CN109891691B - 用于制造半导体激光器的方法和半导体激光器 - Google Patents

用于制造半导体激光器的方法和半导体激光器 Download PDF

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Abstract

提出一种用于制造半导体激光器(100)的方法，所述方法具有下述步骤：‑提供衬底(1)，所述衬底具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有有源层(3)，所述有源层设计和设置用于，在所述半导体激光器(100)运行时产生光(8)，‑将连贯的接触层(11)施加在所述衬底(1)的与所述半导体层序列(2)相对置的下侧(10)上，所述接触层具有至少一个第一子区域(12)和至少一个第二子区域(13)，‑仅在至少一个第一子区域(12)中局部热处理所述接触层(11)，尤其借助于基于激光器的辐照方法。此外，提出一种半导体激光器。

Description

用于制造半导体激光器的方法和半导体激光器
技术领域
提出一种用于制造半导体激光器的方法和一种半导体激光器。
本专利申请要求德国专利申请10 2016 120 685.7的优先权，其公开内容通过参引并入本文。
背景技术
在从紫外至红外的光谱范围中的激光二极管开拓出越来越新的市场，例如在照明应用领域、投影应用领域和材料加工应用领域中，其中所述激光二极管例如相对于发光二极管的优点如在提高的发光密度方面发挥作用。这种激光二极管通常基本上基于例如在GaN或者GaAs衬底上的尽可能少缺陷的外延结构，其中n型接触部被施加在衬底背侧上。如试验已表明的那样，主要的电压份额降落在该n型接触部上，这会有问题，因为激光二极管的效率降低并且由此也会负面地损害器件稳定性。
发明内容
特定的实施方式的至少一个目的是，提出一种用于制造半导体激光器的方法。特定的实施方式的至少一个另外的目的是，提出一种半导体激光器。
这些目的通过根据本发明的方法和主题来实现。所述方法和所述主题的有利的实施方式和改进形式在后续说明中表明并且此外从接下来的说明书和附图中得出。
根据至少一个实施方式，在用于制造半导体激光二极管的方法中，提供有源层，所述有源层设计并且设置用于，在半导体激光二极管运行时产生光。根据至少一个另外的实施方式，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，在运行时在有源区域中产生光。在下文中描述的实施例和特征同样适用于半导体激光二极管以及适用于用于制造半导体激光二极管的方法。
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。有源层例如能够具有恰好一个有源区域，经由所述有源区域能够在运行时放射激光。有源区域能够至少部分地通过半导体层序列与位于半导体层序列上的电极层的接触面来限定，也就是说，至少部分地通过如下面来限定，电流经由所述面注入半导体层序列并且由此注入有源层。此外，有源区域能够至少部分地也通过脊形波导结构来限定，也就是说，通过在半导体层序列的半导体材料中以长形的隆起部的形式形成的脊部来限定。此外，有源层也能够具有多个有源区域，所述有源区域能够经由数量对应的一个或多个所描述的措施形成。
半导体层序列尤其能够构成为外延层序列，即外延生长的半导体层序列。在此，半导体层序列例如能够基于InAlGaN构成。尤其，属于基于InAlGaN的半导体层序列尤其是如下半导体层序列，其中外延地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，所述单层具有出自III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGal-x-yN的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1。尤其是，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优选例如能够发射在紫外至绿色的波长范围中的电磁辐射。替选地或者附加地，半导体层序列也能够基于InAlGaP，也就是说，半导体层序列能够具有不同的单层，其中至少一个单层，例如有源层，具有出自III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGal-x-yP的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1和x+y≤1。具有至少一个基于InAlGaP的有源层的半导体层序列优选例如能够发射具有一个或多个在绿色至红色的波长范围中的谱分量的电磁辐射。替选地或者附加地，半导体层序列也能够具有其它III-V族化合物半导体材料体系，例如基于InAlGaAs的材料，或者具有II-VI族化合物半导体材料体系。尤其是，半导体激光器的具有基于InAlGaAs的材料的有源层能够适合于发射具有一个或多个在红色至红外的波长范围中的谱分量的电磁辐射。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，譬如Be、Mg、Ca、Sr，和出自第六主族的元素，例如O、S、Se。例如，属于II-VI族化合物半导体材料的是：ZnO、ZnMgO、CdS、ZnCdS、MgBeO。
有源层并且尤其具有有源层的半导体层序列能够被施加在衬底上。尤其是，能够提供衬底连带具有有源层的半导体层序列。衬底例如能够构成为生长衬底，在所述生长衬底上生长有半导体层序列。有源层并且尤其具有有源层的半导体层序列能够借助于外延法，例如借助于金属有机气相外延(MOVPE)或者分子束外延(MBE)生长在构成为晶片的生长衬底上并且此外设有电接触部。此外，也能够可行的是，生长衬底在生长过程之后被移除。在这种情况下，半导体层序列例如也能够在生长之后被转移到构成为载体衬底的衬底上。衬底能够包括半导体材料，例如上述化合物半导体材料体系，或者包括另一材料。尤其是，所述衬底能够是导电的并且例如是含Ga的。在这种情况下，衬底例如能够具有GaAs、GaP和/或GaN或者由这种材料构成。替选地或者附加地，衬底也能够具有InP、SiC、Si和/或Ge或者由这种材料构成。
有源层例如能够具有传统的pn结、双异质结构、单量子肼结构(SQW结构)或者多量子肼结构(MQW结构)来进行光生成。半导体层序列除了有源层外还能够包括其它功能层和功能区域，例如p型掺杂或者n型掺杂的载流子运输层，即电子或者空穴运输层，未掺杂的或者p型掺杂或n型掺杂的约束层、熔覆层或者波导层、势垒层、平坦化层、缓冲层、保护层和/或电极以及它们的组合。除此之外，附加的层，例如缓冲层、势垒层和/或保护层，也能够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，也就是说，例如设置在半导体层序列的侧面上。
根据另一实施方式，在衬底的与半导体层序列相对置的下侧上施加有接触层。与在上文中深入描述的在半导体层序列上的电极层一起，接触层在半导体激光器运行时用于将电流注入半导体层序列中并且尤其注入有源层中，其中借助于所述电极层根据实施方案能够限定有源区域。在此并且在下文中，在其上施加有电极层的一侧也称为外延侧，而在其上施加有接触层的一侧能够称为衬底侧。接触层具有至少一个第一子区域和至少一个第二子区域，所述第一子区域和第二子区域连贯地构成。换言之，至少一个第一子区域和至少一个第二子区域形成接触层的连贯的部分并且尤其能够沿着横向方向彼此紧邻。在此并且在下文中，将如下方向称为横向方向，所述方向平行于衬底的下侧并从而优选也平行于半导体层序列的有源层以及其他半导体层的主延伸平面伸展。接触层具有至少一个第一子区域和至少一个第二子区域表示：接触层具有一个或复数个第一子区域以及一个或复数个第二子区域，所述第一子区域和第二子区域均沿着横向方向连贯并且共同形成一个层。尤其是，第一子区域中的每一个都能够紧邻至少一个第二子区域，反之亦然。在这种情况下，接触层能够具有复数个通过一个或多个第二子区域彼此分开的第一子区域，所述第一子区域局部地被热处理。至少一个第一子区域能够具有一种或多种几何形状，所述几何形状选自：线、叉、圆、椭圆、螺旋、栅格、四边形、波浪线。
根据另一实施方式，接触层仅在至少一个第一子区域中被热处理。这尤其能够表示：接触层在一个或多个第二子区域中的任何一个中都不被热处理，而是仅局部地在接触层的一个或多个第一子区域中被热处理。所述热处理能够通过局部地在至少一个第一子区域中引起的温度提高引起。通过所述热处理，能够在至少一个第一子区域中尤其进行接触层的材料的混匀。此外，能够进行接触层的材料和衬底的材料的混匀。所述热处理因此能够引起接触层在至少一个第一子区域中的熔合。与此相反，接触层在至少一个第二子区域中能够保持不变，使得在至少一个第二子区域中不进行材料混匀和因此不进行熔合。如果接触层具有呈层堆叠形式的层结构，那么该结构能够保持在至少一个第二子区域中，而该结构在至少一个第一子区域中因熔合而改变。在此所描述的半导体激光器由此能够具有连贯的接触层，所述连贯的接触层在衬底的与半导体层序列相对置的下侧上具有至少一个第一子区域和至少一个第二子区域，其中所述至少一个第一子区域被热处理而至少一个第二子区域未被热处理。至少一个第二子区域尤其在已制成的半导体激光器中保持未被热处理。在接触层具有复数个第二子区域的情况下，这也适用于第二子区域中的每个第二子区域。
根据另一实施方式，半导体层序列在生长在呈晶片形式的衬底上之后首先在背离衬底的一侧上被加工，所述侧如在更上文中描述的那样类似于衬底侧也称为外延侧。外延侧特别优选能够是半导体层序列的p型侧，而衬底侧能够是半导体层序列的n型侧。替选地，半导体层序列的极性也能够颠倒。在加工外延侧时，通常例如通过制造脊形波导结构产生大量半导体激光器的有源区域，所述有源区域紧接着受到侧面的介电钝化。经由此，沉积用于接触外延侧的电极层。紧接着，衬底能够被打薄，以便能够实现改进的腔面折断和/或在半导体激光器随后的运行时的工作电压减少。紧接着，能够在衬底的下侧上施加接触层并且局部地在第一子区域中进行热处理。在施加衬底侧的接触层之后，能够结束晶片工艺。通过紧接着折断激光器腔面，能够制造具有大量有源区域的激光器棒。紧接着，能够产生腔面的镜面化。此外，能够将激光器棒分割为具有少量的有源区域的激光器棒或分割为单激光器。在此所描述的半导体激光器因此能够是具有有源区域的单激光器或者具有复数个有源区域的激光器棒。在晶片复合件中执行的方法步骤的情况下，名称“半导体激光器”在此并且在下文中也适用于晶片的如下区域，所述区域对应于随后被分割的半导体激光器。
在衬底侧的接触部在热学方面未熔合的激光二极管中，该接触部仅表现出不充足的欧姆特性。然而，在现有技术中，常常避免这种熔合，因为事先施加的外延侧的电极层在250℃至500℃的典型热处理条件中，与材料体系和接触材料相关地，可能遭受电压损坏。此外，在熔合的温度提高时会发生接触材料的混匀，所述接触材料通常施加在层堆叠中。此外，在含Ga的衬底的情况下，出自衬底的镓以及在使用钛例如作为接触部的增附剂层时的钛部分到达所述器件的表面并且经由相应的氧化物形成损害或者甚至阻止键合线-键合或者器件在安装过程中的焊接。
在衬底侧的接触部熔合时不损伤外延侧的接触部的潜在的可行性，可能在于颠倒工艺顺序的一部分，对应于在衬底侧的接触部熔合之后才施加外延侧的接触部。然而，这种工艺顺序可能以如下为前提：已经在对外延侧进行长的工艺序列例如激活、制造脊形波导结构、钝化、金属化和/或台面刻蚀之前必须打薄晶片。由此，这种颠倒的工艺序列具有显著的缺点：大多数工艺步骤由于被打薄的晶片而具有提高的断裂风险，以至于因此可能必须考虑高的产出损失。
根据另一实施方式，局部的热处理通过辐照来进行。尤其是，从背离衬底的一侧来辐照接触层。作为辐照方法尤其能够使用基于激光器的辐照方法。也就是说，能够使用如下激光器，借助于所述激光器从接触层的背离衬底的一侧来辐照衬底的下侧和接触层。选择性地在至少一个第一子区域中辐照接触层能够通过使用激光器来进行，使得能够引起局部的增温和从而引起局部的热处理。选择性的辐照能够通过扫描进行，使得局部的增温能够有针对性地关于第一子区域的尺寸、形状和数量来进行。对于有效的增温而言，尤其能够使用激光，所述激光至少部分地被衬底吸收。替选地或者附加地，能够使用如下激光，所述激光至少部分地被接触层的一种或多种材料吸收。替选于激光器，也能够可行的是，使用另一光源，例如一个或多个发光二极管的和/或卤素灯的和/或气体放电灯的聚焦光。
根据另一实施方式，接触层整面地施加在衬底的下侧上。这尤其能够表示：半导体激光器具有接触层，所述接触层完全地覆盖衬底的下侧。
根据另一实施方式，接触层被施加为，使得半导体激光器的衬底的下侧的边缘区域没有接触层。尤其是，半导体激光器的衬底的下侧的环绕的边缘区域能够没有接触层，使得接触层沿着横向方向在环绕的区域中不伸至衬底边缘。接触层的相应的结构化在晶片复合件中，即在分割为单个半导体激光器之前就已经能够进行，其中每个对应于随后被分割的半导体激光器的区域具有相应的边缘区域，所述边缘区域没有接触层。通过没有接触层的区域能够实现沿着该区域的更简单的分割。尤其是，能够防止接触层的不受控制的撕裂并且能够防止在分割时接触层的与所述不受控制的撕裂相关联的、不期望的“散线”。
根据另一实施方式，接触层具有至少一个金属层，即具有一种或多种金属、金属合金和/或金属混合物的层。尤其是，接触层能够具有层堆叠，所述层堆叠具有多个金属层。特别优选地，接触层在这种情况下紧邻衬底的下侧具有附着层，所述附着层例如具有Ti或者由Ti构成。在背离衬底的上侧上，接触层能够具有如下层，所述层具有Au或者由Au构成，所述层例如设置和设计为用于线键合的键合层。在这种情况下，键合层优选能够具有大于或等于400nm并且小于或等于1.5μm的厚度。在其之间，接触层能够具有一个或多个另外的层，例如扩散阻挡层，所述另外的层具有选自Pt、Pd、Ni、Cr和TiWN的一种或多种材料或者由其构成。如果接触层设置用于焊接半导体激光器，那么能够替代于之前所描述的键合层或者在之前所描述的键合层上施加一个或多个另外的层，尤其例如具有上述材料中的一种或多种材料的另一扩散阻挡层和/或具有Au或者由Au构成的另一层，所述另一层比之前所描述的键合层薄。在至少一个第一子区域中局部的热处理尤其会引起：含Au的层变脆并从而不再适合于线键合或者焊接工艺。由于至少一个第二子区域保持未被热处理，所有该至少一个第二子区域能够用于通过键合或者焊接连接接触层。
根据另一实施方式，衬底的下侧具有表面结构。表面结构尤其能够具有在至少一个第一子区域中的凹部。例如能够借助于刻蚀在施加接触层之前制造凹部。由此，对接触层的部分热处理能够与例如通过刻蚀制造的部分表面结构组合。以这种方式能够实现因在这些区域中减小的衬底厚度而引起的附加的工作电压降低。如果至少一个第一子区域安置在半导体激光器的衬底的下侧的边缘区域中，那么能够通过附加地在该区域中制造的凹部实现简化的分割。
根据另一实施方式，在局部的热处理之后施加接触层的另一层。所述另一层能够施加在至少一个第一和/或第二子区域上。尤其是，第二层能够大面积地施加，即施加在第一和第二子区域上，并且例如具有Au或者由其构成。如果衬底下侧具有表面结构，即尤其一个或多个凹部，那么所述另一层也能够用于平坦化。
根据另一实施方式，至少一个第一子区域至少部分地施加在半导体激光器的衬底下侧的边缘区域中，在所述边缘区域中执行分割。在这种情况下，能够有利的是，通过局部的热处理，尤其通过辐照，也损伤衬底，使得由此产生断裂成核部用于分割晶片和/或激光器棒。
根据另一实施方式，半导体激光器的半导体层序列具有脊形波导结构。脊形波导结构尤其能够通过半导体层序列的脊形的、沿着纵向方向延伸的、提高的区域形成。沿着横向方向对脊形波导结构限界的侧面尤其能够与半导体层序列的上侧的邻接的表面区域形成阶梯轮廓。至少一个第一子区域能够至少部分地平行于脊形波导结构伸展，使得电流注入能够平行于脊形波导结构进行。至少一个第一子区域尤其还能够在衬底的下侧的俯视图中至少部分地与脊形波导结构重叠。由此，能够实现从衬底侧尽可能靠近有源层的有源区域进行电流注入。
对接触层的在此所描述的部分的热处理和从而部分熔合具有如下优点：与完全未被热处理的接触部相比改进接触层的欧姆特性，而外延侧的电极层不受到热损伤。整体上，与相应未被热处理的激光二极管相比，由此产生工作电压明显降低，这反映在效率提高。对于使用所描述的方法而言重要的是，优选激光器辅助的、仅局部地在至少一个第一子区域中起作用的热处理过程，引起相应的局部的熔合过程和从而不引起在衬底下侧上的接触层的整面的混匀。由此，接下来可以在电和热学方面低损耗地安装器件。尤其是，能够通过在此所描述的方法防止：例如出自含Ga的衬底的镓或者例如出自接触层的Ti能够大面积地到达接触层的表面，在该处，它们在不可避免的氧化之后会导致器件特性在电和热学方面的劣化。相应的氧化仅在一个或多个第一子区域中发生，而接触层在一个或多个第二子区域中保持不受热处理影响。根据之后将具有接触层的半导体激光器向上或向下安装到热沉上的方式，存在有利的实施方式，其中接触层的熔合有针对性地仅在接触层的一个或多个所期望的第一子区域中进行。例如在之后将具有外延侧的电极层的半导体激光器向下通过相应的焊接安装在热沉上时，接触层的第二子区域能够保持未被热处理并且从而省略设置用于施加键合线的熔合。在所期望的更均匀的电流注入的情况下，例如针对具有高的工作电流的功率激光器，多个这种第二子区域也能够是有利的，由此能够使用相应更多的键合线。
另一技术上有利的组合方案在于，在通过一个或多个第一子区域形成的部分热处理区域中附加地集成应力弛豫的结构。这些例如通过刻蚀或者通过激光诱导的材料剥离而产生的弛豫结构例如能够在大面积的芯片或者激光器棒中是有利的，以便降低器件的弯曲并且从而实现低损耗且低应力的稳定安装。
附图说明
其它优点、有利的实施方式和改进形式从在下文中结合附图所描述的实施例中得出。
附图示出：
图1A至1E示出根据一个实施例的用于制造半导体激光器的方法的示意性视图，
图2A至9C示出根据其它实施例的半导体激光器的示意性视图，
图10A至10D示出根据其它实施例的半导体激光器的示意性视图，
图11A至11C示出根据其它实施例的半导体激光器的示意性视图，以及
图12A至12C示出根据其它实施例的半导体激光器的局部的照片。
在实施例和附图中，相同的、相类的或者起相同作用的元件分别设有同样的附图标记。所示出的元件和其彼此间的大小关系不应视为是合乎比例的，更确切地说，各个元件，例如层、器件、组件和区域，为了更好的可视性和/或为了更好的理解而会夸大地示出。
具体实施方式
在图1A至1E中示出用于制造半导体激光二极管100的方法的一个实施例，其中在图1A和1B中示出贯穿晶片复合件的剖视图。对应于之后被分割的半导体激光器100的区域在图1A和1B中通过垂直的虚线来标明。在图1C至1E中，以光耦合输出面6的俯视图，以通过垂直于光耦合输出面6的剖切平面剖切半导体激光二极管100的视图以及以衬底1的下侧10的俯视图，示出被分割的并且制成的半导体激光器100的视图。
为了制造半导体激光器100，如在图1A中所示出的那样，提供呈晶片形式的衬底1，所述衬底例如是用于在其上外延地生长的半导体层序列2的生长衬底。替选于此，衬底1也能够是载体衬底，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所述载体衬底上。衬底1例如能够由GaN构成，在所述衬底上生长有基于InAlGaN-化合物半导体材料的半导体层序列2。除此之外，对于衬底1和半导体层序列2而言，其它材料尤其在概述部分中所描述的材料也是可行的。半导体层序列2具有有源层3，所述有源层适合于在运行时产生光8，尤其在超过激光器阈值时产生激光，并且经由构成为光耦合输出面6的腔面放射，如在图1D中所示出的那样。半导体层序列2除了有源层3之外还能够具有其它半导体层，例如包覆层、波导层、势垒层、电流扩展层和/或电流限制层，所述其它半导体层出于简化视图的原因这时未示出。尤其是，半导体层序列2能够具有n型掺杂的和p型掺杂的侧，所述侧通过相应的半导体层形成并且在其间设置有有源层3。纯示例性地，在所示出的实施例中在衬底1上生长半导体层序列2，首先是n型掺杂的半导体层，其上是有源层3并且在其上是p型掺杂的层。替选地，在衬底1上的半导体层序列2的颠倒的极性也能够是可行的，尤其当衬底1通过载体衬底形成时如此。
在半导体层序列2的背离衬底1的一侧上，即在外延侧上，施加电极层4，所述电极层设置用于从外延侧来电接触半导体层序列2。电极层4例如能够具有下述金属中的一种或多种：Ag、A1、Au、Pt、Pd。此外，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，构成脊形波导结构9。脊形波导结构9沿着纵向方向伸展并且沿着横向方向在两侧通过侧面限界。半导体层序列2的脊部侧面以及其余上侧通过钝化材料19覆盖，例如具有选自下述材料中的一种或多种材料的电绝缘的氧化物、氮化物或者氮氧化物：Si、Al和Ti。通过在脊形波导结构9的侧面上由于从半导体材料过渡到钝化材料19而产生的的折射率突变，能够引起在有源层3中产生的光的所谓的折射率导引(Indexführung)，这能够决定性地引起有源区域5的构成，所述有源区域表明半导体层序列2中的如下区域，在所述区域中所产生的光被引导并且在激光器运行时被放大。替选于此，半导体激光二极管100也能够构成为所谓的不具有脊形波导结构的宽条带激光二极管。
此外，在分割晶片复合件之后，能够在光耦合输出面6和相对置的背侧面7上施加反射性的或者部分反射性的或者抗反射的层或者层序列，所述层或层序列同样出于概览的原因未示出并且所述层或层序列设置和设计用于构成半导体层序列2中的光学谐振器，其中所述背侧面如在图1C和1D中所示出的那样形成半导体层序列2的和衬底1的侧面。
在提供具有半导体层序列2的衬底1的方法步骤之后，其中所述半导体层序列具有在图1A中示出的有源层3，如在图1B中所示出的那样，将接触层11施加在衬底1的与半导体层序列2相对置的下侧10上。与半导体层序列2上的电极层4一起，接触层11在半导体激光器100运行时用于将电流注入半导体层序列2并且尤其注入有源层3中。接触层11具有至少一个第一子区域12和至少一个第二子区域13，所述第一子区域和第二子区域连贯地构成。至少一个第一子区域12和至少一个第二子区域13形成接触层11的连贯的部分并且沿着横向方向彼此紧邻。尤其是，第一接触层11大面积地被施加并且所有第一和第二子区域12、13直接在施加之后具有相同的结构和组成。如果之后被分割的半导体激光器100的边缘区域如在一些下文中仍将描述的实施例中所示出的那样应没有接触层11，那么该接触层仍能够在晶片复合件中相应地被结构化，使得下侧10在相邻的半导体激光器的边界处，即在图1A和1B所绘制的垂直的虚线的区域中，没有接触层11。
在所示出的实施例中，接触层11具有单个层或者优选具有层结构，所述层结构具有金属层。尤其是，直接位于衬底1的下侧10上的接触层11能够具有增附剂层，例如由Ti构成或者具有Ti的增附剂层，在所述增附剂层之上是一个或多个扩散阻挡层，例如具有选自下述材料中的一种或多种材料或由其构成：Pt、Pd、Ni、Cr和TiWN，和在所述扩散阻挡层之上是具有Au或者由Au构成的层。针对半导体激光器100借助于电极层4焊接到热沉上并且借助于键合线电连接在接触层11上的情况，接触层11的具有Au或者由Au构成的最上方的层能够具有优选大于或等于400nm并且小于或等于1.5μm的厚度。如果激光器100要借助于接触层11焊接到热沉上，那么接触层在所描述的Au层上或者替代于所描述的Au层能够具有一个或多个另外的扩展阻挡层和由Au构成的或者具有Au的另一层，所述另一层具有较小的厚度。
接触层11在施加之后，如在图1B中所标明的那样，在至少一个第一子区域12中通过辐照90被热处理。尤其是，接触层11仅在至少一个第一子区域12中被热处理，而接触层11在第二子区域13中都不被热处理。特别优选借助于光源进行的辐照90局部地在至少一个第一子区域12中引起温度提高，由此在至少一个第一子区域12中进行接触层11的和衬底1的材料的混匀。所述热处理因此能够引起接触层11的至少一部分在至少一个第一子区域12中的熔合，而接触层11在至少一个第二子区域13中保持不变并且在该处不进行材料混匀并因此不进行熔合。至少一个第二子区域13尤其在制成的半导体激光器100中保持未被热处理。辐照优选借助于激光进行，所述激光例如能够借助于扫描覆盖至少一个第一子区域12并且所述激光特别优选具有如下波长，所述波长被衬底1至少部分地吸收。
通过只在至少一个第一子区域12中的局部的热处理，在该处尤其改变接触层11的层结构，并且如之前所描述的那样，由于相应的材料的至少部分的熔融，引起在衬底1和接触层11之间的限界面处的材料的混合。由此得到半导体激光器100的正向电压的明显改进，如由发明人多次实验性地所证实的那样。但是，此外通过在至少一个第一子区域12中的局部的热处理，也能够引起含Au的层的变脆以及引起Ti从增附剂层中和/或Ga从衬底1中迁移到表面并且在该处发生氧化。由此，接触层11在至少一个第一子区域12中不再可良好地键合或焊接，但是具有所描述的小的接触电阻。而在未被热处理的至少一个第二子区域13中，接触层11保持其所期望的结构和其良好的可键合或可焊接性。在所示出的实施例中，第一子区域12条带状地平行于腔面之间的脊形波导结构9伸展，即从光耦合输出面6伸展直至背侧面7，并且在沿着半导体层序列2的生长方向的俯视图中与脊形波导结构9重叠。换言之，第一子区域12设置在脊形波导结构9下方，使得在运行时实现在半导体层序列2中尽可能短的电流路径。
在局部的热处理之后，将晶片复合件分割为半导体激光器100，所述半导体激光器中的一个半导体激光器在图1C至1E中示出。在所示出的实施例中，接触层11在被分割的半导体激光器100中具有被热处理的、条带状的第一子区域12，所述第一子区域纯示例性地平行于脊形波导结构9并且与所述脊形波导结构重叠地伸展，并且所述第一子区域设置在两个未被热处理的第二子区域13之间。通过仅部分熔合的接触层11，半导体激光器100具有减小的正向电压，这引起更好的器件效率和从而也引起改进的器件稳定性。接触层11的未熔合的区域又如在上文中所描述的那样确保针对可靠的、低损耗的并且在热学方面优化的焊接工艺或者键合工艺的良好的可安装性。
将在图1A至1E中所示出的第一和第二子区域12、13的形状、尺寸和数量理解为是纯示例性的。尤其是，接触层11在不同的几何设置中能够具有复数个第一子区域和/或复数个第二子区域12、13。第一子区域12例如能够具有一个或多个几何形状，所述几何形状选自：线、叉、圆、椭圆、螺旋、栅格、四边形、波浪线、弯折以及它们的组合。在接下来的附图中，半导体激光器100的其它实施例除非另作说明否则就在对应于图1E的视图中示出，所述实施例具有接触层11，所述接触层具有第一和第二子区域12、13的许多可行的变型方案。尤其是，所示出的接触层11的第一和第二子区域12、13的不同的变型也能够彼此组合。
在图2A中示出的半导体激光器100具有接触层11，所述接触层如在之前的实施例中那样整面地施加在衬底的下侧上并且完全地覆盖该下侧。然而，接触层11与之前的实施例不同具有两个第一子区域12，在其之间沿着横向方向设置有第二子区域13。为了更好地进行说明，也通过虚线区域标明脊形波导结构9的纯示例性的位置。这两个第一子区域12设置在衬底下侧的侧面的边缘区域中。由此，可以从衬底边缘来进行均匀电流注入，而位于其间的第二子区域13设置用于通过键合线进行电连接或者借助于焊接进行安装。此外能够有利的是，通过在第一子区域12中的局部的热处理，尤其通过辐照，也会损伤衬底，使得由此产生用于分割的断裂成核部。在图2A中示出的结构也能够称为所谓的划片结构。在接下来的在衬底下侧的边缘区域中具有第一子区域12的实施例中也能够存在熔合结构与用于改进的分割的断裂成核部的组合的上述优点。
在图2B中示出如下实施例，其中衬底1的下侧10在边缘区域中没有接触层11。尤其是，半导体激光器100具有下侧100的沿着横向方向环绕的边缘区域，所述边缘区域没有接触层11。如此结构化的接触层11在分割方面能够是有利的，因为能够避免例如在分割工艺的过程中在腔面折断期间接触层11的不受控制的裂开。
在图3A中示出接触层11的一个实施例，其中沿着脊形波导结构9和在两个第二子区域13之间设置第一子区域12对应于结合图1A至1E所描述的实施例。在该实施方案中，实现在半导体层序列中尽可能短的电流路径。但是，与在图1A至1E的实施例不同，如结合图2B的实施例所描述的那样，衬底1的下侧10的环绕的边缘区域没有接触层11。
在图3B和3C中示出的实施例中，接触层11平行于脊形波导结构9在其旁边以及与其重叠地具有多个第一子区域12，所述第一子区域通过连贯的第二子区域13彼此分开。通过连贯的第二子区域13，能够实现接触层11的横向导电性的改进。
在图4A中示出接触层11的一个实施例，所述接触层具有叉状的第一子区域12，所述第一子区域将四个第二子区域13彼此分开。第二子区域13中的每一个例如都能够设置用于连接键合线，由此能够实现例如用于高电流应用的高的电流注入。在图4B中示出如下实施例，其中第一子区域12附加地以环绕的边缘区域构成，以改进接触层11电连接到衬底上。在图4C中示出的实施例相较于这两个之前的实施例具有纯示例性地六个第二子区域13，所述第二子区域通过连贯的第一子区域12彼此分开。替选于此，更多或更少的第二子区域13也是可行的。
在图4D中示出的实施例相较于之前的实施例具有复数个第一子区域12，所述第一子区域分别平行于脊形波导结构9构成并且所述第一子区域成两组地沿着放射方向设置。第一子区域12的所述组中的每个组沿着垂直于放射方向的方向都具有复数个第一子区域12。第二子区域13连贯地构成。沿着放射方向在光耦合输出面和第一子区域12的所述组中的一个组之间，在子区域12的这两个组之间以及在背侧和这两个组中的另一个组之间，第二子区域13分别具有一个或多个区域，所述区域分别设置用于连接键合线，如通过虚线所表明的那样。由此，能够实现用于高功率二极管的高的电流注入。第一子区域12和第一子区域12的组的所示出的数量、尺寸和密度应理解为是纯示例性的并且也能够根据对半导体激光二极管的要求来改变。
在图5A至5C中示出的实施例对应于结合图4A至4C所描述的实施例，其中在图4A至4C中彼此分开的第二子区域13在图5A至5C的实施例中分别构成为连贯的第二子区域13，以改进接触层11的横向导电性。
在图6A中示出接触层11的一个实施例，所述接触层在衬底的下侧的在横向上环绕的边缘区域中具有第一子区域12，所述第一子区域沿着横向方向完全地围绕第二子区域13。在图6B的实施例中，与此不同，在腔面处留出如下区域，在所述区域中设置有脊形波导结构。而在图6C中示出的实施例的接触层11具有在边缘侧环绕的第一子区域12，所述第一子区域附加地具有指状结构，所述指状结构伸入中间区域中，以便实现将接触层11更均匀地电连接到衬底上。
在图7A至7C中以及在图8A至8C中示出的实施例中具有波浪线状的或者弯折状的以及螺旋状的第一子区域12。在图7A和8A中，衬底1的下侧10在环绕的边缘区域中没有接触层11，而图7B和8B的实施例的接触层11整面地施加。在图7C和8C中示出的实施例具有附加的边缘侧的第一子区域12，所述第一子区域呈在上文中结合图2A所描述的用于更简单地进行分割的划片结构的形式。
在图9A和9B中示出接触层11，所述接触层借助于露出的、环绕的边缘区域(图9A)或者也整面地(图9B)施加，并且具有圆形的第一子区域12，所述第一子区域通过相应的第二子区域13彼此分开。在图9C中示出一个实施例，其中圆形的第一子区域12是开放的，使得连贯的第二子区域13构成用于改进接触层11的横向导电性。
在迄今为止的实施例中所描述的半导体激光器100构成为单发射器，而在图10A至10D中示出构成为激光器棒的半导体激光器100，所述激光器棒分别具有复数个脊形波导结构9并因此具有复数个用于放射激光的有源区域。脊形波导结构9的数量在图10A至10D中应理解为是纯示例性的并且优选能够大于或等于2并且小于或等于50。在衬底下侧上能够连贯地分别施加接触层11，所述接触层环绕地以及纯示例性地在相邻的(图10A)或者成对地相邻的(图10B)有源区域之间具有第一子区域12。如在图10C中所示出的那样，第一子区域12也能够横向地在有源区域上延伸。此外，第一子区域12也能够设置在有源区域之间，如在图10D中所示出的那样。替选于第一和第二子区域12、13的所示出的形式，这些子区域也能够如在其它实施例中所描述的那样构成。
在图11A中，在接触层11的俯视图中并且在沿着所绘制的剖切平面AA的剖视图的一部分中示出根据另一实施例的半导体激光器100，其中衬底1在下侧10上具有表面结构20，所述表面结构构成为凹部。纯示例性地，接触层11关于第一和第二子区域12、13如在上文中结合图4A所描述的那样构成。但是，替选于此，表面结构20也能够与任意其它实施例组合。施加在下侧10上的接触层11具有至少一个第一子区域12，所述第一子区域设置在凹部中。尤其是，至少一个第一子区域12如在实施例中所示出的那样可以覆盖整个凹部。换言之，这表示：在构成有接触层11的第一子区域12的地方也到处存在衬底1的下侧10中的凹部。表面结构20能够关于一个或多个凹部的走向如结合上述实施例所示出的第一子区域12那样构成。
表面结构尤其例如能够借助于刻蚀或激光剥离在施加接触层11之前在衬底1的下侧10中制造。在对接触层11进行部分热处理时，于是能够沿着表面结构20借助于激光辐照扫描下侧10，使得一个或多个凹部被一个或多个第一子区域12覆盖。表面结构20例如能够引起第一子区域12和衬底1之间的接触面增大以及引起在第一子区域12的区域中的衬底厚度减小，这能够导致半导体激光器100的更小的电阻。此外，表面结构能够通过熔合结构和应力弛豫结构的组合引起在应力方面的改进。
在图11B中，在接触层11的俯视图中并且在沿着所绘制的剖切平面AA的剖视图的局部中示出根据另一实施例的半导体激光器100。相较于图11A的实施例，接触层11在图11B的实施例中在第一和第二子区域12、13上具有另一层14，所述另一层在局部的热处理之后被施加。所述另一层14也能够仅施加在至少一个第一或第二子区域12、13上。特别优选地，所述另一层14能够如所示出的那样大面积地施加，即施加在所有第一和第二子区域12、13上，并且例如具有Au或者由其构成。如果衬底1的下侧10如在所示出的实施例中那样具有表面结构20，即尤其一个或多个凹部，那么所述另一层14尤其也用于平坦化，所述平坦化使表面结果20平整。所述另一层14也能够是所有其它所描述的实施例的接触层11的一部分。
在图11C中，在接触层11的俯视图中并且在沿着所绘制的剖切平面AA的剖视图的局部中示出根据另一实施例的半导体激光器100，其中表面结构20具有在衬底1的下侧10的边缘区域中的凹部。同时，接触层11在该边缘区域中局部地被热处理，使得在边缘区域中构成第一子区域12。纯示例性地，接触层11关于第一和第二子区域12、13如在上文中结合图6B所描述的那样构成。替选于此，表面结构20能够与边缘侧的凹部组合但是也能够与任何其它实施例组合。形成凹部的沟道与在芯片边缘处的覆盖凹部的、局部地熔合的第一子区域12组合地，除了实现接触层11和衬底1之间的改进的电接触之外，还实现改进的分割工艺，尤其通过在边缘侧的凹部的区域中折断衬底1来实现。这尤其也能够引起改进的腔面折断质量。
在图12A至12C中示出半导体激光器的局部的照片，所述半导体激光器纯示例性地如在上文中结合图2A所描述的实施例那样构成。可清楚地分别看到，接触层11的局部被热处理的第一子区域12和未被热处理的第二子区域13。
在附图中所示出的实施例也能够彼此组合，即使这些组合未明确地描述也是如此。此外，在附图中示出的实施例能够具有根据在概述部分中的说明所述的其它或者替选的特征。
本发明不因根据实施例的描述而受限于这些实施例。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或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。
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 背侧面
8 光
9 脊形波导结构
10 下侧
11 接触层
12 第一子区域
13 第二子区域
14 层
20 表面结构
19 钝化层
90 辐照
100 半导体激光二极管

Claims (20)

1.一种用于制造半导体激光器(100)的方法，所述方法包括下述步骤：
-提供衬底(1)，所述衬底具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有有源层(3)，所述有源层设计和设置用于，在所述半导体激光器(100)运行时产生光(8)，
-将连贯的接触层(11)施加在所述衬底(1)的与所述半导体层序列(2)相对置的下侧(10)上，所述接触层具有至少一个第一子区域(12)和至少一个第二子区域(13)，
-仅在至少一个第一子区域(12)中局部热处理所述接触层(11)，其中每个第二子区域(13)都未被热处理并且在制成的半导体激光器中保持未被热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述局部热处理通过基于激光器的辐照方法(90)来进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在基于激光器的辐照方法(90)中使用激光，所述激光被所述衬底(1)至少部分地吸收。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述局部热处理通过借助于使用激光器在至少一个第一子区域(12)中选择性地辐照接触层(11)来进行，其中所述选择性的辐照通过扫描来进行。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述接触层(11)整面地施加在所述衬底(1)的下侧(10)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述接触层(11)除了边缘区域之外覆盖所述衬底(1)的整个下侧(10)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述接触层(11)具有多个层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述接触层(11)紧邻所述下侧(10)具有附着层、扩散阻挡层以及键合层和/或另一层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述附着层具有Ti。
10.根据权利要求8所述的方法，其中扩散阻挡层具有选自如下材料中的一种或多种材料：Pt、Pd、Ni、Cr和TiWN。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述键合层和/或所述另一层具有Au。
12.根据权利要求7所述的方法，其中在所述热处理之后施加所述接触层(11)的另一层(14)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述另一层(14)至少施加在所述第一子区域(12)上。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述接触层(11)的所述至少一个第一子区域(12)施加在所述衬底(1)的下侧(10)中的凹部中。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述接触层(11)具有多个通过一个或多个第二子区域(13)彼此分开的第一子区域(12)，所述第一子区域局部地被热处理。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个第一子区域(12)设置在所述接触层(11)的边缘区域中。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述半导体层序列(2)具有脊形波导结构(9)，并且所述至少一个第一子区域(12)平行于所述脊形波导结构(9)伸展。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个第一子区域(12)在所述衬底(1)的下侧(10)的俯视图中与所述脊形波导结构(9)重叠。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个第一子区域(12)具有一种或多种几何形状，所述几何形状选自：线、叉、圆、椭圆、螺旋、栅格、四边形、波浪线、弯折。
20.一种半导体激光器(100)，其具有：
-衬底(1)，所述衬底具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有有源层(3)，所述有源层设计和设置用于，在所述半导体激光器(100)运行时产生光(8)，
-在所述衬底(1)的与所述半导体层序列(2)相对置的下侧(10)上的接触层(11)，
其中所述接触层(11)连贯地具有至少一个第一子区域(12)和至少一个第二子区域(13)，并且
其中所述至少一个第一子区域(12)被热处理，并且每个第二子区域(13)都未被热处理并且在制成的半导体激光器中保持未被热处理。
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