CN101809834A - 用于制造发射辐射的器件的方法以及发射辐射的器件 - Google Patents
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Abstract
说明了一种用于制造发射辐射的器件(1)的方法。预先规定远场中的辐射特性。在垂直于该器件(1)的主辐射方向的方向上，根据所述预先规定的辐射特性确定该发射辐射的器件(1)的折射率谱。为该器件(1)确定一种构造，使得该器件(1)具有之前确定的折射率谱。根据之前确定的构造来构造该发射辐射的器件。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于制造发射辐射的器件的方法以及一种发射辐射的器件。
背景技术
在被用作泵浦激光器的半导体激光器的情况下，所期望的是发出具有尽可能均匀的远场的激光辐射。然而，半导体激光器通常发射具有类似于高斯的远场的辐射。因此，从该辐射谱的中轴出发，辐射强度向外相对迅速地下降。
发明内容
一个目的是说明一种方法，利用该方法可以制造如下的固态激光器：该固态激光器的远场更佳地适用于针对该激光器所预先规定的应用。该激光器尤其是将具有所发出的辐射在远场中的改善了的均匀性。
该任务由根据独立权利要求所述的一种方法以及一种发射辐射的器件来解决。有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据一个实施方案，在一种用于制造发射辐射的器件的方法中预先规定远场中的辐射特性。在垂直于该器件的主辐射方向的方向上，根据所述预先规定的辐射特性确定折射率谱。为该器件确定一种构造，使得该器件具有之前确定的折射率谱。该器件根据之前确定的构造而被构造。
因此，该器件的折射率谱被构造为有针对性地适应于预先给定的在远场中的辐射特性。通过这种方式，可以例如获得具有特别高的均匀性的远场中的辐射特性。因此，已经可以改善由该发射辐射器件发出的辐射的均匀性。可以放弃随后的均化、譬如借助于外部的所谓的均化器进行的均化。也不需要随后选择类似于高斯的谱的具有足够高均匀性的分区。
优选地，根据所述预先规定的在远场中的辐射特性确定附属的近场。这优选地借助于傅立叶变换来进行，其中由该远场得知附属的近场。
在有疑问的情况下，把所发出的辐射在距该发射辐射器件、尤其是距被设置为生成辐射的有源区的如下距离处的电磁场看成是远场：该距离大于所发射出的辐射的波长。
与远场不同，近场与该发射辐射器件的被设置为生成辐射的有源区之间相互作用。
在一个优选的扩展方案中，根据近场确定折射率谱。在此，有如下比例关系适用于折射率n：
n～[(neff 2k2EN(z)-EN″(z))/(k2EN(z))]1/2
其中z轴垂直于该器件的主辐射方向，EN(z)是近场的电磁场，并且EN″(z)是近场EN的电磁场的二阶导数。在此，k是电磁辐射的波矢，neff是有效折射率。
在一个优选的扩展方案中，具有半导体层序列的半导体本体被沉积，其中所述半导体层序列具有被设置为生成辐射的有源区。此外优选地，该折射率谱至少部分地处于具有半导体层序列的该半导体本体内。
在另一优选的扩展方案中，借助于合适的材料组成，沿着半导体本体的半导体层序列的沉积方向构造折射率谱。优选地，所述半导体层序列的半导体层至少部分含有三元、四元、或者五元化合物半导体。在这样的化合物半导体的情况下，可以通过简单的方式借助于材料组成来调节所述材料的折射率。因此，可以通过沉积具有不同折射率的半导体层来构造所确定的折射率谱。在此，半导体层内的折射率不必一定恒定。例如，半导体层的折射率也可以具有梯度，或者阶梯形地减小或增加。
在另一优选的扩展方案中，预先规定沿着两个彼此倾斜或垂直的轴的远场中的辐射特性。基于预先规定的辐射特性，可以垂直于主辐射方向并且倾斜于或者垂直于该折射率谱确定另一折射率谱。在此，该折射率谱平行于第一轴，并且所述另一折射率谱平行于第二轴。随后，可以将该器件的构造确定为使得该器件具有之前所确定的另一折射率谱。
在此，同样根据结合该折射率谱所说明的公式由近场计算出另一折射率谱，其中相应地应该将从沿着第二轴的预先规定的远场变化曲线所得出的近场用于所述计算。
在一个优选的改进方案中，借助于该器件中的、尤其是半导体本体中的空隙来形成另一折射率谱。在此，可以通过例如以机械方式和/或化学方式(譬如借助于湿化学或干化学刻蚀)除去具有半导体层序列的半导体本体的材料来构造所述空隙。
根据一个实施方案，具有被设置为生成辐射的有源区的发射辐射的器件具有主辐射方向，并且垂直于主辐射方向具有折射率谱。该折射率谱被实施为使得基于该折射率谱，在该器件运行时所生成的辐射的辐射特性在远场中在距该有源区预先规定的距离处具有比高斯形辐射特性更高的均匀度。
通过如下方式来获得所述较高的均匀度：有针对性地将该折射率谱构造为使得所产生的远场对应于或者至少接近于预先规定的远场。
在一个优选的扩展方案中，借助于被布置在有源区两侧的场形成层来形成折射率谱。此外优选地，该折射率谱在有源区两侧分别具有跃变式的过渡结，在所述跃变式的过渡结处，折射率分别从有源区来看增加。
根据另一实施方式，具有被设置为生成辐射的有源区的发射辐射的器件具有主辐射方向，其中在有源区两侧布置有场形成层，并且借助于所述场形成层垂直于该主辐射方向形成折射率谱。该折射率谱在有源区两侧分别具有跃变式的过渡结，在所述跃变式的过渡结处，折射率分别从有源区来看增加。
这样的器件可以具有拥有相对均匀的远场的辐射特性。
在另一实施方式的优选改进方案中，折射率谱被实施为使得基于该折射率谱，在该器件运行时所生成的辐射的辐射特性在远场中在距该有源区预先规定的距离处具有比高斯形辐射特性更高的均匀度。
基于所述折射率谱，所述场形成层产生近场，由所述近场产生相对于高斯远场被均化的远场。因此，由这样的器件所发出的辐射的均匀度可以比具有高斯状远场的常规半导体激光器更高。
尤其是将均匀的远场理解成一种远场，该远场在一定的角度范围内具有尽可能恒定的强度分布，并且此外不低于预先规定的阈值。
尤其是可以把在远场强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形的面积用作为远场均匀度的度量。在此，该远场是由发射辐射的器件所发出的辐射的强度，该强度与同主辐射方向所成角度θ有关。在具有高斯变化曲线的远场的情况下，最大矩形面积为48.8％。
发射辐射的器件(其中该远场因此在预先规定的距离处具有比高斯形辐射特性更高的均匀度)特别适用于激光器的光泵浦、照明、或者光学系统的成像。
尤其是将跃变式转变理解成一种区域，在该区域中，折射率与同该跃变式转变邻接的区域相比快速地变化。在此，所述变化不必一定接近于两个值之间的突变。例如，所述变化也可以从一个值到另一个值阶梯形或者线性上升地进行。
在一个优选的扩展方案中，在远场强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形优选地填充该远场强度变化曲线的曲线下的总面积的优选地最小50％、特别优选地最小60％、最优选地最小65％。该面积越大，则由该器件所发出的有用辐射的份额就可以越大。
在此，该强度变化曲线为沿着平行于折射率谱的方向的远场变化曲线。
在一个优选的扩展方案中，至少一个场形成层具有分区，在所述分区中，折射率随着距有源区的距离增加而优选地连续减小。所述至少一个场形成层可以进一步具有另一分区，在该另一分区中，折射率同样随着距有源区的距离增加而减小。在此，该分区以及该另一分区优选地被布置在有源区的同一侧。
在一个优选的改进方案中，在第一分区与第二分区之间构造有跃变式的过渡结。因此从有源区来看，该折射率谱在相应的跃变式过渡结的两侧优选连续地减小。
因此可以简化地获得具有特别高均匀性的辐射特性。
在跃变式过渡结的区域中，折射率谱优选地根据数值具有比与该跃变式过渡结邻接的分区更大的斜率。例如，折射率谱尤其是可以在场形成层的区域内被实施为锯齿状的。
在一个优选的扩展方案中，该器件具有拥有半导体层序列的半导体本体。优选地，有源区被构造在该半导体本体中。此外，场形成层也可以至少部分地被构造在该半导体本体中。
优选地，折射率谱至少部分地被构造在该半导体本体中。
在一个优选的改进方案中，折射率谱垂直于半导体本体的半导体层的主延伸方向。因此，该折射率谱为沿着该半导体本体的半导体层的沉积方向。该半导体本体的半导体层优选地以外延的方式、譬如借助于MOVPE或MBE来制造。
在另一优选的改进方案中，场形成层各自含有化合物半导体材料。此外优选地，可以借助于改变所述化合物半导体材料的材料组成来调节折射率谱。因此，可以根据折射率与材料组成之间的相关性由所确定的折射率谱确定为此所需的材料成分。
在一个优选的扩展方案中，该发射辐射的器件垂直于主辐射方向并且垂直于折射率谱具有另一折射率谱。借助于所述另一折射率谱，可以尤其是在该半导体本体之内有针对性地对近场进行场形成。通过这种方式，可以关于两个彼此倾斜或垂直的轴来调节、并因此根据预先规定的远场来形成所发出的辐射产生的远场。
在一个优选的扩展方案中，借助于空隙形成该另一折射率谱。所述空隙优选地在该半导体本体中尤其是沿着该另一折射率谱向内延伸。
借助于所述空隙，可以针对沿着主辐射方向振荡的辐射调节沿着该方向所确定的折射率。
在一个优选的改进方案中，所述空隙至少部分地被填充上填充材料。此外，所述填充材料优选地具有比在里面构造有空隙的材料更小的折射率。所述填充材料尤其是可以具有比与所述空隙邻接的半导体材料小的折射率。因此，与所述半导体材料的折射率相比，可以借助于所述空隙来降低平均折射率。
从该半导体本体之外来看，所述空隙可以随着深度增加而逐渐变细。因此，可以获得朝着该半导体本体的边缘尤其是连续地减小的平均折射率变化曲线。
在另一优选的扩展方案中，该器件具有另一被设置生成辐射的有源区。因此，可以提高从该器件发出的总辐射功率。
在有源区与所述另一有源区之间构造有隧道区。借助于所述隧道区，可以将该有源区和所述另一有源区彼此电串联连接。优选地，借助于两个半导体层来形成所述隧道区，其中所述两个半导体层区分别被实施为具有彼此相反的符号的高掺杂型。优选地，掺杂浓度分别为最低1018cm-3、特别优选地为最低1019cm-3。
在一个扩展变型方案中，在有源区中所生成的辐射以及在所述另一有源区中所生成的辐射具有共同的光学横模。因此，所述辐射份额可以被相干耦合。
此外优选地，隧道区被布置在所述光学横模的节点中。因此可以避免或者至少高度减小在隧道区中对光辐射功率的吸收。
所述另一有源区可以被构造在所述场形成层中。尤其是可以在该有源区与所述另一有源区之间布置所述跃变式过渡结之一。
在一个可替代的扩展变型方案中，在另一有源区两侧布置有另外的场形成层，其中该折射率谱在所述另一有源区两侧分别具有另一跃变式过渡结，在所述跃变式过渡结处，折射率从所述另一有源区来看增加。
在这种情况下，该有源区和所述另一有源区优选地被布置为彼此相叠，其中给所述有源区分别分配有自己的场形成层。
在此，所述另外的场形成层可以具有结合所述场形成层所述的特征中的至少之一。此外，被分配给有源区的场形成层以及被分配给另一有源区的另外的场形成层可以被以相同方式构造。与之不同地，所述场形成层和所述另外的场形成层可以彼此不同，并且尤其是与该有源区以及所述另一有源区相匹配。在此，该有源区以及所述另一有源区也可以被设置为为了发射辐射而具有不同的波长。
该有源区和/或所述场形成层优选地含有化合物半导体材料、特别优选地含有III-V族化合物半导体材料、尤其是由材料组合(AlInGa)(AsPNSb)构成的III-V族化合物半导体材料、即含有元素周期表的所述第3族元素之中的至少之一与元素周期表的所述第5族元素之中的至少之一的组合。该材料尤其是可以选自：AlxInyGa1-x-yAs、AlxInyGa1-x-yP、AlxInyGa1-x-yN、以及AlxInyGa1-x-ySb，其中分别有：0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。利用所述半导体材料，可以以有效的方式生成从紫外光谱范围、经由可见光光谱范围、直到红外光谱范围中的辐射。
所述用于使远场均化的折射率谱的扩展方案原则上可以应用于所有相干发射器。
优选地，该发射辐射的器件被实施为边缘发射的半导体激光器器件。在边缘发射的半导体激光器器件的情况下，主辐射方向平行于半导体本体的半导体层的主延伸平面。
也可以设想：将该发射辐射的器件实施为表面发射的半导体激光器器件、譬如VCSEL(vertical cavity surface emitting laser(垂直腔面发射激光器))、VECSEL(vertical external cavity surfaceemitting laser(垂直外腔面发射激光器))、或者薄片激光器(disklaser(片状激光器))。在表面发射的半导体激光器器件的情况下，该器件的主辐射方向垂直于半导体本体的半导体层的主延伸平面。
在一个优选的改进方案中，该发射辐射的器件被实施为泵浦激光器。
前面所述的方案特别适于制造该发射辐射的器件。因此，结合该发射辐射的器件所阐述的特征也可以用于该方法，反之亦然。
附图说明
根据下面联系附图对实施例的描述来得出其它特征、有利扩展方案以及适宜性。附图：1
图1A至1E示出了用于制造发射辐射器件的方法的第一实施例；
图2A至2E示出了用于制造光电器件的方法的第二实施例；
图3示出作为同主辐射方向所成角度θ的函数的高斯远场的强度分布I；
图4A至4E示出了电光仿真结果，其中针对根据图2E所实施的发射辐射的器件，4A示出了折射率谱，图4B示出了近场的附属强度分布，并且图4C示出作为注入电流j的函数的辐射功率P；
图5示出了发射辐射器件的第二实施例的折射率谱的定性变化曲线；
图6示出了发射辐射器件的第三实施例的折射率谱的定性变化曲线；
图7示出示意性俯视图形式的光电器件的第四实施例以及定性的附属折射率谱；
在所述附图中，给相同的、类似的或者作用相同的元素配备相同的附图标记。
所述附图分别是示意图，并且因此不一定是比例正确的。更确切地说，为清楚起见，相对小的元素、以及尤其是层厚度可能被夸大地示出。
具体实施方式
图1示出了对发射辐射的器件预先规定的远场变化曲线的强度I的变化曲线。在此，强度I被示出是与器件的主辐射方向所成角度θ的函数。该强度变化曲线在大约+/-15°的角度中显示出坪状的变化曲线，在该坪状的变化曲线中，强度几乎不变。在此，虚线101构成处于强度变化曲线100之下的具有最大面积的矩形的边界。在此，该矩形填充强度变化曲线100之下所构造的面积的大约68.8％。与此对照，在图3中示出了在高斯辐射谱的情况下的相应强度变化曲线300，其中所述强度变化曲线300具有面积最大的附属矩形301。在这种情况下，面积最大的矩形301占由强度变化曲线300所包围的面积的大约48.4％。因此，图1A所示的远场的强度谱具有比高斯形强度分布显著更高的均匀性。
在图1B中示出了附属的近场。在此，该近场通过空间傅立叶变换从图1所示的远场中得出。如图1C所示，可以根据前面所说明的关系从所述近场确定折射率谱。从z轴的零点出发，该折射率变化曲线具有多个分区，在所述分区中，折射率分别随着距离增加而减少。在这些分区之间分别构造有跃变式的过渡结24，其中折射率从较小的值跃变到较大的值。所示折射率变化曲线可以被换算成材料组成的变化曲线。在此，所述换算与每次为该器件所规定的材料有关。
在图1D中示例性地示出了基于AlxGa1-xAs的半导体层序列的铝含量x的变化曲线。因此，利用根据图1D所构造的针对铝含量的谱，可以至少以良好的近似得出图1C所示的折射率谱。
可以基于这样确定的器件构造来构造器件。
如图1B中的近场强度变化曲线所示的那样，该近场几乎仅在围绕中轴(z＝0)的-2至+2μm之间的范围内具有不同于0的值。因此，在要制造发射辐射的器件的情况下，仅须在该范围内得出折射率谱、进而得出由此所计算出的材料成分变化曲线。对于z的较大值而言，近场强度小得以至于可以放弃对所计算出的折射率谱进行尽可能精确地模拟。
在图1E中示例性地以截面图的形式示出了这样的发射辐射的器件1。该发射辐射的器件具有半导体本体2，所述半导体本体2具有半导体层序列。所述半导体层序列构成所述半导体本体，并且优选地以外延的方式、譬如借助于MOVPE或MBE来制造。半导体本体2的半导体层序列被布置在载体29上。载体29可以是生长衬底，其中在所述生长衬底上沉淀该半导体本体的半导体层序列。与之不同的是，该载体也可以不同于生长衬底。在这种情况下，该载体不必一定满足尤其是在结晶纯度方面对生长衬底的要求，而是可以相反地鉴于其它特征、比如热导率或电导率和/或机械稳定性而被选择。
该半导体本体具有有源区21，所述有源区21被设置为在该半导体本体运行时生产辐射。在所述有源区的两侧分别布置有接触层31以及另一接触层32。所述接触层优选地用于半导体本体2的外部电接触。在该发射辐射的器件运行时，载流子可以通过接触层31和32从两个不同的侧被注入到有源区中，并且在那里在发射辐射的情况下复合。
在有源区的两侧分别布置有场形成层22。场形成层22背对有源区21的侧分别布置有覆盖层26。所述覆盖层优选地分别具有比场形成层22的折射率小的折射率。因此，在该半导体本体中振荡的辐射可以在垂直方向上被大部分限制在所述覆盖层26之间的区域中。
此外，半导体本体2具有侧面20，所述侧面20在横向上、即沿着半导体本体2的半导体层序列的主延伸方向限定该半导体本体的界限。设置有半导体本体2的至少一个侧面20以用于耦合输出在发射辐射的器件1运行时所生产的相干辐射。因此，该发射辐射的器件被实施为边缘发射的半导体激光器器件。
在此，例如可以以化学方式、譬如借助于湿化学刻蚀或干化学刻蚀、或者以机械方式、譬如借助于分割或断裂来制造侧面20。
原则上，所有适于生成辐射的半导体材料都适于制造所述发射辐射的器件。
优选地，发射辐射的器件1、尤其是有源区21和/或场形成层22含有III-V族化合物半导体材料、尤其是由材料组合(AlInGa)(AsPNSb)构成的III-V族化合物半导体材料，其中所述化合物半导体材料含有元素周期表的所述第3族元素之中的至少之一以及所述第5族元素之中的至少之一。
III-V族化合物半导体材料特别适于生成紫外光(AlxInyGa1-x-yN)、经由可见光(尤其是针对蓝色至绿色辐射的AlxInyGa1-x-yN、或者尤其是针对黄色至红色辐射的AlxInyGa1-x-yP)、直到红外光(AlxInyGa1-x-yAs、AlxInyGa1-x-ySb)光谱范围中的辐射。在此，有下式分别适用：0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1、尤其是x≠1，y≠1，x≠0和/或y≠0。此外，利用III-V族半导体材料、尤其是来自所述材料体系的III-V族半导体材料，可以在生成辐射的情况下获得高的内部量子效率。
接下来示例性地描述基于材料体系AlxInyGa1-x-yAs的器件的层构造结构。借助于量子层形成有源区21，所述量子层具有厚度6.5nm并且基于In0.13Ga0.87As。与之不同的是，该有源区还可以具有拥有一个以上量子层(譬如两个或两个以上量子层)的量子结构。尤其是可以通过改变层厚度和/或铟含量来调节在有源区中所生成的辐射的峰值波长。
在本申请的范围内，术语“量子结构”尤其是包括任意如下的结构：在所述结构的情况下，载流子由于封闭(“confinement(限制)”)而可以经历其能态的量化。术语“量子结构”尤其是不含关于量化维度的说明。因此，所述量子结构尤其是包括：量子阱、量子线、和量子点、以及这些结构的每种组合。
适宜地，处于有源区21一侧的半导体层为n型掺杂的，并且处于在该有源区另一侧的半导体层为至少部分p型掺杂的。例如，被布置在有源区21与载体29之间的半导体层可以是n型掺杂的。
该有源区被布置在两个场形成层22之间，其中场形成层22各自具有分区221和另一分区222。在此，所述另一分区222位于比分区221距有源区21距离更大之处。
分区221各自含有材料AlxGa1-xAs，其中铝含量x从有源区21起随着距离增加而从值0.20增加到值0.35。优选地，所述增加连续地进行。相应地，折射率分别减小。
另一分区222各自含有具有铝含量x的AlxGa1-xAs，所述铝含量x从有源区21起随着距离增加而从值0.10增加到值0.35。优选地，所述增加连续地、尤其是线性地或至少基本上线性地进行。在存在于分区221与另一分区222之间的跃变式过渡结24处，铝含量跃变式地从35％减小到20％。因此，从有源区21来看，铝含量x在跃变式过渡结24的两侧都增加。相应地，折射率分别减小。
场形成层22的分区221、222各自具有厚度940nm。
覆盖层26(其各自被布置在场形成层22背对有源区21的那侧)各自具有厚度1000nm，并且含有材料Al0.50Ga0.50As。因此，覆盖层26的铝含量高于场形成层的铝含量。所以，覆盖层的折射率小于场形成层22的折射率，使得有源区21中所生成的辐射的横模至少在一定程度上被限制在所述覆盖层之间的区域中。
适宜地，载体29为导电的。在基于譬如GaAS、Ge、Si、或者GaP的半导体材料的载体的情况下，该载体适宜地与被布置在载体29与有源区21之间的半导体层22、26具有相同的掺杂型。
与之不同地，该载体也可以被构造为电绝缘的。在这种情况下，另一接触层32被适宜地布置在载体29朝向有源区21的那侧上。
因此在所述第一实施例中，通过如下方式获得折射率谱：半导体本体2的半导体层序列的材料组成沿着沉积方向、即垂直于半导体本体2的半导体层序列的主延伸方向合适地变化。
在此，如下的化合物半导体材料特别适用于场形成层22：在所述化合物半导体材料的情况下，可以借助于改变所述化合物半导体材料的组成来调节折射率。
通过这种方式，可以制造一种发射辐射的器件，其发出的辐射在远场中在预先规定的距离处比利用高斯形辐射特性来发射辐射的器件具有更高的均匀性。
在远场强度变化曲线的曲线下延伸的具有最大面积的矩形优选地填充该远场强度变化曲线的曲线下的总面积的优选地最小50％、特别优选地最小60％、最优选地最小65％。
这样的发射辐射的器件特别适于作为泵浦激光器。
在图2A至2E中示意性地示出了用于制造发射辐射的器件的方法的另一实施例。所述第二实施例基本对应于第一实施例。与之不同的是，预先规定的远场中的辐射特性为矩形谱，因此其是具有理想均匀性的远场的变化曲线，其中该曲线之下的矩形充满该总面积。
图2B中示出了基于图2A的借助于空间傅立叶变换从图2A所示的变化曲线所计算出的近场。除主瓣最大值210以外，该强度变化曲线还示出了多个旁瓣最大值211、212、213。因此与图1B所示的强度变化曲线不同，该强度变化曲线即使在较大的距离(譬如z＝3.5)处仍然显示出不同于0的值。
根据图2B所示的近场所确定的折射率谱n的值以及铝含量x的值可以如同结合图1C和图1D所描述的那样被计算出，并且在图2C以及2D中被示出。在图2E中以截面图的形式示意性地示出了具有半导体本体2的发射辐射的器件1，所述半导体本体2的层构造被实施为使得有源区21中所生成的辐射在预先给定的距离处具有接近于图2A所示的理想谱的远场。
发射辐射的器件1的构造基本对应于结合图1E所述的发射辐射的器件。与之不同的是，场形成层22各自具有附加的分区223，所述分区223被构造在另一分区222背对有源区21的那侧。
场形成层22各自具有两个跃变式过渡结24，所述跃变式过渡结24被构造在分区221与另一分区222之间以及另一分区222与附加分区223之间。优选地，场形成层22的附加分区223中的铝含量随着距有源区的距离增加而特别优选连续地增加。相应地，另一场形成层的折射率随着距有源区的距离增加而减小。
借助于在有源区的两侧分别具有两个跃变式转变(其中在所述跃变式转变处，折射率从有源区来看分别跃变式地上升)的所述折射率谱，可以在覆盖层26之间在场形成层22中将近场的强度分布构造为使得由有源区21所发出的辐射在远场中在预先给定的距离处接近于具有理想均匀度的辐射特性。
在图4A至4C中示出了发射辐射的器件的电光仿真结果，其中所述发射辐射的器件是根据结合图2E所述的实施例实施的。
在此，z方向分别对应于半导体本体2的半导体层的沉淀方向，其中该图中的零点是载体29朝向有源区的界面。图4A所示的折射率谱在有源区21的两侧分别具有两个跃变式的过渡结24，在所述跃变式的过渡结24处，折射率从有源区来看分别跃变式地上升。在跃变式的过渡结24的两侧，折射率分别随着距有源区的距离增加而减小。
该折射率谱被构造为关于有源区21对称。由此使得对称地发出有源区中所生成的辐射被简化。
由图4A所示的折射率谱所产生的近场在图4B中被表示为沿着沉积方向z的强度分布。除主瓣最大值401之外，所述强度分布还在两侧分别具有强度旁瓣最大值402、403，并且因此明显不同于在远场中具有高斯辐射特性的器件。在高斯远场的情况下，附属的近场也具有高斯形，并且因此不显示出旁瓣最大值。
如将图4A与图4B相对照所示出的那样，在场形成层22的另一分区222中构造有旁瓣最大值402并且在场形成层22的附加分区223中构造有旁瓣最大值403。属于主瓣最大值401的强度份额沿着z方向被限制在有源区21和场形成层22的分区221中。因此基于所述折射率谱，场形成层22也能够将有源区21中所生成的辐射的近场构造为使得所产生的远场在预先给定的距离处具有比高斯辐射特性更高的均匀性。
图4B所示的近场的0.8％与有源区重叠(confinement(限制))。更高阶的光学模具有显著更低的限制因子，并且根据所述仿真并不起振。
图4C中示出作为所注入的电流j的函数的输出功率P的仿真变化曲线。该器件具有刚好超过400mA的激光器阈值。该斜率为大致1W/A。所示仿真显示：利用所述方法，可以制造一种器件，所述器件在光电特性良好的同时具有均匀化的远场。
图5中示出了发射辐射器件的第三实施例的折射率谱的定性变化曲线。
该第三实施例基本对应于结合图4A所述的第二实施例。与之不同的是，除了有源区21，该发射辐射的器件还在该有源区的两侧分别具有另外的有源区27。所述另外的有源区27各自被布置在场形成层22中。
在有源区21与另外的有源区27之间分别构造有隧道区28。隧道区28被设置为将另外的有源区27和该有源区彼此串联。优选地，所述隧道区各自具有高掺杂的n型半导体层和高掺杂的p型半导体层。优选地，掺杂浓度分别为最低1018cm-3、特别优选地为最低1019cm-3。
隧道区28优选地被布置在折射率谱的跃变式转变的区域中。在所述区域中，近场的强度——如图4A和4B所示的那样——相对较低。因此可以避免或者至少高度减小在隧道区28中对近场的辐射强度的吸收。
有源区21和另外的有源区27可以被相干耦合。也就是说，在该有源区中所生成的辐射以及在所述另外的有源区中所生成的辐射具有共同的光学横模。优选地，隧道区28各自被布置在所述光学模的节点中，其中所述节点可以如同上面所述的那样被构造在跃变式过渡结24的区域中。
通过附加的有源区27，可以提高从该器件发出的总辐射功率。
图6中示出了发射辐射器件的第四实施例的折射率谱。该第四实施例基本对应于结合图4A所述的第二实施例。与之不同的是，该发射辐射的器件的半导体本体具有另一有源区27。有源区21和所述另一有源区被布置为彼此相叠，其中所述另一有源区被布置在两个另外的场形成层23之间。在该实施例中，有源区21和另一有源区27被以相同方式实施。
此外，场形成层22和场形成层23被以相同方式实施。因此，该折射率谱在另一有源区27的两侧分别具有两个另外的跃变式转变25，在所述跃变式转变处，折射率从所述另一有源区来看分别增加。
在有源区21和另一有源区27中，实施有隧道区28，其中所述隧道区28可以如同结合图5所述的那样被构造。与结合图5所述的实施例不同的是，有源区21与另一有源区27彼此相距相对较远。借助于场形成层22以及另一场形成层23，在有源区21中以及在另一有源区27中所生成的辐射被彼此去耦合。
因此，有源区21和27可以基本上彼此无关地生成相干辐射。与所述实施例不同的是，为了进一步分离光学模，可以在成形成层22与另一场形成层23之间布置另一覆盖层。所述另一覆盖层适宜地具有比场形成层22和另一场形成层23的折射率小的折射率。
图7中以俯视图的形式示意性地示出了发射辐射器件的第五实施例。在此，具有半导体层序列的半导体本体的垂直结构可以如同结合图4A至图6所述的实施例那样来实施。此外定性地示出了附属的折射率谱的变化曲线。
半导体本体2具有空隙4，所述空隙垂直于从侧面20发出的辐射的主辐射方向地延伸到半导体本体2中。空隙4可以至少部分被填充上填充材料，其中所述填充材料优选地具有比半导体本体2更小的折射率。
从半导体本体2之外来看，所述空隙随着深度增加而逐渐变细。通过这种方式，可以构造如下的折射率谱：其在平均的情况下在空隙4的区域中沿着主辐射方向朝着半导体本体2的边缘减小。空隙4从半导体2的彼此相对的侧延伸到该半导体中。在所述侧各自布置有边缘层6，所述边缘层6的折射率随着距半导体本体2的距离增加而减小。与之不同地，也可以设置具有恒定折射率谱变化曲线的边缘层。
边缘层6优选地含有介电材料、例如氧化物(譬如氧化硅或氧化钛)、氮化物(譬如氮化硅)、或者氮氧化物(譬如氮氧化硅)。所述边缘层也可以分别被实施为多层，其中分层的折射率随着距半导体的距离增加而减小。
在该半导体本体与边缘层6之间分别构造有跃变式的过渡结24，在所述跃变式过渡结24处，折射率从半导体本体2的内部来看跃变式地上升。因此，所述跃变式过渡结被构造在该半导体本体与与该半导体本体接界的层之间的界面上。
通过这种方式，可以沿着与主辐射方向垂直并且与半导体本体2的半导体层的沉积方向垂直的方向构造另一折射率谱。借助于所述另一折射率谱，近场可以沿着该方向被形成为使得由所述近场所产生的远场沿着所述方向对应于预先规定的辐射特性。
因此，该发射辐射的器件可以被构造为使得远场中的辐射特性沿着两个彼此垂直的轴对应于或者至少接近于预先规定的变化曲线。
本专利申请要求德国专利申请10 2007 045 499.8和10 2007 051315.3的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用结合于此。
本申请不受根据所述实施例的描述的限制。更确切地说，本发明包括每种新特征以及特征的每种组合，这尤其是含有权利要求书中的特征的每种组合，即使这些特征或这些组合本身并未在权利要求书中或实施例中予以明确说明。
Claims (15)
1.一种用于制造发射辐射的器件(1)的方法，具有步骤：
a)预先规定远场中的辐射特性；
b)在垂直于该器件(1)的主辐射方向的方向上，根据所述预先规定的辐射特性确定该发射辐射的器件(1)的折射率谱；
c)为该器件(1)确定一种构造，使得该器件(1)具有之前确定的折射率谱；以及
d)根据之前确定的构造来构造该发射辐射的器件(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)
-根据所述预先规定的在远场中的辐射特性确定附属的近场；以及
根据该近场确定发射辐射的器件(1)的折射率谱。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中发射辐射的器件(1)具有拥有半导体层序列的半导体本体(2)，所述半导体层序列具有被设置为生成辐射的有源区(21)，其中在步骤d)沉积具有所述半导体层序列的半导体本体(2)，并且借助于合适的材料组成沿着半导体本体(2)的所述半导体层序列的沉积方向构造折射率谱。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中预先规定沿着两个彼此倾斜或垂直的轴的在远场中的辐射特性，并且其中在步骤b)，垂直于主辐射方向并且垂直于该折射率谱确定另一折射率谱，并且在步骤c)，将该器件(1)的构造确定为使得该器件具有之前所确定的另一折射率谱。
5.一种发射辐射的器件，其具有被设置为生成辐射的有源区(21)，所述发射辐射的器件具有主辐射方向，并且垂直于所述主辐射方向具有折射率谱，其中该折射率谱被实施为使得基于该折射率谱，在该器件运行时所生成的辐射的辐射特性在远场中在距有源区(21)预先规定的距离处具有比高斯形辐射特性更高的均匀度。
6.一种发射辐射的器件，其具有被设置为生成辐射的有源区(21)，所述发射辐射的器件具有主辐射方向，其中在该有源区两侧布置有场形成层(22)，并且借助于场形成层(22)垂直于该主辐射方向形成折射率谱，其中该折射率谱在有源区(21)两侧分别具有跃变式的过渡结(24)，在所述跃变式的过渡结(24)处，折射率分别从有源区(21)来看增加。
7.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，其中远场(100)中的辐射特性具有强度变化曲线，给所述强度变化曲线分配有在该强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形(101)，矩形(101)填充该远场的强度变化曲线的曲线下的总面积的最小50％、优选地最小60％。
8.在引用权利要求6的情况下根据权利要求6或7所述的发射辐射的器件，其中至少一个场形成层(22)具有分区(221)以及另一分区(222)，其中在分区(221)和另一分区(222)中的折射率分别随着距有源区(21)的距离增加而减小，并且其中分区(221)以及另一分区(221)被布置在有源区(21)的同一侧。
9.根据权利要求8所述的发射辐射的器件，其中在分区(221)与另一分区(222)之间构造有跃变式的过渡结(24)。
10.根据权利要求5至9之一所述的发射辐射的器件，其中该器件(1)具有拥有半导体层序列的半导体本体(2)，其中在半导体本体(2)中构造有有源区，并且其中折射率谱垂直于半导体本体(2)的半导体层的主延伸方向。
11.根据权利要求5至10之一所述的发射辐射的器件，该发射辐射的器件垂直于主辐射方向并且垂直于折射率谱具有另一折射率谱，所述另一折射率谱借助于空隙(4)被形成，所述空隙(4)在半导体本体(2)中沿着所述另一折射率谱向内延伸。
12.根据权利要求5至11之一所述的发射辐射的器件，其中该器件具有另一有源区(27)，所述另一有源区(27)被设置生成辐射。
13.根据权利要求12所述的发射辐射的器件，其中在有源区(21)与另一有源区(27)之间构造有隧道区(28)，并且其中在有源区(21)中所生成的辐射以及在所述另一有源区(27)中所生成的辐射具有共同的光学横模，并且隧道区(28)被布置在所述光学横模的节点中。
14.根据权利要求12或13所述的发射辐射的器件，其中有源区(21)与另一有源区(27)之间构造有跃变式的过渡结(24)。
15.根据权利要求12所述的发射辐射的器件，其中在另一有源区(27)两侧布置有另外的场形成层(23)，其中折射率谱在所述另一有源区两侧分别具有另一跃变式过渡结(25)，在所述跃变式过渡结(25)处，折射率从另一有源区(27)来看增加。
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