CN110140263A - 可表面安装的半导体激光器、具有这种半导体激光器的装置和其运行方法 - Google Patents

可表面安装的半导体激光器、具有这种半导体激光器的装置和其运行方法 Download PDF

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Abstract

在一个实施方式中，半导体激光器(1)是可表面安装的并且包括半导体层序列(2)，所述半导体层序列包含在p型侧(p)与n型侧(n)之间的设计用于产生激光辐射(L)的产生区域(22)。此外，半导体激光器包括两个接触面(31，32)，用于从外部电接触p型侧(p)和n型侧(n)。在此，产生区域(22)设计用于，脉冲式地以至少30A/mm2的暂时电流密度运行。接触面(31，32)在半导体层序列(2)的同一侧上处于共同的平面中，使得能够无接合线地接触半导体激光器(1)。

Description

可表面安装的半导体激光器、具有这种半导体激光器的装置 和其运行方法
技术领域
提出一种可表面安装的半导体激光器。此外，提出一种具有这种半导体激光器的装置和一种用于其的运行方法。
发明内容
要实现的目的在于，提出一种半导体激光器，所述半导体激光器能够以大的电流和高的重复率脉冲式地运行。
所述目的此外通过具有独立权利要求的特征的半导体激光器、装置和运行方法来实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。
根据至少一个实施方式，半导体激光器可表面安装。这意味着，半导体激光器可以通过安放在如电驱动器的表面上和例如借助于接下来的加热和焊接或借助于粘合来固定。也就是说，半导体激光器经由表面安装，英语surface mount technology或简称SMT，可电和机械连接。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括半导体层序列。该半导体层序列包括至少一个产生区域，其中产生区域设计为产生激光辐射。尤其是，产生区域包含一个或多个有源层，在所述有源层中经由载流子复合产生激光辐射。此外，产生区域优选包括波导层和外壳层。在产生区域中，电通流优选仅仅或者基本上仅仅在平行于半导体层序列的生长方向的方向上发生。也就是说，产生区域设计为并不或并不明显地沿着垂直于生长方向的方向进行横向电流扩展。
根据至少一个实施方式，产生区域和/或半导体层序列和/或半导体激光器的所有半导体材料处于p型侧和n型侧之间。尤其是，p型侧作为半导体材料的接触区域设计用于阳极触点，而n型侧设计用于阴极触点。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括至少两个接触面。接触面设计为在外部电接触。尤其是，接触面直接处于p型侧上和/或处于n型侧上或者与p型侧或n型侧形成欧姆接触和/或触碰p型侧和/或n型侧。优选地，对于阴极触点和阳极触点存在各至少一个接触面。接触面优选是金属面。也就是说，接触面可以由一种或多种金属组成，使得其是金属的接触面。在此，所有接触面可以相同地构造或由不同的材料形成，以便实现改进地联接于p型侧和n型侧。
根据至少一个实施方式，产生区域设计用于，脉冲式地运行。在彼此相随的激光脉冲之间和/或在脉冲组、也称为脉冲串之间的重复率例如为至少1Hz或5Hz或15Hz或0.2MHz或0.5MHz或1MHz。在彼此相随的激光脉冲之间的重复率替选地或附加地为最高500MHz或100MHz或50MHz，在彼此相随的脉冲组之间为最高15MHz或10MHz或5MHz。在一个脉冲组内，激光脉冲可以更快地彼此相随。脉冲组例如由至少两个或五个或十个或1x106或10x106个和/或由最多500x106个或200x106或100x106个脉冲组成。
根据至少一个实施方式，产生区域暂时地、尤其在产生激光脉冲期间以高电流或电流密度运行。例如在产生区域的俯视图中观察，电流密度暂时优选为至少30A/mm2或者80A/mm2或150A/mm2。替选地或附加地，所述电流密度为最高1000A/mm2或600A/mm2。在此情况下，产生区域中的电流方向优选平行于或近似平行于半导体层序列的生长方向。
根据至少一个实施方式，电接触面处于半导体层序列的同一侧上。尤其是，接触面处于共同的平面中。所述共同的平面优选垂直于半导体层序列的生长方向取向。术语“共同的平面”并不排除，因制造在接触面之间出现小的台阶，即术语“共同的平面”可以在垂直于该平面和/或接触面的方向上设有最大3μm或2μm或1μm或0.2μm的公差。可能的是，该公差小于接触面的平均层厚度。接触面特别优选至少部分处于共同的平面中。
根据至少一个实施方式，半导体激光器可以无接合线地接触。即，半导体激光器可以经由接触面焊接或者导电地粘合，而无需使用接合线。通过避免在电接触时的接合线，可以极大地降低电接触的电感。由此可以实现高的重复率和电流密度以及陡峭的信号边沿进而各个激光脉冲的陡峭的脉冲边沿。
在至少一个实施方式中，半导体激光器可表面安装并且包括半导体层序列，所述半导体层序列包含在p型侧和n型侧之间的至少一个设计用于产生激光辐射的产生区域。此外，半导体激光器包括至少两个接触面，用于从外部电接触p型侧和n型侧。在此，产生区域设计用于，脉冲式地以至少30A/mm2的暂时电流密度运行。接触面在半导体层序列的同一侧上处于共同的平面中，尤其公差为最大2μm，使得半导体激光器可以无接合线地接触并且优选经由接触面、尤其仅仅经由接触面不仅机械接触而且电接触。
在半导体芯片安装时，通常在半导体层序列的电接触侧上使用接合线。然而，接合线的所述使用带来缺点。尤其是，在电接触时由于安置接合线需要附加的工艺步骤，这导致成本提高。此外，通过接合线生成附加的电阻，所述电阻限制器件的性能。然而特别是，接合线由于与之关联的电感限制在脉冲式的激光器运行时的脉冲上升时间。
对于许多应用而言，例如在环境扫描中，在40A或更大的工作电流下需要在1ns或2ns的范围中的脉冲长度。这借助接合线不能实现或仅能极其困难地实现。通过如提高接合线的厚度、使用尽可能短的接合线或提高接合线的数量的措施，并不能或仅能有限地克服所述缺点。
尤其在这里所描述的装置中，使用如下半导体激光器，所述半导体激光器可以直接与电驱动器在不使用接合线的情况下接触。对驱动器的连接例如经由能导电的粘合剂或经由焊料来实现。在此情况下，所述连接同时承担机械固定以及电联接。为了实现所述内容，电接触面处于半导体层序列的同一侧上。通过省去接合线，极大地减小系统的电感。由此，尤其在高的电流强度的情况下可以实现激光脉冲的明显更陡峭的脉冲上升沿。此外，通过节省接合线，关联成本下降并且朝向半导体激光器的电阻也减小。
例如在面状地焊接到阴极上并且经由四个接合线与阳极连接的半导体激光器中，由于接合线引起的电感为大约0.25nH，而半导体激光器本身的贡献典型地仅仅小于0.05nH。因此，在此情况下，接合线对大约为0.3nH的总电感的贡献占主要部分。相反地，借助这里所描述的无需接合线的接触样式，可以实现大约0.1nH或更小的总电感。因此，激光器脉冲的上升时间和下降时间以因数3或更大因数减小。
根据至少一个实施方式，半导体层序列基于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，或也是砷化物化合物半导体材料，如AlnIn1-n-mGamAs或如AlnGamIn1-n- mAskP1-k，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1且n+m≤1以及0≤k<1。优选地在此适合于半导体层序列的至少一个层或所有层的是，0<n≤0.8、0.4≤m<1和n+m≤0.95以及0<k≤0.5。在此，半导体层序列可以具有掺杂材料以及附加的组成部分。然而出于简单原因，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，即使当所述主要组成部分可以部分地由少量其他物质替代和/或补充时也如此。尤其是，半导体激光器基于材料体系AlInGaAs，即AlnIn1-n-mGamAs，其中在半导体层序列中优选不仅Al而且In、Ga和As作为晶格的主要组成部分存在。
根据至少一个实施方式，所产生的激光辐射的强度最大值处于紫外光谱范围中、处于可见光谱范围中、处于近红外光谱范围中或处于中红外光谱范围中。优选地，强度最大值处于近红外光谱范围中，例如处于至少780nm和/或最高1060nm的波长处。
根据至少一个实施方式，各个所阐述的激光器脉冲的脉冲持续时间为至少0.2ns或1ns或1.5ns或2ns或5ns和/或最高100ns或40ns或12ns或6ns。脉冲持续时间尤其为半峰全宽，也称作FWHM。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括多个汇流排。汇流排优选沿着平行于半导体层序列的生长方向的方向延伸。尤其是，汇流排完全延伸穿过产生区域和/或半导体层序列和/或半导体激光器的所有半导体材料。汇流排优选各与一个类型的电接触面、例如与阳极触点或阴极触点以及与相应所属的p型侧或n型侧尤其欧姆传导地连接。
根据至少一个实施方式，汇流排在俯视图中观察处于半导体层序列的边缘上。这意味着，在俯视图中观察，汇流排仅仅部分地由半导体层序列的材料包围。例如，汇流排构成为半柱体，其中半柱体的纵轴线优选平行于半导体层序列的生长方向定向。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包括多个穿通接触部。穿通接触部从接触面的一侧起，完全地穿透产生区域和/或半导体层序列和/或半导体激光器的所有半导体材料。在此，类似于汇流排，穿通接触部与一个类型的接触面和与所属的p型侧或n型侧欧姆传导地连接。
根据至少一个实施方式，穿通接触部在俯视图中观察处于半导体层序列内。因此，穿通接触部在四周由半导体层序列的材料包围。例如，穿通接触部柱形地设计，其中柱的纵轴线可以平行于半导体层序列定向。
根据至少一个实施方式，穿通接触部和/或汇流排是金属的电流传导元件。即，穿通接触部和/或汇流排可以由一种或多种金属构成。此外可能的是，汇流排和/或穿通接触部构成为实心体或涂层。在涂层的情况下，穿通接触部和/或汇流排例如成形为空心体，如空心柱或空心锥或双空心锥。在实心体的情况下，穿通接触部和/或汇流排例如作为实心柱或实心锥或实心双锥存在。
根据至少一个实施方式，半导体激光器不仅具有穿通接触部，而且具有汇流排。替选地可能的是，仅仅存在汇流排或仅仅存在穿通接触部。
根据至少一个实施方式，在半导体层序列中形成一个、两个或多于两个沟槽。沟槽优选具有长形的形状并且例如完全地或近似完全地平行于半导体激光器的谐振器轴线延伸。
根据至少一个实施方式，沟槽具有底面和侧面。底面可以垂直于半导体层序列的生长方向取向和/或平行于接触面定向。侧面尤其平行于半导体层序列的生长方向和/或垂直于接触面伸展。替选地，侧面可以倾斜地构成，例如相对于半导体层序列的生长方向的角度为至少5°或15°或30°或45°和/或最高70°或50°或40°。
根据至少一个实施方式，产生区域完全由沟槽穿透。可能的是，沟槽伸展到半导体层序列的生长衬底中。
代替生长衬底，这里和下文中可以存在不同于生长衬底的替代载体。
根据至少一个实施方式，沟槽设计用于，防止或抑制在半导体激光器中的寄生激光模式。这尤其通过倾斜的侧面实现。经由沟槽因此促进构成沿着平行于谐振器轴线的方向的激光模式，并且通过沟槽减小或抑制沿着倾斜于谐振器轴线的方向的激光模式。
根据至少一个实施方式，沟槽部分地或完全地借助对于激光辐射吸收性的材料填充。吸收性的材料可以是金属、半导体材料或有机的或无机的染料。吸收性例如表示，激光辐射在射到相应的材料上时以最高90％或70％或50％或30％反射。
根据至少一个实施方式，至少一个或一些或所有穿通接触部和/或汇流排终止于底面。在此，穿通接触部和/或汇流排可以来自具有电接触面的侧，其中具有电接触面的平面可以贴靠在用于半导体层序列的生长衬底上或贴靠在半导体层序列的背离生长衬底的侧上。
根据至少一个实施方式，电流扩展元件从穿通接触部开始经由沟槽的侧面中的至少一个侧面伸展直至p型侧和n型侧。电流扩展元件优选是金属元件。在此可能的是，电流扩展元件完全地或部分地形成沟槽中的吸收性的材料。
根据至少一个实施方式，穿通接触部中的至少一个穿通接触部从p型侧或n型侧起穿过沟槽伸展到底面上并且终止于底面。在此，所述至少一个穿通接触部优选沿着沟槽的背离产生区域的侧面延伸并且完全地或优选仅仅部分地覆盖侧面。经由所述至少一个穿通接触部接触所述穿通接触部不从其开始的n型侧或p型侧。换言之，通过所述至少一个穿通接触部优选接触如下侧，即p型侧或n型侧，所述侧处于半导体激光器内，即尤其在产生区域和生长衬底之间的侧。
根据至少一个实施方式，穿通接触部和/或汇流排在俯视图中观察设置成至少两排。在此，在纵轴线的每侧上各存在所述排中的至少一排。优选地，纵轴线是半导体激光器的谐振器轴线。所述排中的每排都包含多个穿通接触部和/或汇流排。
可能的是，在纵轴线的一侧上与在纵轴线的另一侧上相比设置更多排。所述排在俯视图中观察可以轴线地伸展并且与纵轴线平行地或近似平行地定向。近似平行尤其表示，在纵轴线和相关的排之间的角度为最高20°或10°或5°。所有排可以具有相对于纵轴线的相同的角度。替选地，所述排或所述排中的至少一些相对于纵轴线不同地取向。
根据至少一个实施方式，穿通接触部和/或汇流排在俯视图中观察关于半导体激光器的纵轴线镜对称地设置。又在俯视图中观察，纵轴线优选为半导体激光器的谐振器轴线。谐振器轴线例如以直线在半导体激光器的两个谐振器端面之间延伸。在此，在纵轴线的两侧优选存在刚好一排穿通接触部和/或汇流排。替选地，在纵轴线的两侧也可以存在多排穿通接触部和/或汇流排。替选地，在俯视图中观察，至少一个穿通接触部和/或汇流排仅处于谐振器轴线的一侧上。
在所述排中，穿通接触部和/或汇流排优选沿着直线设置。沿着所述直线，穿通接触部和/或汇流排可以彼此间等距地设置，或者也可以具有密度梯度，使得例如在所述设置线的中部，穿通接触部和/或汇流排与在所述线的端部相比更密地设置。
可能的是，相邻的排中的穿通接触部和/或汇流排彼此错开地设置，尤其从谐振器的辐射耦合输出面起。这不仅适用于在纵轴线的一侧上的排，而且也适用于设置在纵轴线的两侧的排。如果在纵轴线的一侧上存在多排，则穿通接触部和/或汇流排在俯视图中观察可以设置成优选规则的六边形图案。所述排可以具有相同数量的穿通接触部和/或汇流排或者也可以具有不同数量。
根据至少一个实施方式，半导体激光器具有至少六个或八个或12个或20个和/或最多64个或42个或24个或16个穿通接触部和/或汇流排。替选地或附加地，在尤其在所述排内的相邻的穿通接触部和/或汇流排之间的间距为至少5μm或10μm和/或最多50μm或20μm。又替选地或附加地，穿通接触部和/或汇流排的平均直径为至少10μm或15μm和/或最多80μm或40μm。
根据至少一个实施方式，穿通接触部在p型侧上和/或在n型侧上经由连续的、面状的和/或金属的电流分配元件彼此连接。这尤其适用于处于纵轴线两侧的穿通接触部和/或汇流排。电流分配元件例如通过由一种或多种金属构成的或可选地由多个金属子层构成的金属层形成。
根据至少一个实施方式，电流分配元件面状地接触产生区域。尤其是，电流分配元件直接处于p型侧或n型侧上。产生区域在俯视图中观察可以完全由电流分配元件覆盖和整面地电接触。
根据至少一个实施方式，半导体层序列包括一个或多个电流传导层，所述电流传导层由半导体材料构成。至少一个电流传导层优选面状地构成并且可以在整个半导体层序列之上延伸，尤其沿着垂直于半导体层序列的生长方向的方向延伸。电流传导层设计用于横向的电流扩展，即沿着垂直于半导体层序列的生长方向的方向的电流扩展。
根据至少一个实施方式，电流传导层处于产生区域的仅一侧上，尤其处于产生区域的朝向生长衬底或替代载体的侧上。因此，电流传导层可以处于半导体层序列的与接触面不同的侧上。
根据至少一个实施方式，当存在基于半导体的电流传导层时，半导体激光器没有电流扩展元件。这样的电流扩展元件例如通过金属层或氧化层形成，例如由透明导电氧化物、如铟锡氧化物形成。
根据至少一个实施方式，电流传导层与接触面中的一个或者一个类型的接触面、即例如与阳极触点或阴极触点形成欧姆接触。
根据至少一个实施方式，电流传导层基于与产生区域相同的材料体系，即例如分别基于AlInGaAs。为了实现电流传导层的更高的导电性，尤其在横向方向上的更高的导电性，电流传导层以产生区域的平均优选至少5倍或10倍高掺杂。例如，在电流传导层中的掺杂材料浓度为至少1x1018cm-3或1x1019cm-3或1x1020cm-3。
根据至少一个实施方式，在俯视图中观察，穿通接触部和/或汇流排总计的面积和产生区域的面积的商为至少0.02或0.05或0.1。替选地或附加地，所述商为最高0.3或0.2或0.1。换言之，穿通接触部和/或汇流排在俯视图中观察和相对于产生区域占据相对大的面积。
根据至少一个实施方式，半导体激光器包含生长衬底，在所述生长衬底上生长半导体层序列。生长衬底优选由导电材料、尤其半导体材料构成。例如，生长衬底是GaAs衬底。
根据至少一个实施方式，半导体激光器是棱边发射器。即，半导体激光器的谐振器轴线和/或发射方向垂直于半导体层序列的生长方向取向。替选地，半导体激光器是表面发射器，其谐振器轴线和/或发射方向平行于半导体层序列的生长方向定向。
根据至少一个实施方式，产生区域包括多个有源层。有源层优选沿着半导体层序列的生长方向彼此跟随，并且在俯视图中观察可以彼此重合地设置。可能的是，有源层经由在产生区域内的隧道二极管彼此电连接，尤其串联连接。
根据至少一个实施方式，半导体层序列具有两个或多于两个产生区域。优选地，产生区域在俯视图中观察并排地设置并且彼此间隔开。产生区域可以彼此平行地设置，使得尤其产生区域的谐振器轴线彼此平行地取向和/或关于垂直于半导体层序列的生长方向的方向处于同一平面中。
根据至少一个实施方式，在俯视图中观察，接触面或接触面中的至少一个接触面或一个类型的接触面、即阳极触点或阴极触点在俯视图中观察处于相邻的产生区域之间。替选地或附加地，在俯视图中观察，穿通接触部或穿通接触部的一部分可以处于相邻的产生区域之间。
此外提出一种装置。该装置包括至少一个半导体激光器，如结合上述实施方式中的一个或多个所说明的那样。该装置的特征因此也对于半导体芯片公开，反之亦然。
在至少一个实施方式中，该装置包括一个或多个半导体激光器以及一个或多个驱动器。电驱动器构成用于脉冲式地运行至少一个半导体激光器。尤其是，至少一个半导体激光器可以经由驱动器暂时以至少10A或20A或40A和/或最高150A或100A或60A的电流运行。在此，半导体激光器无接合线地与驱动器电连接，使得半导体激光器的两个接触面处于半导体层序列的朝向驱动器的侧上。
此外，提出一种运行方法，借助所述运行方法运行这种装置和/或这种半导体激光器。运行方法的特征因此也对于装置以及半导体激光器公开，反之亦然。
在至少一个实施方式中，在俯视图中观察，半导体激光器根据运行方法脉冲式地以产生区域中的至少30A/mm2的暂时电流密度运行。
附图说明
下面参照附图根据实施例更为详细地阐述在此所描述的半导体激光器、在此所描述的装置以及在此所描述的运行方法。相同的附图标记在此说明各个图中的相同元件。然而在此未示出合乎比例的关系，更确切地说为了更好的理解而夸大地示出个别元件。
附图示出：
图1至4和16示出在此所描述的半导体激光器的实施例的示意性剖视图和俯视图，
图5至14和17以及18示出在此所描述的半导体激光器的实施例的示意性剖视图，
图15示出在此所描述的半导体激光器的示意性立体图，和
图19至27示出在此所描述的具有在此所描述的半导体激光器的装置的实施例的示意性剖视图。
具体实施方式
在图1中图解说明半导体激光器1的一个实施例，参见图1A中的剖视图和图1B中的俯视图。
半导体激光器1包括生长衬底7，例如GaAs。在生长衬底7上存在半导体层序列2，所述半导体层序列优选基于AlInGaAs。在半导体层序列2中存在产生区域22，所述产生区域设计为经由载流子复合来产生激光辐射L。通过能导电的生长衬底7形成n型传导的n型侧n，并且通过半导体层序列2形成p型传导的p型侧p。
此外，半导体激光器1包括电接触面31、32。电接触面31、32通过金属涂层形成，例如由铬、金、铂和/或钛构成的金属涂层。在此，接触面31、32处于半导体层序列2的侧上。接触面31是阳极触点，两个接触面32是阴极触点。在图1中，在接触面31下方的产生区域22可以与半导体层序列2相同并且因此直接与生长衬底7和接触面31邻接。
经由接触面31直接电接触半导体层序列2。电的穿通接触部4从接触面32开始，所述穿通接触部完全穿过半导体层序列2以及生长衬底伸展到n型侧n。在n型侧n上存在电流扩展元件33，所述电流扩展元件同样由金属层形成。电流扩展元件33对于激光辐射L不可透过并且优选具有至少100nm的厚度，如这也可以适用于所有其他实施例。
因此，半导体激光器1可以经由接触面31、32在外部电接触，而无需接合线，所述接触面处于共同的平面中。在半导体激光器1内的电通流I通过虚线象征性表示。穿通接触部4例如借助于电绝缘层8与半导体层序列2和生长衬底7电分离，所述绝缘层例如由二氧化硅构成。
接触面31、32平行于纵轴线A沿着纵向方向z伸展。纵轴线A同时形成棱边发射的半导体激光器1的谐振器轴线。穿通接触部4平行于半导体激光器的生长方向y伸展。穿通接触部4关于纵轴线A对称地设置。在纵轴线A的两侧，穿通接触部4等距地沿着平行于纵轴线A的直线延伸。穿通接触部4的直径例如大约为20μm，在穿通接触部4之间的间距例如大约为10μm。在俯视图中观察，产生区域22与接触面31近似重合地伸展。
如也在所有其他实施例中那样，生长衬底7例如具有至少50μm和/或最高200μm的厚度。半导体层序列2的沿着生长方向y的厚度例如为至少3μm或5μm和/或最高25μm。沿着纵向方向z，半导体激光器1例如具有至少300μm或600μm和/或最高5mm或3mm或2mm或1mm的扩展。沿着横向方向y，半导体激光器1的宽度尤其为至少200μm或300μm和/或为最高800μm或500μm。产生区域22占半导体激光器1的宽度的份额例如为至少15％或30％或45％和/或为最高80％或70％或55％。
与图1中的视图不同，可能的是，如在所有其他实施例中也那样，半导体激光器1是所谓的多发射极和/或激光棒，其具有多个并排地和/或上下相叠地堆叠的半导体区域或产生区域22。
在图1B中在纵轴线A的两侧仅绘出一排穿通接触部4。如在所有其他实施例中也可能的那样，在纵轴线A的每侧上也可以存在多个这样的行。
在图2的实施例中，电通流I在图2B的俯视图中示意性地图解说明。为了简化视图，图1中的绝缘层8在图2中未绘出。
与图1不同，电流扩展元件33处于具有产生区域22的侧上，而接触面31、32与此相应地处于生长衬底7的背离产生区域22的侧上。电流扩展元件33整面地将所有穿通接触部4彼此连接。
可选地，如在所有其他实施例中也可能的那样，在半导体层序列2上除了产生区域22之外还存在多个沟槽6。沟槽6优选完全沿着和平行于纵轴线A延伸。沟槽6可以利用对于激光辐射L吸收性的材料62填充。吸收性的材料62例如通过吸收性的金属或通过吸收性的半导体材料形成。
图3的半导体激光器1的电接触的基本样式对应于图1的基本样式。在此情况下，可选地存在具有吸收性的材料62的沟槽6。
如在所有其他实施例中也可能的是，穿通接触部4不成形为柱，而是成形为锥或如图3A图解说明的那样成形为双锥。穿通接触部4的双锥体形状例如通过刻蚀半导体层序列2以及生长衬底7的两侧形成，以产生穿通接触部4。
在图4的实施例中，半导体层序列2附加地包括高掺杂的电流传导层21，电流传导层设计用于横向的电流扩展，即沿着横向方向x和可选地也沿着纵向方向z的电流扩展。电流传导层21整面地在半导体层序列2之上延伸并且处于产生区域22和生长衬底7之间。电通流I通过箭头象征性地表示。
根据图4，沟槽6不伸展直到电流传导层21上。在产生区域22和半导体层序列2的与电流传导层21不同的区域内，不进行或不进行显著的横向电流扩展。即，穿过产生区域22的电通流基本上平行于生长方向y取向。
除此之外，图4的实施例优选对应于图1的实施例。
图5的电接触样式对应于图2的电接触样式。然而不存在沟槽。
在图6中图解说明，沿着横向方向x观察，穿通接触部4仅处于产生区域22的侧上。除此之外，接触优选对应于图1中所示的接触。
在图7的实施例中，沿着横向方向x观察，穿通接触部4也仅处于产生区域22的侧上。除此之外，图7的实施例优选对应于图5的实施例。
图1至7的穿通接触部4在俯视图中观察分别环绕地由半导体层序列2的材料包围。与此相应地，在图8中不存在穿通接触部，而是存在汇流排5。沿着横向方向x观察，汇流排5处于半导体层序列2的边缘处。汇流排5也平行于生长方向y完全穿透半导体层序列2以及生长衬底7。在俯视图中观察，未专门示出，汇流排5例如半圆形地构成。
除此之外，图8的实施例优选对应于图6的实施例。不同于在图8中所示，汇流排5也可以存在于产生区域22的两侧，类似于图1的实施例。
根据图9，与图8相比，接触面31、32以及电流扩展元件33处于生长衬底7以及半导体层序列2的相反的侧上。在其他方面，对图8的描述优选以相同的方式适用于图9。
在图10的实施例中，存在多个彼此分开的产生区域22。在产生区域22之间沿着横向方向x观察存在一排穿通接触部8。在此，所有穿通接触部8经由电流扩展元件33电短路。对产生区域22的单独操控可以经由接触面31实现。在半导体层序列2上，接触面32与接触面31沿着横向方向x交替。
除此之外，图10的实施例优选对应于图1的实施例。不同于图10中的视图，也可以使用图5的接触样式，使得与图10中的视图相比，接触面31、32以及电流扩展元件33分别处于相反侧上。
在图11的实施例中，仅存在一排穿通接触部4。两个产生区域22可以经由接触面31彼此无关地电操控，在所述产生区域之间存在穿通接触部8。电通流I象征性地通过虚线表明。
除此之外，图11的实施例优选对应于图5的实施例。替选地，能够以同样方式使用图1的接触样式。
在图12的实施例中，沿着横向方向x在产生区域22之间存在两排穿通接触部4。对于产生区域22中的每个，存在各自的电流扩展元件33。因此，对于每个产生区域22分别存在第一接触面31和第二接触面32。换言之，在半导体层序列2中和在生长衬底7中，在唯一的半导体激光器1中集成有总共两个图7中的半导体激光器1。
与图12中的视图不同，也可以使用图6的接触样式。同样对于图12的每个产生区域22可以存在两排穿通接触部4，使得两个图5中的半导体激光器可以类似图12集成在一个元件中。
在图10至图12中分别仅仅示出两个产生区域22。以相同的方式，也可以存在多于两个产生区域22。
在图13中图解说明半导体激光器1的另一类型的实施例。在此，存在沟槽6，所述沟槽具有底面60和侧面61。底面60垂直于生长方向y取向，侧面61倾斜于生长方向y和横向方向x伸展。在背离生长衬底7的方向上，沟槽6的宽度连续地增大，所述生长衬底如在所有其他实施例中那样可以替选地通过替代载体形成。
从具有接触面31、32的侧开始，穿通接触部4完全穿过生长衬底7伸展并且终止于沟槽6的底面60。电流扩展元件33超越朝向产生区域22的侧面61延长到半导体层序列2在产生区域22上方的区域。
图13的接触样式由此对应于图7的接触样式。以相同的方式，替选地可以使用图5的接触样式。同样，图9的接触样式或图9可类似于图5考虑。在此，穿通接触部4或汇流排5分别终止于底面60，如在图13中所绘制的那样。
根据图14，接触面31、32处于半导体层序列2的背离生长衬底7或替代载体的侧上。在此，半导体层序列2具有电流传导层21。此外，如在所有其他实施例中也可能的那样，存在多个有源层23，在所述有源层之间存在各一个隧道二极管24。例如，存在至少两个或至少三个和/或最多十个或最多五个有源层23。
接触面31处于产生区域22之上。与此相对地，接触面32穿越穿过沟槽6的穿通接触部4伸展到电流传导层21中。在形成沟槽6时，在此仅仅部分去除电流传导层21。穿通接触部4限制于优选沿着纵向方向z连续的沟槽6的侧面21上，所述侧面背离产生区域22。在朝向产生区域22的侧面61上可选地存在对于激光辐射L吸收性的材料62。
在图15的实施例的立体图中，图解说明图14的实施例的变型形式。在此，为了阐明，在产生区域22的左侧以及右侧交替地构成穿通接触部4。在器件内，所有穿通接触部4优选结构相同地构成。
在产生区域22左侧，根据图15接触面32和穿通接触部4条形地构成。相反地，在图15中的产生区域22的右侧上存在唯一的面状的接触面32，所述接触面以连续的穿通接触部4的形式延伸到沟槽6中的电流传导层21。
不同于图15中的视图，参见在产生区域22的左侧上的穿通接触部4，可以存在唯一的连通的接触面32，穿通接触部4指形地从所述接触面延伸出来。
根据图15，沟槽6在横截面中观察半圆形地或半环形地构成。与此相对地，在图14中沟槽梯形地构成，而沟槽如在图2中具有矩形的形状。沟槽6的相应的形状可以在实施例中互换，使得例如在图14中沟槽6也可以具有半圆形的或矩形的形状。
沿着横向方向x在图16中仅仅图解说明半导体激光器1的一半。在图16的实施例中，接触样式类似于图14和图15的接触样式构成。然而，穿通接触部4处于沟槽6旁边，使得产生区域22通过沟槽6与穿通接触部4分离。在此，从优选唯一的、连续的且条形的接触面22开始延伸的穿通接触部4伸展到电流传导层21中。穿通接触部4各自为截锥形的。
在图17和图18的实施例中，半导体层序列2和生长衬底7或可选的替代载体处于载体9上。这样的载体9也可以称作为基板。在此，半导体层序列2的位置选择为，使得半导体层序列2的在其上发射激光辐射L的前棱距载体9的前棱具有间距d。间距d选择为，使得激光辐射L正好不到达载体9。
载体接触面91可以大于接触面31、32，参见图17，或与接触面31、32齐平，参见图18。对应内容适用于连接机构92，所述连接机构例如是焊料或能导电的粘合剂。
不同于例如在发光二极管芯片的情况下，根据图1至18的半导体激光器1的实施例分别是棱边发射器而不是表面发射器。此外，不同于在发光二极管的情况下，穿通接触部4或汇流排5处于产生区域22之外。此外，产生区域22通过沟槽与穿通接触部4或汇流排5分开，又不同于这在发光二极管中的情况。
此外，穿通接触部4或汇流排5沿着一个方向、尤其沿着纵向方向y具有高的密度，而沿着横向方向x存在较小的密度。与此相对地，在发光二极管中可能存在的穿通接触部在任何情况下沿着两个方向同样密地设置。横向电流分配尤其通过面状的不透光的且金属的电流扩展元件33实现。这样的电流扩展元件33不能使用在发光二极管中，因为这会阻碍光耦合输出。
在图19中图解说明装置10的实施例。在此，例如如结合图2示出的半导体激光器1直接安装在电驱动器11上。在驱动器11的驱动器接触面12和半导体激光器1的接触面31、32之间仅仅存在连接机构92。接触面31、32、12的尺寸设计为，使得相对于在图19中未绘出的穿通接触部没有出现电阻的显著增大。尤其是，接触面31、32、12的横截面大于未绘出的穿通接触部或汇流排。电流路径I示意性地通过虚线象征性地表示。
驱动器11例如基于硅或SiGe或GaN或GaAs。除了电操控半导体激光器1之外，驱动器11也可以设计为热沉，用于从半导体激光器1中有效地导出热量。这也可以适合于所有其他实施例。
在图20的实施例中，与此相对地，使用例如类似于图1的半导体激光器1。
在图21的实施例中，存在多个接触面，例如用于阳极触点或阴极触点，也参比图2。相应内容适合于图22，尤其与图1比较。
在图23的实施例中，多个半导体激光器1并排地安装在驱动器11上。在此，使用类似于图5的半导体激光器1。替选地，也可以使用根据图1的半导体激光器1。
在图24的实施例中，多个产生区域22集成在共同的半导体激光器1中。图24的半导体激光器例如如结合图12所阐述的那样构造。由此，产生区域22分别具有自己的接触面31、32。
与此相对地，在图25中对于产生区域22存在电接触面31、32，所述电接触面至少部分共用产生区域22，参见电流走向I，如通过图25中的虚线表明。在图25中使用的半导体激光器1例如对应于在图11中所阐述的半导体激光器1。
在图26的实施例中，在驱动器11和半导体激光器1之间存在载体9作为中间载体或基板。由此例如可以实现半导体激光器1的接触面31与驱动器接触面12匹配，使得半导体激光器1和驱动器11可以有效地彼此接触，而无需接合线。这样的载体9也可以在图19至25的实施例中存在。
在图27中示意性地图解说明其他电路细节，其能够以相同的方式用于所有其他实施例并且利用其可以实现特别低的总电感。驱动器11在此特别优选地包括开关元件，如晶体管。对于晶体管的情况，在图27A中示出原理电路图，其中为晶体管示意性地绘出基极/栅极G、发射极/源极S以及集电极/漏极D。可选地，在半导体激光器1上游连接有RC元件，所述RC元件具有电阻R，该电阻与电容器C并联。
在图27B中示出示意性俯视图，并且在图27C中示出示意性的剖视图，其中驱动器11和半导体激光器1施加在共同的载体9上。驱动器接触面12、D可以与尤其构成为阴极的接触面32连通地构成。在俯视图中观察，驱动器11与驱动器接触面12、D、S、G重叠并且半导体激光器1与接触面31、32重叠。驱动器接触面12、S可以经由载体9的后侧和经由电穿引部引至例如构成为阳极的接触面31。在阳极侧在接触面31上游可选地连接有RC元件93。
在图27D的俯视图中示出共面的装置10，其中驱动器10和半导体激光器1在相同的平面中处于载体9上。存在两个接触面31，尤其阳极，和中央的接触面32。电线路可以在直接路径上以相对大的宽度和/或厚度从驱动器11伸展至半导体激光器1。在图27D中未示出的可选的RC元件可以集成在驱动器11中，如也在所有其他实施例中可能的那样。
在图27E的剖视图中可见，用于半导体激光器1的载体9同时形成驱动器11。驱动器9连带驱动器11例如是专用集成电路，英语Application Specific Integrated Circuit或简称ASIC。驱动器11经由接触面12、31、32直接与半导体激光器1连接。
在附图中所示的部件只要未作不同说明就优选以所说明的顺序分别彼此相随。在附图中未接触的层优选彼此间隔开。就线彼此平行绘制而言，对应的面同样彼此平行地定向。同样如果未作不同说明，正确地反映附图中的所绘制的部件彼此间的相对的厚度关系、长度关系和位置。
在此所描述的发明并不受根据实施例的描述限制。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或组合本身并未明确地在权利要求或实施例中予以说明时也如此。
本申请要求德国专利申请10 2016 125 430.4的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
附图标记表
1 半导体激光器
2 半导体层序列
21 电流传导层
22 产生区域
23 有源层
24 隧道二极管
31 第一电接触面
32 第二电接触面
33 电流扩展元件
4 穿通接触部
5 汇流排
6 沟槽
60 底面
61 侧面
62 吸收性材料
7 生长衬底
8 电绝缘层
9 载体(基板)
91 载体接触面
92 连接机构
93 RC元件
10 装置
11 带有栅极G、源极S和漏极D的驱动器
12 驱动器接触面
A 纵轴线
D 间距
I 电通流
L 激光辐射
N n型侧
P p型侧
X x方向(横向方向)
Y y方向(生长方向)
Z z方向(纵向方向)

Claims (14)

1.一种可表面安装的半导体激光器(1)，所述半导体激光器是棱边发射器，所述半导体激光器具有：
-半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有在p型侧(p)和n型侧(n)之间的至少一个设计用于产生激光辐射(L)的产生区域(22)，和
-至少两个接触面(31，32)，用于从外部电接触所述p型侧(p)和所述n型侧(n)，和
-多个汇流排(5)，所述汇流排从具有所述接触面(31，32)的侧起完全延伸经过所述半导体层序列(2)，并且所述汇流排在俯视图中观察处于所述半导体层序列(2)的边缘处，使得所述汇流排(5)仅仅部分地由所述半导体层序列(2)的材料包围，和/或
多个穿通接触部(4)，所述穿通接触部从具有所述接触面(31，32)的侧起至少完全地穿透所述产生区域(22)，并且所述穿通接触部在俯视图中观察处于所述半导体层序列(2)之内，使得所述穿通接触部(4)在四周由所述半导体层序列(2)的材料包围，其中
-产生区域(22)，所述产生区域设计用于，脉冲式地以至少30A/mm2的暂时电流密度运行，
-所述接触面(31，32)在所述半导体层序列(2)的同一侧上处于共同的平面中，使得能够无接合线地接触所述半导体激光器(1)，和
-所述穿通接触部(4)和/或所述汇流排(5)在俯视图中观察设置成至少两排，并且在所述纵轴线(A)的每侧上各存在所述排中的至少一排，和所述纵轴线(A)是所述半导体激光器(1)的谐振器轴线，和所述排中的每排都包含多个所述穿通接触部(4)和/或汇流排(5)。
2.根据上一权利要求所述的半导体激光器(1)，
所述半导体激光器具有所述汇流排(5)中的多个汇流排。
3.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，
所述半导体激光器具有所述穿通接触部(4)中的多个穿通接触部。
4.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中在所述半导体层序列(2)中成形有至少两个长形的沟槽(6)，所述沟槽具有倾斜的侧面(61)以及具有底面(60)，所述沟槽完全穿透所述产生区域(22)并且所述沟槽设计用于防止寄生激光模式，
其中所述沟槽(6)至少部分地由对于所述激光辐射(L)吸收性的材料(62)填充。
5.根据权利要求3和4所述的半导体激光器(1)，
其中所述穿通接触部(4)的至少一部分终止于所述底部(60)，
其中金属的电流扩展元件(33)从所述穿通接触部(4)起经由所述侧面(61)中的至少一个侧面伸展到所述p型侧(p)和所述n型侧(n)上，和
其中所述电流扩展元件(33)形成所述吸收性的材料(62)的至少一部分。
6.根据权利要求4或5所述的半导体激光器(1)，
其中所述穿通接触部(4)中的至少一个穿通接触部从所述p型侧(p)起或从所述n型侧(n)起终止于所述底面(60)，并且所述至少一个穿通接触部(4)覆盖背离所述产生区域(22)的侧面(61)的至少一部分，
其中经由所述至少一个穿通接触部(4)电接触所述穿通接触部(4)不从其开始的n型侧(n)或p型侧(p)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中所述穿通接触部(4)和/或所述汇流排(5)在俯视图中观察关于所述纵轴线(A)镜对称地设置，
其中存在8个和42个之间的所述穿通接触部(4)和/或所述汇流排(5)，其中包括边界值。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中位于所述纵轴线(A)两侧的所述穿通接触部(4)在所述p型侧(p)上或在所述n型侧(n)上经由连续的、面状的和金属的电流分配元件(33)彼此连接，其中所述电流分配元件(33)整面地电接触所述产生区域(22)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中所述半导体层序列(2)包括至少一个面状的电流传导层(21)，所述电流传导层设计用于在所述产生区域(22)的一侧上进行横向电流扩展，并且该侧没有金属的或氧化物的电流扩展元件(33)，
其中所述电流传导层(21)与所述接触面中的一个接触面(32)欧姆接触，和
其中所述电流传导层(21)基于与所述产生区域(22)相同的半导体材料体系，并且具有为所述产生区域(22)至少5倍高的平均掺杂材料浓度。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中在俯视图中观察，所述穿通接触部(4)和/或所述汇流排(5)总共的面积与所述产生区域的面积(22)的商在0.02和0.2之间，其中包括边界值。
11.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，
所述半导体激光器还包括生长衬底(7)，在所述生长衬底上生长所述半导体层序列(2)，
其中所述生长衬底(7)是导电的，所述半导体层序列(2)基于材料体系AlInGaAs并且所述半导体激光器(1)是棱边发射器，和
其中所述产生区域(22)包括多个有源层(23)，所述有源层经由在所述产生区域(22)内的隧道二极管(24)彼此串联电连接。
12.根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，
其中所述半导体层序列(2)具有至少两个在俯视图中彼此平行设置的产生区域(22)，
其中所述接触面(31，32)中的至少一个接触面在俯视图中观察处于所述产生区域(22)之间。
13.一种装置(10)，所述装置具有：
-至少一个根据上述权利要求中任一项所述的半导体激光器(1)，和
-驱动器(11)，用于以至少10A的暂时电流以脉冲的方式运行所述半导体激光器(1)，
其中所述半导体激光器(1)无接合线地与所述驱动器(11)电连接，使得两个接触面(31，32)处于所述半导体层序列(2)的朝向所述驱动器(11)的侧上。
14.一种运行方法，借助所述运行方法运行根据上一权利要求所述的装置(10)，
其中脉冲式地以在产生区域(22)中至少30A/mm2的暂时电流密度运行所述半导体激光器(1)。
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GR01 Patent grant
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