CN102356522A - 光电子半导体部件 - Google Patents

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Abstract

在光电子半导体部件(1)的至少一个实施形式中，该光电子半导体部件包括：外延生长的半导体本体(2)，其带有至少一个有源层(3)。此外，半导体部件(1)的半导体本体(2)具有至少一个势垒层(4)，其中所述势垒层(4)直接与所述有源层(3)邻接。有源层(3)和/或势垒层(4)的材料组分和/或层厚度沿着变化方向或纵向方向(L)、垂直于半导体本体(2)的生长方向(G)变化。通过有源层(3)和/或势垒层(4)的材料组分和/或层厚度的变化，同样沿着变化方向或沿着纵向方向(L)调节在有源层(3)中产生的辐射(R)的发射波长(λ)。

Description

光电子半导体部件
提出了一种光电子半导体部件。
在出版物DE 100 32 246 A1中提出了一种基于InGaN的发光二极管芯片及其制造方法。
一个要解决的任务在于提出一种光电子半导体部件，该光电子半导体部件在至少两个彼此不同的发射波长中发射电磁辐射。
根据该光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件包括外延生长的半导体本体，其具有至少一个有源层。可能的是，整个半导体本体仅仅外延地产生。例如，半导体本体包括恰好一个有源层。该半导体本体除了至少一个有源层之外还可以具有另外的层如外罩层、波导层、接触层和/或电流扩展层。例如，半导体本体基于如下材料系之一：GaN、GaP、InGaP、InGaAl、InGaAlP、GaAs或InGaAs。
有源层优选包括pn结、双异质结构、单量子阱(single quantum well，缩写SQW)或特别优选包括多量子阱结构(mutli quantum well，缩写MQW)，用于产生辐射。特别优选地，有源层包括单量子阱结构(single quantum well，缩写SQW)。名称“量子阱结构”在此情况下未阐明关于量子化的维度方面的意义。其因此尤其包括量子槽、量子线和量子点以及这些结构的任意组合。
在半导体部件运行中，在有源层中产生电磁辐射。在有源层中产生的辐射优选在300nm到3000nm之间(包括端值)、尤其是在360nm到1100nm之间(包括端值)的波长范围中。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，半导体本体安置在支承体上。该支承体可以是生长衬底，在该生长衬底上生长有半导体本体。同样可能的是，半导体本体生长在生长衬底上并且接着被重新接合到不同于生长衬底的支承体上。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，半导体本体包括至少一个势垒层。该势垒层尤其是如下层，该层紧紧或直接接触所述至少一个有源层。换言之，所述至少一个有源层和所述至少一个势垒层相邻。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，半导体本体具有变化方向，该变化方向在制造容差的范围内垂直于半导体本体的生长方向定向。换言之，变化方向可以是任意垂直于生长方向定向的方向。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度变化。换言之，有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度尤其是沿着变化方向改变。材料组分和/或层厚度在此情况下被有目的地调节。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，在有源层中产生的辐射的发射波长沿着变化方向来调节。发射波长在此情况下尤其是与所述至少一个有源层和/或所述至少一个势垒层的材料组分和/或层厚度相关。因此，发射波长通过有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度沿着变化方向来调节。
在光电子半导体部件的至少一个实施形式中，该光电子半导体部件包括外延生长的半导体本体，该半导体本体具有至少一个有源层。此外，该半导体部件的半导体本体具有至少一个势垒层，其中势垒层与有源层直接邻接。沿着变化方向、垂直于半导体本体的生长方向，有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度变化。通过有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度的变化，在有源层中产生的辐射的发射波长同样沿着变化方向调节。
在这种半导体部件中，可能的是，在唯一的单片半导体本体内在有源层的不同部位上可以产生分别具有不同的发射波长的辐射，其中发射波长通过有源层和/或势垒层的特性、即通过其厚度或材料组分可以有目的地调节。
例如可能的是，这种光电子半导体部件用于泵浦激光介质。根据泵浦辐射的波长，激光介质具有关于泵浦辐射至激光介质中的不同渗入深度。如果使用不同的泵浦波长，则激光介质可以更为均匀地泵浦。该更为均匀的泵浦例如导致通过激光介质产生的激光辐射的改进的模式品质或效率。
为了泵浦具有不同波长的激光介质，可以同时使用多个不同的半导体部件，其中半导体部件的每个或多个在分别不同的发射波长中发射辐射。然而，多个彼此不同的半导体部件的使用提高了半导体部件的调整开销。半导体部件也会更为容易地误调并且例如导致激光介质中生成的激光辐射的模式品质劣化。
同样，半导体部件可以用于泵浦，其中多个有源层在半导体本体的生长方向上相继。在生长方向上相继的有源层的每个于是都例如在不同发射波长中发射。然而，这种部件具有比较高的电阻，伴随该电阻而出现在半导体本体中的比较高的电损耗。这种部件经常仅仅有条件地适合于产生比较高的辐射强度，如为了泵浦激光介质所需的那样。
实现产生不同的发射波长的部件的另一可能性在于，不同的有源层在垂直于半导体本体的生长方向的方向上构建。横向上并排的这些有源层尤其可以相继地在不同的方法步骤中生长。并排设置的有源层的这种顺序生长是费事的，因为需要附加的不同外延生长步骤。这会降低在制造这种半导体部件时的产量或者也导致降低质量，并且由此导致缩短使用寿命。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件具有发射方向。发射方向在制造公差的范围中优选不仅横向于、尤其是垂直于生长方向而且横向于、尤其是垂直于变化方向定向。此外，发射方向优选横向于、尤其是垂直于生长方向定向。发射方向在此情况下尤其是发射最大辐射强度的方向，或者是所产生的发射辐射的射束轴线的方向。在此情况下，并不排除的是，辐射在两个彼此相反的方向上进行发射。
换言之，发射方向、生长方向和变化方向尤其是分别在制造公差的范围中两两彼此正交地定向。在下文中，不仅垂直于生长方向而且垂直于发射方向取向的变化方向称作纵向方向。即纵向方向是特定的变化方向。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件构建为边发射的半导体激光器。在半导体部件中产生的辐射于是可以是相干的激光辐射。发射方向于是尤其是平行于激光谐振器的谐振器轴线定向，即优选不仅垂直于纵向方向而且垂直于生长方向。例如，发射方向于是垂直于激光谐振器的谐振镜设置。并不必需的是，激光谐振器的长度小于半导体本体沿着纵向方向的伸展。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件构建为表面发射的半导体激光器。该半导体激光器于是优选地具有垂直谐振器，尤其是该半导体激光器于是为所谓的垂直腔面发射激光器(缩写为VCSEL)。可能的是，半导体本体于是例如包括构建为布拉格反射器的谐振器镜。谐振器镜之一也可以作为外部部件存在。
如果半导体部件构建为表面发射的激光器，则于是优选谐振器轴线并且因此尤其是发射方向也平行于生长方向地取向。此外，半导体部件于是优选具有横向方向，该横向方向不仅垂直于纵向方向而且垂直于生长方向地取向。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，有源层和/或势垒层的材料组分和/或层厚度在制造公差的范围中仅仅沿着变化方向之一或纵向方向变化。如果半导体部件例如是边发射半导体激光器，则材料组分和层厚度于是沿着激光谐振器的谐振器轴线、平行于发射方向在制造公差的范围中是恒定的。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，谐振器的几何长度尤其是在垂直于半导体部件的辐射出射侧和/或平行于发射方向和/或垂直于生长方向的方向上尤其是在制造公差的范围中在整个半导体部件上和/或在半导体部件的整个产生辐射的区域上是恒定的。换言之，并不通过谐振器长度的有目的的局部变化来实现所发射的波长的变化。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，势垒层在两个有源层之间。势垒层在此情况下优选直接与这两个有源层邻接。此外，优选势垒层的材料组分和/或层厚度沿着纵向方向或沿着变化方向、尤其是只沿着纵向方向变化。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，发射波长沿着纵向方向或沿着变化方向在半导体本体的辐射透射面上改变至少5nm。优选地，发射波长沿着纵向方向或沿着变化方向改变至少7nm、特别优选改变至少10nm、尤其是改变至少15nm。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，在至少一个有源层中产生的辐射的光谱宽度为至少5nm、优选至少7nm、特别优选至少10nm、尤其为至少15nm。换言之，半导体部件于是在具有所述光谱宽度之一的基本上连续的光谱范围中发射。光谱宽度在此情况下尤其是峰值的半高全宽，缩写FWHM。可能的是，所产生的辐射的光谱在FWHM的宽度内具有局部最小值或最大值。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，发射波长沿着纵向方向或者沿着变化方向在制造公差的范围中是单调的。如果纵向方向例如限定x轴，则这例如在发射波长单调升高的情况下意味着：在位置x1处波长小于或等于在位置x2处的波长，其中x1小于x2。相应相反地适用于如下情况：发射波长单调地下降。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，发射波长沿着纵向方向或沿着变化方向周期改变。发射波长例如可以展现锯齿形的、矩形的或正弦形的曲线。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，发射波长沿着纵向方向或者沿着变化方向类似阶跃函数地改变。换言之，发射波长沿着纵向方向或沿着变化方向分段地近似恒定并且在各个段之间跳跃式地改变。优选地，阶跃函数沿着纵向方向或沿着变化方向单调地降低或单调地升高。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，发射波长沿着纵向方向或沿着变化方向在制造公差的范围中线性地改变。于是，发射波长可以与x位置相关地近似通过线性方程来描述。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，半导体本体构建为一体式的激光器条。例如，半导体本体是方形的、单片的块。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，所述至少一个有源层沿着纵向方向或者沿着变化方向是连贯的。有源层于是沿着纵向方向或沿着变化方向未被例如被刻蚀的沟中断。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件沿着纵向方向或沿着变化方向具有多个电接触区域。接触区域在此情况下被构建用于电接触半导体本体。例如，沿着半导体本体的上侧和/或下侧(它们在平行于生长方向的方向上形成半导体本体的边界)施加有多个单独的点状或条状金属化部。在条状接触区域的情况下，条优选沿着发射方向延伸。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，接触区域分别相关有确定的发射波长。换言之，在接触区域内发射波长近似恒定。于是可能的是，各个接触区域、尤其是具有确定发射波长的组的接触区域可以单独地电激励。以此方式，确定的发射波长的强度可以相对于其他发射波长的强度而有目的地进行调节。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件具有10到100个之间(包括端值)的接触区域，它们沿着半导体本体的纵向方向或变化方向地设置。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该半导体部件沿着纵向方向或沿着变化方向的纵向伸展在3mm到20mm之间(包括端值)、尤其是在5mm到15mm之间(包括端值)。半导体本体沿着发射方向的伸展、尤其是谐振器长度在0.5mm到10mm之间(包括端值)、尤其是在1.5mm到4mm之间(包括端值)的范围中。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件构建为产生至少30W、尤其是至少100W的平均辐射功率。半导体部件在此情况下可以以持续振荡模式(英语Continous Wave或缩写cw)或者以脉冲模式运行。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，有源层和/或势垒层的层厚度沿着纵向方向或沿着变化方向在0.3nm到3.0nm之间(包括端值)、尤其是在0.4nm到1.5nm之间(包括端值)变化。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，有源层具有铟。例如，于是尤其是可以通过铟含量来调节发射波长。
根据光电子半导体部件的其中有源层具有铟的至少一个实施形式，有源层的铟含量沿着纵向方向或沿着变化方向在0.5个百分点到10个百分点之间(包括端值)、尤其是在3个百分点到7个百分点之间(包括端值)变化。例如在基于AlGaAs的半导体本体的情况下，铟含量在此情况下涉及例如代替镓被铟占据的镓晶格位置的比例。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，有源层的铟含量在1％到30％之间(包括端值)、尤其是在3％到27％之间(包括端值)。但例如也可能的是，铟含量在18％到27％之间(包括端值)。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件包括两个、优选至少三个有源层，其在生长方向上相继。在至少一个有源层的情况下，优选在所有有源层的情况下，有源层本身或所述至少一个势垒层的材料组分和/或层厚度沿着变化方向之一、尤其是只沿着纵向方向变化。特别优选地，沿着生长方向相邻的有源层在平行于生长方向的方向上具有不同的发射波长。
根据光电子半导体部件的至少一个实施形式，该光电子半导体部件是边发射激光器并且半导体本体基于AlGaAs材料系。所述至少一个有源层的铟含量沿着纵向方向变化至少0.8个百分点。此外，发射波长沿着纵向方向改变至少7nm。此外，发射波长沿着纵向方向的改变可以通过线性函数来描述。
此外提出了一种用于泵浦激光介质的装置。例如，该装置可以包括至少一个光电子半导体部件，如结合上述实施例的至少之一所描述的那样。
根据该装置的至少一个实施形式，该装置包括至少一种激光介质，其中激光介质由半导体部件来光学泵浦。优选地，激光介质是固体激光介质。例如，激光介质是掺杂的石榴石或掺杂的玻璃。
根据该装置的至少一个实施形式，该装置包括至少两个、尤其是至少三个光电子半导体部件，如结合上面所描述的实施例之一所说明的那样。
除了使用来泵浦激光介质之外，在此所描述的光电子半导体部件也可以应用在显示设备中或应用在用于投影目的的照明设备中。也可以应用在大灯或光辐射器中或一般照明中，同样可以应用在材料加工中。
以下参照附图借助实施例更为详细地阐述了这里所描述的光电子半导体部件以及这里所描述的用于泵浦激光介质的装置。相同的附图标记在此说明了各图中的相同元件。然而，在此并未示出合乎比例的关系，更确切地说，为了更好理解而会夸大地示出各元件。
其中：
图1示出了这里所描述的光电子半导体部件的示意性三维视图，
图2至4示出了这里所描述的光电子半导体部件的另外的实施例的示意性侧视图，
图5和6示出了这里所描述的光电子半导体部件的光谱特性的示意性图表，
图7示出了这里所描述的光电子半导体部件的另一实施例的示意性侧视图，
图8示出了这里所描述的用于泵浦激光介质的装置的一个实施例的示意性三维视图，
图9和10示出了这里所描述的光电子半导体部件的另外的实施例的示意性视图。
在图1中示出了光电子半导体部件1的一个实施例的示意性三维视图。半导体本体2具有有源层3。在该有源层3中在半导体部件1的工作中产生电磁辐射。
优选地，半导体部件1构建为边发射激光器或也构建为超辐射发光二极管(Superlumineszenzdiode)。辐射在有源层3中的产生于是尤其基于受激发射。例如，在有源层3中产生的辐射在辐射透射面12上以垂直于辐射透射面12的主发射方向离开半导体本体2。
如果半导体部件1构建为激光器，则半导体本体2的辐射透射面12和与该辐射透射面12对置的侧分别至少一部分形成谐振器端面。谐振器几何长度和因此尤其半导体本体2沿着发射方向E的伸展例如为1mm到5mm之间(包括端值)。
在制造公差的范围中，有源层3平坦地构建。半导体本体2通过外延生长来产生。生长方向G在制造公差的范围中垂直于发射方向E定向并且因此形成有源层3的法线。半导体本体2沿着生长方向G的伸展优选为小于500μm、尤其是小于200μm。非半导体的材料如散热器或金属接触部在此情况下并不算半导体本体2并且在图1中未示出。
半导体本体2的纵向方向L垂直于生长方向G并垂直于发射方向E定向。半导体本体2沿着纵向方向L的伸展例如为5mm到15mm之间。有源层或与有源层邻接的势垒层4的材料组分和/或层厚度沿着纵向方向L变化。通过层厚度和/或材料组分的该变化，根据半导体本体2沿着纵向方向L的位置来调节辐射的发射波长λ。
在图2中示出了半导体部件1的辐射透射面12的示意性侧视图。半导体本体2生长在例如GaAs衬底上，该衬底形成支承体9。通过支承体9例如在半导体本体2的n导电的侧上形成电接触区域7a。在支承体9的上侧13上生长有n覆盖层6a。
在覆盖层6a的背离支承体9的侧上存在n波导层5a。在背离支承体9的方向上，波导层5a之后是有源层3、p波导层5b、p覆盖层6b和电接触区域7b。接触区域7b可以通过一个或多个金属化部形成。于是，覆盖层6a、6b，波导层5a、5b以及有源层3形成外延生长的半导体本体2。可选地，半导体本体2也可以包括至少一个外延生长的、图2中未示出的接触层，该接触层在覆盖层6b与接触层7b之间。
两个波长层5a、5b与有源层3直接接触。波导层5a、5b因此同时为势垒层4。
波导层5a、5b、覆盖层6a、6b以及有源层3的厚度在整个纵向方向L上在制造公差的范围中是恒定的。覆盖层6a、6b的厚度分别为大约1μm。波导层5a、5b在生长方向G的方向上具有分别大约500nm的厚度。有源层3的厚度D在大约8nm左右。
有源层3的材料组分沿着纵向方向L变化。例如，如果半导体本体基于AlGaAs材料系，则尤其是有源层3的铟含量变化大约3个百分点到7个百分点，使得辐射的发射波长λ沿着纵向方向L变化大约30nm。有源层3的绝对铟含量在此情况下例如在20％到30％之间。垂直于辐射透射面12、即平行于发射方向E，有源层3的材料组分以及厚度D在制造公差的范围中是恒定的。
在根据图3的半导体部件1的实施例中，有源层3的厚度变化。在平行于生长方向G的方向上的厚度在半导体本体2的一侧上对应于值D1。厚度沿着纵向方向L在制造公差的范围中线性地增加到值D2。垂直于辐射透射面12，厚度分别在制造公差的范围中保持恒定。例如，厚度D1为大约7.0nm并且厚度D2为大约8.5nm。波长例如在从D1到D2的厚度曲线中从大约800nm上升到大约810nm。
除了有源层3的厚度D1、D2的变化之外，可选地同样可能的是，有源层3的材料组分附加地在纵向方向L上变化。可替选地或附加地，势垒层4(在此通过波导层5a、5b形成)的材料组分也可以变化。
在根据图4的半导体部件1的实施例中，半导体本体2具有两个有源层3a、3b。在有源层3a、3b之间存在不同于波导层5a、5b的势垒层4。沿着纵向方向L，势垒层4的厚度从值B1下降到值B2。例如，值B1为大约10nm并且值B2为大约8nm。
越过势垒层4，进行两个有源层3a、3b彼此的耦合。该耦合例如对有源层3a、3b的量子槽的能量水平结构有影响。例如，在有源层3a、3b中产生的辐射的发射波长随着势垒层4的厚度减小而越来越朝着更长波长的光谱范围中推移。
尤其是，在图2至4中阐述的用于调节辐射的发射波长λ的可能性也可以在单个部件中彼此组合。这样，例如所述至少一个有源层3的材料组分和势垒层4的厚度可以组合地变化和调节。
在图5中以相对于沿着纵向方向L的位置绘制的方式示出了发射波长λ的曲线。根据图5A，波长是恒定的并且因此沿着纵向方向L并不变化。相应的半导体部件发射仅仅在比较窄的光谱范围中的辐射。
在图5B至5E中示出了例如根据图1至4的半导体部件1的发射波长λ的曲线。根据图5B，发射波长λ沿着纵向方向L线性减小。
在图5C中示出了沿着纵向方向L的发射波长λ的正弦形曲线。根据图5D，发射波长λ随着关于纵向方向L上的位置增加首先线性升高并且接着又线性减小。
在根据图5E的发射波长的曲线的情况下，存在阶跃函数状的曲线。也就是说，发射波长λ在确定的范围内是近似恒定的，并且在各个平台之间跳跃式地改变。
除了图5B至5E中所示的曲线，其他曲线也是可能的。例如，发射波长λ沿着纵向方向L可以锯齿状地改变或是所示的曲线的组合。
在图6中绘制了相对于发射波长λ由半导体部件1发射的辐射的强度I。根据图6A，辐射具有比较小的光谱宽度w。所示的光谱譬如对应于根据图5A的半导体部件的光谱，其中波长沿着纵向方向未调节或变化。
根据图6B的强度分布例如源自这里所描述的根据图5B的半导体部件1，其中发射波长λ沿着纵向方向L线性地变化。强度分布具有比较大的光谱宽度w。该光谱示出了宽的最大值，其中强度I在比较大的光谱范围中近似恒定。根据图6B的光谱宽度w例如为根据图6A的半导体元件的光谱宽度w的至少三倍大，其中发射波长λ并未调节和变化。
根据图6C，关于发射波长λ的强度I具有通过明显的最小值彼此分离的两个最大值。这种光谱可以由例如根据图6E的半导体部件1得到，其中发射波长λ沿着纵向方向L显现出阶跃函数状的曲线。不同于图6C中所示，光谱也明显可以具有多于两个的最大值。根据图6C，光谱宽度w也明显大于例如根据图6A的光谱宽度。
在根据图7的半导体部件1的情况下，在半导体本体2的背离支承体9的侧上施加有多个电接触区域7b。例如，接触区域7b条状地构建，其中接触区域7b主要在垂直于辐射透射面12、平行于发射方向E的方向上延伸。在此情况下优选地，半导体本体2在平行于纵向方向L的方向上具有低的横向导电性，使得对有源层3的供电近似仅平行于生长方向G从接触区域7b开始进行。
电接触区域7b例如覆盖半导体本体2的背离支承体9的侧的表面部分在10％到95％之间(包括端值)、尤其是在50％到80％之间(包括端值)。接触区域7b沿着纵向方向的宽度优选在10μm到300μm之间(包括端值)、尤其是在50μm到200μm之间(包括端值)。
可替选地或附加地，同样可能的是，在支承体9上的电接触区域7a同样例如条状地结构化，类似于接触区域7b。
尤其可能的是，半导体部件1具有5个到100个之间的这种接触区域7b。例如接触区域7b的每个都可以关联有在有源层3中产生的波长λ1至λn。同样，接触区域7b可以单独地电激励。由此，可以实现根据发射波长λ有针对性地调节辐射的强度I。
在接触区域7b和/或支承体9的背离支承体9的侧上可以任选地安置有至少一个散热器11。通过所述至少一个散热器11可以有效地将半导体部件1运行中形成的热从半导体本体2导出。支承体9和/或散热器11可以是金属、蓝宝石、GaN、SiC、GaSb或InP。同样可能的是，支承体9和散热器11是复合体。
在图8中示出了用于泵浦激光介质8的装置的一个实施例。两个光电子半导体部件1(例如根据图1至7)用于光学泵浦激光介质8。离开在有源层3的区域中的辐射透射面12的辐射R直接引导至激光介质8。发射波长λ沿着有源层3平行于纵向方向L变化。在激光介质8中在激光介质8的体积上比较均匀地吸收泵浦辐射R。
可选地，在光电子半导体部件1与激光介质8之间可以安置未绘出的光学元件如光导体、透镜或反射器，以便实现由半导体部件1产生的辐射R的均匀混合，并且保证激光介质8的在光谱上均匀的照射。
在图9A中示出了另一实施例的三维示意性视图，根据该实施例，半导体部件1构建为表面发射激光器，缩写为VCSEL。发射方向E在此情况下平行于生长方向G定向。辐射透射面12同样垂直于生长方向G定向。横向方向Q不仅垂直于生长方向G而且垂直于纵向方向L取向。
半导体本体2具有三个连贯的区域，在其中发射具有彼此不同的发射波长λ1、λ2、λ3的辐射。半导体本体2的所述至少一个有源层的材料组分和/或层厚度优选仅仅沿着纵向方向L变化，于是材料组分和/或层厚度沿着横向方向Q优选是恒定的。例如，材料组分和/或层厚度沿着纵向方向L类似阶跃函数变化，类似图5E。
在根据图9B中的侧视图的半导体部件1的实施例中，半导体本体2a、2b、2c生长在共同的支承体9上。在工作中，在半导体本体2a、2b、2c的每个中产生具有不同发射波长λ1、λ2、λ3的辐射。
根据图10中的侧视图，构建为边发射激光器的半导体部件1包括三个有源层3a、3b、3c，其沿着生长方向G相继。辐射透射面12平行于图平面取向。在相邻的有源层3a、3b、3c之间分别有覆盖层6、波导层5和隧道二极管14。在有源层3a、3b、3c的每个中，层厚度和/或材料组分沿着纵向方向L变化。该变化例如类似阶跃函数地变化，类似图5E。
对于距支承体9最近的有源层3a的发射波长λ1，a、λ2，a、λ3，a例如适用于：λ1，a＜λ2，a＜λ3，a。优选地，有源层3a、3b、3c沿着生长方向G产生的发射波长λ1，a、λ1，b、λ1，c同样彼此不同。例如，适用：λ1，a＞λ1，b＞λ1，c。相应地也适用于发射波长λ2，a、λ2，b、λ2，c、λ3，a、λ3，b、λ3，c。
换言之，可能的是，辐射透射面在俯视图中具有矩阵状设置的部分区域。在部分区域的每个中可以发射不同的发射波长。发射波长于是例如不仅沿着纵向方向L而且通过有源层3a、3b、3c的堆叠状布置沿着生长方向G变化。
本发明并不由于借助实施例的描述而限于这些实施例。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，尤其是包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中予以说明。
本专利申请要求德国专利申请10 2009 013 909.5的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

Claims (15)

1.一种光电子半导体部件(1)，具有：
-外延生长的半导体本体(2)，其带有至少一个有源层(3)，
-至少一个势垒层(4)，其直接与所述有源层(3)邻接，
其中所述有源层(3)和/或所述势垒层(4)的材料组分和/或层厚度(B，D)沿着变化方向(L)、垂直于半导体本体(2)的生长方向(G)变化，
以及其中沿着变化方向(L)通过所述有源层(3)和/或所述势垒层(4)的材料组分和/或层厚度(B，D)的变化调节在所述有源层(3)中产生的辐射的发射波长(λ)。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体部件(1)，所述光电子半导体部件是边发射半导体激光器或表面发射半导体激光器。
3.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中所述有源层(3)和/或所述势垒层(4)的材料组分和/或层厚度(B，D)仅仅在纵向方向(L)上、垂直于发射方向(E)并且垂直于生长方向(G)地变化，其中发射方向(E)横向于生长方向(G)取向。
4.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中发射波长(λ)沿着变化方向或者沿着纵向方向(L)在辐射透射面(12)上改变至少5nm。
5.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中发射波长(λ)沿着变化方向或沿着纵向方向(L)单调改变。
6.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中发射波长(λ)沿着变化方向或者沿着纵向方向(L)周期性地和/或以阶跃函数形式改变。
7.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中半导体本体(2)构建为一体式激光器条。
8.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中所述至少一个有源层(3)沿着所述变化方向或沿着所述纵向方向(L)是连贯的。
9.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，所述光电子半导体部件沿着变化方向或沿着纵向方向(L)具有多个电接触区域(7)，所述电接触区域构建用于电接触半导体本体(2)，并且其中接触区域(7)分别与确定的发射波长(λ)关联。
10.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中半导体本体(2)沿着所述变化方向或沿着所述纵向方向(L)的伸展在3mm到30mm之间，其中包括端值，并且沿着发射方向(E)的伸展在1mm到10mm之间，其中包括端值。
11.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，所述光电子半导体部件构建用于产生至少30W的平均辐射功率。
12.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中所述有源层(3)和/或所述势垒层(4)的沿着所述变化方向或沿着所述纵向方向(L)的层厚度(B，D)在0.3nm到3.0nm之间变化，其中包括端值。
13.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，其中所述有源层(3)具有In，并且其中所述有源层(3)的In含量沿着所述变化方向或沿着所述纵向方向(L)在0.5个百分点到10个百分点之间变化，其中包括端值。
14.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体部件(1)，
-其中所述半导体本体(2)基于AlGaAs材料系，
-其中所述至少一个有源层(3)的In含量沿着所述纵向方向(L)变化至少0.5个百分点，
-其中发射波长(λ)沿着所述纵向方向(L)改变至少5nm，以及
-其中发射波长(λ)沿着所述纵向方向(L)线性改变。
15.一种用于泵浦激光介质(8)的装置，具有：
-根据上述权利要求之一所述的至少一个光电子半导体部件(1)，以及
-至少一种激光介质(8)，
其中所述激光介质(8)由半导体部件(1)以光学方式泵浦。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009054564A1 (de) * 2009-12-11 2011-06-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiodenanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung
DE102010045782B4 (de) 2010-09-17 2018-09-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers und kantenemittierender Halbleiterlaser
DE102012209266A1 (de) * 2012-06-01 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung und Herstellungsverfahren hierfür
DE112018007163T5 (de) * 2018-02-26 2020-11-26 Panasonic Corporation Lichtemittierende halbleitervorrichtung
DE102018130560A1 (de) * 2018-11-30 2020-06-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer brechungsindexmodulationsschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102019212746A1 (de) * 2019-08-26 2021-03-04 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines kantenemittierenden halbleiterlasers
DE102020112806A1 (de) 2020-05-12 2021-11-18 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlaserbauelement und verfahren zum betrieb zumindest eines halbleiterlasers
DE102020125510A1 (de) 2020-09-30 2022-03-31 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung derselben
DE102020133177A1 (de) 2020-12-11 2022-06-15 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Licht emittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterchips

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4318058A (en) * 1979-04-24 1982-03-02 Nippon Electric Co., Ltd. Semiconductor diode laser array
JPH0671115B2 (ja) * 1985-08-09 1994-09-07 オムロン株式会社 量子井戸半導体レ−ザ
US6258615B1 (en) * 1998-11-12 2001-07-10 Sandia Corporation Method of varying a characteristic of an optical vertical cavity structure formed by metalorganic vapor phase epitaxy
US20080089380A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser arrangement and semiconductor laser for optically pumping a laser

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4747110A (en) * 1985-02-13 1988-05-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device capable of emitting laser beams of different wavelengths
DE10032246A1 (de) 2000-07-03 2002-01-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lumineszenzdiodenchip auf der Basis von InGaN und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10147353C2 (de) * 2001-09-26 2003-12-18 Infineon Technologies Ag Halbleiterlaser mit mindestens zwei optisch aktiven Bereichen
DE60224234T2 (de) * 2001-10-09 2008-05-08 Infinera Corp., Sunnyvale Digitale optische Netzwerkarchitektur
US6628686B1 (en) * 2001-11-16 2003-09-30 Fox-Tek, Inc Integrated multi-wavelength and wideband lasers
US20070019700A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-25 United States Of America As Represented By The Dept Of The Army Method and apparatus for multiple, discrete wavelength laser diode pumping of solid state laser materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4318058A (en) * 1979-04-24 1982-03-02 Nippon Electric Co., Ltd. Semiconductor diode laser array
JPH0671115B2 (ja) * 1985-08-09 1994-09-07 オムロン株式会社 量子井戸半導体レ−ザ
US6258615B1 (en) * 1998-11-12 2001-07-10 Sandia Corporation Method of varying a characteristic of an optical vertical cavity structure formed by metalorganic vapor phase epitaxy
US20080089380A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser arrangement and semiconductor laser for optically pumping a laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.FIORE等: "Postgrowth Tuning of Semiconductor Vertical Cavities for Multiple-Wavelength Laser Arrays", 《IEEE JOUNAL OF QUANTUM ELECTRONICS》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010105865A2 (de) 2010-09-23
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WO2010105865A3 (de) 2011-01-13

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