CN101878567B - 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

Abstract

本发明涉及一种用于制造发射辐射的器件(1)的方法，其中在与该器件的主辐射轴垂直的方向上，预先规定近场的场变化曲线(101，201)。沿着该方向，根据所述近场的场变化曲线确定折射率分布图(111，211，511)。为该器件确定构造，使得该器件具有之前确定的折射率分布图。根据之前确定的构造来构造器件。此外还说明一种发射辐射的器件。

Description

用于制造发射辐射的器件的方法以及发射辐射的器件

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

在边缘发射半导体激光器的情况下，从耦合输出棱面(Auskoppelfacette)一侧射出的辐射尤其是可能造成所述棱面的损害。导致该半导体激光器故障的这样的损害也被称为“灾变性镜损伤(katastrophalerSpiegelschaden)”(英语：CatastrophicOpticalDamage(灾变性光学损伤)，COD)。所述棱面的区域中的最大光密度越高，则这样的损伤的风险就越高。

发明内容

任务是，说明一种可以用来制造固体激光器的方法，其中镜损伤的风险即使在高输出功率的情况下仍然被减小。此外还将说明这样的激光器。

该任务通过根据独立权利要求所述的方法和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。

根据一个实施形式，在用于制造发射辐射的器件的方法中预先规定在与该器件的主辐射轴垂直的方向上近场的场变化曲线(Feldverlauf)。根据所述近场的场变化曲线，沿该方向确定、尤其是计算折射率分布图(Brechnungsindexprofil)。为该器件确定构造，使得该器件具有之前确定的折射率分布图。该器件根据之前确定的构造而被构造。

因此，该器件的折射率分布图有针对性地以与近场的预先规定的场变化曲线相匹配的方式被构造。换言之，可以根据预先规定的近场如此计算折射率分布图，使得配备有所述折射率分布图的器件具有近场的预先规定的场变化曲线或者该器件具有至少一个接近于所述预先规定的场变化曲线的实际场变化曲线。因此，尤其是可以实现近场的具有高均匀性的场变化曲线。该场变化曲线的均匀性越高，则在光学总输出功率相同的情况下，在谐振器界面上最大程度地出现的局部光场密度可能越小。因此，该器件由于灾变性镜损伤造成的故障的风险能够被减小。

尤其是将近场理解成辐射的场分布，所述场分布与该发射辐射的器件的被设置用于生成辐射的有源区的相互作用和/或主要在辐射方向上以与有源区相距如下距离出现：所述距离处于所生成的辐射的真空波长的范围内、尤其是小于或等于所述真空波长。该器件的谐振器界面、譬如半导体激光器的棱面处的场分布也可以被考虑。

在一个优选的扩展方案中，根据近场借助于如下比例关系式确定折射率分布图：

n～[(n_eff ²k²E_N(z)-E_N″(z))/(k²E_N(z))]^1/2

在此，z轴垂直于该器件的主辐射轴延伸，其中所述主辐射轴穿过z轴的零点。E_N(z)是近场的电磁场，并且E_N″(z)是其二阶导数。k是电磁辐射的波矢，n_eff是有效折射率。

在另一优选的扩展方案中，对于近场的预先规定的场分布有如下比例关系式适用：

E_N(z)～exp[-(z/d)^α]，

其中α是大于2的偶数，并且d是对近场的预先规定的场分布的宽度的尺度。该函数也被称为TopHat函数。与针对α＝2得出的高斯函数相比，TopHat函数的特点在于更陡峭的边缘，其中所述边缘越陡峭，则指数α越大。此外，TopHat函数在z＜d的区域中随着越大的指数α围绕z＝0具有越来越强烈构造的高原状变化曲线。

在一个优选的扩展方案中，该发射辐射的器件具有带有半导体层序列的半导体本体，其中所述半导体层序列此外优选地还具有被设置用于生成辐射的有源区。具有半导体层序列的半导体本体优选地以外延的方式、譬如借助于MBE或MOVPE来沉积。

在一个优选的改进方案中，该器件具有场形成层，所述场形成层至少被布置在该有源区的一侧。该折射率分布图尤其是可以借助于所述场形成层来形成。

此外，该折射率分布图优选地至少部分地处于具有半导体层序列的半导体本体之内。

在另一优选的扩展方案中，借助于合适的材料组成沿着垂直方向、即沿着该半导体本体的半导体层序列的沉积方向构造折射率分布图。

优选地，所述半导体层序列的半导体层至少部分地含有三元、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具有之前确定的折射率分布图的半导体本体。在此，半导体层内的折射率不必必须是恒定的。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。

可替代地，可以通过对该器件、尤其是半导体本体进行结构化沿着横向、即沿着在该半导体本体的半导体层的主延伸平面中伸展的方向构造折射率分布图。通过这种方式，可以在横向上形成近场。该折射率分布图优选地垂直于主辐射轴。

所述结构化例如可以借助于空隙(Ausnehmung)来形成。所述空隙可以延伸到该半导体本体内。

在另一优选的扩展方案中，沿着另一与该器件的主辐射轴垂直的方向预先规定近场的场变化曲线。因此，可以沿着两个彼此倾斜或垂直的轴预先规定近场。基于近场的沿着所述另一方向的预先规定的场变化曲线，可以垂直于主辐射轴并且倾斜于或者垂直于该折射率分布图确定另一折射率分布图。在此，该折射率分布图平行于第一轴，并且所述另一折射率分布图平行于第二轴。随后，可以如此确定该器件的构造，使得该器件具有之前所确定的另一折射率分布图。

在此，可以同样根据在该折射率分布图方面所说明的公式从预先规定的近场中计算所述另一折射率分布图。

所确定的另一折射率分布图尤其是可以通过在横向上以及垂直于主辐射轴的方向上对该半导体本体结构化来实施。

在一个优选的改进方案中，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形成所述折射率分布图，并且借助于该器件中、尤其是半导体本体中的空隙来形成所述另一折射率分布图。所述空隙尤其是可以延伸到场形成层内。因此，可以借助于场形成层沿着垂直方向并且借助于所述空隙沿着横向形成近场。

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蚀刻)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。

随后，所述空隙可以至少局部地用具有比构造有空隙的材料大或小的折射率的材料填充。

对填充可以例如借助于外延附晶生长来进行。因此，可以通过外延填充材料的材料组成在广阔的限度上来改变折射率。

可替代或作为补充地，所述空隙也可以借助于汽化渗镀(Aufdampfen)或者溅射来填充。在这种情况下可以放弃附加的附晶生长外延工艺。例如，该填充材料可以含有介电材料、譬如氧化物、氮化物或者氮氧化物。

根据一个实施形式，具有被设置用于生成辐射的有源区的发射辐射的器件具有主辐射轴，并且垂直于该主辐射轴具有折射率分布图。该折射率分布图如此被实施，使得基于所述折射率分布图，在该器件运行中所生成的辐射的近场的场分布具有比高斯形场分布高的均匀性。

通过有针对性构造折射率分布图这样来获得所述较高的均匀性，使得所产生的近场对应于或者至少接近于预先规定的均匀的近场。由此可以特别均匀地构造在尤其垂直于主辐射轴的谐振器界面处的辐射密度，其中所述谐振器界面例如可以用作镜面和/或辐射穿透面。换言之，因此可以将出现在谐振器界面上的总辐射功率以改善的方式分布到谐振器界面上。因此，可以在相同的总辐射功率的情况下减小最大程度地出现的局部辐射功率密度。因此，可以减小辐射造成的对谐振器界面的损害的风险，其中所述损害尤其是可能出现在最大辐射功率密度的位置处。

尤其是可以减小最大程度地出现的辐射功率密度，而不必为此增大辐射所出现在的面。尤其是与具有扩展的波导的激光器不同，可以避免由于增大该面造成的提高的阈电流和提高的串联电阻。这样的具有扩展的波导的激光器也被称为LOC(largeopticalcavity(大光腔))激光器或SLOC(super－largeopticalcavity(超大光腔))激光器。还可以相对于所述激光器简化地避免或者至少减小较高阶的横向光模的不期望的增加的出现。因此单模运行被简化。

在一个优选的扩展方案中，折射率分布图从主辐射轴出发至少在主辐射轴的一侧、优选地在两侧随着距主辐射轴的距离增加而上升到至少局部的最大值。因此可以特别有效地实现近场的场形成。在此，该最大值可以是局部的或者全局的最大值。

根据另一实施形式，具有被设置用于生成辐射的有源区的发射辐射的器件具有主辐射轴，并且垂直于该主辐射轴具有折射率分布图。折射率分布图从主辐射轴出发至少在主辐射轴的一侧随着距主辐射轴的距离增加而上升到最大值。

在这样的器件的情况下，所发出的辐射可以在近场中具有特别均匀的场分布。

在该另一实施形式的一个优选的改进方案中，折射率分布图被实施，使得基于所述折射率分布图，在该器件运行中所生成的辐射的近场的场分布具有比高斯形场分布高的均匀性。因此可以减小辐射穿透面处的最大光学功率密度。

尤其是将均匀的近场理解为如下的近场：其在确定的区域中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。总辐射功率越均匀地分布在辐射穿透面上，则在总辐射功率不变并且出射面的大小不变的情况下，最大光学功率密度可以越小。

尤其是可以将在近场的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考虑作为近场均匀性的尺度。在此，该近场是根据距主辐射轴的距离z从发射辐射的器件发出的辐射的强度。在具有高斯场分布的近场的情况下，该最大矩形面积为48.8％。

近场尤其是在辐射穿透面的位置处具有比高斯形场分布高的均匀性的发射辐射的器件尤其特别适用于高输出功率、优选地100mW或更多。

在一个优选的扩展方案中，在近场的强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形填充该近场的强度变化曲线的曲线下的总面积的至少50％、特别优选地至少60％、最优选地至少65％。该面积越大，则在相同的光学总输出功率的情况下，局部出现的最大功率密度可以越小。在此，所述强度分布是近场沿着与折射率分布图平行的方向的变化曲线。

在另一优选的扩展方案中，折射率随着距主辐射轴的距离增加而从最大值下降到比主辐射轴的区域中的折射率小的值。

在另一优选的改进方案中，折射率分布图以对称于或者至少很大程度上对称于主辐射轴的方式被构造。因此可以简化地实现根据预先规定的变化曲线的近场的形成。

在一个优选的改进方案中，折射率分布图从最大值出发朝向主辐射轴比远离主辐射轴的方向上更缓慢地下降。

此外优选地，折射率分布图至少局部地根据具有偶数幂的多项式的平方根而被形成，其中0也被视为偶数。该多项式尤其是可以具有如下形式：

A+B＊z^β-C＊z^γ

其中A、B和C是正系数，并且β和γ是正偶数，其中γ＞β。这样的多项式的变化曲线从值A出发随着距离z增加而首先连续地上升到最大值并且随后较剧烈地下降。

对于根据具有指数α的TopHat函数形成的近场变化曲线而言，上述多项式的平方根是折射率分布图的解析解，使得得出如下关系式：

n(z)＝(A+B＊2^α-2-C＊z^2α-2)^1/2。

例如，具有α＝4的TopHat函数产生多项式的指数β＝2和γ＝6，而在α＝8时得出指数β＝6和γ＝14。

在此，系数A可以根据有效折射率的平方、即n_eff ²来确定。系数B和C可以通过如下关系式来确定：

B＝(α²-α)/[k_eff ²d^α]以及

C＝α²/[k_eff ²d^2α]。

有效波数k_eff通过关系式k_eff＝2πn_eff/λ与传播的辐射的真空波长λ逻辑连接。

优选地，折射率分布图尤其是在如下区域中与所述变化曲线一致：在所述区域中，光模的场在横向上具有显著的重叠。在仅有光模的尾部延伸入的区域中，也可以与之不同地构造折射率分布图。

在本申请的范围内，将折射率分布图根据对电磁辐射场的形成而言决定性的标度理解成折射率的基本变化曲线。尤其是在半导体激光器的情况下，其折射率同邻近层不同的薄层基本不影响场形成，并且因此针对该折射率分布图不能被考虑。在这种意义上，薄层尤其是半导体激光器的有源区的量子层，所述量子层如此薄，使得可能出现载流子的量化效应。这样的量子层的厚度在大多数情况下小于20nm。

因此，在具有恒定材料组成的波导中嵌入有具有一个或多个量子层的有源区的半导体激光器被视为如下的半导体激光器：其即使在所述量子层的折射率不同于邻近的波导材料的折射率时也在该波导中具有恒定的折射率分布图。

在波导的区域中具有恒定的折射率分布图的这样的半导体激光器具有所产生的近场，所述近场的变化曲线与sin²(z)或cos²(z)成比例。因此，连同进入覆盖层(其中波导处于所述覆盖层之间)的近场尾部一起得出很大程度上对应于高斯场分布的变化曲线。此外，也可以通过有源区的彼此间隔开的量子阱来造成呈指数下降的近场。由于近场的相对较小的均匀性，灾变性镜损伤的风险在这样的半导体激光器的情况下提高。

在一个优选的扩展方案中，借助于场形成层来形成折射率分布图，所述场形成层至少在有源区的一侧、优选地在有源区的两侧被布置。此外，折射率分布图的最大值优选地被构造在所述场形成层之一中。

在一个优选的改进方案中，有源区(aktiveBereich)被布置在覆盖层之间。所述覆盖层优选地具有比主辐射轴区域中的折射率小的折射率。

此外优选地，场形成层被布置在覆盖层之间。所述场形成层的折射率适宜地至少局部地高于所述覆盖层的折射率。因此，可以将在有源区中所生成的辐射的横向传播至少在很大程度上限制在所述覆盖层之间的区域中。

在一个优选的扩展方案中，该器件具有带有半导体层序列的半导体本体。有源区优选地被构造在半导体本体中。此外，场形成层也可以至少部分地被构造在半导体本体中。另外，覆盖层可以集成在半导体本体中或者完全地或部分地布置在该半导体本体之外。

优选地，折射率分布图完全或至少部分地被构造在该半导体本体中。因此，近场的场形成可以至少在很大程度上在该半导体内进行。

在一个优选的扩展变型方案中，折射率分布图垂直于半导体本体的半导体层的主延伸方向。因此，该折射率分布图沿着该半导体本体的半导体层的沉积方向伸展。

在另一优选的改进方案中，场形成层分别含有化合物半导体材料。此外，优选地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分布图。因此，根据折射率与材料组成的关系，可以根据所确定的折射率分布图确定为此所需的材料组成分布图。所述材料成分的相对改变在围绕主辐射轴的区域与围绕最大值的区域之间优选地处于包括1％和40％在内的1％至40％(einschlieβlich1％und40％)之间、特别优选地处于在包括5％和15％在内的5％至15％之间。

在另一优选的扩展方案中，折射率分布图的最大值被构造在场形成层之一中。因此，近场的场形成被简化。

在另一优选的扩展变型方案中，折射率分布图在半导体本体的半导体层的主延伸平面中伸展。因此，可以在横向上有针对性地形成在运行中所生成的辐射的近场。

这样的在横向上伸展的折射率分布图例如可以借助于空隙来形成。所述空隙可以延伸到半导体本体内。

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轴并且垂直于该折射率分布图具有另一折射率分布图。借助于所述另一折射率分布图，可以实现有针对性地形成尤其是在半导体本体之内沿着第二空间方向的近场的场分布。因此简化：将总辐射功率平面均匀地分布到谐振器界面、譬如辐射穿透面上。由此进一步减小光学镜损伤的风险。

所述另一折射率分布图可以具有结合该折射率分布图所述的特征的至少之一。

在另一优选的扩展方案中，折射率分布图垂直于半导体本体的半导体层的主延伸方向，并且另一折射率分布图借助于空隙而被构成。

所述空隙优选地延伸到半导体本体、尤其是场形成层内。此外，所述空隙可以从半导体本体的与有源区的主延伸平面平行的表面延伸到该半导体本体内。

借助于所述空隙，可以针对与主辐射轴平行的振荡的辐射调节沿着该方向取平均的折射率。

在一优选的改进方案中，所述空隙至少部分地用填充材料填充。该填充材料可以具有构造有空隙的材料、譬如与所述空隙邻近的半导体材料小的折射率。因此与该半导体材料的折射率相比，可以借助于所述空隙有针对性地改变、尤其是局部地减小平均的折射率。

可替代地，该填充材料可以具有比构造有空隙的材料、譬如与所述空隙邻近的半导体材料大的折射率。因此与该半导体材料的折射率相比，可以借助于所述空隙有针对性地改变、尤其是局部地增大平均的折射率。

所述空隙可以被构造在有源区的仅仅一侧或者有源区的两侧。该有源区优选地无空隙。因此可以改善地实现有源区中的有效的辐射生成。

在另一优选的扩展方案中，该器件具有被设置用于生成辐射的另一有源区。因此可以提高从该器件中射出的总辐射功率。

在该有源区与该另一有源区之间布置有隧穿区。借助于所述隧穿区，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穿区，其中所述两个半导体层分别以彼此相反的符号以高掺杂的方式来实施。优选地，掺杂浓度分别至少为10¹⁸cm^－3、特别优选地至少为10¹⁹cm^－3。

在有源区中所生成的辐射以及在该另一有源区中所生成的辐射可以具有共同的横向光模。因此，所述辐射分量可以相干地被耦合。

在一个扩展变型方案中，该另一有源区鉴于折射率分布图而被布置在主辐射轴与该折射率分布图的最大值的位置之间。因此简化共同的横向模的形成。

在一个可替代的扩展变型方案中，折射率分布图的最大值的位置被布置在该有源区与该另一有源区之间。在该有源区与该另一有源区之间可以布置另一覆盖层。借助于该另一覆盖层的厚度，可以调节光学耦合的强度。隧穿区被可以构造在该另一覆盖层中。因此可以在很大程度上减小在有源区中所生成的辐射在隧穿区中的吸收。

在这种情况下，给该另一有源区优选地分配另一主辐射轴，其中折射率分布图在背离所述主辐射轴的侧从该另一主辐射轴出发随着距该另一主辐射轴的距离增加而上升到另一最大值。

在此，相对于另一主辐射轴的折射率分布图的变化曲线可以具有结合相对于所述主辐射轴的折射率分布图的变化曲线所述的特征的至少之一。

另外，可以给该另一有源区分配另外的场形成层。被分配给所述有源区的场形成层和被分配给所述另一有源区的另外的场形成层可以同样地被构造。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或该另一有源区相匹配。在此，该有源区和该另一有源区也可以被设置用于发射具有不同波长的辐射。

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III－V化合物半导体材料、尤其是由材料组合(AlInGa)(AsPNSb)、即周期表的第3族中所述元素的至少之一与周期表的第5族中所述元素的至少之一的组合组成的III－V化合物半导体材料。该材料尤其是可以选自以下组，该组Al_xIn_yGa_1－x－yAs、Al_xIn_yGa_1－x－yP、Al_xIn_yGa_1－x－yN以及Al_xIn_yGa_1－x－ySb组成，其中分别：0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。利用所述材料，可以以有效的方式生成从紫外光谱范围经可见光谱范围直到红外光谱范围的辐射。

用于均匀化近场和由此减小的对谐振器面的光学损害的风险的折射率分布图的所述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半导体激光器器件。在边缘发射半导体激光器器件的情况下，主辐射轴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半导体激光器器件、譬如VCSEL(verticalcavitysurfaceemittinglaser(垂直腔面发射激光器))、VECSEL(verticalexternalcavitysurface emittinglaser(垂直外腔面发射激光器))、或者盘形激光器(disk laser(盘形激光器))。在表面发射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。

前面所述的方法特别适用于制造发射辐射的器件。因此，结合该发射辐射的器件所阐述的特征也可以被考虑用于该方法，并反之亦然。

附图说明

结合附图从下面对实施例的说明中得出另外的特征、有利的扩展方案以及适宜性。

图1A至1D针对用于制造发射辐射的器件的方法的第一实施例的中间步骤示出预先规定的近场的场分布E(z)(图1A)、折射率分布图n(z)(图1B)、材料组成的分布图(图1C)、以及发射辐射的器件的示意性的剖面图(图2D)；

图2A至2E针对用于制造发射辐射的器件的方法的第一实施例的中间步骤示出预先规定的近场的场分布E(z)(图2A)、折射率分布图n(z)(图2B)、材料组成的分布图(图2C)、发射辐射的器件的示意性的剖面图(图2D)、以及表格形式的折射率和材料组成的所属的变化曲线(图2E)；

图3A根据与主辐射方向的距离z示出根据第二实施例的光电子器件的近场强度分布I，并且图3B示出了根据高斯分布的近场的强度分布I；

图4A示出了根据在图4B中以剖面图形式示出的第三实施例的发射辐射的器件的折射率分布图的定性的变化曲线；

图5A和图5B分别以俯视图的形式连同分别所属的定性折射率分布图一起分别示出了光电子器件的第四和第五实施例的示意图。

在图中，给相同的、同样的或作用相同的元素配备相同的附图标记。

所述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，较小的元素以及尤其是层厚度可能为了解释清楚而被夸大地示出。

具体实施方式

图1A根据与发射辐射器件的主辐射轴的距离z示出了对发射辐射器件预先规定的近场的场分布E的变化曲线。因此，z轴垂直于发射辐射的器件在运行中射出辐射的方向。在该实施例中，近场具有α＝4的TopHat函数的变化曲线。

因此相对于高斯分布，该预先规定的场分布的特点在于较高的均匀性。

从该预先规定的近场变化曲线中可以计算产生该预先规定的近场变化曲线的折射率分布图。

针对图1A中所示的具有α＝4的TopHat函数，可以解析地由下式确定折射率分布图n(z)并得出：

n(z)＝(A+B＊z²-C＊z⁶)^1/2，

其中针对参数A、B和C具有上面所说明的值。在图1B中示出了相应的变化曲线。

从主辐射轴出发，折射率分布图首先连续地增加，并且在主辐射轴的两侧分别上升到最大值24。随后，该折射率分布图相对较剧烈地下降并且采取如下值：所述值处于该折射率分布图在主辐射轴区域内的值之下。

这样确定的折射率变化曲线可以被换算成材料组成的变化曲线。在此，所述换算取决于分别为该器件所设置的材料。

在图1C中示例性地示出了基于Al_xGa_1－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1C构造的铝含量分布图，可以实施图1B中示出的折射率分布图。在Al_xGa_{1－ x}As的情况下，折射率随着铝含量x增加而减小。相应地，铝含量在折射率的最大值的位置处具有最小值。

在围绕主辐射轴的区域与围绕最大值的区域之间，材料组成的相对变化优选地在包括1％和40％在内的1％至40％之间、特别优选地在包括5％和15％在内的5％至15％之间。因此，发射辐射的器件的电特性仅仅微小地受到材料组成的变化的影响。

基于这样确定的器件构造，该器件可以被构造。

如图1A中的近场的场变化曲线所示，该近场几乎仅仅在围绕主辐射轴的－2μm和+2μm之间的区域中具有不同于0的值。换言之，该区域之外的场强可以忽略。因此在要制造的发射辐射的器件的情况下，仅仅在该区域中实施折射率分布图以及因此由此计算出的材料组成变化曲线就足够了。对于较大的z值，近场的强度如此小，使得可以放弃尽可能精确地模拟所计算出的折射率分布图。

在图1D中示意性地以剖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拥有半导体层序列的半导体本体2。该半导体层序列形成半导体本体，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积了该半导体本体的半导体层序列。与之不同地，载体也可以不同于生长衬底。在这种情况下，该载体不必必须满足对生长衬底、尤其是在结晶纯度方面的高要求，更确切地说，而是可以关于其它特征、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被设置用于在该半导体本体运行中生成辐射、优选地相干辐射。在所述有源区的两侧分别布置有接触层31和另一接触层32。所述接触层优选地用于半导体本体2的外部电接触。所述接触层优选地以金属的方式被实施并且例如可以含有Au、Ti、Pt、Al或者Ag。在该发射辐射的器件运行中，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，并且在那里在辐射的发射下复合。

在有源区21的两侧分别布置有场形成层22。在场形成层22的背离有源区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。

覆盖层例如可以具有大约为1000nm的厚度，并分别含有Al_xGa_1－xAs，其中优选地具有x≥0.40、特别优选地x≥0.55。铝含量进一步还可以具有带有x≥0.75的值。在此，在主辐射轴的区域中，覆盖层26的铝含量优选地高于场形成层22的铝含量。

因此在该半导体本体中振荡的辐射可以在垂直方向上、即垂直于半导体层的主延伸平面大部分被限制在所述覆盖层26之间的区域中。

与所示实施例不同地，覆盖层可以被完全或者至少部分地布置在半导体本体之外。例如，覆盖层可以借助于被沉积在半导体本体2上的介电层来构成。

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的半导体层的主延伸方向限定该半导体本体。半导体本体2的侧面20中的至少之一被设置用于耦合输出在发射辐射的器件1运行中所生成的相干辐射，并且因此用作辐射穿透面。在此，发射辐射的器件1被实施为边缘发射半导体激光器器件。

例如可以以化学方式、譬如借助于湿化学蚀刻或干化学蚀刻、或者以机械方式、譬如借助于分裂或断裂来制造侧面20。

原则上，所有可以用来生成电磁辐射的半导体材料都适用于有源区21。

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化合物半导体材料、尤其是由材料组合(AlInGa)(AsPNSb)组成的III－V化合物半导体材料，其中所述化合物半导体材料含有周期表的第3族中所述元素的至少之一以及第5族中所述元素的至少之一。

III－V化合物半导体材料特别适用于生成紫外(Al_xIn_yGa_1－x－yN)光谱范围经过可见(尤其是针对蓝色至绿色辐射的Al_xIn_yGa_1－x－yN、或者尤其是针对黄色至红色辐射的Al_xIn_yGa_1－x－yP)光谱范围直到红外(Al_xIn_yGa_1－x－yAs、Al_xIn_yGa_1－x－ySb)光谱范围中的辐射。在此，分别适用：0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1、尤其是其中x≠1，y≠1，x≠0和/或y≠0。此外，利用尤其是来自所述材料体系的III－V半导体材料，可以在辐射生成时获得高的内量子效率。

有源区21优选地包含量子结构。在此，所述量子结构可以具有一个量子层或者两个或更多量子层。

在本申请的范围内，术语“量子结构”尤其是包括每种如下的结构：在所述结构中，载流子由于封闭(Einschluss)(“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，所述量子结构此外包括：量子槽(Quantentrog)、量子线和量子点以及这些结构的每种组合。

例如，对于近红外中的发射、譬如在发射波长为1μm的情况下适用的是具有量子层的有源区：所述量子层具有厚度10nm并且基于In_0.14Ga_0.86As。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生成的辐射的峰值波长。

适宜地，在有源区21一侧的与有源区21邻接的半导体层为n型掺杂的，并且在该有源区另一侧的半导体层为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，并且被布置在有源区的背离载体29的侧的半导体层可以是p型掺杂的。因此，载流子、即电子和空穴可以简化地从有源层21的两侧被注入，并且在那里在辐射的发射下复合。

适宜地，载体29为导电的。在基于半导体材料、譬如GaAS、Ge、Si或者GaP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同样地被掺杂。

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的朝向有源区21的侧。

主辐射轴不必一定穿过有源区。有源区21也可以与折射率分布图的变化曲线不对称、即在位置z≠0处被布置。

对称的布置导致有源区与奇数阶的光模的较大的重叠，其中所述奇数阶的光模的特点在于在主辐射轴的区域中光学辐射功率的最大值。所述重叠越大，则所谓的限制因子就越高。

通过对称布置，对偶数模的抑制被简化。因此，可以简化地实现仅仅一阶横模起振的单模运行。因此可以避免或者至少减少显示出上述特别均匀的预先规定的变化曲线的一阶模与均匀性较低的模的近场叠加。

即使在非对称地布置有源区21的情况下，仍然可以实现以光学基模的运行。

可以进一步通过高度地掺杂覆盖层26和/或场形成层22的外部区域来促进对较高阶模的抑制，因为较高阶模比较低阶模具有与距主辐射轴较远的区域更大的重叠。这样造成的损耗引起所述不期望的较高阶模起振的较高阈值。

通过该实施例中所述的方法，以如下方式获得折射率分布图111：沿着沉积方向、即垂直于半导体本体2的半导体层的主延伸方向适当地改变半导体本体2的半导体层序列的材料组成。这样产生的折射率分布图111造成有针对性地形成近场。因此，可以生成在侧面20的区域中具有高均匀性的近场。因此可以在有源区中所生成的辐射的总输出功率相同的情况下减小在所述侧面上最大程度地出现的光学功率密度。因此减小侧面损害的风险，其中侧面的损害可能导致器件的毁坏。

在此，对于场形成层22特别适用的是如下化合物半导体材料：在所述化合物半导体材料的情况下，可以通过改变该化合物半导体材料的组成来调节折射率。

通过这种方式，可以制造发射辐射的器件，所述发射辐射器件的发射的辐射在近场中比具有高斯形近场的器件具有更高的均匀性。

在根据距主辐射轴的距离的近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在近场强度变化曲线的曲线下的总面积的优选地至少50％、特别优选地至少60％、最优选地至少65％。

这样的发射辐射的器件特别适合作为具有高输出功率、譬如100mW或更多、优选地为1W或更多的激光器。

根据图2A至2E来阐述用于制造发射辐射的器件1的方法的另一实施例。该第二实施例基本上对应于结合图1A至1D所述的第一实施例。与之不同的是，由具有α＝8的TopHat函数来给出近场201的预先规定的场分布。相对于图1A中所示的变化曲线，该场分布被进一步均匀化。围绕z＝0的高原状特性被更强烈地被构造。该场分布在边缘处更加快速地下降。

针对图2A中所示的近场201的场变化曲线再次可以确定折射率分布图211，利用所述折射率分布图211可以实现近场的该预先规定的变化曲线。在此，通过下式给出解析解：

n(z)＝(A+B＊z⁶-C＊z¹⁴)^1/2，

其中系数A、B和C采取前面已经说明的值。

折射率分布图211再次显示出如下的变化曲线：在所述变化曲线中，折射率从主辐射轴出发朝向两侧分别上升到最大值24。从该最大值朝向较大的z值，折射率比在图1中所示的分布图的情况下更加剧烈地减小。

如结合图1B和1C所述的那样，可以根据折射率分布图在所期望的材料体系中确定为此所需的材料组成。在图2C中示出了针对材料体系Al_xGa_1－xAs的所产生的铝含量x。铝含量的最小值再次分别对应于该折射率分布图的最大值。

发射辐射的器件1的在图1D中所示的构造基本上对应于结合图1D所述的发射辐射的器件。所述器件不同之处尤其在于沿着半导体层序列的沉积方向、尤其是在场形成层22的区域中折射率分布图和铝含量的所属的分布图。

借助于在场形成层22的边缘区域中具有被更强烈构造的最大值的所述折射率分布图，可以在器件1运行中实现以改善的均匀性为特点的近场。因此可以在总辐射功率相同的情况下进一步减小最大限度地在侧面20处出现的光学功率密度。因此更强烈地减小灾变性镜损伤的风险。

在图2E中以表格的形式示出了场形成层22的折射率n和铝含量x的趋向。在主辐射轴的位置处、即在z＝0时布置有有源区21。基于In_0.14Ga_0.86As并且具有10nm厚度的量子层具有大约3.60的折射率。但是由于小的厚度，所述量子层不影响或者至少仅仅以可忽略的方式影响对近场的场分布决定性的折射率变化曲线。因此，在该表中未考虑有源区21的量子层。

从z＝0出发，折射率在两个方向上分别上升到最大值，其中所述最大值在z＝±1.75μm时被达到并且为大约3.38。这通过将围绕主辐射轴的中心区域中的铝含量22％减小到z＝±1.75μm时的19％来实现。随后，折射率下降到针对z＝±2.3μm的值3.05，这对应于铝含量x＝75％。与之邻近的覆盖层优选地具有如下的折射率：其最高与场形成层的边处的折射率一样大、即在该例中最高为3.05。因此，铝含量优选地为至少75％并且可以采取高达100％的值。

在图3A中根据距结合图2A至2E所述的器件的主辐射轴的距离z(以任意单位)示出了近场的强度变化曲线。强度变化曲线300在大约+/－15的区域中显示出高原状的变化曲线，其中强度几乎不变。在此，虚线301构成处于强度变化曲线300之下的具有最大面积的矩形的边界。在此，该矩形填充在强度曲线100之下所构造的面积的大约68.8％。

相比之下，图3B示出了高斯形强度分布310的相应变化曲线。在这种情况下，最大面积的矩形311的面积为由强度曲线310所记入的面积的大约48.4％。因此，图3A中所示的近场强度分布图具有比高斯形强度分布显著更高的均匀性。

在图4B中示意性地以剖面图的形式示出了发射辐射的器件的第三实施例。在图4A中示出了所属的折射率分布图411。

该第三实施例基本上对应于结合图1D所述的第一实施例。与之不同的是，附加于有源区21，该发射辐射的器件具有另一有源区27。该有源区以及该另一有源区被彼此相叠地布置。通过该另一有源区可以提高从该器件中射出的总光学辐射功率。

在有源区21与所述另一有源区27之间构造有隧穿区28。所述隧穿区28被设置用于将该另一有源区27和该有源区21电串联。优选地，隧穿区28具有隧穿层281、282，其中两个层特别优选地为高掺杂的。优选地，掺杂浓度优选地分别为至少10¹⁸cm^－3、特别优选地为至少10¹⁹cm^－3。

此外，隧穿层281、282优选地具有彼此不同的导通类型，也就是说，一个隧穿层为n型掺杂的，另一隧穿层为p型掺杂的。

此外，在该有源区21与该另一有源区27之间构造有另一覆盖层260。所述覆盖层260可以基本上如覆盖层26那样被实施。通过所述覆盖层的厚度可以调节有源区21与该另一有源区27之间的距离。

隧穿区28优选地被嵌入到该另一覆盖层260中。在这种情况下，覆盖区28的覆盖层除掺杂以外可以具有与该另一覆盖层260相同的材料组成。在覆盖层的区域中，近场的强度由于较低的折射率而较小。因此可以在很大程度上减小隧穿区28的高掺杂层对在运行中所生成的辐射的吸收。

该另一有源区27被布置在另外的场形成层23之间。在该实施例中，该有源区21和该另一有源区27被同样地实施。

此外，场形成层22和所述另外的场形成层23被同样地实施。因此，另一主辐射轴平行于主辐射轴地穿过该另一有源区。折射率从该另一主辐射轴在两个方向上分别上升到另一最大值25并且随着距离的增加而剧烈下降。折射率分布图在场形成层22和所述另外的场形成层23的区域中分别如结合图1B所述的那样被实施。与之不同地，折射率分布图也可以在所述区域之一或二者中具有其它的变化曲线、尤其是根据图2B中所示的变化曲线。

借助于该另一覆盖层260，该有源区21以及该另一有源区27被彼此去耦合。因此，有源区21和27可以在很大程度上彼此无关地生成相干辐射。在此，在有源区21中和在另一有源区27中所生成的辐射的耦合的度可以通过该另一覆盖层的厚度来调节。该另一覆盖层的厚度越小，则所述有源区之间的相干耦合就越强烈。因此在所述覆盖层的厚度较小的情况下，有源区21和该另一有源区27可以被相干耦合。也就是说，在有源区中生成的辐射和在该另一有源区中生成的辐射具有共同的横向光模。

与所示实施例不同地，有源区和该另一有源区可以被布置在折射率分布图的两个相邻最大值之间。在这种情况下也可以放弃有源区和另一有源区之间的另一覆盖层。

在图5A和5B中分别示意性地以俯视图的形式示出了发射辐射的器件的第四和第五实施例。此外，针对两个实施例定性地示出了所属的折射率分布图的变化曲线。因此与前述实施例不同，所述折射率分布图为横向走向。

附加地，该半导体本体也可以在垂直方向上具有折射率分布图，其中利用所述折射率分布图，近场可以如上面在垂直方向上所述的那样被均匀化。在此，具有半导体层序列的半导体本体2的垂直结构可以如结合图1D、2D或4B所述的实施例那样利用分别所属的折射率分布图来实施。

半导体本体2具有空隙4，所述空隙从垂直于侧面20的表面一侧延伸到该半导体本体内。半导体本体的表面平行于有源区。所述空隙从该表面向有源区21的方向延伸。优选地，所述空隙不延伸穿过有源区。因此简化有源区中辐射的有效生成。所述空隙可以从有源区的一次或两侧向有源区的方向延伸。

空隙4优选地被实施和布置，使得在横向上、即垂直于主辐射轴并且垂直于半导体本体的半导体层序列的沉积方向得到如下折射率分布图：通过所述折射率分布图，可以出现在横向上预先规定的近场。

连同垂直方向上的折射率分布图(所述折射率分布图尤其是可以如结合图1D、2D或4B所述的实施例那样来实施)一起，可以根据预先规定的变化曲线关于两个彼此垂直的轴来形成近场。因此，尤其是可以构造沿着所述两个方向具有高均匀性的近场。因此可以特别均匀地分布穿过侧面20的辐射。这可以导致侧面处的减小的最大程度地出现的光学功率密度。因此，进一步减小灾变性镜损伤的风险。

在半导体本体2中示例性地构造有同样的空隙4，其中在制造该器件时可以通过所述空隙的密度来调节平行于主辐射轴取平均的有效折射率。

根据图5A中所示的实施例，所述空隙用填充材料40来填充，所述填充材料具有比包围所述空隙的材料更大的折射率。所述空隙的密度越高，则在距主辐射轴预先规定的距离处，平行于主辐射轴取平均的折射率越大。通过这种方式可以在横向上例如调节另一折射率分布图511，其中，折射率从主辐射轴出发上升到最大值240并且随后下降。因此，该另一折射率分布图可以关于定性的变化曲线与结合图1B和2B所述的折射率变化曲线类似地来实施。

对所述空隙的填充可以例如借助于所述空隙的外延附晶生长来进行。例如，可以对Al_xGa_1－xAs半导体层中的空隙填充具有较小铝含量以及由此具有较高折射率的Al_xGa_{1－ x}As材料。

多种几何形状都可以对于所述空隙是适宜的。例如，所述空隙可以具有圆的、椭圆的和多边形的、尤其是矩形的基本形状。还可以应用沟状空隙，所述沟状空隙尤其是可以平行于主辐射轴延伸。

在横向上，在该半导体本体的两侧都布置有边缘层6。所述边缘层的折射率适宜地小于该半导体本体的折射率。边缘层6优选地含有介电材料、尤其是结合填充材料6所述的介电材料之一。可替代地，也可以放弃边缘层。

通过实施该另一折射率分布图，可以如此实施发射辐射的器件，使得近场的场分布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、尤其是特别均匀的变化曲线。因此，即使在射出的高的总辐射功率的情况下也可以在很大程度上减小灾变性镜损伤的风险。

图5B中示例性示出的第五实施例基本上对应于结合图5A所述的第四实施例。空隙4尤其是如在第四实施例中那样被设置用于改变平行于主辐射轴取平均的折射率。但是与第四实施例不同的是，所述空隙未被填充或者至少局部地被填充有具有比邻接的半导体材料更低折射率的填充材料。因此可以有针对性地减小平均的折射率。在这种情况下，所述空隙的密度越高，则所述平均的折射率就越小。因此借助于靠近主辐射轴的空隙，可以有针对性地减小平均的折射率，使得如结合图5A所述的那样再次出现折射率分布图的最大值240。

尤其是具有比半导体本体2的材料更低折射率的填充材料可以借助于汽化渗镀或者溅射来施加。例如，适合作为填充材料的有：介电材料、尤其是譬如氧化硅或者氧化钛的氧化物、譬如氮化硅的氮化物、或者譬如氮氧化硅的氮氧化物。在这种情况下，所述填充材料可以同时用作该半导体本体的钝化层(Passivierungsschicht)。

可替代地，也可以借助于外延附晶生长来沉积具有较小折射率的半导体材料作为填充材料。

本专利申请要求德国专利申请102007057773.9和102007061458.8的优先权，所述专利申请的公开内容通过回引结合于此。

本发明并不局限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括每种新特征以及特征的每种组合，这尤其是包含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明确地在权利要求书中或实施例中予以说明。

Claims (12)

1.用于制造发射辐射的器件(1)的方法，具有步骤：

a)在与器件(1)的主辐射轴垂直的方向上，预先规定近场的场变化曲线(101，201)，其中所述近场具有强度变化曲线(300)，给所述强度变化曲线(300)分配有在所述强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形(301)，所述矩形填充所述近场的强度变化曲线的曲线下的总面积的至少50％；

b)沿着该方向从预先规定的近场计算发射辐射的器件(1)的折射率分布图(111，211，511)；

c)为器件(1)确定构造，使得器件(1)至少局部地具有之前确定的折射率分布图(111，211，511)；以及

d)根据之前确定的构造来构造发射辐射的器件(1)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中发射辐射的器件(1)具有带有半导体层序列的半导体本体(2)，并且其中在步骤d)，沉积带有半导体层序列的半导体本体(2)，其中所述半导体层序列具有被设置用于生成辐射的有源区(21)，其中半导体层序列的半导体层至少部分地包含化合物半导体材料并且借助于改变化合物半导体材料的组成沿着半导体本体(2)的半导体层序列的沉积方向调节折射率分布图(111，211，511)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中沿着另一与器件(1)的主辐射轴垂直的方向预先规定近场的场变化曲线，并且其中在步骤b)，垂直于主辐射轴并且垂直于所述折射率分布图(111，211)确定另一折射率分布图(511)，并且在步骤c)，确定器件(1)的构造，使得所述器件具有之前所确定的另一折射率分布图(511)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其中对于近场的预先规定的场变化曲线(101，201)，如下比例关系式适用：

E_N(z)～exp[-(z/d)^α]，

其中α是大于2的偶数，并且d是近场的预先规定的场变化曲线(101，201)的宽度的尺度并且主辐射轴穿过z轴的零点。

5.发射辐射的器件，具有被设置用于生成辐射的有源区(21)，所述发射辐射的器件具有主辐射轴，并且垂直于主辐射轴具有折射率分布图(111，211)，

其中所述折射率分布图(111，211)从所述主辐射轴出发在所述主辐射轴的两侧随着距所述主辐射轴的距离增加而上升到最大值(24)，和

随着距所述主辐射轴的距离增加而从最大值(24)下降到比所述主辐射轴的区域中的折射率小的值，其中所述折射率分布图(111，211，511)从最大值(24)出发朝向主辐射轴比远离所述主辐射轴更缓慢地下降，并且其中辐射的近场垂直于器件的主辐射轴具有强度变化曲线(300)，给所述强度变化曲线(300)分配有在所述强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形(301)，所述矩形填充所述近场的强度变化曲线的曲线下的总面积的至少50％。

6.根据权利要求5所述的发射辐射的器件，

其中所述折射率分布图(111，211，511)局部地根据具有偶数幂的多项式的平方根而被形成。

7.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，

其中所述近场具有强度变化曲线(300)，给所述强度变化曲线(300)分配有在所述强度变化曲线的曲线之下延伸的具有最大面积的矩形(301)，所述矩形填充所述近场的强度变化曲线的曲线下的总面积的至少60％。

8.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，

其中器件(1)具有带有半导体层序列的半导体本体(2)，其中有源区(21)被构造在半导体本体(2)中，并且其中所述折射率分布图(111，211)垂直于半导体本体(2)的半导体层的主延伸方向。

9.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，

其中器件(1)具有带有半导体层序列的半导体本体(2)，其中有源区(21)被构造在半导体本体(2)中，并且其中所述折射率分布图(511)在半导体本体(2)的半导体层的主延伸平面中伸展。

10.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，

其中器件(1)具有带有半导体层序列的半导体本体(2)，其中有源区(21)被构造在半导体本体(2)中，并且其中所述折射率分布图(111，211)垂直于半导体本体(2)的半导体层的主延伸方向，并且另一折射率分布图(511)借助于半导体本体中的空隙(4)在沿着在半导体本体(2)的半导体层的主延伸平面中伸展的横向上被形成。

11.根据权利要求5或6所述的发射辐射的器件，

所述器件包括被设置用于生成辐射的另一有源区(27)，并且其中在有源区(21)中生成的辐射和在该另一有源区(27)中生成的辐射具有共同的横向光模。

12.根据权利要求11所述的发射辐射的器件，

其中该另一有源区(27)鉴于所述折射率分布图(111，211)被布置在主辐射轴与折射率分布图(111，211)的最大值(24)的位置之间。