CN103701036A - 半导体激光二极管 - Google Patents

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Abstract

说明一种半导体激光二极管，具有以下特征：－衬底（1），－在衬底（1）上带有至少一个被设立用于生成激光光线（30）的有源层（3）的半导体层序列（2），所述激光光线（30）在运行中沿着辐射方向（50）被辐射，和－至少一个滤波层（9），所述滤波层具有主延伸平面，该主延伸平面平行于有源层（3）的主延伸平面并且被设立用于散射和/或吸收除了激光光线（30）以外也在半导体层序列（2）和/或衬底（1）中传播的光。

Description

半导体激光二极管
技术领域
说明一种半导体激光二极管。
本专利申请要求德国专利申请102012109175.7的优先权，其公开内容通过回引结合于此。
背景技术
在其载体衬底或者生长衬底对于所生成的辐射至少部分透明的边缘发射的激光二极管中——这例如对于GaN衬底上的发射蓝光或绿光的InGaN激光二极管是这种情况，在衬底中可以传播激光模的散射光以及自发发射的光。如果所述光从输出耦合面出射—这可以称为衬底照明，则所辐射的激光辐射的辐射质量减小，因为所述辐射不再从输出耦合面处的唯一一个点状的区域出射并且因此干扰激光的理想的高斯辐射特性。尤其是在具有所谓飞点技术的激光投影仪中采用这样的激光二极管时，通过来自衬底的干扰性的发射——例如通过所投影图像周围的干扰性的明亮的以及不清晰的图像边缘——得出所投影图像中的不期望的成像错误。
为了减少衬底照明，可以将激光二极管例如安装在热沉或壳体上，使得输出耦合面相对于热沉的前边缘向后错开。由此通过热沉的布置在输出耦合面之前的部分遮蔽从输出耦合面辐射的光的一部分。但是衬底照明由此只能减少到很小的部分，因为该部分从整个衬底被发射。此外由此也不期望地减少了激光功率、也就是期望辐射的激光光线的功率。
发明内容
特定实施方式的至少一个任务是说明一种半导体激光二极管。
该任务通过根据独立权利要求的主题来解决。该主题的有利实施方式和扩展方案在从属权利要求中表明并且此外从以下说明书和附图中得知。
根据至少一个实施方式，半导体激光二极管具有衬底，在该衬底上施加具有至少一个被设立用于生成激光光线的有源层的半导体层序列。所述激光光线沿着辐射方向从半导体层序列辐射。激光光线尤其是可以对应于一个期望的激光模或者多个期望的激光模，所述一个或多个期望的激光模在有源层中生成。
此外，所述半导体激光二极管具有滤波层，该滤波层具有主延伸方向，该主延伸方向与有源层的主延伸方向平行并且被设立用于散射和/或吸收除了激光光线以外也在半导体层序列和/或衬底中传播的光。
为了制造半导体激光二极管，具有至少一个有源层的半导体层序列可以在生长衬底上外延生长。所述生长衬底可以优选是至少部分透明的、对于在有源层中在半导体激光二极管运行时所生成的光至少部分可透过的衬底。生长衬底优选通过GaN衬底或者通过蓝宝石衬底来构成。外延生长例如可以借助于金属有机的气相外延（MOVPE）或者分子辐射外延（MBE）来进行。
所述半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。所述半导体材料例如是如AlxIn1－x－yGayN的氮化物半导体材料或者是如AlxIn1－x－yGayP的磷化物半导体材料或者是如AlxIn1－x－yGayAs的砷化物半导体材料，其中分别有0≤x≤1，0≤y≤1以及x+y≤1。所述半导体层序列在此可以具有掺杂物以及附加的成份。但是出于简单的原因仅仅说明半导体层序列的晶格的主要成份，也就是Al、As、Ga、In、N或者P，即使这些成份可以部分地由少量另外的物质代替和/或补充。
所述半导体层序列包含至少一个有源层，所述有源层被设立用于生成电磁辐射，也就是尤其是紫外至红外波长范围中的激光光线。所述有源层尤其是包含至少一个pn结或者优选地一个或多个量子阱结构。由有源层在运行中生成的激光光线尤其是处于在含380nm与550nm之间的光谱范围中或者在含420nm与540nm之间的光谱范围中。
此外还有可能的是，生长衬底被与该生长衬底不同的载体衬底代替。半导体层序列为此在于生长衬底上生长之后被优选以晶片复合物的形式转移到载体衬底上。下面可以根据半导体激光二极管的制造方式用“衬底”来表示生长衬底或载体衬底。
此外在半导体层序列和衬底处构造正面。正面的形成例如在半导体层序列的外延生长到生长衬底上之后进行。所述正面尤其是通过如下方式生成，即例如借助于分裂来分离在其上施加半导体层序列的生长衬底。同样可能的是，所述正面通过刻蚀生成。于是可以在衬底处和/或在半导体层序列处构成突出部。此外还可以在半导体层序列和衬底的与正面相对的侧处构成背面，其中为此可以使用如用于制造正面的方法。
所述半导体激光二极管尤其可以是边缘发射的激光器，例如所谓的条状激光器、桥接波导激光器、梯形激光器或者它们的组合。所述正面以及还有背面在这样的半导体激光二极管中由半导体层序列和衬底的侧面构成，所述侧面优选垂直于半导体层序列的半导体层的延伸方向布置。所述有源层例如可以具有由该有源层的一部分构成并且在其中生成激光光线的有源区域。因此根据半导体激光二极管的构造，所述半导体层序列可以具有包括整个有源层或者仅仅包括有源层的一部分的有源区域。此外，半导体激光二极管可以实施为激光栅，所述激光栅具有在有源层中侧向并排的、也就是在与有源层的主延伸方向平行的方向上的有源区域，激光光线可以在运行中分别通过所述有源区域辐射。
所述正面被设立为主辐射面，该主辐射面具有用于在完成的半导体激光二极管中生成的激光光线的光辐射区域。这例如可以表示，作为半导体激光二极管的唯一侧的正面被设立用于辐射在运行时在半导体层序列的有源区域中所生成的光。正面的光辐射区域尤其是表示正面的如下区域，在半导体激光二极管运行时在有源区域中产生的期望的激光光线被有意地通过所述区域辐射，也就是例如在其中激光光线的基本模到达正面的区域。所述光辐射区域尤其是由半导体层序列的子区域和/或通过衬底的靠近半导体层序列的子区域构成，并且因此位于正面的以下区域中或者正面的以下区域附近，有源层的有源区域也位于正面的所述区域中。在正面上以及在背面上可以分别施加一个或多个钝化层和/或正面镜面化部或者抗反射部形式的光学涂层。
所述至少一个滤波层尤其是可以有针对性地嵌入在半导体激光二极管中，以便尽可能少地或者根本不影响可对应于所辐射的激光光线的激光基本模，而可以具有干扰性的散射光和/或在有源层中自发地生成的光的所谓的衬底模在滤波层处被衰减和/或被漫散射，由此所述光的仅仅一小部分可以离开半导体激光二极管或者所述光的整个部分都不能离开该半导体激光二极管。由此可以显著改善辐射质量。滤波层可以优选地在对应于半导体层序列的生长方向的垂直方向上布置在光辐射区域上方和/或下方。
根据另一实施方式，所述滤波层在衬底的与半导体层序列相对的侧上具有粗糙部，所述衬底的与半导体层序列相对的侧也可以称为衬底底侧。在现有技术中通常光滑的并且常常还经过抛光的或者例如通过金属化部以镜面构造的衬底底侧处可以进行尤其是在衬底中传播的散射光的反射，而粗糙化的衬底底侧引起漫反射并且此外还可以造成散射光的部分吸收。因此可以通过衬底的与半导体层序列相对的底侧的粗糙部消除衬底模的干扰性反射并且因此减少远场中的干扰性结构，如发明人在对应尝试中可能展示的。此外可以在所述粗糙部上施加电极层以用于电接触半导体层序列。
所述粗糙部可以优选具有大于或等于1nm或者大于或等于100nm或者大于或等于500nm的平均粗糙度Rq。该平均粗糙度Rq在此和在下面表示均方粗糙度。此外，所述粗糙部的平均粗糙度Rq可以具有小于或等于30μm或者小于或等于20μm或者小于或等于10μm的值。衬底底侧的粗糙部尤其是可以具有大于或等于1nm并且小于或等于30μm、优选大于或等于100nm并且小于或等于20μm、以及特别优选大于或等于500nm并且小于或等于10μm的平均粗糙度Rq。当所述平均粗糙度Rq处于由有源层所生成的光在半导体层序列和/或衬底的材料中的光学波长的范围中时，所述粗糙部是特别有效的。
根据另一实施方式，所述滤波层由粗糙部构成。换言之，至少一个滤波层在该情况下由衬底底侧的粗糙部构成。
根据另一实施方式，所述半导体层序列具有在衬底的与半导体层序列相对的侧上的粗糙部以及在该粗糙部上的吸收层作为至少一个滤波层。下面根据另外的实施方式描述的吸收层的材料尤其是可以通过物理或化学沉积方法施加在衬底底侧上的粗糙部上，例如通过蒸镀、喷溅、化学气相沉积、离子电镀和/或原子层沉积。此外，也可以通过电极层构成粗糙部上的吸收层，所述电极层施加在衬底的背向半导体层序列的底侧上并且用于电接触半导体层序列。在这种情况下，所述电极层被构造为至少一个滤波层的一部分并且具有另外的在下面描述的吸收性材料。
根据另一实施方式，所述至少一个滤波层具有至少一个吸收层。与前面的实施方式相比，所述至少一个滤波层还可以仅具有至少一个或多个吸收层，而不具有衬底底侧的粗糙部。通过所述至少一个吸收层的吸收材料，例如可以对TM极化的相干的散射光进行至少部分的吸收。
所述至少一个滤波层尤其是可以具有整面地布置的吸收层。这尤其是可以表示，所述至少一个吸收层大面积地并且没有开口地从正面突出到背面以及突出到半导体激光二极管的所有侧面。如果这样的大面积的吸收层布置在用于接触半导体层序列的电极层与有源层之间，则所述吸收层具有导电材料，以便使得有源层与电极层之间的电流能够穿过吸收层。
根据另一实施方式，吸收层布置在衬底的与半导体层序列相对的侧上、也就是布置在衬底底侧上。所述吸收层在该情况下例如可以位于衬底与用于电接触半导体层序列的电极层之间。替换于此地，所述电极层也可以由吸收层构成。此外，所述至少一个吸收层也可以位于衬底内。此外还有可能的是，所述至少一个吸收层施加在衬底的面向半导体层序列的侧上，也就是施加在衬底与半导体层序列之间。
根据另一实施方式，所述衬底构造为至少一个吸收层。由此可能的是，可以在衬底中抑制散射辐射或者其他有利于衬底模的辐射的每次传播。
根据另一实施方式，所述至少一个吸收层布置在半导体层序列中。所述吸收层例如可以布置在衬底与半导体层序列中的有源层之间。在这种情况下可以特别有利的是，所述吸收层布置在半导体层序列的覆盖层与衬底之间。半导体层序列的常见的生长顺序尤其可以是n掺杂的覆盖层。此外还有可能的是，至少一个吸收层布置在半导体层序列中的有源层的与衬底相对的侧上。至少一个吸收层例如可以布置在半导体层序列的与衬底相对的侧上。在该情况下还有可能的是，至少一个吸收层同时构造为用于接触半导体层序列的电极层。
根据另一实施方式，所述至少一个吸收层是经结构化的。这尤其是可以表示，所述至少一个吸收层沿着滤波层的主延伸平面具有彼此分开的子区域。所述至少一个吸收层例如可以在沿着辐射方向的方向上经结构化并且因此沿着辐射方向具有至少两个或者更多个彼此分开的子区域。此外还有可能的是，所述至少一个吸收层在垂直于辐射方向的方向上经结构化并且因此在与辐射方向垂直的方向上具有至少两个或者更多个彼此分开的子区域。除此以外还有可能的是，经结构化的吸收层仅具有一个连续的区域，但是该区域与半导体激光二极管的正面、背面和/或侧面间隔开。当至少一个吸收层的材料是电绝缘的或者仅仅较差地导电并且至少一个吸收层位于电极层与半导体层序列之间时，所述至少一个吸收层的经结构化的实施方式可以尤其是有利的。但是所述吸收层的经结构化的构造在吸收材料导电时也是可能的。
根据另一实施方式，存在至少两个分别在子区域中经结构化的吸收层并且所述子区域彼此错开地布置。换言之这表示，在两个不同的平面中存在两个吸收层，这两个吸收层分别被结构化为至少一个或多个区域并且在沿着垂直方向将其中一个吸收层投影到另一个吸收层上时这些区域不重叠（至少不完全重叠）。
根据另一实施方式，所述滤波层具有至少两个或者更多个吸收层，所述吸收层可以全部大面积地和未经结构化地、全部经结构化地、或者部分大面积地和未经结构化地、以及经结构化地构造。所述两个或者更多个吸收层可以在此对应于前述实施方式地布置在衬底中、衬底上、半导体层序列内和/或半导体层序列上。至少两个吸收层尤其是可以在垂直方向上、也就是在沿着半导体层序列的生长方向的方向上相叠布置。除此之外可以存在至少两个或者更多个吸收层，它们具有不同的吸收系数、不同的折射率和/或不同的电导率。
根据另一实施方式，所述至少两个吸收层被相同地构造。两个相同构造的吸收层例如可以位于衬底中或衬底上。
根据另一实施方式，所述至少两个吸收层被不同地构造。由此可能的是，将不同吸收层或吸收材料的相应优点彼此组合。
根据另一实施方式，至少一个吸收层布置在衬底模的最大值处。因为吸收层的效率决定性地取决于其厚度以及其在半导体激光二极管中和在由半导体层序列和衬底构成的波导中的位置，因此当吸收层被设置到尽可能多的不期望的激光模的强度最大值和/或散射光的强度最大值时吸收层对衬底模的作用最高。最优位置以及最优厚度可以借助于测量和/或仿真来确定。半导体激光二极管中的衬底模的强度最大值尤其是可以位于折射率的跳变的附近，这例如可以在从衬底到布置在衬底底侧上的电极层的过渡处或者在从半导体层序列到布置在半导体层序列上的电极层的过渡处是这种情况，因为在那里大多数模不具有振荡波节。
至少一个吸收层的吸收系数和折射率的大小以及厚度具有对至少一个吸收层的效果的决定性影响，例如借助于仿真可以示出的那样。为了将衬底模的强度保持得尽可能小，至少一个吸收层应当实现尽可能高的干扰辐射衰减。尤其可以有利的是，至少一个吸收层具有大于或等于100cm－1或者大于或等于500cm－1或者大于或等于1000cm－1的吸收系数。至少一个吸收层的吸收系数尤其是也可以小于或等于50000cm－1或者小于或等于10000cm－1。吸收层的吸收系数尤其是可以大于或等于500cm－1并且小于或等于50000cm－1以及特别优选地大于或等于1000cm－1并且小于或等于10000cm－1。至少一个吸收层的厚度可以大于或等于1nm或者大于或等于10nm或者大于或等于100nm以及小于或等于200μm或者小于或等于10μm或者小于或等于2μm。所述吸收层尤其是可以具有大于或等于1nm并且小于或等于200μm、优选大于或等于10nm并且小于或等于10μm以及特别优选地大于或等于100nm并且小于或等于2μm的厚度。此外特别有利的是，至少一个吸收层的折射率大于衬底的折射率。至少一个吸收层的折射率尤其是大于或等于衬底折射率的70％，优选大于或等于衬底折射率的80％，并且特别优选大于或等于衬底折射率的90％。因此至少一个吸收层的折射率应当大于衬底折射率的70％，优选大于80％并且特别优选地大于90％。
作为至少一个吸收层的材料例如考虑诸如钛、铂、镍、钯、铬、铝、金、银、铜、铌、TiWN以及它们的组合的金属。此外，比在有源层中所生成的光的能量具有更小带隙的半导体材料是合适的，例如硅、锗、AlxInyGa1-x-yN、AlxInyGa1-x-yAs、AlxInyGa1-x-yP（其中x、y分别大于或等于0并且小于或等于1）、铟锡氧化物、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe以及它们的组合。为了调整吸收特性，所述半导体材料也可以是掺杂的。
根据另一实施方式，所述至少一个吸收层以非晶层或多晶层的形式借助于物理或者化学沉积方法被施加到衬底的表面或半导体层序列的表面上。所述至少一个吸收层尤其是可以具有通过蒸镀、喷溅、化学气相沉积、离子电镀和/或原子层沉积所施加的材料，所述材料选自AlInGaN、Si、Ge、铟锡氧化物、Ni、Cr、Ti、Nb、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Al、ZnO、TiWN。
根据另一实施方式，所述至少一个吸收层可以外延地在衬底与半导体层序列之间沉积或者作为半导体层序列的层沉积。所述至少一个吸收层尤其是可以外延地生长，具有选自AlInGaN、AlInGaAs、AlInGaP、Si、Ge、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe的一种或多种材料。
根据另一实施方式，为了构造所述至少一个吸收层，通过植入或扩散嵌入一种或多种材料。诸如氮、磷、氧、镁、硅、锗、硼、氢或者它们的组合的材料例如可以适合于此。所述的材料可以嵌入到衬底和/或半导体层序列中。
根据另一实施方式，所述半导体激光二极管具有至少两个滤波层。滤波层中的每一个可以根据前述实施方式中的一种或多种来构造。相同构造的滤波层例如可以布置在半导体激光二极管中的不同位置处或者可以存在不同的滤波层。
附图说明
其他优点、有利实施方式和扩展方案从以下结合附图描述的实施例中得出。
图1A和1B示出根据一个实施例用于生成激光光线的半导体激光二极管的示意图，
图2示出根据另一实施例的半导体激光二极管的示意图，
图3示出根据另一实施例的半导体激光二极管的示意图，
图4至7示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意图，
图8至9C示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意图，
图10至15示出根据另外的实施例的半导体激光二极管的示意图，以及
图16至18示出根据另外的实施例对吸收层的参数的仿真。
在实施例和附图中，相同的、相同类型的或者起相同作用的元件可以分别配备相同的附图标记。所示出的元件及其彼此之间的大小关系不应视作是比例正确的，更确切地说各个元件——例如层、构件、器件和区域——可以为了更好的可显示性和/或为了更好的理解而被夸大地示出。
具体实施方式
在图1A和1B中示出用于生成激光光线的半导体激光二极管100，其中图1A示出垂直于激光光线30的辐射方向50的正面5的俯视，并且图1B示出半导体激光二极管100的垂直于正面5的截面图。
半导体激光二极管100具有衬底1，该衬底优选是用于在其上外延生长的半导体层序列2的生长衬底，例如GaN或蓝宝石。替换于此地，衬底1也可以是载体衬底，在生长衬底上生长的半导体层序列2在生长之后被转移到该载体衬底上。
特别优选地，半导体激光二极管100的衬底1可以由GaN构成，在该GaN上生长包含AlInGaN化合物半导体材料的半导体层序列2。
半导体层序列2具有有源层3，该有源层3适合在运行时生成激光光线30。如果半导体层序列2如之前描述的那样在衬底1上生长，则从有源层2来看半导体层序列2的面向衬底1的侧通常是n掺杂的，而半导体层序列2的背向衬底1的侧是p掺杂的。除了有源层3之外的半导体层序列2的各个层，诸如覆盖层、波导层、半导体接触层、阻挡层、电流扩大层和/或电流限制层，为了图示的简化而没有示出。
在半导体层序列2的背向衬底1的侧处施加电极层41，该电极层41被设置用于电接触半导体层序列2的上侧。半导体激光二极管100具有另外的电极层42用于在衬底1的背向半导体层序列2的侧上接触半导体层序列2的下侧，衬底1的背向半导体层序列2的侧在下面也称为衬底下侧。作为半导体层序列2的背向衬底1的侧的称呼“上侧”以及作为衬底1的背向半导体层序列2的侧的称呼“下侧”在不管半导体激光二极管100的取向的情况下使用，半导体激光二极管100能以所述取向安装在载体上。电极层41或者电极层42可以同时作为安装面用于半导体激光二极管100在例如热沉和/或壳体的载体上的安装，使得半导体激光二极管100可以换言之以上侧或者以下侧安装在载体上。
如果替代于导电衬底使用例如蓝宝石的电绝缘衬底，则另外的电极层42也可以布置在衬底的面向半导体层序列2的侧上，例如布置在半导体层序列2中的凹陷中，所述凹陷从半导体层序列2的上侧穿过有源层3一直到达从有源层3来看半导体层序列2的面向衬底的侧。
在半导体层序列2生长之后，在衬底1和半导体层序列2处构造正面5和背面8。通过箭头30表明的在半导体激光二极管100运行时生成的激光光线在正面5的光辐射区域6中出射并且沿着辐射方向50辐射。所述光辐射区域6包括正面5处的、优选对应于在半导体层序列2中生成的期望激光模的出射面的区域，所述期望激光模例如可以由基本模构成。在正面5上可以至少在光辐射区域6中施加钝化部（未示出）和/或光学涂层（未示出），所述钝化部和/或光学涂层构造为部分镜面化部或者抗反射涂层并且从半导体层序列2中输出耦合在有源层3中生成的激光光线30的期望部分以进行辐射。光辐射区域6尤其是与生长衬底1和半导体层序列2的背面8处的以下区域相对，在该区域上施加了共振反射镜形式的光学涂层（未示出）。此外在背面8上还可以施加钝化部（未示出）。
所示出的半导体激光二极管100是边缘发射的半导体激光二极管，其可以构造为条状激光器、梯形激光器、桥接波导激光器或者它们的组合。半导体激光二极管100此外还可以构造为激光栅。
由于自发发射、散射辐射和/或由于激光模的电场与衬底1叠加，激光光线30的实际的、所期望的激光模之外的光可以进入生长衬底1。这种光也称为衬底模并且在图1B中通过具有附图标记31的箭头表明。如果激光光线30是蓝色或者绿色的光，则如之前所述那样尤其是采用GaN作为衬底1，所述GaN对于激光光线30来说是至少部分透明的。由此可能的是，衬底模31的光在衬底1中可以基本上无阻挡地传播。所述光可以在其到达正面5时经由旁辐射区域7辐射并且通常部分平行于激光光线30并且部分垂直于激光光线30、也就是主光线射线地被极化。在此，衬底模31所辐射的方向通常偏离激光光线30的辐射方向50。
旁辐射区域7与光辐射区域6相比可以具有正面5上的比较大的面积份额。换言之，衬底1本身可以显现为发光的，并且通过光辐射区域6所辐射的实际的期望的激光辐射30的辐射质量可能由此变差。
如果半导体激光二极管100如其在图1A和1B中所示的那样在没有用于抑制衬底模31的辐射的措施的情况下被采用，则所辐射的光的近场具有附加的干扰性结构，该干扰性结构例如在投影应用时导致图像错误。例如为了图像投影在飞点应用的范围中通过移动的微反射镜构建要生成的图像。对于最优的成像来说，由半导体激光二极管100所辐射的光必须被聚焦到尽可能小的点上并且因此在近场中具有高斯辐射特性形式的几乎点状的形状。与高斯辐射特性的偏差越大，所辐射的光的可聚焦性就越差，由此可能出现图像错误，例如在均匀照射的情况下以明亮的图像边缘的形式，因为近场中的干扰性结构在远场中导致同样干扰性的附加结构。
如果半导体激光二极管100以衬底底侧被焊接到热沉上，则该底侧通过抛光和/或如在图1A和1B中所示的那样通过电极层42形式的金属化部被构造为反射的，由此近场结构的另外的干扰性反射在远场中出现。衬底模31因此例如在没有合适的应对措施的投影应用时导致图像错误。
在图2至15中示出如下半导体激光二极管的实施例，所述半导体激光二极管在其结构方面对应于图1A和1B的半导体激光二极管100并且具有至少一个用于抑制衬底模31的滤波层9。所述滤波层9因此被设立用于散射和/或吸收除了所期望的激光光线30以外也在半导体层序列2和/或衬底1中传播的光。滤波层9分别具有主延伸平面，所述主延伸平面平行于有源层3的主延伸平面。
但是下面的实施例不固定于半导体激光二极管100的在图1A和1B中所示的结构。
下面的实施例中的滤波层9具有粗糙部10和/或吸收层11、11'，它们有针对性地嵌入到所示出的半导体激光二极管101至114中的不同位置处。
滤波层9的布置尤其是在n接触部的区域中、也就是在电极层42的区域中、在衬底1上、在衬底1中、在半导体层序列2中以及在p接触部的区域中、也就是在电极层41的区域中进行。尤其是也可以嵌入多个滤波层、尤其是多个吸收层11、11'形式的滤波层。
除了下面所示的滤波层9的相应位置、几何形状和结构之外，在滤波层9具有一个或多个吸收层11、11'的情况下，效果尤其是还可以强烈地取决于吸收层的材料和形态。
作为下面所示的吸收层11、11'的材料例如可以考虑诸如钛、铂、镍、钯、铬、铝、金、银、铜、铌、TiWN的金属以及它们的组合。此外，比在有源层中生成的光的能量具有更小带隙的半导体材料是合适的，例如硅、锗、AlxInyGa1-x-yN、AlxInyGa1-x-yAs、AlxInyGa1-x-yP（其中x、y分别在0和1之间）、铟锡氧化物、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe以及它们的组合。为了调整吸收特性，半导体材料也可以是掺杂的。
吸收层11、11'例如也可以以非晶层或者多晶层的形式借助于物理或者化学沉积方法施加到衬底1的表面或者半导体层序列2的表面上，例如通过蒸镀、喷溅、化学气相沉积、离子电镀和/或原子层沉积。特别优选地，吸收层11、11'在这样的情况下具有选自AlInGaN、Si、Ge、铟锡氧化物、Ni、Cr、Ti、Nb、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Al、ZnO、TiWN的一种或多种材料。
此外，吸收层11、11'也可以外延的在衬底1和半导体层序列2之间沉积或者作为半导体层序列2的层沉积。这尤其是可以通过选自AlInGaN、AlInGaAs、AlInGaP、Si、Ge、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe的一种或多种材料的外延沉积来进行。
此外，为了构造吸收层11、11'可以通过植入或者扩散将材料嵌入到衬底1和/或半导体层序列2中。诸如氮、磷、氧、镁、硅、锗、硼、氢或者它们的组合的材料例如可以适合于此。
如在图16至18中所示出的那样，吸收层11、11'的效果也取决于吸收系数k、厚度d和折射率n。
在图16中示出对衬底模强度S（以任意单位）与半导体激光二极管的n掺杂侧上的吸收层的吸收系数k（以cm－1为单位）的关系的仿真，所述吸收层具有500nm的厚度d和2.4的折射率n。从该仿真中可以容易地看出，吸收层的吸收系数k应当为至少100cm－1。优选地，吸收层11、11'的吸收系数处于500cm－1与50000cm－1之间并且特别优选地出于1000cm－1与10000cm－1之间。
在图17中示出对衬底模强度（以任意单位）与半导体激光二极管的n掺杂侧上的吸收层11、11'的厚度d（以nm为单位）的关系的仿真，所述吸收层具有5000cm－1的吸收系数k和2.4的折射率n。从该仿真可以导出，吸收层11、11'的厚度d应当位于1nm与200μm之间，优选在10nm与10μm之间并且特别优选在100nm与2μm之间。
在图18中示出对衬底模强度S（以任意单位）与半导体激光二极管的n掺杂侧上的吸收层11、11'的折射率n的关系的仿真，所述吸收层具有5000cm－1的吸收系数k和500nm的厚度d。在考虑到在半导体激光二极管中所使用的衬底的常见折射率的情况下，从中可以得出吸收层11、11'的折射率应当大于衬底的折射率，优选所述吸收层的折射率至少大于衬底折射率的70％、特别优选地大于80％或者甚至大于90％。
在下面的实施例中所述的吸收层11、11'可以对应于前述实施方式来实施。
如果在所示实施例中存在多个吸收层11、11'，则这些吸收层可以相同地或者不同地构造。所述吸收层11、11'尤其是可以不同地构造，以便实现不同的吸收系数、折射率、传导性和/或结构化的组合。
在图2中示出根据一个实施例的半导体激光二极管101，该半导体激光二极管101在与半导体层序列2相对的衬底1侧上、也就是在衬底底侧上具有粗糙部10作为滤波层9。通过这样的粗糙部10作为滤波层，可以例如在电极层42处阻止散射光的镜面反射，因为通过该粗糙部仅能实现散射光的漫反射以及部分吸收。因此在半导体层序列2的上面所述的常见的生长顺序中，通过电极层42构成的n接触部可以是粗糙的。
粗糙部10在此可以具有表示均方粗糙度的平均粗糙度Rq，其大于或等于1nm并且小于或等于30μm，优选大于或等于100nm并且小于或等于20μm，以及特别优选地大于或等于500nm并且小于或等于10μm，其中当平均粗糙度值位于在有源层3中所生成的光在衬底材料和/或半导体层序列2的材料中的光学波长范围中时，粗糙部10的效率是特别大的。
附加于此还可能的是，电极层42具有吸收材料并且因此可以构造为滤波层9的吸收层。
在图3中示出根据另一个实施例的半导体激光二极管102，其中滤波层9具有粗糙部10以及该粗糙部上的吸收层11。该吸收层11在此情况下有针对性地鉴于其吸收特性来被选择，而电连接可以通过施加在该吸收层11上的电极层42来进行。
在图2和3中所示的实施例中，尤其是可以设置钛或铝作为吸收层的材料。替换于此地也可以选择上述其他材料作为至少一个吸收层的材料。
在图4中示出根据另一实施例的半导体激光二极管103，该半导体激光二极管具有滤波层9，该滤波层9由衬底底侧上的、也就是衬底1的背向半导体层序列2的侧上的吸收层11构成。例如，该吸收层可以由铟锡氧化物层和/或ZnO层构成。替换地，吸收层11的上述其他材料也是可能的。电极层42可以被施加在滤波层9上。替换于此地，也可以由滤波层9来构成电极层42。
此外，滤波层9也可以具有由其他材料构成的另外的吸收层11'。例如由此可以由铟锡氧化物层和ZnO层的组合作为吸收层11、11'。
替代于衬底1的底侧处的布置，另外的吸收层11也可以以另外的滤波层9的形式位于衬底1内。
还有可能的是，例如通过将上述材料中的一种或多种植入到衬底1中来生成吸收层11、11'中的至少一个。
特别有利的是将滤波层9布置在衬底模的最大值处，所述衬底模的最大值由于衬底1和电极层42之间的折射率跳变而位于电极层42附近，因为大多数模在这样的折射率跳变处具有振荡波节。
在图5中示出根据另一实施例的半导体激光二极管104，该半导体激光二极管104具有滤波层9，该滤波层在衬底1和半导体层序列2之间具有至少一个吸收层11和替换于此地还有另外的吸收层11'。
在图6中示出半导体激光二极管105，该半导体激光二极管105具有带吸收层11的至少一个滤波层9以及替代于此地还有带吸收层11'的另外的滤波层9，这些滤波层9布置在衬底1中。
在图7中示出根据另一实施例的半导体激光二极管106，其中衬底1实施为通过吸收层11构成的滤波层9。为此，衬底1例如可以具有上述材料的植入或者通过上述吸收性材料之一来构成。
在图8中示出根据另一实施例的半导体激光二极管107，其中由吸收层11构成的滤波层9在半导体层序列2中布置在有源层3与衬底1之间。特别有利的是，在该情况下吸收层11由覆盖层与衬底1之间的InGaN层构成，所述覆盖层对应n掺杂覆盖层在半导体层序列2中的位置。
在图9A至9C中示出根据另外的实施例的半导体激光二极管108，其中由吸收层11构成的滤波层9在半导体层序列2中布置在有源层3的背向衬底1的侧上。图9A在此示出根据图1B中的图示的截面图，而图9B和9C示出垂直于辐射方向50的半导体激光二极管108的截面图。
滤波层9尤其是可以布置在半导体层序列2上并且由铟锡氧化物层和/或氧化锡层构成。在此也有可能的是，电极层41由滤波层9构成。滤波层9可以如在图9B中所示出的那样大面积地施加在半导体层序列2上，或者如在图9C中所示出的那样经结构化地仅仅施加在半导体层序列2的桥形构造的区域上。
在图10中示出根据另一实施例的半导体激光二极管109，其中纯示例性地布置在衬底的背向半导体层序列2的底侧上的滤波层9经结构化地构造并且沿着辐射方向50具有彼此分开的子区域。在图10中和在下面的图中示出的经结构化的吸收层可以在将电绝缘材料或者导电性差的材料用作吸收材料时是尤其有利的，其中这样的结构化也可以在导电的吸收材料情况下使用。
在图11中以垂直于辐射方向50的截面图示出根据另一实施例的半导体激光二极管110，其中滤波层9由吸收层11构成，该吸收层11在垂直于辐射方向的方向上被结构化。吸收层11在此构造为与半导体激光二极管110的侧面相间隔地布置并且尤其是位于有源层3的有源区域下方的区域。
替换于图10和11的实施例，吸收层也可以布置在半导体层序列2中的其他位置处或者布置在衬底1上或衬底1中，如部分地在图12至15中所示的那样。
因此例如图12示出根据另一实施例的半导体激光二极管111，该半导体激光二极管111具有滤波层9，该滤波层9由沿着辐射方向50的部分的经结构化的吸收层11构造。此外可以存在如在图12中所表明的另外的滤波层9，该另外的滤波层9例如具有经结构化的吸收层11'，该吸收层11'在与吸收层11错开地布置的子区域中被结构化。
在图13中示出根据另一实施例的半导体激光二极管112，该半导体激光二极管112在衬底1中具有带吸收层11、11'的一个或多个滤波层9，所述滤波层在垂直于辐射方向的方向上被结构化并且具有彼此错开地布置的子区域。
在图14和15中示出半导体激光二极管113、114，其在图14的情况下具有带两个吸收层11、11'的滤波层9并且在图15的情况下具有两个分别带一个吸收层11、11'的滤波层，其中吸收层11分别未经结构化地以及大面积地构造并且吸收层11'分别是经结构化的。
通过这里所述的滤波层可以明显减少衬底模，例如可以在由电极层构成的n金属化部处阻止返回反射，由此可以极大地减少干扰性的衬底照明。由此在投影应用时在使用所示的半导体激光二极管时明显提高图像质量。通过将至少一个滤波层集成到半导体激光二极管中，不需要外部的光阑、吸收性的元件等等，这可以显著减少安装成本和安装容差以及减小结构大小并且因此可以使得集成到投影仪中变得容易。
除了用于抑制衬底模的所示措施之外，在此所述的半导体激光二极管例如还可以具有正面上的光阻挡层，如在专利申请DE 102011054954.4和US 61/590,375中所述的那样，所述专利申请在光阻挡层方面的公开内容明确地通过回引结合于此。通过在所述专利申请中描述的光阻挡层可以覆盖正面的至少一部分。可能经过光阻挡层从正面出射的多重反射可以通过这里所述的滤波层被阻止。
在图中所示的实施例也可以彼此组合和/或可以附加地或者替换地具有根据发明内容部分中的描述的另外的特征，即使当这样的组合没有明确地在图中示出时也是如此。
本发明不由于根据实施例的描述而限于这些实施例。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每种组合，这尤其是包含权利要求中的特征的每种组合，即使当该特征或者该组合本身未明确地在权利要求或实施例中说明时也是如此。

Claims (20)

1.半导体激光二极管，具有
－衬底（1），
－在衬底（1）上带有至少一个被设立用于生成激光光线（30）的有源层（3）的半导体层序列（2），所述激光光线（30）在运行中沿着辐射方向（50）被辐射，和
－至少一个滤波层（9），所述至少一个滤波层具有主延伸平面，该主延伸平面平行于有源层（3）的主延伸平面并且被设立用于散射和/或吸收除了激光光线（30）以外也在半导体层序列（2）和/或衬底（1）中传播的光。
2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管，其中滤波层（9）具有在衬底（1）的与半导体层序列（2）相对的侧上的粗糙部（10）。
3.根据权利要求2所述的半导体激光二极管，其中所述粗糙部（10）具有大于或等于1nm并且小于或等于30μm的平均粗糙度Rq。
4.根据权利要求2或3所述的半导体激光二极管，其中滤波层（9）具有在衬底（1）的与半导体层序列（2）相对的侧上的粗糙部（10）并且在该粗糙部（10）上具有吸收层（11）。
5.根据前述权利要求之一所述的半导体激光二极管，其中滤波层（9）具有至少一个吸收层（11，11'）。
6.根据权利要求4或5所述的半导体激光二极管，其中至少一个吸收层（11，11'）施加在衬底（1）的与半导体层序列（2）相对的侧上、衬底（1）内和/或衬底（1）与半导体层序列（2）之间。
7.根据权利要求4至6之一所述的半导体激光二极管，其中所述衬底（1）被构造为所述至少一个吸收层（11）。
8.根据权利要求4至7之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）在半导体层序列（2）中布置在衬底（1）与有源层（3）之间。
9.根据权利要求4至8之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）在半导体层序列（2）中布置在有源层（3）的与衬底（1）相对的侧上。
10.根据权利要求4至9之一所述的半导体激光二极管，其中存在至少两个吸收层（11，11'）。
11.根据权利要求10所述的半导体激光二极管，其中所述至少两个吸收层（11，11'）构造为不同的。
12.根据权利要求4至11之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）在沿着辐射方向（50）的方向上和/或垂直于辐射方向（50）地被结构化。
13.根据权利要求12所述的半导体激光二极管，其中存在至少两个在子区域中经结构化的吸收层（11，11'）并且这些子区域彼此错开地布置。
14.根据权利要求4至13之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）布置在衬底模（31）的最大值处。
15.根据权利要求4至14之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）具有大于或等于100cm-1的吸收系数。
16.根据权利要求4至15之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）具有大于或等于1nm并且小于或等于200μm的厚度。
17.根据权利要求4至16之一所述的半导体激光二极管，其中吸收层（11，11'）具有大于或等于衬底折射率的70％的折射率。
18.根据权利要求4至17之一所述的半导体激光二极管，其中为了构成所述至少一个吸收层（11，11'）通过扩散或植入嵌入一种或多种选自N、P、O、Mg、Si、Ge、B、H的材料。
19.根据权利要求4至18之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）外延地生长，具有一种或多种选自AlInGaN、AlInGaAs、AlInGaP、Si、Ge、ZrO、ZnO、ZnSe、CdTe的材料。
20.根据权利要求4至19之一所述的半导体激光二极管，其中所述至少一个吸收层（11，11'）具有通过蒸镀、喷溅、化学气相沉积、离子电镀和/或原子层沉积所施加的材料，所述材料选自AlInGaN、Si、Ge、铟锡氧化物、Ni、Cr、Ti、Nb、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Al、ZnO、TiWN。
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