CN109390844A - 半导体激光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体激光二极管，所述半导体激光二极管具有半导体层序列，所述半导体层序列具有至少一个有源层和脊波导结构，所述脊波导结构具有脊部，所述脊部沿纵向方向从光耦合输出面延伸至后侧面并且所述脊部在垂直于纵向方向的横向方向上通过脊部侧面限界，其中脊部具有第一区域和在垂直于纵向和横向方向的竖直方向上邻接于所述第一区域的第二区域，其中脊部在第一区域中具有第一半导体材料并且在第二区域中具有至少一种与第一半导体材料不同的第二半导体材料，其中脊部在第一区域中具有第一宽度，并且其中脊部在第二区域中具有第二宽度，所述第二宽度大于第一宽度。

Description

半导体激光二极管
技术领域
提出一种半导体激光二极管。
本申请要求德国专利申请10 2017 118 477.5的优先权，其公开内容通过参引并入本文。
背景技术
在具有也称作为所谓的脊(Ridge)的脊波导结构的激光二极管中，在运行时，通过脊部区域和邻接于脊部的材料之间的折射率突变发生横向波导，由此横向地在还通过脊部限定的有源区中构成一个或多个激光模式。经由接触脊部的上部区域进行到二极管中的电流馈入，通过所述电流馈入有源区被反向电泵浦，这使得激光器运行是可行的。在此，(多个)光学模式横向地在脊部区域之外指数地衰减，而脊部中的电流通过侧壁限制，并且仅在脊部之下能够通过处于那里的材料的横向导电性扩展。但是，为了获得具有尽可能线性的特征曲线的有效的组件，需要：将泵浦的区域和模式区域尽可能有利地形成叠加。但是在此，脊部尺寸的变化总是具有对模式性能和同时对电流引导的影响，这强烈地限制用于优化所述叠加的可行性。
因此通常，通过脊部的限定如所描述的那样同时并且不彼此无关地限定模式引导和电流扩展。尽管已知如下构型，其中脊部上的电接触部的宽度变化，以便使局部的电流馈入发生变化。然而，在此至少部分强制性较窄的接触区域还具有如下缺点：提高运行电压。
发明内容
特定实施方式的至少一个目的是：提出一种半导体激光二极管。
所述目的通过根据一种半导体激光二极管来实现。主题的有利的实施方式和改进形式从下面的描述和附图中得出。
根据至少一个实施方式，半导体激光二极管具有至少一个有源层，所述有源层设计和设置用于：在运行中在有源区域中产生光。有源层尤其能够是具有多个半导体层的半导体层序列的一部分并且具有主延伸平面，所述主延伸平面垂直于半导体层序列的层的设置方向。例如，有源层能够具有刚好一个有源区域。有源区域能够至少部分地通过具有电极层的半导体层序列的接触面限定，即至少部分地通过如下面限定，经由所述面进行到半导体层序列中的进而到有源层中的电流馈入。此外，有源区域也能够至少部分地通过脊波导结构来限定，即通过以长形增高部形式的半导体层序列的半导体材料限定。此外，有源层也能够具有多个有源区域，所述有源区域能够通过所描述的措施中的相应的多个措施来限定。即使在下文中描述的特征和实施方式主要涉及具有有源层中的有源区域进而相应地具有刚好一个脊波导结构的半导体激光二极管，下面的实施方案以相应的方式也适用于具有有源层中的多个有源区域进而相应地具有多个脊波导结构的半导体激光二极管。
根据另一实施方式，在用于制造半导体激光二极管的方法中制造有源层，所述有源层设计和设置用于：在半导体激光二极管运行时产生光。特别地，具有有源层的半导体层序列能够借助于外延方法制造。在上面和下文描述的实施例和特征同样也适用于半导体激光二极管，还有适用于用于制造半导体激光二极管的方法。
根据另一实施方式，半导体激光二极管具有光耦合输出面和与光耦合输出面相对置的后侧面。光耦合输出面和后侧面尤其能够是半导体激光二极管的侧面，尤其优选半导体层序列的侧面，所述侧面也能够称作所谓的棱面。经由光耦合输出面，半导体激光二极管在运行中能够放射在有源区域中产生的光。在光耦合输出面和后侧面上能够施加适当的光学覆层，尤其反射或部分反射的层或层序列，所述层能够形成用于在有源层中产生的光的光学共振器。有源区域能够在后侧面和光耦合输出面之间沿着如下方向延伸，所述方向在此和在下文中称作为纵向方向。纵向方向尤其能够平行于有源层的主延伸平面。层彼此叠加的设置方向，即垂直于有源层的主延伸平面的方向，在此和在下文中称作为竖直方向。垂直于纵向方向且垂直于竖直方向的方向在此和在下文中称作为横向方向。纵向方向和横向方向因此能够展开平行于有源层的主延伸平面的平面。
半导体层序列尤其能够作为外延层序列、即作为外延生长的半导体层序列构成。在此，半导体层序列例如能够基于InAlGaN。尤其如下半导体层序列属于基于InAlGaN的半导体层序列：在所述半导体层序列中，外延制造的半导体层序列通常具有由不同的单层构成的层序列，所述层序列包含至少一个单层，所述单层具有由III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yN构成的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。特别地，有源层能够基于这种材料。具有至少一个基于InAlGaN的有源层的半导体层序列例如能够优选发射紫外至绿色波长范围中的电磁辐射。
替选地或附加地，半导体层序列也能够基于InAlGaP，这就是说，半导体层序列能够具有不同的单层，所述单层中的至少一个单层、例如有源层具有由III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yP构成的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。具有至少一个基于InAlGaP的有源层的半导体层序列例如能够优选发射具有绿色至红色波长范围中的一个或多个光谱分量的电磁辐射。
替选地或附加地，半导体层序列也能够具有不同的III-V族化合物半导体材料体系，例如基于InAlGaAs的材料，或II-VI族化合物半导体材料体系。特别地，具有基于InAlGaAs的材料的有源层适合于：发射具有红色至红外波长范围中的一个或多个光谱分量的电磁辐射。II-VI族化合物半导体材料能够具有出自第二主族的至少一个元素，即例如Be，Mg，Ca，Sr，和出自第六主族的元素，即例如O，S，Se。例如，属于II-VI族化合物半导体材料的是ZnSe，ZnTe，ZnO，ZnMgO，CdS，ZnCdS和MgBeO。
有源层和尤其具有有源层的半导体层序列能够施加在衬底上。例如，衬底能够构成为生长衬底，在所述生长衬底上生长半导体层序列。有源层和尤其具有有源层的半导体层序列能够借助于外延方法，例如借助于金属有机化合物气相外延(MOVPE)或者分子束外延(MBE)制造。这尤其能够表示：半导体层序列生长在生长衬底上。此外，半导体层序列能够设有电子层形式的电接触部。此外，也可行的是：在生长工艺之后移除生长衬底。在此，半导体层序列例如也在生长之后能够转移到构成为载体衬底的衬底上。衬底例如能够包括半导体材料，例如上述化合物半导体材料体系，或者包括其他的材料。特别地，衬底能够包括蓝宝石，GaAs，GaP，GaN，InP，SiC，Si，Ge和/或陶瓷材料，即例如SiN或AlN，或者由这种材料构成。
有源层例如能够具有常规的pn结，双异质结构，单量子阱结构(SQW-结构)或多量子阱结构(MQW结构)或量子点，以产生光。半导体层序列除了有源层之外能够包括其他的功能层和功能区域，例如p或n掺杂的载流子传输层，即电子或空穴传输层，未掺杂的或p或n掺杂的限域、熔覆或波导层，势垒层，平坦化层，缓冲层，保护层和/或电子层以及由其构成的组合。此外，能够将附加层，例如缓冲层、势垒层和/或保护层也垂直于半导体层序列的生长方向，例如围绕半导体层序列设置，即例如设置在半导体层序列的侧面上。
根据另一实施方式，半导体层序列具有至少一个脊波导结构。如果半导体激光二极管具有衬底，在所述衬底上施加半导体层序列，则脊波导结构构成在半导体层序列的与衬底相对置的上侧上。即使半导体激光二极管不具有衬底，在此和在下文中也将具有脊波导结构的侧称作为上侧。脊波导结构尤其能够通过半导体层序列的脊形的、沿纵向方向延伸的增高的区域形成，即通过在纵向方向上从光耦合输出面延伸至后侧面的脊部形成，所述脊部在竖直方向上伸出在横向方向上邻接于脊部的表面区域。脊部在竖直方向上能够以脊部上侧封闭并且在横向方向上通过脊部侧面限界。在横向方向上对脊波导结构限界的侧面尤其能够与半导体层序列的上侧的横向邻接的表面区域形成阶梯轮廓。术语“脊形的区域”、“脊部”和“脊波导结构”在下文中能够同义地使用。此外，半导体层序列也能够具有多个横向并排并且彼此间隔开设置的、分别在纵向方向上延伸的脊形区域，对于所述区域分别相应地适用下述特征。
根据另一实施方式，脊部具有至少一个第一区域和第二区域，所述第一和第二区域在宽度、材料和侧面伸展中的至少一个特性不同，第一区域和第二区域尤其能够在竖直方向上彼此叠加地设置并且彼此邻接。在此可能的是：脊部完全地仅通过一个或多个第一区域和一个或多个第二区域形成，使得脊部能够由第一区域和第二区域构成。
根据另一实施方式，脊部在第一区域中具有第一半导体材料并且在第二区域中具有至少一种与第一半导体材料不同的第二半导体材料。例如，第一区域能够通过第一半导体材料形成。
替选于此，第一区域除了第一半导体材料之外能够具有至少一种另外的半导体材料。如果第一区域具有不同的半导体材料，那么所述半导体材料尤其在层中能够构成在第一区域中，使得第一区域能够通过具有至少两个半导体层的层堆形成，所述半导体层中的至少一个层具有第一半导体材料。此外，第二区域能够通过第二半导体材料形成。替选于此，第二区域除了第二半导体材料之外能够具有至少一种另外的半导体材料。如果第二区域具有不同的半导体材料，那么所述半导体材料尤其能够在层中构成在第二区域中，使得第二区域能够通过具有至少两个半导体层的层堆形成，所述半导体层中的至少一个层具有第二半导体材料。
根据另一实施方式，脊部在第二区域中具有至少一个杂化边界面。杂化边界面尤其能够通过两个彼此叠加设置的并且彼此邻接的半导体层形成，所述半导体层具有彼此不同的半导体材料。相应地，脊部在第二区域中能够具有至少两个具有不同半导体材料的层。通过构成至少一个杂化边界面，能够可行的是：利用压电效应以及在其上二维载流子气体的构成，使得由此能够可行的是：实现电流扩展的增强。尤其优选地，第二区域也能够具有多个杂化边界面，由此会可行的是：通过所提出的效应进一步加强或甚至最大化电流扩展。相应地，脊部在第二区域中例如能够具有多个半导体层，其中直接相邻的半导体层分别具有彼此不同的半导体材料。特别地，脊部在第二区域中也能够具有多个具有不同半导体材料的至少两个半导体层的周期序列，其中至少两个半导体层能够具有第二半导体材料或由其构成。通过所描述的措施，尤其构成一个或多个杂化边界面，会可行的是：脊部在第二区域中具有超晶格的结构，也称作为“superlattice”，所述超晶格通过之前描述的效应能够正面作用于第二区域的电流扩展特性。
根据另一实施方式，脊部在第一区域中具有第一宽度，并且在第二区域中具有第二宽度。区域的宽度尤其能够是如下特性，所述特性选自：最大宽度，平均宽度和宽度变化，即宽度与相应的脊部区域中的竖直位置相关的变化，其中脊波导结构的宽度涉及沿横向方向测量。脊部因此不以均匀的宽度构成，而是通过第一和第二区域的不同的宽度而具有与脊部中的竖直位置相关的宽度变化。
根据另一实施方式，第二宽度大于第一宽度。第二区域因此优选例如能够具有如下区块，该区块比整个第一区域更宽。更宽的区块能够是第二区域的一部分或也是整个第二区域。在后一种情况下，从第一区域到第二区域的过渡部关于宽度能够尤其是阶梯形的，使得脊部侧面在从第一到第二区域的过渡部处能够具有阶梯部。替选于此，从第一区域到第二区域的过渡部关于宽度也能够是连续的，使得第一区域和第二区域以相同的宽度彼此邻接，并且第二局域随距第一区域的间距变大而变宽。因此，脊波导结构至少在第二区域中能够具有倾斜伸展的脊部侧面。
例如，脊部在第二区域中能够具有朝有源层变大的第二宽度。此外，第二区域，尤其优选在朝有源层方向变宽的情况下能够设置在第一区域和有源层之间。此外，第二区域能够形成脊部的底座区域，即如下区域，脊波导结构借助所述区域邻接于其余的半导体层序列。特别地，在该情况下还能够有利的是：半导体层序列在有源区域和脊部之间具有半导体层，所述半导体层直接邻接于第二区域并且所述半导体层具有与第二区域层相同的半导体材料。
此外，脊部在第二区域中能够具有朝有源层的方向减小的宽度。此外，第一区域、尤其优选在第二宽度朝有源层的方向减小的情况下能够设置在第二区域和有源层之间。此外，第二区域尤其优选在前述情况下能够形成脊部的上侧区域，即借助脊部上侧尤其形成脊波导结构的尤其如下部分，脊波导结构借助所述部分沿竖直方向在背离有源层的一侧上封闭。
根据另一实施方式，第一区域具有保持相同的第一宽度。换言之，第一区域与竖直位置无关地具有基本上相同的宽度。替选于此，第一区域也能够具有变化的第一宽度。例如，脊部在第一区域中能够具有朝有源层方向变大的宽度。替选于此，脊部在第一区域中能够具有朝有源层方向减小的宽度。如果第一和第二区域分别具有变化的宽度，尤其扩大的宽度，则第二区域的宽度变化能够优选大于第一区域的宽度变化。
如已经在更上文描述的那样，脊部能够具有多于一个第一区域和/或多于一个第二区域。尤其优选地，脊部能够具有两个第二区域，在这两个第二区域之间设置有第一区域，并且这两个第二区域分别具有第二半导体材料和比第一区域大的宽度。第二区域在此能够关于材料和/或宽度相同或不同地构成，其中每个第二区域能够具有一个或多个上面描述的特征。特别地，两个第二区域之一能够形成脊波导结构的底座区域，而两个第二区域中的另一个能够形成脊部的上侧区域。
根据另一实施方式，脊部在竖直高度上具有脊部高度。脊部高度尤其能够是脊部上侧距半导体层序列的上侧的横向邻接于脊部的表面区域的竖直间距。相应地，在竖直方向上，第一区域能够具有第一高度并且第二区域能够具有第二高度。尤其优选地，第二区域在竖直方向上能够具有第二高度，所述第二高度大于或等于脊部高度的2％并且小于等于脊部高度的65％。脊部高度典型地能够处于500nm的范围中，第二高度典型地能够尤其优选处于大致80nm的范围中。
根据另一实施方式，脊部在第一区域中具有最大第一宽度Bmax，1并且在第二区域中具有最大第二宽度Bmax，2，其中ΔB＝(Bmax，2-Bmax，1)/2，其说明从第二区域到第一区域的横向缩进的量，其中优选地适用0.01％≤ΔB/Bmax，1≤20％并且尤其优选地适用0.02％≤ΔB/Bmax，1≤10％。第一宽度的尤其优选的值能够大于或等于1μm且小于或等于3μm，典型大约2μm。此外，ΔB能够优选大于或等于2nm、或大于或等于10nm、或大于或等于15nm，并且小于或等于1μm、或小于或等于300nm、或小于或等于150nm。
根据另一实施方式，脊部侧面在第二区域中或至少其一部分相对于由横向方向和纵向方向展开的平面倾斜角度α，对此优选适用：20°≤α≤100°并且优选20°≤α≤90°。换言之，脊部侧面在第二区域中能够至少部分地形成倾斜部，所述倾斜部相对于半导体层序列的上侧的横向邻接于脊波导结构的表面区域倾斜所描述的角度α。因此，第二区域的至少一个区块的角度α＝90°表示：脊部侧面在该区域中垂直于由纵向和横向方向展开的平面。具有角度α<90°或α>90°的侧面或其一部分在此和在下文中也称作为倾斜的侧面。
根据另一实施方式，半导体层序列基于氮化物化合物半导体材料，即基于InAlGaN，这也能够包括InGaN，AlGaN和GaN。在该情况下，第一半导体材料尤其优选能够具有或为AlGaN，而与其不同的第二半导体材料具有AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤0.2并且0≤y≤0.2。
在此处描述的半导体激光器二极管中，根据之前描述的实施方式，脊波导结构的一部分，即脊部的一部分，能够作为具有多种外延材料的超晶格制造，其中超晶格区域具有与脊波导结构的其余区域不同的宽度和形状，其也能够称作为脊波导结构的“块体(Bulk)”或称作为“脊部块体”。构成为超晶格的区域能够如所描述的那样优选地例如能够是倾斜的或阶梯形的。由此，能够有针对性地设定激光二极管的模式特性和模式区域与电泵浦区域的重叠或激光二极管中的电流扩展。由此会可行的是：获得具有更低激光阈值、更高效率和非常线性的特征曲线的半导体激光二极管。通过如下方式得到附加的优点：脊波导结构的钝化包覆成形(Passivierungsüberformung)在倾斜侧壁的情况下能更好地实现，这能够产生更高的产量和质量。
附图说明
从下文中结合附图描述的实施例得到其他的优点、有利的实施方式和改进形式。
附图示出：
图1A和1B示出根据的一个实施例的半导体激光二极管的示意图，
图2A和2B示出根据另一实施例的半导体激光二极管的示意图，和
图3至12示出根据另一实施例的半导体激光二极管的部分的示意图。
在实施例和附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。示出的元件和其彼此间的大小比例不能够视为是合乎比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸大地示出各个元件、即例如层、组件、器件和区域。
具体实施方式
在图1A和1B中示出半导体激光二极管100的实例，其中图1A示出具有平行于横向方向91和竖直方向92的剖平面的剖面图，并且图1B示出贯穿具有平行于竖直方向92和纵向方向93的剖平面的半导体激光二极管100的剖面的视图。下面的描述同样涉及图1A和1B。尽管下面的描述涉及半导体激光二极管的优选的、基于氮化物化合物半导体材料、即InAlGaN的实施例，所描述的实施例和特征相应地也适用于基于不同的化合物半导体材料体系的半导体激光二极管。
半导体激光二极管100具有衬底1，所述衬底例如是用于外延地生长在其上的半导体层序列2的生长衬底。替选于此，衬底1也能够是载体衬底，将生长在生长衬底上的半导体层序列2在生长之后转移到所述载体衬底上。例如，衬底1能够由GaN构成，在所述衬底上生长基于InAlGaN化合物半导体材料的半导体层序列2。此外，用于衬底1和半导体层序列2的其他的材料、尤其即在概述部分中描述的材料是可行的。此外，也可行的是：半导体激光二极管100没有衬底。在该情况下，半导体层序列2能够在生长衬底上生长，所述生长衬底随后被移除。半导体层序列2具有有源层3，所述有源层适合于在运行中产生光8，尤其在超过激光阈值时产生激光，并且经由光耦合输出面6放射。
如在图1A和1B中表明：在此和在下文中将如下方向称作为横向方向91，所述方向例如在光耦合输出面6的俯视图中平行于半导体层序列2的层的主延伸方向伸展。半导体层序列2的层彼此叠加的以及半导体层序列2在衬底1上的设置方向在此和在下文中称作为竖直方向92。垂直于横向方向91和竖直方向92构成的如下方向和在下文中称作为纵向方向93，所述方向对应于光8沿着放射的方向。
在半导体层序列2的背离衬底1的、形成器件100的上侧的一侧上施加电极层4，所述电极层设置和设计用于电接触半导体层序列2。电极层4例如能够具有如下金属或材料中的一种或多种：Ag，Al，Au，Pt，Pd，Ni，Rh，Ti，ITO。半导体激光二极管100能够具有用于电接触半导体层序列2的另一侧的另一电极层，所述另一侧为了概览未被示出。
半导体层序列2除了有源层3之外能够具有其他的半导体层，如防护层、波导层、势垒层、电流扩展层和/或电流限制层，所述层为了简化视图分别未被示出。例如，半导体层序列2能够在衬底1上具有缓冲层、在所述缓冲层之上的第一防护层和在所述防护层之上的第一波导层，在这些层上施加有源层3。经由有源层3能够施加至少一个第二波导层、第二防护层和半导体接触层。如果半导体层序列2如上面提及的那样基于InAlGaN化合物半导体材料，则例如缓冲层能够具有未掺杂的或n掺杂的GaN或由其构成，第一防护层具有n掺杂的AlGaN或由其构成，第一波导层具有n掺杂的GaN或由其构成，第二波导层具有p掺杂的GaN或由其构成，第二防护层具有p掺杂的AlGaN或由其构成，并且半导体接触层具有p掺杂的GaN或由其构成。能够将例如Si用作为n掺杂材料，将例如Mg用作为p掺杂材料。有源层3能够通过pn结或通过具有多个层的量子阱结构形成，所述多个层例如通过具有InGaN和GaN的或由其构成的交替的层形成。衬底在这种半导体层序列的情况下例如能够具有n掺杂的GaN或由其构成。
半导体层序列1的背离衬底1的上侧除了半导体层序列2的接触区域之外用具有钝化材料19的电极层4覆盖，所述钝化材料例如能够具有电绝缘的氧化物、氮化物或氮氧化物、如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铑、氧化铌和/或二氧化钛，或者由其构成。此外，具有一种或多种选自如下的材料的其他的氧化物、氮化物和氮氧化物是可行的：Al，Ce，Ga，Hf，In，Mg，Nb，Rh，Sb，Si，Sn，Ta，Ti，Zn和Zr。
此外，能够在光耦合输出面6和相对置的后侧面7上施加反射的或部分反射的层或层序列，所述后侧面和光耦合输出面形成半导体层序列2的和衬底1的侧面，所述层或层序列为了概览而未被示出并且所述层或层序列设置和设计用于在半导体层序列2中构成光学共振器。
在半导体层序列2的背离衬底1的上侧中，通过从半导体层序列2的背离衬底1的一侧移除半导体材料的一部分构成脊波导结构9。脊部上侧10在此形成半导体层序列2与电极层4的上侧的接触区域。脊波导结构9沿纵向方向93和沿横向方向91在两侧通过脊部侧面11限界。脊部侧面11以及半导体层序列2的其余的、横向邻接于脊部侧面11的上侧通过之前描述的钝化材料19覆盖。通过因从半导体材料到钝化材料19的过渡部而在脊部侧面11处引起的折射率突变能够引起在有源层3中产生的光的所谓的系数控制(Indexführung)，这决定性地能够引起构成如下有源区域5，所述有源区域说明半导体层序列2中的如下区域，在所述区域中引导所产生的光并且在激光运行中放大所产生的光。
如在图1A中示出，脊波导结构9能够通过完全地移除半导体材料横向地在两侧在脊部旁边形成。替选于此，也能够构成所谓的“三脚”，其中横向地在脊部旁边仅沿着两个沟槽移除半导体材料。
在示出根据图1A示出的剖面图的半导体激光二极管100的部分的后续附图中，根据另外的实施例描述之前描述的脊波导结构9的特征。下面的描述因此主要涉及结合图1A和1B描述的半导体激光二极管100的脊波导结构9的变型形式。因此，为了概览在下面的附图中还没有示出电极层4和钝化材料19，所述电极层如在图1A中示出的那样优选接触整个脊部上侧10。
在图2A和2B中示出半导体激光二极管100的一个实施例，所述半导体激光二极管具有脊波导结构9，所述脊波导结构具有第一区域910和第二区域920，所述第一和第二区域在竖直方向上彼此叠加地并且彼此邻接地设置。第一区域910和第二区域920在该实施例还有下面的实施例中关于宽度和/或材料和/或侧面伸展不同。在图2A和2B的实施例中，第一和第二区域910、920在全部所提出的特性方面都不同。
第一区域910具有至少一个半导体层911，所述半导体层具有第一半导体材料，而第二区域920具有至少一个半导体层921，所述半导体层具有与其不同的第二半导体材料。关于在当前的实施例中描述的氮化化合物半导体材料体系，第一区域901的第一半导体材料尤其优选地能够具有AlGaN或者是AlGaN。第二区域920的第二半导体材料尤其优选能够具有或者是AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤0.2并且0≤y≤0.2。例如，第二区域920能够具有GaN或InGaN作为第二半导体材料。第一区域910除了半导体层911之外在所示出的实施例中具有另一半导体层912，所述另一半导体层形成半导体接触层，脊部上侧10进而半导体层序列2的上侧借助所述半导体接触层接触上侧的电极层。换言之，第一区域910除了第一半导体材料之外具有另外的与其不同的半导体材料。同样地，在所示出的实施例中，第二区域920除了第二半导体材料之外也具有至少一种另外的半导体材料。第二区域920的第二半导体材料和与其不同的另外的半导体材料分别构成为半导体层921、922，所述第二区域具有或者为具有与第二半导体层921不同组分的AlInGaN。如所示出的那样，脊波导结构9在所示出的实施例中在第二区域920中因此具有多个半导体层921、922，所述半导体层交替彼此叠加地施加，使得第二区域920的直接相邻的半导体层分别具有彼此不同的半导体材料。通过多个具有不同半导体材料的至少两个半导体层921、922的这种周期序列，形成具有多个杂化边界面的超晶格，所述杂化边界面如在上文中在概述部分中描述的那样能够改进电流扩展。替选于分别具有多个半导体层的所示出的第一和第二区域910、920，第一和第二区域910、920也能够分别仅通过上面描述的第一或第二半导体材料形成。
第二区域920设置在有源层3和第一区域910之间并且形成脊波导结构9的底座区域。脊波导结构9因此以第二区域920邻接于半导体层序列2的不属于脊波导结构9的部分，使得第二区域920与半导体层序列2的上侧的横向邻接的表面区域形成阶梯轮廓。尤其在该情况下能够有利的是：半导体层序列2如所示出的那样在有源层3和脊波导结构9之间具有半导体层21，所述半导体层直接邻接于第二区域920并且所述半导体层具有与第二区域920相同的半导体材料。换言之，第二区域920具有至少一个半导体层，所述半导体层具有与半导体层21相同的材料。特别地，第二区域920的所述半导体层从有源层起观察能够是第二区域的最下方的半导体层，使得第二区域的具有与半导体层21相同半导体材料的半导体层和半导体层21能够直接彼此邻接。第二区域920的最下方的半导体层和半导体层21因此也能够在没有可识别的层边界面的情况下过渡到彼此中。
此外，脊波导结构9不构成有均匀的宽度，而是具有与竖直位置相关的宽度变化。特别地，脊波导结构9在第一区域910中具有第一宽度919和在第二区域920中具有第二款的929。区域的宽度在所示出的实施例中如在图2A中示出的那样为相应的最大宽度，替选于此，其为平均宽度或为相应的宽度变化。特别地，第二区域920的第二宽度929大于第一区域910的第一宽度919，使得第二区域920在至少一个区块中比第一区域910更宽或如所示出的那样基本上完全比第一区域更宽，其中第一和第二区域910、920以相同的宽度彼此邻接。如果第一区域910的最大宽度，即在所示出的实施例中第一宽度919设有附图标记Bmax，1，并且第二区域920的最大宽度，即在所示出的实施例中第二款的929设有附图标记Bmax，2，则ΔB＝(Bmax，2-Bmax，1)/2为用于从第二区域920到第一区域910的缩进的量。其示出：所述宽度优选选择为，使得适用0.01％≤ΔB/Bmax，1≤20％或尤其优选0.02％≤ΔB/Bmax，1≤10％。在此，第一宽度919的优选的值能够大于或等于0.5μm且小于或等于100μm，尤其优选大于或等于1μm且小于或等于50μm。此外，能够适用2nm≤ΔB≤1000nm或优选适用10nm≤ΔB≤300nm或尤其优选适用15nm≤ΔB≤150nm。
此外，脊波导结构9在第二区域920中具有倾斜的脊部侧面，使得脊波导结构9的宽度在第二区域920中至少在一个区块中连续地朝有源层3的方向扩大。脊部侧面11部分地在第二区域中形成倾斜部，所述倾斜部相对于如下平面倾斜图2A中示出的角度930，所述平面通过半导体层序列的上侧的横向邻接于脊波导结构9的表面区域形成。角度930能够优选大于或等于20°且小于或等于100°，尤其优选小于或等于90°。相反，第一区域910在所示出的实施例中具有保持相同的宽度919。
所描述的脊波导结构9还具有脊部高度90。其示出：脊波导结构9的通过第二区域920形成的底座区域优选在该区域中具有大于或等于脊部高度90的2％且小于或等于其65％的第二高度923。例如，脊部高度90在一个尤其优选的实施例中能够大约为500nm，而第二高度923能够例如大约为80nm。
为了制造所描述的脊波导结构9，例如能够执行一个或多个适当的刻蚀方法，所述刻蚀方法的参数设定成，使得形成所描述的结构。通过所述结构能够调整脊波导结构9的区域中的电流馈入，使得能够优化朝有源层的电流扩展。如所描述的那样，电流扩展区域构成为具有较大宽度的超晶格区域，所述超晶格区域在所示出的实施例中具有不同组分的AlInGaN层。以该方式会可行的是：利用压电效应以及边界面处的二维载流子气体的构成，以便实现最大的电流扩展，而不显著地影响模式的波引导。由此，能够将横向的模式分布和电流扩展有针对性地彼此协调，以便实现两者的最佳的叠加。在图2B中，对此表明横向激光模式990和电通流991，其中后者通过脊波导结构9中的所描述的结构而可识别地扩展。模式结构和电流扩展的调整能够实现更高的效率，更低的阈值电流和更线性的特征曲线。
在下面的附图中，示出结合图2A和2B描述的实施例的改型。下面的附图的描述因此主要涉及与各之前的实施例的区别。除了所描述的区别之外，下面的附图的实施例能够具有根据各之前的实施例的特征，即使不再明确地描述全部特征。
在图3中示出如下实施例，其中脊波导结构9在第二区域920中具有朝有源层3的方向减小的宽度，所述第二区域能够如在之前的实施例中那样构成。此外，在此，第一区域910设置在第二区域920和有源层3之间，使得第二区域920形成脊波导结构9的上侧区域。
图4的实施例示出图2A、2B和3中示出的实施例的组合。所述实施例的脊波导结构9具有两个第二区域920，所述第二区域如之前描述的那样构成并且在其之间设置第一区域910。两个第二区域920在此能够关于材料和/或宽度相同或不同地构成。
相反于图2A至4示出的实施例，其中第一区域910分别构成有保持相同的第一宽度910，所述第一宽度如在图5和6中示出的那样能够根据竖直位置变化。例如，脊波导结构9在第一区域910中能够朝有源层3的方向变宽(图5)或收窄(图6)，其中将角度选择成，使得第一区域910中的脊部侧面11的相应的倾斜部小于在第二区域920中的，并且其中脊波导结构9在其他方面能够优选如结合图2A和2B或如结合图3阐述的那样构成。此外，如在图7至9中示出的那样，第二区域920能够构成有非倾斜的脊部侧面，而是具有相同的宽度并且与第一区域910分别形成阶梯部，使得从第一区域910到第二区域920的过渡部关于宽度是阶梯形的。
第二区域920的半导体层921、922能够分别具有相同的或不同的厚度。如部分地在图10中示出，半导体层921、922的间距和厚度以及还有组分能够变化。
在图11和12中示出另外的实施例，其中第二区域920与之前的实施例相比分别具有刚好一个杂化边界面，即分别刚好两个具有不同半导体材料的半导体层921、922，所述第二区域能够阶梯形地构成或构成有倾斜的脊部侧面。此外，甚至会可行的是：第二区域920也具有仅刚好一个半导体层，所述半导体层与半导体层序列的邻接于脊波导结构9的半导体层，即如下半导体层形成杂化边界面：所述半导体层形成半导体层序列2的在横向方向上邻接于脊波导结构9的上侧。
附图中示出的实施例和特征不限制于附图中相应示出的组合。更确切地说，所示出的实施例以及各个特征能够彼此组合，即使不是所有组合方案都明确描述了。此外，附图中描述的实施例替选地或附加地能够具有根据概述部分中描述的其他的特征。
本发明不受限于根据所述实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括所有新的特征以及特征的所有组合，这尤其包含权利要求中的特征的各个组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明。
附图标记列表
1 衬底
2 半导体层序列
3 有源层
4 电极层
5 有源区域
6 光耦合输出面
7 后侧面
8 光
9 脊波导结构
10 脊部上侧
11 脊部侧面
19 钝化材料
21 半导体层
910 第一区域
911 半导体层
912 半导体层
919 第一宽度
920 第二区域
921 半导体层
922 半导体层
923 高度
929 第二宽度
930 角度
90 脊部高度
91 横向方向
92 竖直方向
93 纵向方向
100 半导体激光二极管
990 激光模式
991 电通流

Claims (20)

1.一种半导体激光二极管(100)，所述半导体激光二极管具有：
半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有至少一个有源层(3)和脊波导结构(9)，所述脊波导结构具有脊部，所述脊部沿纵向方向(93)从光耦合输出面(6)延伸至后侧面(7)，并且所述脊部在垂直于所述纵向方向(93)的横向方向(91)上通过脊部侧面(11)限界，
其中所述脊部具有第一区域(910)和在垂直于所述纵向和横向方向的竖直方向(92)上邻接于所述第一区域的第二区域(920)，
其中所述脊部在所述第一区域(910)中具有第一半导体材料并且在所述第二区域(920)中具有至少一种与第一半导体材料不同的第二半导体材料，
其中所述脊部在所述第一区域(910)中具有第一宽度(919)，并且
其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有第二宽度(929)，所述第二宽度大于所述第一宽度(919)。
2.根据上一项权利要求所述的半导体激光二极管(100)，其中从所述第一区域到所述第二区域(910，920)的过渡部是阶梯形的。
3.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有朝所述有源层(3)的方向扩大的宽度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述第二区域(920)设置在所述第一区域(910)和所述有源层(3)之间。
5.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述第二区域(920)形成所述脊部的底座区域。
6.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述半导体层序列(2)在所述有源区域(3)和所述脊部之间具有半导体层(21)，所述半导体层直接邻接于所述第二区域(920)并且所述半导体层具有与所述第二区域(920)相同的半导体材料。
7.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有朝所述有源层(3)的方向减小的宽度。
8.根据上一项权利要求所述的半导体激光二极管(100)，其中所述第一区域(910)设置在所述第二区域(920)和所述有源区域(3)之间。
9.根据上两项权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述第二区域(920)具有所述脊部的上侧区域。
10.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有至少一个杂化边界面。
11.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有至少两个层(921，922)，所述至少两个层具有不同的半导体材料。
12.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第二区域(920)中具有多个所述至少两个层(921，922)的周期序列。
13.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第一区域(910)中具有朝所述有源层(3)的方向扩大的宽度。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第一区域(910)中具有朝所述有源层(3)的方向减小的宽度。
15.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部具有两个第二区域(920)，在所述两个第二区域之间设置有所述第一区域(910)，并且所述两个第二区域分别具有所述第二半导体材料并且具有比所述第一区域(910)大的宽度。
16.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在竖直方向(92)上具有脊部高度(90)，并且所述第二区域(920)在竖直方向(92)上具有高度(923)，所述高度大于等于所述脊部高度的2％并且小于等于所述脊部高度的65％。
17.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述脊部在所述第一区域(910)中具有最大第一宽度Bmax，1并且在所述第二区域(920)中具有最大第二宽度Bmax，2，其中ΔB＝(Bmax，2-Bmax，1)/2，并且适用的是：0.01％≤ΔB/Bmax，1≤20％。
18.根据上一项权利要求所述的半导体激光二极管(100)，其中适用的是：2nm≤ΔB≤1000nm。
19.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中在所述第二区域(920)中，所述脊部侧面(11)相对于由所述横向方向和所述纵向方向(91，93)展开的平面倾斜角度α，对此适用：20°≤α≤100°。
20.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光二极管(100)，其中所述第一半导体材料具有AlGaN，并且与所述第一半导体材料不同的第二半导体材料具有AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤0.2并且0≤y≤0.2。
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