Longitudinale Modenfilter für Kantenemitter im roten Spektralbereich (PDF)

Um die spektrale Selektivität und Stabilität von rot-emittierenden Kantenemittern zu verbessern, wurden in dieser Arbeit umfassende Untersuchungen zur monolithischen Integration longitudinaler Modenfilter durchgeführt.
Zunächst wurden numerische Berechnungen an Distributed-Bragg-Reflector-Gitterstrukturen (DBR) angestellt. Dabei wurden Gitterstrukturen zehnter Gitterordnung mit einer Periode von circa 970 nm für eine Emissionswellenlänge von 635 nm verwendet. Diese DBR-Oberflächengitter können mittels i-line-Projektionslithographie und kapazitiv-gekoppeltem Plasmaätzverfahren re-alisiert werden. Das ausgewählte Ätzverfahren ermöglichte es, ein V-förmiges Ätzprofil kontrolliert einzustellen, indem die Temperaturabhängigkeit der Ätzredeposition genutzt wurde.
Die Nutzung einer internen passiven DBR-Gittersektion ermöglicht es, diese ohne umfassende Designänderungen in verschiedene bestehende Bauelement-Konfigurationen zu integrieren. Die dafür entwickelte Chip-Level-Integration bietet sowohl die Möglichkeit zur Serienfertigung, als auch eine bislang unerreichte Miniaturisierung. Eine Gitterreflektivität von 60% konnte nachgewiesen werden.
Dank der integrierten DBR-Gittersektion verfügt beispielsweise ein DBR-Rippenwellenleiterlaser über eine über die Gitterperiode konfigurierbare Emissionswellenlänge. Er zeigt dabei eine longitudinal einzelmodige Emission mit hoher Seitenmodenunterdrückung und einer Linienbreite von weniger als 1 MHz. Der emittierte Strahl erreicht eine Dauerstrich-Ausgangsleistung von zuverlässig 10 bis 20 mW, beziehungsweise bis 100 mW bei geringerer Frontfacetten-Reflektivität. Auch spezifische Gitterparameter wie Gitterlänge und Ätztiefe wurden in diesem Zusammenhang untersucht.