CN108141007B - 半导体激光器和用于制造半导体激光器的方法 - Google Patents

半导体激光器和用于制造半导体激光器的方法 Download PDF

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Abstract

在一个实施方式中，半导体激光器(1)包括半导体层序列(2)。半导体层序列(2)包含n型传导区域(23)、p型传导区域(21)和位于其之间的有源区(22)。在谐振器段(3)中产生激光辐射。谐振器段(3)平行于有源区(22)定向。此外，半导体激光器(1)包含电的p型接触部(41)和电的n型接触部(43)，所述p型接触部和n型接触部各自处于半导体层序列(2)的所属的区域(21，23)上，并且所述p型接触部和n型接触部设计用于将电流直接馈入所属的区域(21，23)中。n型接触部(43)从p型传导区域(21)起穿过有源区(22)延伸到n型传导区域(23)中，并且在俯视图中观察处于谐振器段(3)旁边。

Description

半导体激光器和用于制造半导体激光器的方法
技术领域
提出一种半导体激光器。此外，提出一种用于制造半导体激光器的方法。
发明内容
要实现的目的在于：提出一种紧凑的半导体激光器，能够从所述半导体激光器中良好地导出废热。
此外，所述目的通过具有本发明的特征的半导体激光器来实现。优选的改进形式是下面描述的主题。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括半导体层序列。半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料如AlnIn1-n- mGamN或是磷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamP或者也为砷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamAs，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成部分。然而，为了简单性仅说明半导体层序列的晶格的主要组成部分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。
根据至少一个实施方式，半导体层序列包含n型传导区域和p型传导区域。在这两个区域之间存在有源区。p型传导区域、有源区和n型传导区域沿着半导体层序列的生长方向优选直接彼此堆叠地安置。
根据至少一个实施方式，半导体激光器具有一个或多个谐振器段。在至少一个谐振器段中，在半导体激光器正常运行时产生激光辐射。所述在谐振器段中产生的激光辐射至少部分地从半导体激光器中向外发射。激光辐射例如表示：由半导体激光器发射的辐射是相干辐射。发射的辐射的相干波长例如为至少1mm或10mm或1m。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括电的p型接触部，所述p型接触部优选直接处于p型传导区域上，并且所述p型接触部设计用于将电流直接馈入到p型传导区域中。换言之，通过p型接触部对p型传导区域通电。特别地，仅经由电的p型接触部将电流馈入p型传导区域中。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包含电的n型接触部。n型接触部优选局部直接处于n型传导区域上。以与p型接触部相同的方式，n型接触部设计用于将电流直接馈入到n型传导区域中。在半导体激光器运行时，优选仅经由电的n型接触部将电流馈入n型传导区域中。
根据至少一个实施方式，n型接触部从p型传导区域起并且穿过有源区延伸到n型传导区域中。换言之，n型接触部为穿过有源区的过孔，也称作为通孔(Via)。在此，n型接触部也能够由多个过孔或通孔组成。
根据至少一个实施方式，n型传导区域设计用于沿平行于有源区的方向的电流引导和/或电流扩展。于是，电通流从n型接触部起经由n型传导区域进行，其中n型传导区域中的主电通流方向优选垂直于n型接触部中的主电流方向定向。有源区从n型传导区域起朝p型传导区域和朝p型接触部通电，其中在此电流方向优选相对于n型接触部中的主电流方向反并联地取向。
根据至少一个实施方式，至少一个谐振器段在尤其p型传导区域的俯视图中观察处于电的n型接触部旁边，至少处于半导体层序列之内。这能够表示：在有源区的平面中，谐振器段和n型接触部不相交并且不接触。特别地，在谐振器段中引导的激光辐射不到达或不显著到达n型接触部。
在至少一个实施方式中，半导体激光器包括半导体层序列。半导体层序列包含n型传导区域、p型传导区域和位于所述区域之间的有源区。在至少一个谐振器段中，在半导体激光器运行时产生激光辐射。谐振器段在此平行于有源区定向并且能够位于有源区中。此外，半导体激光器包含电的p型接触部和电的n型接触部，所述p型接触部和n型接触部处于半导体层序列的所属的区域上，并且所述p型接触部和n型接触部设计用于将电流直接馈入半导体层序列的所属的区域中。n型接触部从p型传导区域起穿过有源区延伸到n型传导区域中，并且在俯视图中观察处于谐振器段旁边。
通常，激光二极管为了所谓的客户应用在TO壳体中或在中间载体、如陶瓷载体上提供。然而，用于激光二极管的所述安装类型在技术上是相对耗费且相对昂贵的。
尤其在TO壳体的情况下，半导体激光器芯片安装在金属的壳体基座上，例如借助于焊接安装，并且经由键合线电接触。TO壳体借助金属帽和借助例如由玻璃构成的光学窗口封闭。通过电接触销在外部电接触这种TO壳体，所述电接触销引导穿过电路板，并且随后经由焊接电地和还有机械地固定。在这种TO壳体中，用于半导体激光器芯片的散射的可实现的热阻是相对高的，并且位于15K/W的数量级中。通过所述相对大的热阻，得到在半导体激光器芯片的最大工作电流方面的限制。在使用中间载体的情况下也出现提高的热阻。
在此描述的半导体激光器一方面能够成本适宜地制造，并且对于用户而言可简单地使用，因为表面安装、也称作为SMT是可行的。同样地，这种半导体激光器具有朝外部热沉的小的热阻。此外，在此处描述的半导体激光器中能够省去中间载体。
根据至少一个实施方式，在垂直于有源区的方向上，通过n型接触部降低从谐振器段朝p型传导区域处的电接触面的热阻，所述电接触面用于外部电接触半导体激光器，并且n型接触部距谐振器段远至，使得谐振器段不受n型接触部光学影响。
尤其与如下半导体层序列相比实现热阻的降低，在所述半导体层序列中未安置有用于n型接触部的凹部并且所述半导体层序列不具有穿过有源区的金属部件，例如n型接触部。减小的热阻尤其可通过如下方式实现：n型接触部由导热金属形成，进而能够具有比半导体层序列的材料本身显著更大的导热性。
n型接触部和谐振器段之间的间距尤其在平行于有源区的平面中或在有源区的平面中确定。n型接触部和谐振器段之间的间距例如能够为至少2μm或5μm或10μm或25μm。替选地或附加地，所述间距为最高250μm或150μm或80μm或50μm。n型接触部和谐振器段之间的间距有利地选择成，使得能够实现沿远离谐振器段的方向将热量尤其有效地导出。另一方面，间距选择得足够大，以便确保谐振器段不受n型接触部光学影响。
根据至少一个实施方式，半导体激光器是可表面安装的。这就是说，半导体激光器能够经由SMT(英文：Surface Mount Technology，表面安装技术)安置在外部载体上。在此不需要：半导体激光器的一部分穿透外部载体或者嵌入到外部载体中。以该方式能够实现相对大的外部接触面，经由所述外部接触面也提供有效的散热。例如，有源区和外部载体之间的热阻常规为最高5K/W或2K/W或1K/W。
根据至少一个实施方式，n型接触部在至少一个平行于有源区的横截面中观察在四周由半导体层序列的材料包围。特别地，在p型传导区域的区域中以及在有源区的平面中，n型接触部在四周由所属的半导体材料的闭合的、连贯的带包围。换言之，n型接触部在横向方向上在半导体层序列的区域中侧向地在任何位置都不露出。
替选于此可行的是：n型接触部安置在半导体层序列的边缘上并且侧向地露出或侧向地不由半导体层序列的材料覆盖。然而优选地，在该情况下，在俯视图中观察，n型接触部由n型传导区域完全地覆盖。
根据至少一个实施方式，n型接触部和/或p型接触部由一种或多种金属构成。在此，n型接触部和p型接触部能够部分地或整体地由相同的材料构成。例如，n型接触部和/或p型接触部包括下述金属中的一种或多种或由所述金属中的一种或多种构成：银、金、铂、钯、钨、镍、钛、铑。
根据至少一个实施方式，n型接触部在n型传导区域之内终止。这就是说，在垂直于有源区的方向上，n型接触部那么仅部分地穿过n型传导区域。例如，n型接触部以n型传导区域的厚度计从p型传导区域起仅进入到n型传导区域的最高20％或50％中。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括脊形波导，也称作为脊。换言之，半导体激光器为条式激光器，也称作脊形激光器。通过脊形波导限定谐振器段。特别地，脊形波导和谐振器段在俯视图中观察重合地或大部分重合地伸展。从p型接触部到半导体层序列中的电流馈入优选限制于脊形波导或限制于脊形波导的一部分。
根据至少一个实施方式，脊形波导在两侧由半导体层序列中的沟槽限界。换言之，脊形波导通过刻蚀从半导体层序列中、尤其仅从p型传导区域中产生。在该情况下，沟槽不伸展至有源区。半导体层序列除了沟槽之外能够具有恒定的、保持不变的厚度。
根据至少一个实施方式，沟槽至少部分地借助p型接触部填充。换言之，p型接触部的金属材料处于沟槽中。p型接触部优选不限制于沟槽。
根据至少一个实施方式，p型接触部和n型接触部在p型传导区域的俯视图中观察不重叠。换言之，p型接触部和n型接触部并排地安置和/或不相交地设置。
根据至少一个实施方式，谐振器段设置在有源区之内。光增强于是限制于有源区。
根据至少一个实施方式，谐振器段垂直于半导体层序列的彼此相对置的棱面伸展。棱面在此是半导体层序列的侧向的限界面。经由棱面本身和/或径向棱面上的光学有效的覆层能够调节谐振器端面的反射率。
根据至少一个实施方式，在半导体激光器中还存在用于半导体层序列的生长衬底。这是否为用于半导体层序列的生长衬底例如能够根据透射电子显微镜通过如下方式来确定：观察从生长衬底开始的位错线或晶体干扰。从生长衬底开始延续到半导体层序列中的这种缺陷形成一种指纹，借助所述指纹能够单义地确定半导体层序列与生长衬底的所属性。
根据至少一个实施方式，n型接触部在p型传导区域的俯视图中观察对称地成形。在此，谐振器段优选为对称轴线。换言之，于是，例如在制造公差的范围内，n型接触部在谐振器段的两侧相同地构成。
根据至少一个实施方式，n型接触部或n型接触部的至少一个子地带处于谐振器段附近。这能够表示：n型接触部和谐振器段之间的间距为至少2μm或5μm或10μm或25μm。替选地或附加地，所述间距为最高250μm或150μm或80μm或50μm。该间距尤其在平行于有源区的平面中或在有源区的平面中确定。通过n型接触部和谐振器段之间的这种小的间距，能够实现在远离谐振器段的方向上将热量尤其有效地导出。
根据至少一个实施方式，n型接触部在半导体层序列之内在平行于有源区的方向上局部地或优选在四周由电绝缘部包围。这例如表示：在n型接触部和谐振器段之间存在电绝缘部。电绝缘部能够直接地安置在尤其金属的n型接触部上。通过这种绝缘部能够确保：在有源区的平面中不进行从n型接触部到谐振器段中或朝谐振器段的电通流。
根据至少一个实施方式，通过n型接触部，尤其在垂直于有源区的方向上，降低从谐振器段朝用于外部电接触半导体激光器的电接触面的热阻，例如降低至少10％或20％或40％。这尤其与如下半导体层序列相比是适用的，在所述半导体层序列中未安置有用于n型接触部的凹部并且所述半导体层序列不具有穿过有源区的金属部件，例如n型接触部。尤其能够通过如下方式实现减小的热阻：n型接触部由导热金属构成进而能够具有比半导体层序列的材料显著更大的导热性。
根据至少一个实施方式，n型接触部关于半导体层序列具有相对大的面积。在此，半导体层序列和n型接触部在有源区的平面中的横截面优选用作为参考点。例如，n型接触部以半导体层序列的总面积计的面积份额为至少5％或10％或20％或30％。替选地或附加地，所述面积份额为最高50％或30％或10％。
根据至少一个实施方式，用于外部电接触半导体激光器的仅一个、一些或全部的电接触面位于有源区的如下侧上，在所述侧上也存在p型传导区域。由此，通过表面安装能够实现尤其无键合线的外部电接触还有热接触。替选地，用于外部电接触半导体激光器的仅一个、一些或全部的电接触面位于有源区的如下侧上，在所述侧上也存在n型传导区域。
根据至少一个实施方式，半导体层序列的全部棱面和/或半导体层序列的背离p型传导区域的上侧不具有金属化部。于是换言之，除了在存在外部的电接触面的一侧上、即在p型传导区域的一侧上之外，半导体层序列的全部其余的表面不具有金属化部。特别地，在棱面上和在上侧上不存在用于对半导体激光器通电的电导线。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括一个或多个加强层。通过加强层能够实现半导体激光器的机械稳定。替选地或附加地，加强层能够用于热传播。尤其优选地，至少一个加强层为金属层，所述金属层由一种或多种金属构成。例如，通过电镀工艺制造至少一个加强层。加强层优选位于有源区的与p型传导区域的相同的侧上。
根据至少一个实施方式，各一个金属的加强层直接地位于n型接触部上和直接地位于p型接触部上。在此，加强层位于两个接触部的背离半导体层序列的一侧上。在俯视图中观察，加强层能够侧向地超出半导体层序列，与半导体层序列齐平或相对于半导体层序列的边缘回缩。
根据至少一个实施方式，至少一个金属的加强层位于半导体层序列旁边。这能够表示，加强层和半导体层序列之间的平均间距为至少0.2μm或0.3μm或0.6μm。替选地或附加地，所述间距为最高5μm或3μm或1.5μm。特别地，在半导体层序列和加强层之间仅存在n型接触部的和/或p型接触部的材料以及用于将半导体层序列与p型接触部局部绝缘的电绝缘层的材料。
根据至少一个实施方式，一个或多个加强层在背离半导体层序列的一侧上各仅局部地由至少一个电绝缘层覆盖。特别地，由电绝缘层露出用于n型接触部的加强层的和用于p型接触部的加强层的各仅刚好一个区域。
根据至少一个实施方式，电绝缘层由至少两个金属的电接触面覆盖。电接触面设置用于外部电接触和优选也热接触半导体激光器。接触面尤其直接位于绝缘层上并且局部地直接邻接于加强层。因此，一方面经由电接触面并且另一方面经由加强层进行至n型接触部和至p型接触部的电通流。
根据至少一个实施方式，电接触面具有与加强层不同的基面。同样地，接触面的基面能够与n型接触部和p型接触部的基面不同。这尤其在p型传导区域的俯视图中观察是适用的。
根据至少一个实施方式，用于外部电接触的电接触面侧向地、即在平行于有源区的方向上和尤其在p型传导区域的俯视图中观察超出半导体层序列。电接触面整体所占的面积在俯视图中观察能够大于半导体层序列的面积。
替选地可行的是：在俯视图中观察，外部的电接触面完全地由半导体层序列覆盖。特别地，于是，电接触面相对于半导体层序列的棱面回缩，使得在俯视图中观察，半导体层序列的外部边缘不具有接触面。
根据至少一个实施方式，电接触面平行于有源区定向。于是换言之，用于半导体激光器的安装平面平行于有源区设置。在该情况下，优选在平行于电接触面以及平行于用于半导体激光器的安装平台的方向上进行激光辐射的发射。
根据至少一个实施方式，在p型传导区域的俯视图中观察，n型接触部通过一个或多个在俯视图中观察环形的或圆形的、彼此分开的子地带形成。从所述子地带开始，n型接触部能够柱状地穿过有源区延伸到n型传导区域中。
替选于这种在俯视图中观察圆形的子地带，n型接触部也能够作为条带形成。一个或多个条带优选平行地沿着谐振器段延伸，通过所述条带在俯视图中观察形成n型接触部。在此，条带能够完全地或也仅部分地沿着谐振器段延伸，例如在谐振器段的长度的至少20％或40％或60％的长度之上，或在谐振器段的长度的最高95％或80％或60％之上。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括囊封体。囊封体在俯视图中观察优选在四周和/或以闭合的带包围半导体层序列。半导体层序列能够与囊封体机械地固定连接。
根据至少一个实施方式，囊封体由至少一种塑料成形。优选地，塑料为透光的、透明的塑料，如丙烯酸酯或聚碳酸酯或环氧化物或硅树脂。特别地，塑料设计用于由激光辐射透射。然而优选地可行的是：囊封体不存在于半导体层序列的光出射面的区域中，使得激光辐射能够从半导体激光器中射出，而不必引导通过囊封体。
根据至少一个实施方式，囊封体的厚度等于半导体层序列的厚度或半导体层序列加上生长衬底的厚度。这尤其以最高5μm或3μm或1.5μm的公差适用。在此，囊封体的限界面优选仅平行于和垂直于有源区。换言之，囊封体能够为长方体，其中优选半导体层序列的限界面、尤其其上侧位于所述长方体的一侧中。
根据至少一个实施方式，半导体激光器具有横向尺寸，即在平行于有源区的方向上的尺寸，所述尺寸最高为半导体层序列的相应的尺寸的三倍或双倍或1.4倍。换言之，半导体激光器能够具有壳体，所述壳体基本上通过半导体层序列的大小预设。这种壳体结构形式也称作为CSP或芯片级封装。替选地可行的是，半导体激光器不具有壳体和/或囊封体，并且横向尺寸仅通过半导体层序列预设。在最后提出的情况下可行的是：半导体激光器仅由无机材料构成。
此外，提出一种用于制造半导体激光器的方法。借助该方法尤其制造如结合上述实施方式中的一个或多个提出的半导体激光器。该方法的特征因此也针对半导体激光器公开并且反之亦然。
在至少一个实施方式中，所述方法优选以给出的顺序至少包括如下步骤：
A)外延生长半导体层序列，并且优选仍在晶片复合件中产生p型接触部和n型接触部，
B)例如通过刻蚀或通过刻刮和折断，将半导体层序列分割成半导体激光器芯片，并且将半导体激光器芯片施加到中间载体上，
C)建立暂时的或持久的囊封体，其中囊封体在俯视图中观察分别在四周包围半导体激光器芯片，并且其中囊封体至少暂时将半导体激光器芯片机械固定地彼此连接，
D)产生加强层和/或外部的电接触面，和
E)例如通过切割持续的、永久的囊封体或也通过移除暂时的囊封体，分割成半导体激光器。
将半导体层序列分割成半导体激光器芯片的方法步骤一方和将半导体激光器芯片施加到中间载体上另一方也能够彼此分开地在直接或不直接依次相随的子步骤中实施。
在方法步骤B)中，优选在分割成半导体激光器芯片之后，将镜层局部地或整面地施加到棱面上。这能够在安放在中间载体上之前或优选程度较低地也在安放在中间载体上之后进行。通过至少一个镜层，能够限定和/或调节用于激光辐射的谐振器段进而谐振器。替选于镜层可行的是，通过在棱面上的反射基于折射率突变来调节谐振器段。
附图说明
在下文中，参照附图根据实施例详细阐述在此描述的半导体激光器和在此描述的方法。在此，相同的附图标记在各个附图中说明相同的元件。然而，在此不示出合乎比例的关系，更确切地说，为了更好的理解能够夸大地示出个别元件。
附图示出：
图1和4至8示出在此描述的半导体激光器的实施例的示意图，
图2示出用于制造在此描述的半导体激光器的方法的方法步骤的示意剖面图，和
图3示出用于在此描述的半导体激光器的p型接触部和n型接触部的示意俯视图。
具体实施方式
在图1A中示出半导体激光器1的一个实施例的剖面图并且在图1B中示出俯视图。此外，在图1C中示出图1A中的可能的细节图。
半导体激光器1具有生长衬底20，在所述生长衬底20上外延地生长有半导体层序列2。半导体层序列2优选基于材料体系AlInGaN。生长衬底20优选为GaN衬底。半导体层序列2包括p型传导区域21、n型传导区域23和有源区22，所述有源区位于所述区域21、23之间。有源区22优选为多量子阱结构，也称作为MQW或Multi Quantum Well。半导体层序列2的厚度例如在2μm和10μm之间，其中包括边界值。
生长衬底20的厚度例如为至少40μm和/或最高400μm。
在运行时，在有源区22中在脊形波导33的区域中产生激光辐射。通过脊形波导33限定谐振器段3，所述谐振器段垂直于半导体层序列2的棱面25取向。脊形波导33在两侧由沟槽32限界并且通过沟槽32限定。沟槽32进而脊形波导33例如通过对p型传导区域21刻蚀来产生。激光辐射例如具有最大强度为至少360nm或40nn和/或最高560nm或485nm的波长。例如当半导体层序列2基于AlInGaN时，激光辐射例如为紫外辐射或蓝光。如果半导体层序列2例如基于AlGaInP或AlInGaAs，那么发射的激光辐射优选为红光或红外辐射。
脊形波导33的宽度优选为至少1.5μm和/或最高15μm。半导体层序列2在垂直于谐振器段3的方向上的总宽度尤其为至少200μm和/或最高1mm。根据半导体激光器1的光学功率，沿着谐振器段3，半导体层序列2的扩展例如为至少200μm和/或最高3mm。
根据图1，脊形波导33处于p型传导区域21中。同样地，电的接触部41、43处于p型传导区域21的侧上。替选于此，如也在全部其他实施例中那样可行的是：脊形波导33处于n型传导的区域23中，和/或一个或全部电接触部41、43安置在n型传导区域23的侧上。
到半导体层序列2中的电流馈入经由电的p型接触部41和经由电的n型接触部43进行。接触部41、43通过一种或多种金属形成。在下侧27的俯视图中观察，参见图1B，接触部41、43不重叠。p型接触部41的平均厚度或厚度例如为大约2μm。在远离有源区22的方向上，p型接触部41和n型接触部43优选彼此齐平。
n型接触部43从p型传导区域21穿过有源区22延伸到n型传导区域23中并且在其中终止。在俯视图中观察，n型接触部43圆形地构成。n型接触部43的直径W1例如为至少5μm或10μm或20μm和/或最高60μm或40μm。在横向方向上，n型接触部43在四周由电绝缘部71包围。所述电绝缘部71伸展直至n型接触部43的背离p型传导区域21的一侧，其中n型接触部43的该侧没有绝缘部71。电绝缘部71的外直径W2优选为最高200μm或100μm或60μm和/或至少40μm或60μm或120μm。
此外，在俯视图中观察，n型接触部43与谐振器段3间隔开。谐振器段3和n型接触部43之间的间距D例如为至少20μm和/或最高200μm。
p型接触部41的材料几乎整面地施加到半导体层序列2的下侧27上，其中p型接触部41优选不完全地伸展直至棱面25。然而，仅在脊形波导33的区域中将电流馈入到半导体层序列2中。在其余地区中，在p型接触部41和p型传导区域21之间存在电绝缘层74，例如同样如由二氧化硅或由氮化硅构成的绝缘部71。
绝缘层74能够延伸直至脊形波导33的背离有源区22的一侧，并且部分地覆盖该侧，参见图1C。替选地可行的是：脊形波导33的侧面未被绝缘层74覆盖，并且绝缘层74在沟槽32的底面上终止。沟槽32如优选也在全部其他实施例中那样不伸展直至有源区22。
在图2中草绘用于半导体激光器1的一个实施例的制造方法。
在未绘出的方法步骤中，将半导体层序列2生长到生长衬底20上。随后进行刻蚀，以便产生用于n型接触部43的开口。随后，施加电绝缘部71、74，并且产生接触部41、43。此后，分割成半导体激光器芯片10。绝缘层74的厚度例如为最高200nm。
根据图2A，将所述半导体激光器芯片10施加到中间载体9上。在此，在中间载体9上，相邻的半导体激光器芯片10之间的间距大于在生长衬底20上如原始生长的那样。中间载体9能够为薄膜，例如为可热脱离的薄膜，或也为刚性的中间载体。
优选地，还在施加到中间载体9上之前，至少在谐振器段33的端面的区域中，将未示出的镜层施加在棱面25上。经由这种镜层，能够调节谐振器的限定谐振器段33的性能。同样地，通过棱面25上的这种镜层能够调节激光辐射的耦合输出。可行的是：一个棱面上的这种镜层具有例如为至少99％的高的反射率，并且在相对置的、设置用于耦合输出辐射的棱面上具有相对小的反射率，例如为至少50％和/或最高80％的反射率。
在图2B中示出：制造囊封体81。为了制造囊封体81，优选地，未示出的另一中间载体安置在接触部41、43上。囊封体81能够直接地模制到半导体层序列2上以及生长衬底20上。优选地，薄的、未示出的绝缘层处于半导体层序列2的棱面25上。棱面25上的这种绝缘层例如具有最高200nm的厚度，进而仅不显著地增加半导体激光器芯片10的总宽度。囊封体81由塑料制造并且将半导体激光器芯片10彼此机械连接。
囊封体81能够是透亮的并且对于在半导体激光器1运行时产生的激光辐射是可穿透的。替选地，囊封体81能够至少局部地例如对于可见光吸收性地构成。囊封体81也能够包含至少一种填充材料，例如用于调整热膨胀系数，用于调整光学特性和/或用于改进导热性。例如，囊封体81经由浇注或经由薄膜辅助的模塑产生。
在图2C的方法步骤中，例如以电镀的方式将金属的加强层51、53直接安置在接触部41、43上。加强层51、53例如由镍形成。可行的是：加强层51侧向超出p型接触部41。加强层51、53因此在俯视图中观察能够大于半导体层序列2。与所示出不同，加强层51、53能够与接触部41、43重合地成形或相对于棱面25回缩。加强层51、53的平均厚度优选为至少0.5μm或2μm和/或最高15μm或8μm。
在如在图2D中示出的方法步骤中，将电绝缘层72施加到加强层51、53上。加强层51、53仅在各一个区域中露出并且以不由绝缘层62覆盖的方式存在。绝缘层72能够以结构化的方式施加或者也整面地施加连同随后局部地移除。绝缘层72例如由二氧化硅或氮化硅制造，例如具有至少50nm和/或最高250nm的厚度。
根据图2E，在加强层51、53上以及在绝缘层72上产生两个外部的电接触面61、63，例如以电镀的方式或通过压印或通过造型来产生。接触面61、63例如包含金、铜和/或锡。接触面61、63在垂直于有源区22的方向上的厚度例如为至少1μm或10μm和/或最高0.5mm或0.3mm或0.1mm。经由接触面61、63的厚度，能够调节有源区22距外部的、未示出的安装载体的间距。经由接触面61、63能够在外部电和热接触制成的半导体激光器1。
在图2F的可选的方法步骤中，制造接触囊封件82，所述接触囊封件位于接触面61、63之间优选直接位于接触面61、63上。在远离半导体层序列2的方向上，接触囊封件82优选与接触面61、63齐平。与所示出不同也可行的是：接触囊封件82在俯视图中观察仅局部地包围接触面61、63，使得接触面61、63例如在外置的面处可自由地触及。
接触囊封件82例如由塑料、如环氧树脂或硅树脂制造。为了调整光学特性和尤其为了调整热膨胀系数，用于接触囊封件82的材料能够包含例如呈颗粒的形式的添加物。接触囊封件82例如经由压缩模塑和随后的磨削或经由薄膜辅助的传递模塑来制造。
图2E和2F的方法步骤也能够互换。因此可行的是：例如借助于光刻胶以结构化的方式施加接触囊封件82，并且随后由用于接触面61、63的材料填充接触囊封件82中的凹部。
在图2G的随后的方法步骤中，分割成完成的半导体激光器1并且移除中间载体9。对此，根据图2G，例如借助于锯割、激光处理或折断来分割囊封体81。替选地，囊封体81能够完全地移除，以便实现分割。
根据图2G，每个半导体激光器1具有刚好一个半导体激光器芯片10。与所示出不同，在完成的半导体激光器1中也能够存在多个半导体激光器芯片10。半导体激光器芯片10相互间的电互连在该情况下例如经由加强层51、53或优选程度更低地经由外部的电接触面61、63来进行。如果存在多个半导体激光器芯片10，那么优选地存在串联电路，使得半导体激光器1于是整体上总是还具有刚好两个外部的电接触面61、63。
在图3中，说明接触部41、43的设计方案的实例。如在图3A中示出的那样，该实例在此基本上对应于图1B的实例。然而，在图3A中，纵向方向和横向方向相对于图1B互换，使得谐振器段3在图3A中沿着纵轴线延伸。谐振器段3居中地安置在半导体层序列2中进而n型接触部43偏心地安置。
在图3B的实施例中，在俯视图中观察，n型接触部43居中地位于半导体层序列2中。谐振器段3偏心地安置。
在图3C的实施例中，存在多个用于n型接触部43的子地带，所述子地带沿着谐振器段3设置。在俯视图中观察，全部用于n型接触部43的子地带相同地成形。
在如在图3D中示出的实施例中，用于n型接触部43的子地带处于谐振器段3的两侧。这也能够在全部其他实施例中是这种情况。在此，子地带43能够矩形地成形或作为扇形成形。在图3D中说明，在俯视图中观察，子地带具有不同的形状。然而优选地，子地带43相同地成形。
在图3E的实施例中，n型接触部43条形地沿着整个或几乎整个谐振器段3延伸。然而在此，如也在全部其他实施例中，n型接触部43尤其优选地在四周由半导体层序列2的在此未示出的材料包围。
特别地，在图3C和3E的实施例中，与所示出不同，优选是如下情况：电的n型接触部43在谐振器段3两侧并且关于其对称地存在。由此，均匀地将电流馈入到谐振器段3中是可能的，并且也能够确保从半导体层序列2中的有效的散热。
与在图3中示出不同，谐振器段3能够不仅沿着直线伸展，而且也折弯。这例如在如下情况下是可能的：在角区域中，半导体层序列2具有以45°倾斜的棱面，在所述棱面上进行激光辐射的镜反射。因此，在此处描述的半导体激光器1中，也可实现复杂的谐振器段3，例如L形的或U形的谐振器段。
在图2G的上述实施例中，加强层51、53和接触面61、63沿横向方向超出半导体层序列2和半导体激光器芯片10。接触面61、63相对于囊封体81回缩。与之相反，可选的接触囊封件82在图4中不存在。与其不同，如也在全部其他实施例中，可选地附加地安置这种接触囊封件。
在图5的实施例中，不存在囊封体81，也不存在接触囊封件82。接触面61、63和加强层51、53沿侧向方向超出半导体层序列2进而超出半导体激光器芯片10。
根据图6，接触面61、63沿侧向方向与半导体层序列2齐平。接触部41、43和加强层51、53相对于半导体层序列2的棱面25回缩。由此，能够实现将作为整体生长的半导体层序列2改进地通过刻刮和折断分割成各个半导体激光器芯片10。
如也在全部其他实施例中，接触面61、63彼此间的间距优选为至少100μm或150μm和/或最高400μm或200μm。
在图7的实施例中，接触面61、63直接地位于接触部41、43上。例如，接触面61、63于是通过电镀由镍、铜和/或金形成。接触面61、63还有接触部41、43相对于半导体层序列2的棱面25回缩。
在图8的实施例中，参见图8A中的俯视图和图8B中的下视图，接触面61、63例如通过AuSn焊料、尤其通过薄层焊料形成。由此，在有源区22相对于接触面61、63的位置方面能够确保小的高度公差。
在俯视图中观察，接触面61、63作为不同大小的矩形成形。在图8C中示出晶片复合件还处于中间载体9上时的视图。通过从要借助分割形成的半导体激光器芯片10的边缘回缩的接触面61、63，刻刮和折断半导体层序列2是可行的，并且可选地对棱面25进行镜面覆层是可行的。
要求德国专利申请102015116970.3的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
在此描述的发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施例中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在实施例中说明时也如此。
附图标记列表
1 半导体激光器
2 半导体层序列
20 生长衬底
21 p型传导区域
22 有源区
23 n型传导区域
25 棱面
27 下侧
28 上侧
3 谐振器段
32 沟槽
33 脊形波导
41 电的p型接触部
43 电的n型接触部
51 金属的p型加强层
53 金属的n型加强层
61 外部的电的p型接触面
63 外部的电的n型接触面
71 电绝缘部
72 电绝缘层
74 电绝缘层
81 囊封体
82 接触囊封件
9 中间载体
10 半导体激光器芯片
D 谐振器段-n型接触部的间距
W1 n型接触部的直径
W2 电绝缘部的直径

Claims (14)

1.一种半导体激光器(1)，所述半导体激光器具有：
-半导体层序列(2)，所述半导体层序列包括n型传导区域(23)、p型传导区域(21)和位于其之间的有源区(22)，
-至少一个谐振器段(3)，在所述谐振器段(3)中在所述半导体激光器(1)运行时产生激光辐射(L)，并且所述谐振器段平行于所述有源区(22)定向，
-电的p型接触部(41)，所述p型接触部处于所述p型传导区域(21)上，并且所述p型接触部设计用于将电流直接馈入到所述p型传导区域(21)中，
-电的n型接触部(43)，所述n型接触部处于所述n型传导区域(23)上，并且所述n型接触部设计用于将电流直接馈入到所述n型传导区域(23)中，
其中所述n型接触部(43)从所述p型传导区域(21)起穿过所述有源区(22)延伸到所述n型传导区域(23)中，并且在俯视图中观察处于所述谐振器段(3)旁边，使得所述n型接触部(43)在所述n型传导区域(23)之内终止，
-在至少一个平行于所述有源区(22)的横截面中观察，所述n型接触部(43)在四周由所述半导体层序列(2)的材料包围，使得在所述p型传导区域(21)的区域中以及在所述有源区(22)的平面中，所述n型接触部(43)在四周由所属的半导体材料的闭合的、连贯的带包围，并且所述n型接触部(43)在横向方向上在所述半导体层序列(2)的区域中侧向地在任何位置都不露出，
-所述n型接触部(43)和所述p型接触部(41)各由一种或多种金属构成，
-直接在所述n型接触部(43)上和直接在所述p型接触部(41)上，在背离所述半导体层序列(2)的一侧上安置有各一个金属的加强层(51，53)，
-所述加强层(51，53)在背离所述半导体层序列(2)的一侧上各仅局部地由至少一个电绝缘层(72)覆盖，
-将用于外部电接触所述半导体激光器(1)的至少两个金属的电接触面(61，63)直接施加到所述电绝缘层(72)上，和
-在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述电接触面(61，63)具有与所述加强层(51，53)和与所述n型接触部(43)和所述p型接触部(41)不同的基面。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中在垂直于所述有源区(22)的方向上，通过所述n型接触部(43)降低从所述谐振器段(3)朝所述p型传导区域(21)处的电接触面(61，63)的热阻，所述电接触面用于外部电接触所述半导体激光器(1)，并且所述n型接触部(43)距所述谐振器段(3)远至，使得所述谐振器段(3)在光学上不受所述n型接触部(43)影响。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
所述半导体激光器包括脊形波导(33)，通过所述脊形波导限定所述谐振器段(3)，其中由所述p型接触部(41)仅在所述脊形波导(33)处将电流馈入到所述半导体层序列(2)中，并且其中所述脊形波导(33)在两侧由所述半导体层序列(2)中的沟槽(32)限界，并且所述沟槽(32)至少部分地由所述p型接触部(41)填充。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述p型接触部(41)和所述n型接触部(43)不重叠，
其中所述谐振器段(3)在所述有源区(22)之内伸展，并且垂直于所述半导体层序列(2)的彼此相对置的棱面(25)取向，并且
其中所述半导体激光器(1)包括用于所述半导体层序列(2)的生长衬底(20)。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述n型接触部(43)对称地成形，其中所述谐振器段(3)是对称轴线。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中在具有所述有源区(22)的平面中观察，所述n型接触部(43)和所述谐振器段(3)之间的间距(D)在5μm和80μm之间，其中包括边界值，
其中在具有所述有源区(22)的平面中，直接在所述n型接触部(43)处和在所述谐振器段(3)和所述n型接触部(43)之间存在电绝缘部(71)，使得在所述平面中不进行从所述n型接触部(43)到所述谐振器段(3)的电通流。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中通过所述n型接触部(43)，在垂直于所述有源区(22)的方向上，从所述谐振器段(3)朝用于外部电接触所述半导体激光器(1)的电接触面(61，63)的热阻降低至少20％。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中全部用于外部电接触所述半导体激光器(1)的电接触面(61，63)处于所述有源区(22)的如下侧上，在所述侧上存在所述p型传导区域(21)，
其中所述半导体层序列(2)的全部棱面(25)和所述半导体层序列(2)的背离所述p型传导区域(21)的上侧(28)不具有金属化部。
9.根据权利要求1所述的半导体激光器(1)，
其中在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述电接触面(61，63)侧向地超出所述半导体层序列(2)，其中所述电接触面(61，63)平行于所述有源区(22)定向。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述n型接触部(43)通过多个圆形的、彼此分开的子地带形成。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中在所述p型传导区域(21)的俯视图中观察，所述n型接触部(43)通过至少一个沿着所述谐振器段(3)延伸的条带形成。
12.根据权利要求4所述的半导体激光器(1)，
其中在俯视图中观察，所述半导体层序列(2)在四周由囊封体(81)包围，并且所述囊封体(81)由塑料成形，
其中，在最高3μm公差的情况下，所述囊封体(81)的厚度等于所述半导体层序列(2)连同所述生长衬底(20)的厚度。
13.根据权利要求1至9中任一项或权利要求12所述的半导体激光器(1)，
所述半导体激光器还包括具有塑料或由塑料构成的接触囊封件(82)，
其中在俯视图中观察，用于外部电接触所述半导体激光器(1)的全部电接触面(61，63)局部地或在四周由所述接触囊封件(82)包围，并且
其中所述接触囊封件(82)在远离所述有源区(22)的方向上与所述电接触面(61，63)齐平。
14.一种用于制造根据权利要求12所述的半导体激光器(1)的方法，所述方法具有如下步骤：
A)外延生长所述半导体层序列(2)，并且产生所述p型接触部(41)和所述n型接触部(43)，
B)分割成半导体激光器芯片(10)，并且将所述半导体激光器芯片(10)施加到中间载体(9)上，
C)建立暂时的或持久的囊封体(81)，所述囊封体在俯视图中观察分别在四周包围所述半导体激光器芯片(10)，并且所述囊封体将所述半导体激光器芯片(10)机械地彼此连接，
D)产生所述加强层(51，53)，和
E)分割成所述半导体激光器(1)和/或移除所述囊封体(81)。
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