the vertical emitter have a common resonator and together form a laser structure.
  • At least two pump radiation sources arranged parallel to one another are provided. It is particularly preferred that two pump radiation sources arranged parallel to one another have a common end mirror arrangement which consists of two end mirrors arranged at right angles to one another. Furthermore, it is particularly preferred that the two end mirrors are arranged so that the pump radiation undergoes total reflection at them. By an end mirror assembly in which total reflection occurs, can dispensed with a complex VerLiteung the end surfaces of the pump radiation source.
  • a plurality of pump radiation sources arranged in a star shape around the vertical emitter are provided. In this way, high-intensity pump radiation can be coupled into the vertical emitter, since a plurality of
  • Pump radiation sources can be used. Furthermore, the pump radiation in such an arrangement is advantageously directed almost radially symmetrically on the center of the vertical emitter, which favors the formation of laterally symmetric fundamental modes of the vertical emitter.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a first exemplary embodiment of a semiconductor laser device according to the invention
  • FIG. 2 shows three different sectional views of the first exemplary embodiment of the semiconductor laser device
  • FIG. 3 shows a production method of a semiconductor laser device according to the invention, illustrated by sectional views of the semiconductor laser device at different processing times;
  • Figure 4 is a schematic plan view of three
  • Embodiments of a semiconductor laser device according to the invention with parallel pump radiation sources are provided.
  • FIG. 5 detailed views of two embodiments of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of three further exemplary embodiments of a semiconductor laser device according to the invention with star-shaped pump radiation source arrangement.
  • FIG. 1 shows the top view of a semiconductor laser device comprising a central vertical emitter 1 and two pump radiation sources 2 arranged on opposite sides of the vertical emitter 1.
  • the surface of the pump radiation sources 2 have waveguides 13 extending parallel to one another, hatched in the figure, as raised regions.
  • FIG. 2 shows three cross-sectional views of the semiconductor laser device, in which FIG Cross-section along the registered in Figure 1 cross-sectional line AA is reproduced.
  • FIG. 2A As can be seen from FIG. 2A, FIG. 2A, FIG.
  • a buffer layer 4 is applied to a substrate 3, to which a pump radiation layer 5 and to this a further buffer layer 6 is applied.
  • a contact layer 8 is applied to the further buffer layer 6, which is partially separated from the further buffer layer 6 by a passivation layer 7 which is not visible in this illustration.
  • an etching stop layer is applied to the further buffer layer 6, followed by a vertical emission layer 10, which may comprise an alternating sequence of quantum layers and barrier layers.
  • a Bragg reflector 11 is applied on the vertical emission layer 10.
  • Vertical emitter 12 is coupled out of vertical emitter 1 in the exemplary embodiment shown by substrate 3. Not shown in the figure is an external resonator mirror, by means of which, together with the Bragg reflector 11, a resonator for the vertical radiation 12 is formed.
  • Suitable material systems for realizing the invention can be found in the group of III-V compound semiconductors.
  • the embodiment shown may, for example on the basis of In x Al y Ga] __ x _yAs, In x AIyGa ⁇ _ x _yN, In x AIyGa ⁇ _ x _yP or In x Ga ⁇ _ x ASYN] __ y with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l, O ⁇ x + y ⁇ l can be realized.
  • the invention is not limited to these material systems, but may be based on the desired wavelength or other requirement also based on another material system.
  • the pump radiation sources 2 are designed as edge-emitting, electrically pumped semiconductor lasers whose pump main radiation direction is parallel to the substrate 3 on the vertical emitter 1.
  • the end faces of the two pump radiation sources 2 facing away from the vertical emitter 1, lying parallel to one another, are designed to be mirror-like and serve as resonator mirrors for the pump radiation. These end surfaces can be advantageously produced by gaps along a crystal direction or else by an etching process and optionally mirrored in a highly reflective manner.
  • both pump radiation sources 2 form a single, coherently oscillating laser.
  • the pump radiation layer 5 can be realized by a single optically active quantum layer.
  • the pump radiation layer 5 may be formed by a layer sequence comprising quantum layers separated by barrier layers.
  • the quantum layer is understood to be any layer which, due to its dimensioning or structuring, causes a quantization of the charge carrier energy levels.
  • the quantum layer may form a two-dimensional quantum well or contain lower dimensional structural elements such as quantum wells, quantum wires or quantum dots or combinations of these structures.
  • the pump radiation undergoes diffraction by the resulting refractive index difference in the transition to the vertical emitter 1 within the vertical emitter 1 and propagates in the vertical direction, so that the pump radiation field is superimposed on the vertical emission layer and thereby the optical emission layer 10 is optically pumped as the optically active layer of the vertical emitter 1.
  • the pump radiation can be absorbed either in the barrier layers arranged between the quantum layers of the vertical emission layer 10 (barrier layer pumps) or directly in the quantum layers (quantum layer pumps).
  • the absorption of the pump radiation leads to the generation of electron-hole pairs which, if appropriate after diffusion into the quantum layers, occupy in the sequence energetically higher states of the quantum layers, so that a population inversion arises. By means of this population inversion, the vertical radiation 12 is generated.
  • the vertical radiation 12 is coupled out through the substrate 3. If the substrate 3 for the wavelength of the vertical radiation 12 is not transparent, or absorption losses in the substrate are so great that they can not be tolerated, a window may be provided in the substrate 3 in the region of the vertical emitter 1.
  • a layer structure is also conceivable in which the Bragg reflector 11 is applied to the substrate 3 and the vertical radiation 12 is coupled out on the opposite side of the substrate of the semiconductor laser device.
  • the cross section according to the section line B-B is represented by the pump radiation source 2. It can be seen in cross-section that the width of the pump radiation source in the lateral direction transverse to the pump main radiation direction is smaller in an upper, first vertical section than in the lower, further vertical section. This is achieved by structuring the further buffer layer 6.
  • three parallel waveguides 13 are thus formed, which form reduced sections in their width.
  • the number of waveguides 13 is limited in any way up or down.
  • the number of three waveguides 13 is chosen only as an example.
  • the further buffer layer 6 is covered by the passivation layer 7, with the exception of the upper side of the waveguides 13.
  • the contact layer 8 is applied to the further buffer layer 6 or the passivation layer 7, so that the contact layer 8 directly adjoins the upper side of the waveguide 13, but otherwise is separated from the further barrier layer 6 by the passivation layer 7.
  • the pump radiation generated during operation of the pump radiation sources 2 is characterized in its lateral intensity distribution by the pump radiation modes 15a shown.
  • the current required to operate the pump radiation sources is introduced by the waveguides 13 and, on the other hand, a guide of the pump radiation in the lateral direction Direction and an influence of the mode geometry in the vertical direction reached.
  • the waveguides 13 have a limited extent in the lateral direction for this purpose. In the lateral direction, the waveguide 13 is so narrow in relation to the wavelength of the pumping radiation that the pumping radiation mode 15a can not form or only to a limited extent within the waveguide 13.
  • a width of the waveguide 13 between 500 nm and 5000 nm to achieve this effect is particularly suitable.
  • the height of the waveguide 13 in the vertical direction is preferably between 100 nm and 2000 nm. If the height is too low, the effect of the vertical mode displacement according to the invention is not optimal; if it is too high, ohmic losses in the current injection reduce the efficiency of the pump radiation sources. The optimum height of the waveguide 13 is to be determined as a compromise of these two effects.
  • the most favorable distance of the waveguide 13 to the pump radiation layer 5 is dependent on both parameters, height and width, of the waveguide 13. Under certain circumstances, the waveguide 13 may reach its underside as far as the pump radiation layer 5.
  • the waveguide 13 is formed by structuring the further buffer layer 6 in the form of a ridge.
  • the waveguide 13 can also be designed without refractive index differences within the layer material even without topological structuring of the further buffer layer 6. Regions with different refractive indices can be generated, for example, by laterally selective diffusion or ion implantation of dopants, or by wet thermal oxidation.
  • the vertical emitter 1 is shown in cross section (section C-C).
  • the cross section C-C shows the intensity distribution of the pump radiation during operation as pump radiation modes 15b.
  • FIG. 3 shows a production method for a semiconductor laser device with reference to cross sections through the pump radiation source 2 (analogous to the cross section BB from FIG. 2B) at different points in time in the production process.
  • the exemplary embodiment of the semiconductor laser device shown differs from that shown in FIGS. 1 and 2 in that only one waveguide 13 is provided, which here serves in particular for simpler representation.
  • Semiconductor laser device ie vertical emitter 1 and pump radiation sources 2, initially created in a common epitaxial process.
  • problems in the transition region between pump radiation sources 2 and vertical emitter 1 grain boundaries, increased defect density, offset of corresponding layers to each other
  • the semiconductor laser device After epitaxy, the semiconductor laser device thus has the same layer structure in the region of the pump radiation sources 2 as in the region of the vertical emitter 1. This layer structure has already been described in connection with the upper part of FIG. 2 and is reproduced again in FIG. 3A.
  • the semiconductor laser device is then removed laterally selectively in the region of the pump radiation sources 2 except for the further barrier layer 6. This is preferably carried out in an etching process.
  • the etching stop layer 9 is provided on the further barrier layer 6, said etching stop layer 9 being provided opposite to the inserted one Etching process is resistant.
  • the etching stop layer 9 is in turn removed by a suitable process, thus exposing the further buffer layer 6 (FIG. 3C).
  • parallel depressions are etched into the further buffer layer 6. This can be done, for example, using an etching mask.
  • the depth of the trenches is then defined via the process parameters during the etching. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 2B and 3, the trenches do not extend to the pump radiation layer 5 in their depth. In an alternative embodiment, however, it is also conceivable to make the trenches so deep that the further buffer layer 6 and the pump radiation layer 5 underneath are completely severed by the trenches. The trenches then extend into the buffer layer 4.
  • other method steps for structuring are conceivable for etching, for example removal of the further buffer layer 6 by ion sputtering.
  • the (or in other embodiments the) non-worn parallel ridges form the waveguide or waveguides 13 (FIG. 3D).
  • the surface of the pump radiation sources 2 is provided with the passivation layer 7, with the exception of the upper side of the waveguides 13 (FIG. 3E).
  • This passivation layer 7 can be formed either by anoxidizing the surface of the further buffer layer 6 in the corresponding regions or by applying a corresponding non-conductive layer. Since this does not need to be crystalline, it is not subject to a strictly controllable epitaxial growth process and can be applied in a simple manner, for example by a CVD process (chemical vapor deposition), a sputtering process or in a vapor deposition process.
  • the surface of the pump radiation sources is exposed to a dopant which diffuses into the regions of the surface not covered by the passivation layer 7, ie the waveguides 13, so that a doped region 14 is formed (FIG. 3F).
  • the dopant can be deliberately introduced by ion implantation or a sputtering process.
  • the contact layer 8 usually a metal layer, is applied by vapor deposition (FIG. 3G).
  • FIG. 4 shows the plan view of three further exemplary embodiments of a semiconductor laser device according to the invention.
  • pump radiation sources 2 arranged parallel to one another are provided around a vertical emitter 1 on two opposite sides.
  • the waveguides 13 are outlined.
  • four parallel waveguides 13 are provided.
  • the resonator mirrors 16 may be formed either by cleaving the semiconductor crystal or by an etching process, preferably a plasma etch process. In each case two opposite pump radiation sources 2 are coupled by a common resonator. The pump radiation sources 2 are in the lateral direction transverse to their pump main radiation direction and across the
  • the vertical emitter 1 is pumped more strongly in its center than in its periphery. In this way, a lateral ground-modem emission of the vertical emitter 1 is advantageously excited.
  • FIG. 4B differs from that shown in FIG. 4A by the embodiment of the resonator mirrors 16.
  • a common one for the four pump radiation sources 2 arranged on one side of the vertical emitter 1, a common one
  • Resonator mirror assembly 17 consisting of two mutually perpendicular mirror surfaces provided. Such a mirror arrangement is also known as a retroreflector.
  • the design of the resonator mirrors as retroreflectors offers the advantage that total reflection occurs at both mirror surfaces, which results in a complex mirror coating with a highly reflective material or a dielectric Layer stack can be dispensed with.
  • each adjacent pump radiation sources 2 are coupled to a ring laser.
  • FIG. 5 shows two embodiments of a semiconductor laser device according to FIG. 4C.
  • the waveguides 13 are brought in a constant cross-section as far as the resonator mirrors, the pump radiation in a laterally narrow mode distribution leaves the waveguide region through the waveguide 13.
  • a very exact mirror adjustment is necessary in order to emit the light emerging from a pump radiation source 2
  • Pumping radiation effectively into another pump radiation source 2 with a common resonator is shared, couple.
  • the fact that the waveguides 13 are changed in their cross section in a region in front of the end mirror arrangement which can be done both by tapering (FIG. 5A) or broadening (FIG. 5B), widens the lateral mode distribution of the pump radiation and thus improves the coupling-in efficiency. This effect can be assisted by the waveguides 13 already ending in front of the common resonator mirror arrangement 17.
  • FIG. 6 shows three further embodiments of a semiconductor laser device according to the invention in plan view.
  • a central vertical emitter 1 is optically pumped by star-shaped pump radiation sources 2.
  • high-intensity pumping radiation can be introduced into the vertical emitter 1.
  • this arrangement favors the formation of a laterally grounded emission of the vertical emitter 1.
  • two opposite pump radiation sources 2 form a common laser structure, wherein the end faces of the pump radiation sources 2 facing away from the vertical emitter 1 are designed as resonator mirrors 16.
  • the resonator mirrors 16 are created in this case by an etching process, since suitable crystal facets are usually not present in the necessary orientation variety.
  • a common, circular resonator mirror 18 may be provided. This embodiment is easier to implement in terms of process technology, but undesired ring resonances can occur.
  • absorber structures 19 for preventing such ring resonances are provided in the intermediate region between the pump radiation sources 2.
  • These absorber structures can be formed, for example, by V-shaped trenches etched into the semiconductor laser device, the surface of which is provided with an absorbing material, for example a metal.
  • the absorbing layer is electrically separated from the semiconductor laser device by a thin insulating layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem optisch gepumpten oberflächenemittierenden Vertikalemitter (1), der in einer Vertikalhauptstrahlungsrichtung emittiert, und mindestens einer monolithisch integrierten Pumpstrahlungsquelle (2) zum optischen Pumpen des Vertikalemitters (1), wobei die Pumpstrahlungsquelle in einer Pumphauptstrahlungsrichtung, die quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung verläuft, Pumpstrahlung emittiert. Die Halbleiterlaservorrichtung zeichnet sich gemäß einer ersten Ausführung dadurch aus, dass zumindest ein vertikaler Abschnitt der Pumpstrahlungsquelle (2) in einer Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung und quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung indexführend für Pumpstrahlung ausgeführt ist. In einer zweiten Ausführung ist die Halbleiterlaservorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquelle (2) in zumindest einem vertikalen Abschnitt in einer Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung eine geringere Breite aufweist als in einem weiteren vertikalen Abschnitt. Es wird auf diese Weise bei geeigneter Dimensionierung erreicht, dass Moden der Pumpstrahlung ganz oder zumindest teilweise in vertikaler Richtung aus diesem Abschnitt gedrängt wird, wodurch Absorptionsverluste der Pumpstrahlung an leitenden Schichten verringert werden können.

Description

Beschreibung
Halbleiterlaservorrichtung
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 102006009237.6 und 102006011284.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem optisch gepumpten oberflächenemittierenden Vertikalemitter und mindestens einer monolithisch integrierten Pumpstrahlungsquelle zum optischen Pumpen des Vertikalemitters .
Mit optisch gepumpten vertikal emittierenden Halbleiterlaservorrichtungen lassen sich hohe Ausgangsleistungen bei gleichzeitig hoher Strahlqualität verwirklichen. Durch monolithisch integrierte Pumpstrahlungsquellen kann ein kompakter Aufbau erreicht werden .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterlaservorrichtung der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Effizienz zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch Halbleiterlaservorrichtungen gemäß Patentanspruch 1 oder 2 gelöst .
Die erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtungen weisen einen optisch gepumpten oberflächenemittierenden Vertikalemitter, der in einer Vertikalhauptstrahlungsrichtung emittiert, und mindestens eine monolithisch integrierte Pumpstrahlungsquelle zum optischen Pumpen des Vertikalemitters, wobei die Pumpstrahlungsquelle in einer Pumphauptstrahlungsrichtung, die quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung verläuft, Pumpstrahlung emittiert, auf. In einer ersten Lösung ist die Halbleiterlaservorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vertikaler Abschnitt der Pumpstrahlungsquelle in einer Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung und quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung indexführend für Pumpstrahlung ausgeführt ist. In einer zweiten Lösung ist die Halbleiterlaservorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquelle in zumindest einem vertikalen Abschnitt in einer Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung eine geringere Breite aufweist als in einem weiteren vertikalen Abschnitt.
In die Effizienz der Halbleiterlaservorrichtung als Gesamtsystem gehen der. Wirkungsgrad der einzelnen Komponenten als Faktoren ein. Für eine hohe Effizienz der Halbleiterlaservorrichtung sind somit Pumpstrahlungsquellen mit möglichst hohem Wirkungsgrad unerlässlich. Um den für den Betrieb benötigten Stromfluss in den Pumpstrahlungsquellen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dass alle Strom führenden Schichten hoch dotiert sind und über in der Regel metallische Kontaktschichten gut kontaktiert werden. Pumpstrahlung, die durch oder nah benachbart zu einer leitenden Schicht geführt wird, erfährt dort jedoch hohe Absorptionsverluste. Durch Indexführung oder Verringerung der Breite der Pumpstrahlungsquelle in der Lateralrichtung in dem zumindest einem vertikalen Abschnitt wird bei geeigneter Dimensionierung erreicht, dass Moden der Pumpstrahlung ganz oder zumindest teilweise in vertikaler Richtung aus diesem Abschnitt gedrängt werden. Durch das vertikale Herausdrängen aus diesem Abschnitt kann vorteilhafterweise eine Vergrößerung des Abstands der Pumpstrahlungsmode zu leitenden Schichten, z.B. einer Kontaktschicht, erreicht werden. Auf diese Weise werden Absorptionsverluste verringert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der vertikale Abschnitt als Wellenleiter in der
Pumphauptstrahlungsrichtung ausgeführt ist, der einen in der Lateralrichtung und in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung begrenzten Querschnitt aufweist. Dadurch wird die Pumpstrahlungsmode nicht nur in vertikaler Richtung herausgedrängt, sondern auch in Lateralrichtung geführt. Besonders bevorzugt ist die Pumpstrahlungsquellen ein kantenemittierender Laser. Eine gemäß beider Merkmale ausgeführte Pumpstrahlungsquelle ist auch als Schmalstreifenlaser oder Ridge-Laser bekannt.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Wellenleiters dabei rechteckförmig oder trapezförmig geformt ist. Ein' Wellenleiter dieser Formgebung ist prozesstechnisch relativ unaufwendig herstellbar. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Wellenleiter in Pumphauptstrahlungsrichtung eine variierende Querschnittsfläche aufweisen. Beispielsweise kann der Wellenleiter in Richtung der Pumpstrahlung vor einem Resonatorspiegel der Pumpstrahlungsquelle enden, oder in Pumphauptstrahlungsrichtung vor dem Resonatorspiegel in der Lateralrichtung verjüngt oder verbreitert ausgeführt sein. Auf diese Weise kann ein Ein- und Auskoppeln der Pumpstrahlung an den Resonatorspiegeln günstig beeinflusst werden. Vorzugsweise weist die Pumpstrahlungsquelle eine aktive, Strahlungserzeugende Pumpstrahlungsschicht auf und der Wellenleiter ist in einem Bereich der Pumpstrahlungsquelle ausgeführt, der in der vertikaler Richtung von der Pumpstrahlungsschicht beabstandet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Halbleiterlaservorrichtung im Bereich der Pumpstrahlungsquellen teilweise abgetragen und der Wellenleiter wird durch einen freigelegten Halbleiterstreifen gebildet. In einer anderen Ausgestaltung wird der Wellenleiter durch Halbleitermaterial mit eindiffundierten Dotierstoffen gebildet. Beide Ausführungsformen erlauben, die gesamte Halbleiterlaservorrichtung, also Vertikalemitter und Pumpstrahlungsquelle oder -quellen, zunächst in einem Epitaxieschritt (so genannte Einschritt-Epitaxie) herzustellen und danach eine Strukturierung der Wellenleiter im Bereich der Pumpstrahlungsquellen vorzunehmen. Durch die Einschritt-Epitaxie werden Übergangsverluste durch Korngrenzen oder andere Wachstumseffekte am Übergang von Pumpstrahlungsquellen zum Vertikalemitter verhindert.
Bevorzugt weist der Wellenleiter in der Lateralrichtung eine Breite auf, die kleiner als 10 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung ist und insbesondere zwischen 1 und 6 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung liegt. Weiter bevorzugt weist der Wellenleiter in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung eine Ausdehnung zwischen 1/5 und 4 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung auf. Geometrische Abmessungen gemäß dieser Merkmale sind besonders zur Führung und dem vertikalen Herausdrängen der Pumpstrahlungsmode geeignet . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Pumpstrahlungsquelle eine Passivierungsschicht vorgesehen, die im Bereich des Wellenleiters ausgespart ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist auf der Pumpstrahlungsquelle eine Kontaktschicht vorgesehen, die den Wellenleiter auf einer zur Pumpstrahlungsschicht parallelen und von dieser abgewandten Seite kontaktiert. Auf diese Weise erreicht, das eine Stromeinprägung in die
Pumpstrahlungsquellen nur durch die Wellenleiter erfolgt. Die Pumpstrahlungsmode ist vorteilhafterweise möglichst weit von der Kontaktschicht entfernt.
Bevorzugt ist im Betrieb eine Pumpstrahlungsmode in der Pumphauptstrahlungsrichtung ausgebildet, die innerhalb der Pumpstrahlungsquelle ein Intensitätsmaximum innerhalb der Pumpstrahlungsschicht aufweist mit einer von dem Intensitätsmaximum radial in der von der Vertikalhauptstrahlungsrichtung und der Lateralrichtung aufgespannten Ebene nach außen abfallenden Intensität, wobei die Intensität innerhalb des Wellenleiters geringer ist als in vergleichbarem Abstand außerhalb des Wellenleiters .
In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weist der Vertikalemitter mindestens eine aktive
Strahlungserzeugende Vertikalemitterschicht auf, die in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung von der Pumpstrahlungsschicht beabstandet ist. Besonders bevorzugt ist die
Pumpstrahlungsschicht in den Vertikalemitter fortgesetzt, und die Pumpstrahlungsmode ist innerhalb des Vertikalemitters in Vertikalemitterrichtung derart ausgedehnt, dass die Pumpstrahlungsmode im Betrieb mit der Vertikalemitterschicht überlappt. Dadurch, dass die Vertikalemitterschicht und die Pumpstrahlungsschicht vertikal voneinander getrennte, nacheinander aufgewachsene Schichten sind, ist eine große Freiheit bezüglich der Wahl der Materialien und Dimensionierung für diese Schichten gegeben. Dadurch kann die Wellenlänge der Pumpstrahlung sowie der vertikal emittierten Strahlung in weiten Grenzen eingestellt werden, wodurch eine hohe Pumpeffizienz erreichbar ist.
Bevorzugt umfassen die Vertikalemitterschicht und/oder die Pumpstrahlungsschicht jeweils mindestens eine Quantenschicht. Die Quantenschicht kann dabei in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Quantentröge , Quantendrähte, Quantenpunkte oder Kombinationen dieser Strukturen aufweisen.
Eine Quantenschicht ist im Rahmen der Erfindung somit eine Schicht, die so dimensioniert oder strukturiert ist, dass eine für die Strahlungserzeugung wesentliche Quantisierung der Ladungsträger-Energieniveaus , zum Beispiel durch Einschluss (confinement) , auftritt. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantenschicht keine Angabe oder Einschränkung über die Dimensionalität der Quantisierung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Pumpstrahlungsschicht und der Vertikalemitterschicht in vertikaler Richtung eine interne Resonator-Spiegelstruktur nachgeordnet, welche besonders bevorzugt ein Bragg-Reflektor ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die interne Resonator-Spiegelstruktur zwischen der Vertikalemitterschicht und einem Substrat angeordnet . Die von der
Vertikalemitterschicht erzeugte Strahlung wird auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite ausgekoppelt. Alternativ ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die interne Resonator-Spiegelstruktur einem Substrat und der Vertikalemitterschicht nachgeordnet. Die von der Vertikalemitterschicht erzeugte Strahlung wird durch das Substrat ausgekoppelt. Besonders bevorzugt ist zur Auskopplung der Strahlung ein Auskoppelfenster im Substrat vorgesehen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Vertikalemitterschicht ein externer Spiegel zugeordnet, der zusammen mit der internen Resonator-Spiegelstruktur einen Resonator für den Vertikalemitter bildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Resonator strahlformende Elemente oder frequenzselektive Elemente oder frequenzkonvertierende Elemente angeordnet .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Pumpstrahlungsquelle einen Resonator mit mindestens einem Endspiegel auf. Bevorzugt weisen zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters angeordnete Pumpstrahlungsquellen einen gemeinsamen Resonator auf und bilden zusammen eine Laserstruktur.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Pumpstrahlungsquellen vorgesehen. Besonders bevorzugt ist, dass zwei parallel nebeneinander angeordnete Pumpstrahlungsquellen eine gemeinsame Endspiegelanordnung aufweisen, die aus zwei Endspiegeln besteht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Weiter ist besonders bevorzugt, dass die beiden Endspiegel so angeordnet sind, dass die Pumpstrahlung an ihnen Totalreflexion erfährt. Durch eine Endspiegelanordnung, bei der Totalreflexion auftritt, kann auf eine aufwändige Verspiegelung der Endflächen der Pumpstrahlungsquelle verzichtet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, sternförmig um den Vertikalemitter angeordnete Pumpstrahlungsquellen vorgesehen. Auf diese Weise kann Pumpstrahlung mit hoher Intensität in den Vertikalemitter eingekoppelt werden, da eine Vielzahl von
Pumpstrahlungsquellen eingesetzt werden kann. Weiterhin ist die Pumpstrahlung in einer solchen Anordnung vorteilhafterweise nahezu radialsymmetrisch auf das Zentrum des Vertikalemitters gerichtet, was die Ausbildung von lateral symmetrischen Grundmoden des Vertikalemitters begünstigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden in Verbindung mit den in den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt :
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung,
Figur 2 drei verschiedene Schnittansichten des ersten Ausführungsbeispiels der Halbleiterlaservorrichtung,
Figur 3 ein Herstellungsverfahren einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung, dargestellt anhand von Schnittansichten der Halbleiterlaservorrichtung zu verschiedenen ProzessierungsZeitpunkten, Figur 4 eine schematische Draufsicht auf drei
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit parallelen Pumpstrahlungsquellen,
Figur 5 Detailansichten zweier Ausführungsformen des
Ausführungsbeispiels aus Figur 4C mit verschiedenen Wellenleiterformgebungen im Endspiegelbereich der Pumpstrahlungsquellen und
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf drei weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit sternförmiger Pumpstrahlungsquellenanordnung .
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit demselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind schematische Zeichnungen. Insbesondere sind die Größenverhältnisse der Elemente nicht maßstabsgerecht dargestellt .
Figur 1 zeigt die Draufsicht auf eine Halbleiterlaservorrichtung, die einen zentralen Vertikalemitter 1 sowie zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters 1 angeordnete Pumpstrahlungsquellen 2 umfasst. Die Oberfläche der Pumpstrahlungsquellen 2 weisen dabei parallel zueinander verlaufende, in der Figur schraffiert dargestellte, Wellenleiter 13 als erhabene Bereiche auf .
In Figur 2 sind drei Querschnittsansichten der Halbleiterlaservorrichtung dargestellt, wobei in Figur 2A der Querschnitt entlang der in Figur 1 eingetragenen Querschnittslinie A-A wiedergegeben ist.
Wie aus Figur 2A ersichtlich, weist die
Halbleiterlaservorrichtung den folgenden Schichtaufbau auf . Auf einem Substrat 3 ist eine Pufferschicht 4, auf diese eine Pumpstrahlungsschicht 5 und auf diese eine weitere Pufferschicht 6 aufgebracht. Im Bereich der Pumpstrahlungsquelle 2 ist auf die weitere Pufferschicht 6 eine Kontaktschicht 8 aufgebracht, die teilweise von der weitere Pufferschicht 6 durch eine in dieser Darstellung nicht sichtbare Passivierungsschicht 7 getrennt ist. Im Bereich des Vertikalemitters 1 ist auf die weitere Pufferschicht 6 eine Ätzstoppschicht aufgebracht, gefolgt von einer Vertikalemissionsschicht 10, die eine alternierende Abfolge von Quantenschichten und Barriereschichten umfassen kann. Auf die Vertikalemissionsschicht 10 ist ein Bragg- Reflektor 11 aufgebracht. Aus dem Vertikalemitter 1 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch das Substrat 3 Vertikalstrahlung 12 ausgekoppelt. In der Figur nicht gezeigt ist ein externer Resonatorspiegel, durch den zusammen mit dem Bragg-Reflektor 11 ein Resonator für die Vertikalstrahlung 12 gebildet wird.
Geeignete Materialsysteme zur Realisierung der Erfindung finden sich in der Gruppe der III-V Verbindungshalbleiter. Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auf Basis des InxAlyGa]__x_yAs, InxAIyGa^_x_yN, InxAIyGa^_x_yP oder InxGa^_xASyN]__y mit O≤x≤l, O≤y≤l, O≤x+y≤l realisiert werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Materialsysteme beschränkt, sondern kann je nach gewünschter Wellenlänge oder sonstige Anforderung auch auf Basis eines anderen Materialsystems aufgebaut sein. Die Pumpstrahlungsquellen 2 sind als kantenemittierende, elektrisch gepumpte Halbleiterlaser ausgeführt, deren Pumphauptstrahlungsrichtung parallel zum Substrat 3 auf dem Vertikalemitter 1 zeigt. Die von dem Vertikalemitter 1 abgewandten, parallel zueinander liegenden Endflächen der beiden sich gegenüberliegenden Pumpstrahlungsquellen 2 sind spiegelnd ausgebildet und dienen als Resonatorspiegel für die Pumpstrahlung. Diese Endflächen können vorteilhafterweise durch Spalten entlang einer Kristallrichtung oder aber auch durch einen Ätzprozess erzeugt sein und optional hochreflektierend verspiegelt sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bilden beide Pumpstrahlungsquellen 2 einen einzigen, kohärent schwingenden Laser.
Die Pumpstrahlungsschicht 5 kann beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, durch eine einzelne optisch aktive Quantenschicht realisiert werden. Alternativ kann die Pumpstrahlungsschicht 5 durch eine Schichtabfolge gebildet werden, die durch Barriereschichten getrennte Quantenschichten umfasst.
Wie bereits weiter oben erläutert, ist als Quantenschicht im Rahmen der Anmeldung dabei jede Schicht zu verstehen, die durch ihre Dimensionierung oder Strukturierung eine Quantisierung der Ladungsträger-Energieniveaus bedingt. Die Quantenschicht kann einen zweidimensionalen Quantentopf bilden oder strukturelle Elemente mit niedrigerer Dimensionalität wie Quantentröge , Quantendrähte oder Quantenpunkte oder Kombinationen dieser Strukturen enthalten.
Zum Betrieb der Halbleiterlaservorrichtung werden über die Kontaktschicht 8 und eine weitere, hier nicht gezeigte Kontaktschicht auf dem Substrat 3 Ladungsträger in die Pumpstrahlungsquellen 2 injiziert, die in der Pumpstrahlungsschicht 5 strahlend rekombinieren, wodurch die Pumpstrahlung aufgebaut wird.
An die weitere Pufferschicht 6 grenzen im Vertikalemitter 1 und in den Pumpstrahlungsquellen 2 unterschiedliche Schichten an. Die Pumpstrahlung erfährt durch den resultierenden Brechungszahlenunterschied beim Übergang in den Vertikalemitter 1 innerhalb des Vertikalemitters 1 Beugung und breitet sich in vertikaler Richtung aus, so dass das Pumpstrahlungsfeld mit der Vertikalemissionsschicht überlagert und dadurch die Vertikalemissionsschicht 10 als optisch aktive Schicht des Vertikalemitters 1 optisch gepumpt wird. Die Pumpstrahlung kann dabei entweder in den zwischen den Quantenschichten der Vertikalemissionsschicht 10 angeordneten Barriereschichten absorbiert werden (Barriereschichtpumpen) oder direkt in den Quantenschichten (Quantenschichtpumpen) . Die Absorption der Pumpstrahlung führt zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren, die, gegebenenfalls nach Diffusion in die Quantenschichten, in der Folge energetisch höher liegende Zustände der Quantenschichten besetzen, so dass eine Besetzungsinversion entsteht. Mittels dieser Besetzungsinversion wird die Vertikalstrahlung 12 generiert.
Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Vertikalstrahlung 12 durch das Substrat 3 ausgekoppelt. Falls das Substrat 3 für die Wellenlänge der Vertikalstrahlung 12 nicht transparent ist, beziehungsweise Absorptionsverluste im Substrat so groß sind, dass sie nicht toleriert werden können, kann im Bereich des Vertikalemitters 1 ein Fenster im Substrat 3 vorgesehen sein. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch ein Schichtaufbau denkbar, bei dem der Bragg-Reflektor 11 auf das Substrat 3 aufgebracht ist und die Vertikalstrahlung 12 auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Halbleiterlaservorrichtung ausgekoppelt wird.
In Figur 2B ist der Querschnitt gemäß der Schnittlinie B-B durch die Pumpstrahlungsquelle 2 dargestellt. Im Querschnitt ist ersichtlich, dass die Breite der Pumpstrahlungsquelle in der Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung in einem oberen, ersten vertikalen Abschnitt geringer ist als im unteren, weiteren vertikalen Abschnitt. Erreicht wird dieses durch eine Strukturierung der weiteren Pufferschicht 6. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden so drei parallele Wellenleiter 13 geformt, die in ihrer Breite reduzierten Abschnitte bilden. Die Anzahl der Wellenleiter 13 ist dabei in keiner Weise nach oben oder unten beschränkt. Die Anzahl von drei Wellenleitern 13 ist lediglich als Beispiel gewählt. Die weitere Pufferschicht 6 ist mit Ausnahme der Oberseite der Wellenleiter 13 von der Passivierungsschicht 7 bedeckt. Auf die weitere Pufferschicht 6 beziehungsweise die Passivierungsschicht 7 ist die Kontaktschicht 8 aufgebracht, so dass die Kontaktschicht 8 an die Oberseite der Wellenleiter 13 direkt angrenzt, ansonsten jedoch von der weiteren Barriereschicht 6 durch die Passivierungsschicht 7 getrennt ist. Die im Betrieb der Pumpstrahlungsquellen 2 erzeugte Pumpstrahlung ist in ihrer lateralen Intensitätsverteilung durch die eingezeichneten Pumpstrahlungsmoden 15a charakterisiert.
Durch die Wellenleiter 13 wird einerseits der zum Betrieb der Pumpstrahlungsquellen benötigte Strom eingebracht und andererseits eine Führung der Pumpstrahlung in lateraler Richtung sowie eine Beeinflussung der Modengeometrie in vertikaler Richtung erreicht. Die Wellenleiter 13 weisen zu diesem Zweck eine begrenzte Ausdehnung in der Lateralrichtung auf . In Lateralrichtung ist der Wellenleiters 13 im Verhältnis zur Wellenlänge der Pumpstrahlung so schmal, dass sich die Pumpstrahlungsmode 15a nicht oder nur eingeschränkt innerhalb des Wellenleiters 13 ausbilden kann. In Figur 2B
(Schnitt B-B) ist dieser Effekt an der unsymmetrischen, im oberen Bereich gestauchten Modengeometrie erkennbar. Die Intensität der Pumpstrahlung wird so insbesondere in der Nähe der Kontaktschicht 8 sowie dem dotierten Bereich des Wellenleiters 13 abgesenkt, wodurch Absorptionverluste vermindert werden. Für typische Pumpstrahlungswellenlängen
(Vakuumwellenlänge) im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 800 nm ist eine Breite des Wellenleiters 13 zwischen 500 nm und 5000 nm zur Erzielung dieses Effekts besonders geeignet .
Die Höhe des Wellenleiters 13 in vertikaler Richtung liegt vorzugsweise zwischen 100 nm und 2000 nm. Bei zu geringer Höhe ist der erfindungsgemäße Effekt der vertikalen Modenverdrängung nicht optimal ausgeprägt, bei zu großer Höhe vermindern ohmsche Verluste in der Stromeinprägung die Effizienz der Pumpstrahlungsquellen. Die optimale Höhe des Wellenleiters 13 ist als Kompromiss dieser beiden Effekte zu ermitteln.
Der günstigste Abstand des Wellenleiters 13 zu der Pumpstrahlungsschicht 5 ist von beiden Parametern, Höhe und Breite, des Wellenleiters 13 abhängig. Der Wellenleiter 13 kann unter Umständen mit seiner Unterseite bis an die Pumpstrahlungsschicht 5 heranreichen. In der gezeigten Ausführungsform wird der Wellenleiter 13 durch eine Strukturierung der weiteren Pufferschicht 6 in Form eines Walls (Ridge) gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wellenleiter 13 auch ohne eine topologische Strukturierung der weiteren Pufferschicht 6 nur durch Brechungszahlenunterschiede innerhalb des Schichtmaterials ausgeführt sein. Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes können beispielsweise durch lateral selektive Eindiffusion oder Ionenimplantation von Dotierstoffen erzeugt werden oder durch feuchtthermische Oxidation.
In Figur 2 ist der Vertikalemitter 1 im Querschnitt dargestellt (Schnitt C-C) . Neben den bereits im oberen Teil der Figur angegebenen Schichtaufbau zeigt der Querschnitt C-C die sich im Betrieb ergebene Intensitätsverteilung der Pumpstrahlung als Pumpstrahlungsmoden 15b.
Gegenüber der Pumpmode 15a innerhalb der Pumpstrahlungsquelle 2 zeigt sich insbesondere eine vertikale Ausdehnung der Pumpmode 15b bis in die Vertikalemissionsschichten 10. Die vertikale Propagation der Pumpstrahlung beruht auf dem bereits oben erwähnten Brechungszahlenunterschied durch die unterschiedliche Schichtenabfolge im Vertikalemitter 1 und der daraus resultierenden Beugung, die die Pumpstrahlung beim Übergang in den Vertikalemitter 1 erfährt. Darüber hinaus ist der Wellenleiter 13 nicht in den Vertikalemitter 1 fortgesetzt, so dass, anders als innerhalb der Pumpstrahlungsquellen, die Pumpmode innerhalb des Vertikalemitters 1 in ihrer vertikalen Ausbreitung keiner Einschränkung durch den Wellenleiter 13 unterliegt. In Figur 3 ist ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservorrichtung anhand von Querschnitten durch die Pumpstrahlungsquelle 2 (analog zum Querschnitt B-B aus Figur 2B) zu verschiedenen Zeitpunkten des Herstellungsprozesses dargestellt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung unterscheidet sich von dem in den Figur 1 und 2 dargestellten dadurch, dass nur ein Wellenleiter 13 vorgesehen ist, was hier insbesondere der einfacheren Darstellung dient.
Vorteilhafterweise wird die gesamte
Halbleiterlaservorrichtung, also Vertikalemitter 1 sowie Pumpstrahlungsquellen 2, zunächst in einem gemeinsamen epitaktischen Prozess erstellt. Abgesehen davon, dass dadurch der Herstellungsprozess vereinfacht wird, lassen sich Probleme im Übergangsbereich zwischen Pumpstrahlungsquellen 2 und Vertikalemitter 1 (Korngrenzen, erhöhte Defektdichte, Versatz korrespondierender Schichten zueinander) , die in einem Zweischritt-Epitaxieprozess unvermeidlich wären, umgehen. Nach der Epitaxie weist die Halbleiterlaservorrichtung somit im Bereich der Pumpstrahlungsquellen 2 den gleichen Schichtaufbau auf wie im Bereich des Vertikalemitters 1. Dieser Schichtaufbau wurde im Zusammenhang mit dem oberen Teil von Figur 2 bereits beschrieben und ist in Figur 3A nochmals wiedergegeben.
Lateral selektiv wird daraufhin im Bereich der Pumpstrahlungsquellen 2 die Halbleiterlaservorrichtung bis auf die weitere Barriereschicht 6 abgetragen. Dieses wird vorzugsweise in einem Ätzprozess durchgeführt. Um mit Hilfe des Ätzprozesses die weitere Pufferschicht 6 definiert freizulegen, ist auf der weiteren Barriereschicht 6 die Ätzstoppschicht 9 vorgesehen, die gegenüber dem eingesetzten Ätzprozess resistent ist. Nach einem Abätzen bis auf die Ätzstoppschicht 9 (Figur 3B) wird die Ätzstoppschicht 9 ihrerseits durch einen geeigneten Prozess entfernt und so die weitere Pufferschicht 6 freigelegt (Figur 3C) .
In einem weiteren Ätzprozess werden parallele Vertiefungen (Gräben) in die weitere Pufferschicht 6 eingeätzt. Dieses kann zum Beispiel unter Verwendung einer Ätzmaske geschehen. Die Tiefe der Gräben wird dann über die Prozessparameter während der Ätzung definiert. In der gezeigten Ausführungsbeispielen der Figuren 2B und 3 reichen die Gräben in ihrer Tiefe nicht bis zur PumpstrahlungsSchicht 5 heran. In einer alternativen Ausgestaltung ist jedoch auch denkbar, die Gräben so tief auszuführen, dass die weitere Pufferschicht 6 und die darunter liegende Pumpstrahlungsschicht 5 vollständig von den Gräben durchtrennt werden. Die Gräben reichen dann folglich bis in die Pufferschicht 4 hinein. Alternativ sind zu einer Ätzung andere Verfahrensschritte zur Strukturierung denkbar, zum Beispiel ein Abtragen der weiteren Pufferschicht 6 durch Ionen-Sputtern. Der (oder in anderen Ausführungsbeispielen die) nicht abgetragenen parallelen Stege (Ridges) bilden den oder die Wellenleiter 13 (Figur 3D) .
In einem nächsten Prozessschritt wird die Oberfläche der Pumpstrahlungsquellen 2 mit Ausnahme der Oberseite der Wellenleiter 13 mit der Passivierungsschicht 7 versehen (Figur 3E) . Diese Passivierungsschicht 7 kann entweder durch ein Anoxidieren der Oberfläche der weiteren Pufferschicht 6 in den entsprechenden Bereichen gebildet werden oder durch Aufbringen einer entsprechenden nicht-leitenden Schicht. Da diese nicht kristallin zu sein braucht, unterliegt sie keinem streng zu kontrollierenden epitaktischen Wachstumsprozess und kann auf einfache Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) , einen Sputterprozess oder auch in einem Aufdampfungsverfahren.
Im nächsten Schritt des Verfahrens wird die Oberfläche der Pumpstrahlungsquellen einem Dotierstoff ausgesetzt, der in die nicht von der Passivierungsschicht 7 abgedeckten Bereiche der Oberfläche, also die Wellenleiter 13 eindiffundiert, so dass ein dotierter Bereich 14 entsteht (Figur 3F) . Alternativ zu einem Diffusionsprozess des Dotierstoffs aus einer Gasphase heraus, kann der Dotierstoff durch Ionenimplantation oder einen Sputterprozess gezielt eingebracht werden. Durch die Dotierung der Wellenleiter 13 wird eine hohe Stromleitfähigkeit der Wellenleiter 13 erreicht. Im letzten Verfahrensschritt wird die Kontaktschicht 8, üblicherweise eine Metallschicht, durch Aufdampfen aufgebracht (Figur 3G) .
In Figur 4 ist die Draufsicht auf drei weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung gezeigt. In allen drei Beispielen sind um einen Vertikalemitter 1 auf zwei gegenüber liegenden Seiten angeordnete, parallel zueinander verlaufende Pumpstrahlungsquellen 2 vorgesehen. Von den Pumpstrahlungsquellen 2 sind lediglich die Wellenleiter 13 skizziert. Auf jeder der gegenüber liegenden Seiten des Vertikalemitters 1 sind vier parallele Wellenleiter 13 vorgesehen.
In dem in Figur 4A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die von dem Vertikalemitter 1 abgewandten Enden der
Pumpstrahlungsquellen als Resonatorspiegel 16 ausgeführt. Die Resonatorspiegel 16 können entweder durch Spalten des Halbleiterkristalls oder durch einen Ätzvorgang, vorzugsweise ein Plasmaätzvorgang, erzeugt werden. Jeweils zwei gegenüberliegende Pumpstrahlungsquellen 2 sind durch einen gemeinsamen Resonator gekoppelt. Die Pumpstrahlungsquellen 2 sind in der Lateralrichtung quer zu ihrer Pumphauptstrahlungsrichtung und quer zur
Vertikalhauptstrahlungsrichtung nicht äquidistant angeordnet . Dadurch, dass die Pumpstrahlungsquellen 2 im inneren Bereich einen kleineren Abstand zueinander aufweisen als im äußeren Bereich, wird der Vertikalemitter 1 in seinem Zentrum stärker gepumpt als in seiner Peripherie. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine lateral grundmodige Emission des Vertikalemitters 1 angeregt.
Das in Figur 4B gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 4A gezeigten durch die Ausführung der Resonatorspiegel 16. In diesem Fall ist für die vier auf einer Seite des Vertikalemitters 1 angeordneten Pumpstrahlungsquellen 2 eine gemeinsame
Resonatorspiegelanordnung 17, bestehend aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Spiegelflächen, vorgesehen. Eine solche Spiegelanordnung ist auch als Retroreflektor bekannt. Es entstehen zwei Ringlaserstrukturen, gebildet von den jeweils innen liegenden Pumpstrahlungsquellen 2 sowie den jeweils außen liegenden Pumpstrahlungsquellen 2. Die Ausführung der Resonatorspiegel als Retroreflektoren bietet den Vorteil, dass an beiden Spiegelflächen Totalreflexion auftritt, wodurch auf eine aufwändige Spiegelbeschichtung mit einem hochreflektierenden Material oder einem dielektrischem Schichtstapel verzichtet werden kann.
Bei dem in Figur 4C gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei solcher Resonatorspiegelanordnungen 17 vorgesehen, wodurch jeweils benachbarte Pumpstrahlungsquellen 2 zu einem Ringlaser gekoppelt werden.
In Figur 5 sind zwei Ausführungsformen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Figur 4C dargestellt. Wenn die Wellenleiter 13 in einem konstanten Querschnitt bis an die Resonatorspiegel herangeführt werden, verlässt die Pumpstrahlung in einer lateral engen Modenverteilung den Bereich der Wellenführung durch den Wellenleiter 13. Es ist in dem Fall eine sehr exakte Spiegeljustage notwendig, um die aus einer Pumpstrahlungsquelle 2 austretende Pumpstrahlung effektiv in eine weitere Pumpstrahlungsquelle 2, mit der ein gemeinsamer Resonator geteilt wird, einzukoppeln. Dadurch, dass die Wellenleiter 13 in einem Bereich vor der Endspiegelanordnung in ihrem Querschnitt verändert werden, was sowohl durch Verjüngung (Figur 5A) oder Verbreiterung (Figur 5B) geschehen kann, wird die laterale Modenverteilung der Pumpstrahlung aufgeweitet und so die Einkoppeleffizienz verbessert. Dieser Effekt kann dadurch unterstützt werden, dass die Wellenleiter 13 bereits vor der gemeinsamen Resonatorspiegelanordnung 17 enden.
In Figur 6 sind drei weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung in der Draufsicht dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird ein zentraler Vertikalemitter 1 von sternförmig angeordneten Pumpstrahlungsquellen 2 optisch gepumpt. Auf diese Weise kann Pumpstrahlung mit hoher Intensität in den Vertikalemitter 1 eingebracht werden. Weiterhin begünstigt diese Anordnung wegen ihrer näherungsweise radialsymmetrischen Intensitätsverteilung der Pumpstrahlung die Ausbildung einer lateral grundmodigen Emission des Vertikalemitters 1. In dem in Figur 6A gezeigten Ausführungsbeispiel bilden jeweils zwei gegenüberliegende Pumpstrahlungsquellen 2 eine gemeinsame Laserstruktur, wobei die vom Vertikalemitter 1 abgewandten Endflächen der Pumpstrahlungsquellen 2 als Resonatorspiegel 16 ausgebildet sind. Die Resonatorspiegel 16 werden in diesem Fall durch einen Ätzvorgang erstellt, da geeignete Kristallfacetten in der notwendigen Orientierungsvielfalt üblicherweise nicht vorhanden sind.
Alternativ zu den einzeln ausgeformten Resonatorspiegeln 16 jeder einzelnen Pumpstrahlungsquelle 2 kann, wie im Ausführungsbeispiel in Figur 6B dargestellt, ein gemeinsamer, kreisförmiger Resonatorspiegel 18 vorgesehen sein. Diese Ausführungsform ist prozesstechnisch einfacher zu realisieren, es können jedoch ungewünschte Ringresonanzen auftreten.
Bei dem in Figur 6C gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Zwischenbereich zwischen den Pumpstrahlungsquellen 2 Absorberstrukturen 19 zur Verhinderung solcher Ringresonanzen vorgesehen. Diese Absorberstrukturen können beispielsweise durch in die Halbleiterlaservorrichtung eingeätzte V-förmige Gräben gebildet werden, deren Oberfläche mit einem absorbierenden Material, zum Beispiel einem Metall, versehen ist. Vorteilhafterweise ist dabei die absorbierende Schicht durch eine dünne Isolationsschicht elektrisch von der Halbleiterlaservorrichtung getrennt .
Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen. Vielmehr umfasst die Erfindung auch die Kombination mit allen anderen in den Ausführungsbeispielen und der sonstigen Beschreibung genannten Merkmale, auch wenn diese Kombination nicht Gegenstand eines Patentanspruchs sind.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaservorrichtung mit einem optisch gepumpten oberflächenemittierenden Vertikalemitter (1) , der in einer Vertikalhauptstrahlungsrichtung emittiert, und mindestens einer monolithisch integrierten Pumpstrahlungsquelle (2) zum optischen Pumpen des Vertikalemitters (1) , wobei die Pumpstrahlungsquelle (2) in einer PumphauptStrahlungsrichtung, die quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung verläuft, Pumpstrahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vertikaler Abschnitt der
Pumpstrahlungsquelle (2) in einer Lateralrichtung quer zur
Pumphauptstrahlungsrichtung und quer zur
Vertikalhauptstrahlungsrichtung indexführend für die
Pumpstrahlung ausgeführt ist.
2. Halbleiterlaservorrichtung mit einem optisch gepumpten oberflächenemittierenden Vertikalemitter (1) , der in einer Vertikalhauptstrahlungsrichtung emittiert, und
- mindestens einer monolithisch integrierten
Pumpstrahlungsquelle (2) zum optischen Pumpen des Vertikalemitters (1) , wobei die Pumpstrahlungsquelle (2) in einer Pumphauptstrahlungsrichtung, die quer zur Vertikalhauptstrahlungsrichtung verläuft, Pumpstrahlung emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquelle (2) in zumindest einem vertikalen
Abschnitt in einer Lateralrichtung quer zur Pumphauptstrahlungsrichtung eine geringere Breite aufweist als in einem weiteren vertikalen Abschnitt.
3. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abschnitt als Wellenleiter (13) in der Pumphauptrahlungsrichtung ausgeführt ist, der einen in der Lateralrichtung und in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung begrenzten Querschnitt aufweist.
4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Wellenleiters (13) rechteckförmig oder trapezförmig geformt ist.
5. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquelle (2) eine aktive Strahlungserzeugende Pumpstrahlungsschicht (5) aufweist und der Wellenleiter (13) in einem Bereich der Pumpstrahlungsquelle (2) ausgeführt ist, der in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung von der Pumpstrahlungsschicht (5) beabstandet ist.
6. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlaservorrichtung im Bereich der Pumpstrahlungsquellen (2) teilweise abgetragen ist und der Wellenleiter (13) durch einen freigelegten Halbleiterstreifen gebildet wird.
7. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) durch Halbleitermaterial mit eindiffundierten Dotierstoffen gebildet wird.
8. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) in der Lateralrichtung eine Breite aufweist, die kleiner ist als 10 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung ist und insbesondere zwischen 1 und 6 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung liegt.
9. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) in der
Vertikalhauptstrahlungsrichtung eine Ausdehnung zwischen 1/5 und 4 Vakuumwellenlängen der Pumpstrahlung aufweist.
10. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) in PumphauptStrahlungsrichtung eine variierende Querschnittsfläche aufweist.
11. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pumpstrahlungsquelle (2) eine Passivierungsschicht (7) vorgesehen ist, die im Bereich des Wellenleiters (13) ausgespart ist.
12. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Pumpstrahlungsquelle (2) eine Kontaktschicht vorgesehen ist, die den Wellenleiter (13) auf einer zur Pumpstrahlungsschicht (5) parallelen und von dieser abgewandten Seite kontaktiert .
13. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb eine Pumpstrahlungsmode in Richtung der Pumphauptstrahlungsrichtung ausgebildet ist, die innerhalb der Pumpstrahlungsquelle (2) ein Intensitätsmaximum innerhalb der Pumpstrahlungsschicht (5) aufweist mit einer von dem Intensitätsmaximum radial in der von der Vertikalhauptstrahlungsrichtung und der Lateralrichtung aufgespannten Ebene nach außen abfallenden Intensität, wobei die Intensität innerhalb des Wellenleiters (13) geringer ist als in vergleichbarem Abstand außerhalb des Wellenleiters (13) .
14. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsschicht (5) in den Vertikalemitter (1) fortgesetzt ist und die Pumpstrahlungsmode innerhalb des Vertikalemitters (1) in Vertikalemitterrichtung derart ausgedehnt ist, dass die Pumpstrahlungsmode im Betrieb mit der Vertikalemitterschicht (10) überlappt.
15. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalemitter (1) mindestens eine aktive Strahlungserzeugende Vertikalemitterschicht (10) aufweist, die in der Vertikalhauptstrahlungsrichtung von der Pumpstrahlungsschicht (5) beabstandet ist.
16. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpstrahlungsschicht (5) und der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) in vertikaler Richtung eine interne Resonatorspiegelstruktur nachgeordnet ist.
17. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Resonatorspiegelstruktur ein Bragg-Reflektor (11) ist.
18. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Resonatorspiegelstruktur zwischen der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) und einem Substrat angeordnet ist und die von der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) erzeugte Strahlung auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite ausgekoppelt wird.
19. Halbleiterlaservorrichtung nach einem. der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Resonatorspiegelstruktur einem Substrat und der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) nachgeordnet ist und die von der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) erzeugte Strahlung durch das Substrat ausgekoppelt wird.
20. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Substrat zur Auskopplung der von der mindesten einen Vertikalemitterschicht (10) erzeugten Strahlung ein Auskoppelfenster vorgesehen ist.
21. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Vertikalemitterschicht (10) ein externer Spiegel zugeordnet ist, der zusammen mit der internen Resonatorspiegelstruktur den Resonator für den Vertikalemitter (1) bildet.
22. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator strahlformende Elemente angeordnet sind.
23. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator frequenzselektive Elemente angeordnet sind.
24. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator frequenzkonvertierende Elemente angeordnet sind.
25. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquelle (2) ein kantenemittierender Laser ist.
26. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquellen (2) einen Resonator mit mindestens einem Resonatorspiegel (16) aufweisen.
27. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Vertikalemitters (1) angeordnete Pumpstrahlungsquellen (2) einen gemeinsamen Resonator aufweisen und zusammen einen Laser bilden.
28. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, parallel zueinander angeordnete Pumpstrahlungsquellen (2) vorgesehen sind.
29. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel nebeneinander angeordnete Pumpstrahlungsquellen (2) eine gemeinsame Resonatorspiegelanordnung (17) aufweisen, die aus zwei Resonatorspiegeln (16) besteht, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
30. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Resonatorspiegel (16) so angeordnet sind, dass die Pumpstrahlung an ihnen Totalreflexion erfährt.
31. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere sternförmig um den Vertikalemitter (1) angeordnete Pumpstrahlungsquellen (2) vorgesehen sind.
32. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (13) in Richtung der Pumpstrahlung vor dem Resonatorspiegel (16) enden.
33. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) so ausgeführt ist, dass er in Richtung der Pumpstrahlung vor dem Resonatorspiegel (16) in der Lateralrichtung verjüngt ist.
34. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (13) so ausgeführt ist, dass er in Richtung der Pumpstrahlung vor dem Resonatorspiegel (16) in der Lateralrichtung verbreitert ist .
35. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertikalemitterschicht (10) und/oder die Pumpstrahlungsschicht (5) jeweils mindestens eine Quantenschicht umfasst.
36. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantenschicht Quantentröge oder Quantendrähte oder Quantenpunkte oder eine Kombination dieser Strukturen aufweist .
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