Laseranordnung und Betriebsverfahren

Es wird eine Laseranordnung angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für eine solche Laseranordnung

angegeben .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Laseranordnung mit mehreren Halbleiterlasern anzugeben, die auch mit

einzelnen defekten Halbleiterlasern effizient betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Laseranordnung und durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der

unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte

Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert die

Laseranordnung im bestimmungsgemäßen Betrieb eine

Laserstrahlung. Dabei kann die Laseranordnung gepulst oder kontinuierlich, englisch continuous wave oder kurz cw, betreibbar sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Laseranordnung mehrere Lasergruppen. Jede der Lasergruppen umfasst einen oder mehrere Halbleiterlaser. Bevorzugt

bestehen die Lasergruppen je aus genau einem Halbleiterlaser, sodass die Begriffe Lasergruppe und Halbleiterlaser Synonyme sein können. Halbleiterlaser bedeutet, dass die im Betrieb der Laseranordnung erzeugte Laserstrahlung auf eine

Ladungsträgerrekombination in einem insbesondere

anorganischen Halbleitermaterial zurückgeht. Die Halbleiterlaser sind Festkörperlaser. Die Halbleiterlaser können auch als Emitter oder Laseremitter bezeichnet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Laseranordnung mehrere Fotothyristoren. Ein Fotothyristor zeigt, wie auch ein normaler Thyristor, einen

spannungsabhängigen Widerstand auf. Oberhalb einer

Durchbruchspannung ist der Fotothyristor elektrisch leitend, unterhalb der Durchbruchspannung nur schlecht leitend. Bei einem Fotothyristor hängt die Durchbruchspannung zusätzlich von einer Beleuchtungsstärke ab. Mit zunehmender

Beleuchtungsstärke des Fotothyristors oder einer

fotoempfindlichen Schicht des Fotothyristors sinkt die

Durchbruchspannung. Ohne Lichteinstrahlung ist somit die Durchbruchspannung am höchsten, vorliegend auch als

Dunkeldurchbruchspannung bezeichnet .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder der

Lasergruppen einer der Fotothyristoren eindeutig zugeordnet. Insbesondere besteht eine 1 : 1-Zuordnung zwischen den

Halbleiterlasern und den Fotothyristoren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Fotothyristoren je mit der zugehörigen Lasergruppe,

insbesondere mit dem zugehörigen Halbleiterlaser, elektrisch in Serie geschaltet und/oder in die zugehörige Lasergruppe integriert. Integriert kann bedeuten, dass sich die

Lasergruppe und der Fotothyristor zumindest einige

Komponenten teilen, beispielsweise halbleitende Schichten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Fotothyristoren je mit der zugehörigen Lasergruppe optisch gekoppelt. Das bedeutet, im bestimmungsgemäßen Betrieb in der jeweiligen Lasergruppe erzeugte Strahlung kann zumindest zum Teil zu dem zugehörigen Fotothyristor gelangen. Insbesondere sind der Fotothyristor und die zugehörige Lasergruppe

monolithisch und/oder einstückig gestaltet, sodass sich zwischen dem Fotothyristor und der zugehörigen Lasergruppe keine separaten optischen Komponenten wie Umlenkspiegel oder Linsen befinden und sodass die Strahlung von der Lasergruppe zu dem Fotothyristor nur Feststoffe, insbesondere nur

Halbleitermaterialien, zu durchlaufen hat.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die

Dunkeldurchbruchspannung der Fotothyristoren jeweils oberhalb einer bestimmungsgemäßen Betriebsspannung der zugehörigen Lasergruppe. Die bestimmungsgemäße Betriebsspannung ist etwa diejenige Spannung, bei der die Laseranordnung bei den vorgesehenen Leistungsparametern zu betreiben ist.

Beispielsweise liegt die bestimmungsgemäße Betriebsspannung um mindestens 0,3 V oder 0,5 V oder 0,7 V oberhalb einer Laserschwellspannung, ab der Laserstrahlung erzeugt wird.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst die

Laseranordnung mehrere Lasergruppen mit je mindestens einem Halbleiterlaser. Ferner beinhaltet die Laseranordnung mehrere Fotothyristoren, sodass jeder der Lasergruppen einer der Fotothyristoren eindeutig zugeordnet ist. Die Fotothyristoren sind jeweils mit der zugehörigen Lasergruppe elektrisch in Serie geschaltet und/oder in die zugehörige Lasergruppe integriert. Ferner sind die Fotothyristoren je mit der zugehörigen Lasergruppe optisch gekoppelt. Eine

Dunkeldurchbruchspannung der Fotothyristoren liegt jeweils oberhalb einer bestimmungsgemäßen Betriebsspannung der zugehörigen Lasergruppe. Aufgrund der vergleichsweise hohen Defektdichte im Halbleitermaterial bei Lasern, die auf AlInGaN basieren, ist die Ausbeute an Emittern mit guten elektrooptischen Daten deutlich geringer als etwa im InGaAs-Materialsystem. Dies ist ein wesentliches Problem bei der Herstellung von Laserbarren für Hochleistungsanwendungen wie Materialbearbeitung oder Projektionsanwendungen, insbesondere bei Laserwellenlängen im Bereich von 350 nm bis 590 nm. Daher befinden sich auf einem AlInGaN-Barren häufig einer oder mehrere Emitter, welche die Laserschwelle nicht erreichen oder deren elektrooptische Daten außerhalb der Spezifikationen liegen. Dies setzt die Ausbeute an Laserbarren im AlInGaN-Materialsystem auf relativ geringe Werte herab, sofern alle Barren mit nicht wie

spezifiziert funktionierenden Emittern ausgesondert würden. Eine Herstellung von Laserbarren in diesem Materialsystem wäre hierdurch in seiner Wirtschaftlichkeit stark

beeinträchtigt .

Belässt man die nicht ordnungsgemäß funktionierenden Emitter jedoch in dem Barren, werden diese bei einer üblichen

Parallelschaltung aller Emitter mit bestromt, tragen jedoch nicht zu einer Laserlichtausbeute bei. Dadurch wird die

Effizienz des Laserbarrens stark herabgesetzt. Zusätzlich heizen sich die nicht ordnungsgemäß funktionierenden Emitter durch den Stromfluss durch diese Emitter hindurch noch mehr als die funktionierenden Emitter auf, was eine

Gesamteffizienz des Laserbarrens zusätzlich reduziert. Zudem wird damit eine technische Umsetzung von Laserbarren im sichtbaren Spektralbereich wegen einer thermischen

Überhitzung des Bauelements sehr erschwert oder unmöglich gemacht . In der hier beschriebenen Laseranordnung wird durch den

Fotothyristor, der in der epitaktisch gewachsenen Struktur für die Halbleiterlaser integrierbar ist, eine elektrische Trennung der nicht ordnungsgemäß funktionierenden Emitter auf dem Laserbarren von einer Bestromung erreicht.

Derzeit sind keine Laserbarren mit Emissionswellenlängen im Bereich zwischen 350 nm und 590 nm am Markt verfügbar. Üblich sind einzelne Laserdioden in Gehäusen insbesondere der TO- Bauart . Solche TO-Laserdioden sind aber in der optischen Ausgangsleistung limitiert und reichen üblicherweise nur bis zu optischen Ausgangsleistungen von deutlich unter 10 W. Für viele Anwendungsbereiche wie in der Projektion oder bei der Materialbearbeitung sind jedoch optische Ausgangsleistungen von 10 W oder mehr oder, bevorzugt, von mindestens 100 W erforderlich .

Alternativ werden mehrere einzelne Emitter auf oder in einem Kühlkörper montiert. Hierdurch sind hohe Ausgangsleistungen etwa im blauen Spektralbereich realisierbar. Durch die einzelne Montage der Emitter entstehen jedoch Kostennachteile durch eine kompliziertere Herstellung der Einzelemitter sowie durch die aufwändigere Montage und durch die Notwendigkeit einer Justierung und von komplizierteren Optiken, um die erzeugten Laserstrahlen weiter zu verarbeiten.

Bei der hier beschriebenen Laseranordnung sind die

Halbleiterlaser bevorzugt in einem Laserbarren angeordnet, sodass die Halbleiterlaser gemeinsam ohne Justage relativ zueinander montierbar sind. So weisen die Halbleiterlaser auch sehr ähnliche Abstrahleigenschaften auf, was die weitere Handhabung der Laserstrahlung erheblich vereinfacht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterlaser je eine Halbleiterschichtenfolge auf. In dieser Halbleiterschichtenfolge ist besonders bevorzugt der zugehörige Fotothyristor integriert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen in den

Halbleiterschichtenfolgen je eine pnpn-Abfolge vor, die den zugehörigen Fotothyristor und die zugehörige aktive Zone des entsprechenden Halbleiterlasers umfasst. Die Buchstaben n sowie p stehen hierbei für n-leitende und p-leitende Gebiete. Alternativ ist es möglich, dass die Halbleiterschichtenfolgen je eine pipn-Abfolge oder eine ninp-Abfolge aufweisen, wobei der Buchstabe i für ein intrinsisch leitendes Gebiet der Halbleiterschichtenfolge steht. Die verschiedenartig

leitenden Gebiete der Halbleiterschichtenfolge sind bevorzugt durch dezidierte Schichten oder Schichtenstapel in der

Halbleiterschichtenfolge realisiert.

Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m N oder um ein

Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie

Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m P oder auch um ein Arsenid-

Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In _] __ _n _ _m Ga _m As oder wie

Al _n Ga _m In _] __ _n _ _m AskP _] __k, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 sowie 0 ^ k < 1 ist. Insbesondere gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der

Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die

Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

Besonders bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem Materialsystem AlInGaN.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle

Halbleiterlaser der Laseranordnung aus einer gemeinsamen Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Dabei kann sich die

Halbleiterschichtenfolge zusammenhängend und durchgehend über alle Halbleiterlaser erstrecken. Alternativ ist die

Halbleiterschichtenfolge zwischen benachbarten

Halbleiterlasern teilweise oder vollständig entfernt, wobei eine relative Position der Halbleiterlaser zueinander durch das Entfernen von Halbleitermaterial zwischen den

Halbleiterlasern bevorzugt nicht verändert ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die

Halbleiterlaser auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat . Bei dem Aufwachssubstrat handelt es sich beispielsweise um ein GaN-Substrat , auf dem die Halbleiterschichtenfolge

epitaktisch gewachsen ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laseranordnung dazu eingerichtet, sichtbare Laserstrahlung zu erzeugen. Eine Scheitelwellenlänge, auch als Wellenlänge maximaler

Intensität oder Peakwavelength bezeichnet, liegt bevorzugt bei mindestens 400 nm oder 420 nm oder 440 nm und/oder bei höchstens 590 nm oder 540 nm oder 495 nm oder 470 nm.

Alternativ liegt die Scheitelwellenlänge im nahen

ultravioletten Spektralbereich, beispielsweise bei mindestens 350 nm oder 370 nm oder 385 nm und/oder bei höchstens 400 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Fotothyristoren je eine Absorberschicht. Die Absorberschicht ist dazu eingerichtet, einen Teil der im Betrieb der

zugehörigen Lasergruppe erzeugten Strahlung zu absorbieren. Über diese absorbierte Laserstrahlung wird eine Leitfähigkeit des Fotothyristors, insbesondere der Absorberschicht, erhöht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die

Absorberschicht an oder in einer Mantelschicht des

zugehörigen Halbleiterlasers. Mit anderen Worten ist die Absorberschicht des Fotothyristors in eine funktionale

Schicht des Halbleiterlasers eingebettet. Im Vergleich zu der Schicht, in die die Absorberschicht eingebettet ist, weist die Absorberschicht eine gegenteilige oder eine intrinsische Leitfähigkeit auf. Handelt es sich bei der Mantelschicht beispielsweise um eine n-dotierte Schicht, so ist die

Absorberschicht p-dotiert oder intrinsisch leitend.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterlaser zumindest eine Wellenleiterschicht. Die

Wellenleiterschicht grenzt bevorzugt unmittelbar an die aktive Zone an, insbesondere beiderseits der aktiven Zone. In den bevorzugt genau zwei Wellenleiterschichten, zusammen mit der aktiven Zone, erfolgt eine Führung der erzeugten

LaserStrahlung .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform reicht ein evaneszentes Feld der in der zumindest einen Wellenleiterschicht geführten Laserstrahlung bis an die Absorberschicht heran. Die

Absorberschicht absorbiert somit Anteile der geführten

Laserstrahlung aus dem evaneszenten Feld heraus. Somit wird die Laserstrahlung nicht direkt auf die Absorberschicht gelenkt, sondern wird bevorzugt parallel zur Absorberschicht geführt. Es ist möglich, dass die Absorberschicht ausschließlich aus dem evaneszenten Feld heraus Strahlung absorbiert und/oder dass Streustrahlung der Laserstrahlung zur Absorberschicht gelangt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

Absorberschicht eine Absorptionskante auf. Die

Absorptionskante entspricht einer Bandlücke eines

Halbleitermaterials der Absorberschicht. Für die

Absorptionskante Eg gilt bevorzugt einer der folgenden

Zusammenhänge: Eg < h c/ (λρ - 5 nm) oder Eg < h c/λρ oder Eg < h c/ (λρ + 5 nm) . Dabei steht λρ für die

Scheitelwellenlänge der zugehörigen Laserstrahlung, h

bezeichnet das Planck 'sehe Wirkungsquantum und c steht für die Vakuumlichtgeschwindigkeit. Bevorzugt liegt also die Absorptionskante Eg bei der Scheitelwellenlänge oder bei größeren Wellenlängen. Alternativ ist es möglich, dass die Absorptionskante Eg in einer blauen, also kurzwelligen Flanke des Emissionsspektrums der zugehörigen Lasergruppe liegt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform absorbiert die

Absorberschicht einen relativ kleinen Anteil der

Laserstrahlung. Der Anteil der Laserstrahlung, der von der Absorberschicht absorbiert wird, liegt bevorzugt bei

höchstens 5 % oder 2 % oder 0,3 %. Insbesondere liegt dieser Anteil bei mindestens 0,01 % oder 0,1 % oder 0,25 %.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für einen Abstand D zwischen der Absorberschicht und der Wellenleiterschicht hinsichtlich der Scheitelwellenlänge λρ und einem

Brechungsindex n der zugehörigen Mantelschicht: 0,1 n λρ < D oder 0,25 n λρ < D oder 0,4 n λρ < D und/oder D < n λρ oder D < 0,75 n λρ oder D < 0,5 n λρ . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

Absorberschicht eine Dicke von mindestens 10 nm oder 20 nm oder 30 nm oder 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Absorberschicht bei höchstens 1 ym oder 500 nm oder, bevorzugt, 150 nm. Insbesondere ist die Absorberschicht um mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 dünner als die Mantelschicht, in die die Absorberschicht eingebracht ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Absorberschicht p-dotiert oder intrinsisch leitend. Dabei ist die

Mantelschicht n-dotiert. Alternativ ist die Absorberschicht n-dotiert oder intrinsisch leitend und die Mantelschicht p- dotiert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Absorberschicht aus dem Materialsystem Al _x InyGa _] _- _x -y . Alternativ oder zusätzlich ist die Mantelschicht aus dem Materialsystem

Al _z Ga _] __ _z N. Dabei gilt bevorzugt 0 ^ x, y, z oder 0 < x, z oder 0,01 ^ x, y, z oder 0,04 < x, y, z und/oder mit

x, y, z 0,2 oder x, y, z 0,1 oder x, y, z 0,06, jeweils für x, y, z gemeinsam oder je unabhängig voneinander nur für x oder nur für y oder nur für z oder nur für x und z oder nur für y und z oder nur für x und y.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die

Dunkeldurchbruchspannung des Fotothyristors um mindestens 0,2 V oder 0,3 V oder 0,4 V und/oder um höchstens 1,5 V oder 1 V oder 0,8 V größer als die bestimmungsgemäße

Betriebsspannung der zugehörigen Lasergruppe. Dabei liegt die bestimmungsgemäße Betriebsspannung bevorzugt bei mindestens 3,5 V und/oder bei höchstens 8 V oder 6 V. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind benachbarte

Lasergruppen und/oder benachbarte Halbleiterlaser optisch voneinander isoliert. Durch eine optische Isolierung ist verhinderbar, dass die Fotothyristoren im Betrieb Strahlung von benachbarten Lasergruppen und/oder Halbleiterlasern empfangen. Durch die optische Isolierung ist ein optisches Übersprechen bevorzugt um mindestens einen Faktor 5 oder 10 oder 100 reduziert, im Vergleich zu einer Laseranordnung ohne entsprechende optische Isolierungen. Die optische Isolierung ist etwa durch einen Graben in der Halbleiterschichtenfolge gebildet, der zusätzlich mit einem Reflektor und/oder einem Absorber für die Laserstrahlung versehen sein kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laseranordnung kantenemittierend gestaltet. Eine Abstrahlrichtung der

Laserstrahlung ist damit bevorzugt senkrecht zu einer

Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Laseranordnung um einen Laserbarren. Die Halbleiterlaser befinden sich bevorzugt noch auf dem gemeinsamen

Aufwachssubstrat und sind mechanisch fest aneinander

gekoppelt. Die Laseranordnung ist somit als einzelnes Bauteil insbesondere aus einem Wafer heraus erzeugt und handhabbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Lasergruppen und/oder Halbleiterlaser in Draufsicht gesehen nebeneinander angeordnet. Resonatoren der einzelnen Lasergruppen und/oder Halbleiterlaser sind bevorzugt parallel zueinander

ausgerichtet, sodass alle Halbleiterlaser die Laserstrahlung parallel zueinander abstrahlen. Bevorzugt sind keine

Halbleiterlaser hintereinander angeordnet, bezogen auf eine Richtung parallel zu Resonatorachsen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind pro Lasergruppe genau zwei elektrische Anschlüsse vorhanden. Insbesondere ist kein separater elektrischer Anschluss für den Fotothyristor vorgesehen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Laseranordnung, insbesondere der Laserbarren, mindestens 2 oder 5 oder 10 oder 15 der Lasergruppen. Alternativ oder zusätzlich weist die Laseranordnung höchstens 150 oder 100 oder 60 oder 40 der Lasergruppen und/oder der Halbleiterlaser auf .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Laseranordnung bei der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung dazu

eingerichtet, eine optische Leistung der Laserstrahlung von mindestens 10 W oder 15 W abzustrahlen. Bei einer gepulsten Laserstrahlung gilt dies bevorzugt im zeitlichen Mittel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Laseranordnung n x m der Lasergruppen. Die Lasergruppen sind bevorzugt in einer n x m-Matrix angeordnet, n und m sind natürliche Zahlen. Bevorzugt gilt n < m oder n < Vm.

Weiterhin ist bevorzugt 2 < n < 6 und/oder 5 m < 25.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Teil der

Lasergruppen oder sind alle Lasergruppen elektrisch parallel zueinander geschaltet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jeweils n der Lasergruppen elektrisch in Serie geschaltet. Dabei liegen bevorzugt m Serienschaltungen vor, die insbesondere jeweils n Lasergruppen aufweisen. Die m Serienschaltungen können zueinander elektrisch parallel geschaltet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im

bestimmungsgemäßen Betrieb der Laseranordnung nur ein Teil der Lasergruppen betrieben. Das heißt, wenn die

bestimmungsgemäße Betriebsspannung angelegt wird, wird nur in einem Teil der Lasergruppen Laserstrahlung erzeugt. Die nicht Laserstrahlung erzeugenden Lasergruppen und/oder

Halbleiterlaser sind dabei defekt und/oder weisen eine erhöhte Laserschwelle auf. Die defekten Lasergruppen sind durch den zugehörigen Fotothyristor elektrisch abgekoppelt, sodass durch die zumindest eine abgekoppelte Lasergruppe im Betrieb kein oder kein signifikanter Strom fließt. Dies kann bedeuten, dass ein Stromfluss durch die zumindest eine abgekoppelte, defekte Lasergruppen bei der Betriebsspannung um mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 oder 25 oder 100 gegenüber dem Stromfluss einer der normal funktionierenden Lasergruppen reduziert ist. Mit anderen Worten wirkt der Fotothyristor als Schalter, der defekte Lasergruppen

elektrisch abkoppelt und einen signifikanten Stromfluss durch die defekten Lasergruppen hindurch unterbindet.

Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren angegeben. Mit dem Betriebsverfahren wird zumindest eine Laseranordnung

betrieben, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale für das Betriebsverfahren sind daher auch für die Laseranordnung offenbart und umgekehrt.

Gemäß dem Betriebsverfahren umfasst die Laseranordnung zumindest eine defekte Lasergruppe mit einer erhöhten

Laserschwellspannung oder Laserschwelle. Die erhöhte Laserschwellspannung ist größer als die bestimmungsgemäße Betriebsspannung, insbesondere ist die Laserschwellspannung bei den defekten Lasergruppen um mindestens 0,3 V oder 0,5 V oder 0,7 V größer als die bestimmungsgemäße Betriebsspannung. Die erhöhte Laserschwellspannung kann kleiner oder auch größer sein als die Dunkeldurchbruchspannung des zugehörigen Fotothyristors. Eine normale Laserschwellspannung der

ordnungsgemäß funktionierenden Lasergruppen, ab der diese Laserstrahlung erzeugen, liegt unterhalb der

bestimmungsgemäßen Betriebsspannung, beispielsweise um mindestens 0,2 V oder 0,3 V oder 0,5 V oder 0,7 V. Somit wird der zugehörige Fotothyristor nur bei solchen Lasergruppen mit der erzeugten Laserstrahlung, insbesondere aus dem

evaneszenten Feld, beleuchtet und durchgeschaltet, die ordnungsgemäß funktionieren. Demgegenüber wird bei der zumindest einen defekten Lasergruppe bei der

bestimmungsgemäßen Betriebsspannung keine oder nur sehr wenig Laserstrahlung erzeugt, sodass der zugehörige Fotothyristor nicht oder nicht hinreichend beleuchtet wird. Dadurch ist erreicht, dass die zumindest eine defekte Lasergruppe

jedenfalls bis hin zur bestimmungsgemäßen Betriebsspannung elektrisch abgekoppelt bleibt und ein Stromfluss durch die zumindest eine defekte Lasergruppe zum Beispiel um mindestens einen Faktor 10 geringer ist als durch jede der ordnungsgemäß funktionierenden Lasergruppen.

Nachfolgend werden eine hier beschriebene Laseranordnung und ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher

erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen:

Figuren 1, 2 und 5 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen

Laseranordnungen,

Figuren 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen von Halbleiterlasern für hier beschriebene Laseranordnungen,

Figur 6 schematische Darstellungen von elektrischen

Kenndaten von hier beschriebenen Laseranordnungen, und

Figur 7 eine schematische Darstellung eines

Emissionsspektrums einer hier beschriebenen Laseranordnung .

In Figur 1A ist in einer Seitenansicht und in Figur 1B in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Laseranordnung 1 dargestellt. Die Laseranordnung 1 weist eine

Halbleiterschichtenfolge 23 auf einem Aufwachssubstrat 24 auf. Ferner ist ein Träger 6 vorhanden, der zu einer

elektrischen Verschaltung und/oder als Wärmesenke dient.

Die Halbleiterschichtenfolge 23 ist in mehrere Lasergruppen 2 unterteilt, wobei jede Lasergruppe 2 durch einen

Halbleiterlaser 20 gebildet ist. In Richtung senkrecht zur Zeichenebene und in Richtung senkrecht zu einer

Wachstumsrichtung G erfolgt in einem Emissionsbereich 26 eine Emission einer Laserstrahlung L, siehe Figur 1A. Eine

Resonatorrichtung R der Halbleiterlaser 20 ist parallel zur Zeichenebene und senkrecht zur Wachstumsrichtung G

orientiert, siehe Figur IB.

Die Laseranordnung 1 der Figur 1 ist als Laserbarren

gestaltet. Die einzelnen Halbleiterlaser 20 sind zumindest über das Aufwachssubstrat 24 fest miteinander mechanisch gekoppelt und gegenüber einem Aufwachsprozess relativ

zueinander nicht bewegt worden.

Optional befindet sich bevorzugt, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, zwischen benachbarten Lasergruppen 2 eine optische Isolierung 7. Die optische Isolierung 7 ist beispielsweise durch einen Graben in der

Halbleiterschichtenfolge 23 gebildet, evakuiert oder mit einem Gas wie Luft oder Stickstoff oder Argon gefüllt ist. Die Gräben können alternativ teilweise oder vollständig mit einem reflektierenden oder absorbierenden Material aufgefüllt sein .

Gemäß Figur 1A reichen die optischen Isolierungen 7 und somit insbesondere die Gräben durchgehend bis auf den Träger 6. Bevorzugt jedoch trennen die optischen Isolierungen 7 und somit die Gräben die Halbleiterschichtenfolge 23 und das optionale Aufwachssubstrat 24 nicht komplett. Beispielsweise trennen die optischen Isolierungen 7, von einer dem Träger 7 abgewandten Seite her, die Halbleiterschichtenfolge 23 zu mindestens 25 % und/oder zu höchstens 90 %. Alternativ trennen die optischen Isolierungen 7, von der dem Träger 7 abgewandten Seite her, die Halbleiterschichtenfolge 23 zusammen mit dem Aufwachssubstrat 24 zu mindestens 5 % oder 15 % oder 25 % oder 50 % und/oder zu höchstens 80 % oder 50 % oder 25 %.

Bei den Halbleiterlasern 20, wie in Figur 1A gezeigt, kann es sich um sogenannte gewinngeführte Laser handeln. Alternativ, wie auch in allen Ausführungsbeispielen, können die

Halbleiterlaser 20 als Stegwellenleiterlaser, englisch ridge waveguide laser, ausgeführt sein.

Abweichend von der Darstellung in Figur 1 können die

Lasergruppen 2 je mehrere der Halbleiterlaser 20 beinhalten. Bevorzugt sind alle Lasergruppen 2 und Halbleiterlaser 20 der Laseranordnung 1 baugleich und emittieren bei derselben

Wellenlänge. Alternativ können verschiedenfarbig emittierende Lasergruppen 2 oder Halbleiterlaser 20 vorhanden sein.

In Figur 2 ist ein einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 1 gezeigt. Das Aufwachssubstrat 24 kann gleichzeitig als Träger 6 fungieren. An der Halbleiterschichtenfolge 23 sowie an dem Träger 6 befinden sich elektrische Anschlüsse 41, 42, die beispielsweise durch flächige Metallisierungen gestaltet sind. Somit ist jede der Lasergruppen 2 mit genau zwei elektrischen Kontaktflächen versehen und die Lasergruppen 2 sind elektrisch parallel geschaltet. Anders als in Figur 2 dargestellt ist es dabei nicht zwingend erforderlich, dass es sich bei den elektrischen Anschlüssen 41, 42 um durchgehende Flächen handelt. So kann insbesondere der zweite elektrische Anschluss 42 an der Halbleiterschichtenfolge 23 strukturiert aufgebracht sein, sodass die Lasergruppen 2 elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein können. In jeder der Lasergruppen 2 ist eine npnp-Abfolge von

verschiedenartig dotierten Gebieten vorhanden. Somit ist in der Halbleiterschichtenfolge 23 selbst einerseits ein

Fotothyristor 3 und andererseits der Halbleiterlaser 20 mit einer aktiven Zone 25 realisiert. Der Fotothyristor 3 umfasst eine Absorberschicht 33, die in einer n-Seite des

Halbleiterlasers 20 eingebettet ist und gemäß Figur 2 p- dotiert gestaltet ist. Dabei sind die aktive Zone 25 und die Absorberschicht 33 optisch unmittelbar aneinander gekoppelt und durch keine für die Laserstrahlung L undurchlässige

Zwischenschicht voneinander separiert. Somit dient die aktive Zone 25 als Lichtquelle zum Schalten des Fotothyristors 3. Damit ist der Fotothyristor 3 ein automatischer Schalter, der nicht funktionierende Lasergruppen 2 selbsttätig elektrisch abtrennt und einen Stromfluss durch defekte Lasergruppen 2 verhindert oder zumindest stark reduziert.

Dieses Funktionsprinzip ist anhand von Figur 6A näher

erläutert. In Figur 6A ist die Spannung U gegenüber einem Strom I angetragen. Durch einen Doppelpfeil entlang der U- Achse ist eine Beleuchtungsstärke symbolisiert.

Erfolgt keine Beleuchtung des Fotothyristors 3, so ist eine Dunkeldurchbruchspannung Ut relativ groß. Wie bei einem

Thyristor üblich, schaltet der Fotothyristor 3 bei Erreichen der Dunkeldurchbruchspannung Ut durch und wird elektrisch leitend .

Ordnungsgemäß funktionierende Halbleiterlaser 20 erzeugen ab einer normalen Laserschwellspannung Un signifikant Licht, sodass die Absorberschicht 33 beleuchtet wird und bereits bei niedrigeren Spannungen ein Schalten des Fotothyristors 3 auf eine normale Diodenkennlinie erfolgt. Insbesondere ist der Fotothyristor 3 bei der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung Ub durch die Absorption von Strahlung in der Absorberschicht 33 durchgeschaltet. Somit fließt bei der Betriebsspannung Ub ein Betriebsstrom Ib. Bei der normalen Laserschwellspannung Un fließt ein Schwellstrom In.

Ist ein Halbleiterlaser 20 defekt und weist eine erhöhte Laserschwellspannung Ud auf, die oberhalb der

Betriebsspannung Ub liegt, so wird die zugehörige

Absorberschicht 33 nicht oder nicht signifikant beleuchtet. Da das Durchschalten des Fotothyristors 3 in diesem Fall erst bei der erhöhten Laserschwellspannung Ud erfolgen würde, diese Spannung aber oberhalb der Betriebsspannung Ub liegt, sind die defekten Halbleiterlaser 20 elektrisch abgekoppelt und werden nicht oder nur schwach bestromt.

Die entsprechenden Kennlinien sind in Figur 6A dargestellt. Eine Laserleistung P in Abhängigkeit vom Strom I ist in Figur 6B schematisch illustriert. Eine Betriebsleistung Pb der ordnungsgemäß funktionierenden Halbleiterlaser 20 liegt beim Betriebsstrom Ib vor, die defekten Halbleiterlaser zeigen keine signifikante Leistungsaufnahme.

In Figur 3 ist ein Aufbau der Halbleiterschichtenfolge 23 detaillierter illustriert. An dem Aufwachssubstrat 24 befindet sich eine n-leitende Mantelschicht 22 mit einem relativ niedrigen Brechungsindex, gefolgt von einer n- Wellenleiterschicht 21, auf der sich die aktive Zone 25 befindet. Der aktiven Zone 25 folgt eine p-

Wellenleiterschicht 21 nach, wiederum gefolgt von einer p- Mantelschicht 22. Auf der p-Mantelschicht 22 befindet sich der zweite elektrische Anschluss 42, der aus mehreren

Metallschichten zusammengesetzt sein kann, etwa aus Au, Ni, Pd, Pt und/oder Rh. Pufferschichten oder elektrische

Kontaktschichten der Halbleiterschichtenfolge 23 an dem

Aufwachssubstrat 24 oder an dem zweiten elektrischen

Anschluss 42 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet .

An der p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 23 befindet sich bevorzugt eine Elektronenblockierschicht 27. Gemäß Figur 3 liegt die Elektronenblockierschicht 27 zwischen der p- Wellenleiterschicht 21 und der p-Mantelschicht 22. Abweichend hiervon, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann sich die Elektronenblockierschicht 27 näher an der aktiven Zone 25 in der p-Wellenleiterschicht 21 befindet oder auch weiter von der aktiven Zone 25 entfernt in der p- Mantelschicht 22.

Innerhalb der n-Mantelschicht 22 befindet sich die

Absorberschicht 33 des Fotothyristors 3. Ein Abstand D der Absorberschicht 33 zu der n-Wellenleiterschicht 21 liegt bevorzugt bei ungefähr einer Scheitelwellenlänge der

erzeugten Laserstrahlung L geteilt durch das Doppelte des Brechungsindexes der n-Mantelschicht 22. Durch einen solchen Abstand D ist erzielbar, dass die Absorberschicht 33

einerseits ausreichend Laserstrahlung L absorbiert, jedoch die Leistungsparameter des Halbleiterlasers 20 nicht

signifikant beeinträchtigt. Dabei ist die Absorberschicht 33 p-dotiert. Somit ist eine npnp-Abfolge an dotierten Gebieten in der Halbleiterschichtenfolge 23 realisiert.

Die Halbleiterschichtenfolge 23 basiert bevorzugt auf

AlInGaN. Die beiden Mantelschichten 22 sind aus AlGaN

gebildet, insbesondere mit einem Aluminiumanteil zwischen 1 % und 10 % oder zwischen 4 % und 6 %. Die Wellenleiterschichten 21 sind aus InGaN geformt, wobei ein Indiumanteil bevorzugt zwischen 1 % und 10 % oder zwischen 2 % und 6 % liegt.

Alternativ können die Mantelschichten 22 auch aus GaN geformt sein .

Bei der aktiven Zone 25 handelt es sich um eine

Einfachquantentopfstruktur oder um eine

Mehrfachquantentopfstruktur . Die Elektronenblockierschicht 27 ist etwa aus AlGaN geformt und weist eine relativ geringe Dicke von bevorzugt mindestens 1 nm und/oder höchstens 20 nm auf. Eine Dicke der Wellenleiterschichten 21 liegt bevorzugt je bei mindestens 100 nm und/oder bei höchstens 500 nm, wobei die Wellenleiterschichten 21 unterschiedlich dick sein können. Die n-Mantelschicht 22 weist, inklusive der

Absorberschicht 33, bevorzugt eine Dicke von 1 ym bis 4 ym, bevorzugt ungefähr 2 ym, auf. Eine Dicke der Absorberschicht 33 liegt insbesondere bei mindestens 20 nm und/oder bei höchstens 500 nm. Die Absorberschicht 33 ist aus AlInGaN gebildet, wobei eine Absorptionskante der Absorberschicht 33 so eingestellt ist, dass die Laserstrahlung L absorbiert werden kann.

Eine Dicke der Absorberschicht 33 liegt bevorzugt bei

mindestens einem 0,001-Fachen oder 0,01-Fachen oder 0,1- Fachen einer Gesamtdicke aus der n-Mantelschicht 22 und der n-Wellenleiterschicht 21. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Absorberschicht 33 höchstens ein 0,5-Faches oder ein 0,2-Faches oder ein 0,1-Faches dieser Gesamtdicke.

Die n-Mantelschicht 22 ist beispielsweise mit Silizium n- dotiert. Die in der n-Mantelschicht 22 liegende

Absorberschicht 33 ist entweder frei von der n-Dotierung der n-Mantelschicht 22 oder eine n-Dotierstoffkonzentration ist um mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 reduziert. Die Absorberschicht 33 ist beispielsweise mit Magnesium dotiert oder weist eine Codotierung aus Kohlenstoff und Magnesium auf. Bei der Absorberschicht 23 kann es sich ebneso um eine oder mehrere undotierte Schichten oder niedrig n-dotierte Schichten mit einer Si-Konzentration < 5x10-^ cm ^~ 3 handeln, die bei einem MOVPE-Wachstum mit Kohlenstoff codotiert werden können, sodass effektiv eine p-Leitfähigkeit resultiert. Das heißt, die C-Konzetration liegt dann höher als die Si- Konzentration. Ebenso ist für die Absorberschicht eine gezielte Mg-Dotierung mit einer Konzentration von Mg >

5x10-^ cm ^~ 3 möglich. Alle diese Werte gelten bevorzugt entsprechend auch in allen anderen Ausführungsbeispielen.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Halbleiterlasers 20 gezeigt. Abweichend von Figur 3 befindet sich die Absorberschicht 33 in der p-Mantelschicht 22a und ist somit n-dotiert. Die Elektronenblockierschicht 27 liegt innerhalb der p-Wellenleiterschicht 21. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 4 dem der Figur 3, das zur Figur 3 Beschriebene gilt entsprechend.

Wie auch in allen Ausführungsbeispielen kann die p- Mantelschicht aus der Halbleiterschicht 22a und einer Schicht 22b zusammengesetzt sein, wobei die Schicht 22b aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO gebildet ist.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 liegt kein Laserbarren vor, sondern es sind separate Laserdiodenchips mit den einzelne Lasergruppen 2 in mehreren zueinander parallel geschalteten Serienschaltungen vorhanden. Jede der

Lasergruppen 2 umfasst einen der Fotothyristoren 3. Es sind bevorzugt deutlich mehr Parallelschaltungen vorhanden, als jeweils Lasergruppen 2 in den Serienschaltungen arrangiert sind .

Aufgrund der Fotothyristoren 3 werden Serienschaltungen, die eine defekte Lasergruppe 2 umfassen, blockiert. Somit funktionieren die Serienschaltungen nur, wenn alle

Fotothyristoren 3 in einer der Serienschaltungen beleuchtet werden und durchschalten. Die einzelnen Lasergruppen 2 und Laserdiodenchips sind beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger und/oder Wärmesenke nebeneinander montiert.

In Figur 7 ist gezeigt, dass die Absorptionskante Eg der Absorberschicht 33 bevorzugt an einer roten, also

langwelligen Flanke des Emissionsspektrums der Laserstrahlung L liegt. Somit kann von der Absorberschicht 33 im

Wesentlichen die gesamte Laserstrahlung L hinsichtlich deren Wellenlängenverteilung absorbiert werden. Abweichend davon ist es möglich, dass die Absorptionskante Eg an der blauen Flanke oder in der Scheitelwellenlänge λρ liegt.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.

Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2016 108 700.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste

1 Laseranordnung

2 Lasergruppe

20 Halbleiterlaser

21 Wellenleiterschicht

22 Mantelschicht

23 Halbleiterschichtenfolge

24 Aufwachssubstrat

25 aktive Zone

26 Emissionsbereich

27 Elektronenblockierschicht

3 Fotothyristor

33 Absorberschicht

41 erster elektrischer Anschluss

42 zweiter elektrischer Anschluss

6 Träger

7 optische Isolierung

D Abstand Absorberschicht - Wellenleiterschicht

Eg Absorptionskante der Absorberschicht

G Wachstumsrichtung

I Strom in willkürlichen Einheiten

L Laserstrahlung

n, p n-dotiertes bzw. p-dotiertes Gebiet

P Laserleistung in willkürlichen Einheiten

R Resonatorrichtung

U Spannung in willkürlichen Einheiten

Ub Betriebsspannung

Ud erhöhte Laserschwellspannung defekter Halbleiterlaser Un normale Laserschwellspannung

Ut Dunkeldurchbruchspannung

λ Wellenlänge in willkürlichen Einheiten

λρ Scheitelwellenlänge der Laserstrahlung