CN110140264B - 半导体激光二极管 - Google Patents

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Abstract

提出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有源层(3)，所述有源层具有主延伸平面并且设计用于，在运行时在有源区域(5)中产生光(8)并且经由光耦合输出面(6)放射，其中有源区域(5)从与光耦合输出面(6)相对置的后侧面(7)沿着纵向方向(93)在主延伸平面中朝向光耦合输出面(6)延伸，其中半导体层序列(2)具有表面区域(20)，在所述表面区域上以直接接触的方式施加有连通的接触结构(4)，其中接触结构(4)在至少一个第一接触区域(241)中具有与表面区域(20)直接接触的第一电接触材料(41)并且在至少一个第二接触区域(242)中具有与表面区域(20)直接接触的第二电接触材料(42)，并且其中第一接触区域和第二接触区域(241，242)彼此邻接。

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 2016 125 857.1的优先权，其公开内容通过参引并入本文。
背景技术
在现代的具有脊形波导结构(英语是“ridge”)的高功率半导体激光器中，在下文也称为脊形区域的脊形波导结构的区域中，不仅纵向地而且横向地控制多个模式。在棱面上的由所有起振的模式的总和得出的光强度由此不均匀地分布在整个棱面区域上：由于在棱面的不同位置处的各个模式的不同强度，得出具有较高强度的区域和具有较低强度的区域，所述区域很大程度地与外延生长的结构的设计方案以及芯片设计相关。特别地，具有高强度的区域会引起可靠性问题。因为在这种区域中的棱面负荷能够在局部上变得非常高，所以这会引起材料失效、所谓的COD(“catastrophical optical damage”，灾难性的光学损伤)。局部的烧孔此外会降低这种激光器的效率。
发明内容
特定的实施方式的至少一个目的是，提出一种半导体激光二极管。
该目的通过根据本发明的半导体激光二极管来实现。所述主题的有利的实施方式和改进形式的特征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，所述有源层设置和设计用于，在激光二极管运行时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。此外，半导体激光二极管具有表面区域，在所述表面区域上直接施加有连通的接触结构。接触结构因此以与半导体层序列的表面区域直接接触的方式设置并且在没有其它位于其间的材料的情况下直接邻接于半导体层序列的半导体材料。
有源层例如能够具有恰好一个有源区域。有源区域能够至少部分地通过接触结构与半导体层序列的接触面来限定，也就是说，至少部分地通过如下面来限定，经由所述面将电流注入到半导体层序列从而到有源层中。此外，有源区域附加地也能够至少部分地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。
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，尤其在红外至紫外光谱中的光。特别地，能够制造具有有源层的半导体层序列。此外，直接在半导体层序列的表面区域上施加接触结构。在上文中和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。
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，所述侧面也能够称为所谓的棱面。经由光耦合输出面，半导体激光二极管能够在运行时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合的光学覆层，尤其反射性的或者部分反射性的层或者层序列，所述层或层序列能够形成用于在有源层中产生的光的光学谐振器。有缘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，所述方向在此并且在下文中称为纵向方向。纵向方向尤其能够平行于有源层的主延伸平面。层上下相叠的设置方向、即垂直于有源层的主延伸平面的方向，在此并且在下文中称为竖直方向。垂直于纵向方向并且垂直于竖直方向的方向在此并且在下文中称为横向方向或者侧面方向。纵向方向和横向/侧面方向由此能够展开如下平面，所述平面平行于有源层的主延伸平面。
半导体层序列尤其能够构成为外延层序列，即构成为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。属于基于InAlGaN的半导体层序列的尤其是如下半导体层序列，在所述半导体层序列中，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如下单层，所述单层具有出自III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yN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。具有基于InAlGaN的至少一个有源层的半导体层序列例如能够优选发射在紫外至绿色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InxAlyGa1-x-yP的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。具有基于InAlGaP的至少一个有源层的半导体层序列例如能够优选发射具有在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II-VI族化合物半导体材料体系。特别地，发射光的半导体芯片的有源层能够适合于发射具有在红色至红外的波长范围中的一个或多个光谱分量的电磁辐射，所述有源层具有基于InAlGaAs的材料。
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种元素，例如Be、Mg、Ca、Sr，和出自第六主族的元素，例如O、S、Se。II-VI族化合物半导体材料例如包括：ZnO、ZnMgO、CdS、ZnCdS、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。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其它材料。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，例如SiN或者AlN，或者由这种材料构成。衬底例如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法、例如借助于金属有机气相外延(MOVPE)或者分子束外延(MBE)在生长衬底上生长，并且此外设有电接触部。此外，也能够可行的是，生长衬底在生长工艺之后被移除。在这种情况下，半导体层序列例如也能够在生长之后转移到构成为承载衬底的衬底上。
有源层例如能够具有传统的pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW结构)或者多量子阱结构(MQW结构)来产生光。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型掺杂的或者n型掺杂的载流子运输层，即电子或空穴运输层，高p型掺杂的或者n型掺杂的半导体接触层，未掺杂的或p型掺杂的或n型掺杂的约束层、熔覆层或者波导层、阻挡层、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、阻挡层和/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，半导体激光二极管具有至少一个第一接触区域和至少一个第二接触区域，所述第一接触区域和第二接触区域彼此邻接，并且在所述第一接触区域和第二接触区域中接触结构以与半导体层序列的在上文中已经描述的表面区域直接接触的方式设置。接触结构在第一接触区域中具有第一电接触材料，并且在第二接触区域中具有第二电接触材料。因为第一和第二接触区域直接彼此邻接，第一和第二电接触材料也彼此直接邻接。换言之，第一和第二电接触材料设置在共同的平面中，所述平面平行于半导体层序列的表面区域。此外，共同的平面也能够平行于有源层的主延伸平面。第一和第二电接触材料因此沿着纵向方向和/或横向方向彼此直接邻接。相应地，表面区域在直接并排设置的区域中通过第一和第二接触材料覆盖。
虽然在上文中并且接下来描述具有第一和第二接触材料的第一和第二接触区域，但是半导体激光二极管也能够具有多于两个的接触区域，即例如至少一个第一接触区域、第二接触区域和第三接触区域，在其中不同的接触材料、即例如第一接触材料、第二接触材料和第三接触材料以与半导体层序列的表面区域直接接触的方式设置，并且形成连通的接触结构。此外，也能够在相应的接触区域中设置四种或者更多种不同的接触材料。在上文中并且在下文中结合第一和第二接触区域以及第一和第二接触材料所描述的特征和实施方式同样也适用于多个接触区域和材料材料。
根据另一实施方式，第一和第二接触材料关于与半导体层序列的电接触电阻不同。换言之，这表示：第一电接触材料与半导体层序列的表面区域具有第一电接触电阻，而第二电接触材料与表面区域具有第二电接触电阻，并且第一接触电阻与第二接触电阻不同。尤其优选地，这两种电接触材料中的至少一种或者这两种电接触材料形成与半导体层序列的具有欧姆特性的表面区域的电接触。替选于或者附加于不同的接触电阻，第一接触材料能够具有第一导电性并且第二接触材料能够具有第二导电性，所述第一导电性和第二导电性彼此不同。
由于接触结构的电接触材料的不同的电接触电阻和/或不同的导电性，能够实现：在至少一个第一接触区域中的电流注入与在至少一个第二接触区域中的电流注入不同。在半导体层序列的设置用于电源线的通过接触结构电接触的表面区域中，因此在半导体激光二极管运行时电流注入不均匀地进行。更确切地说，电流注入局部地改变，这会引起在有源区域中各个模式的不同程度的泵浦，所述模式由此能够有针对性地在起振时被防止或者其起振能够被有针对性地支持。通过在此所描述的接触结构，因此能够有针对性地控制半导体激光二极管的模式表现，以便例如能够将在有源区域中从而也在光耦合输出面上的强度分布均匀化，这能够引起效率和可靠性的提高。
相对于此，在现有技术中已知的是，大面积施加的均匀的接触材料的一部分借助由电介质构成的电绝缘层覆盖并且所述部分仅在特定的区域中打开，在所述区域中于是能够电连接到位于其上的接合焊盘上。以这种方式基本上仅在绝缘层中打开的部位处注入电流，所述电流能够仅由于接触材料的横向导电性在待接触的表面区域上分布。这引起：半导体的远离开口的区域与直接位于开口下方的区域相比更小地通电。由此，虽然也能够在一定程度上控制模式动态。然而该设计的显著的缺点在于，电介质通常与例如金属相比具有更小的导热性。因为现代的功率激光器实际上无例外地借助所描述的接触区域向下安装在热沉上，所以使用这种电介质但是引起所产生的损失热量的差的导出从而引起器件的使用寿命和效率的降低。
相反地，在此处所描述的接触结构中，通过适当地选择电接触材料以及通过将所述电接触材料以适当的几何方式设置在半导体层序列的表面区域上，能够实现所期望的局部不同的电流注入，而在该情况下不需要将接触结构的一部分与设置用于外部电连接的接合层电绝缘。由此能够实现与现有技术相比明显更好的散热，这能够引起效率和可靠性的进一步提高。
根据另一实施方式，半导体层序列施加在衬底上并且表面区域通过半导体层序列的背离衬底的表面的至少一部分形成，在所述表面区域上设置有接触结构。此外，具有表面区域的半导体层尤其能够是半导体层序列的p型掺杂的一侧的一部分，使得接触结构相应地设置和设计用于接触半导体激光二极管的p型侧。如果半导体激光二极管借助p型侧向下例如安装在热沉或者其它载体上，那么也称为p朝下安装(p-down-Montage)。如之前已经阐述的那样，接触结构的在此所描述的构成方案对于良好的散热是有利的，这尤其能够在p向下安装时起作用。但是替选于此，半导体层序列的具有接触结构的一侧也能够是n型侧。
根据另一实施方式，半导体层序列具有脊形波导结构。脊形波导结构例如能够在半导体层序列的背离衬底的一侧上构成。脊形波导结构能够具有脊上侧和邻接于其的脊侧面，并且尤其能够通过从半导体层序列的背离衬底的一侧移除半导体材料的一部分来产生。脊形波导结构沿着纵向方向伸展并且沿着侧面方向在两侧通过脊侧面限界以及沿着竖直方向在背离有源层的一侧上通过脊上侧限界。脊侧面以及半导体层序列的其余的邻接于脊形波导结构的上侧例如能够通过钝化材料覆盖。由于在脊形波导结构的脊侧面处因从半导体材料转变成钝化材料而造成的折射率突变，能够引起在有源层中所产生的光的所谓的指数控制，这能够促进有缘区域的构成。半导体层序列的通过接触区域直接接触的表面区域能够通过脊上侧的一部分或者尤其优选通过整个脊上侧形成。替选于此，半导体激光二极管也能够构成为不具有脊形波导结构的所谓的宽条激光二极管，其中在这种情况下通过接触结构直接接触的表面区域尤其能够通过半导体层序列的与衬底相对置的上侧的一部分形成。上侧的其余部分能够通过钝化材料覆盖。
根据另一实施方式，通过接触区域电接触的表面区域通过半导体层序列的半导体接触层形成。半导体接触层能够通过高掺杂的半导体层形成，所述高掺杂的半导体层与接触结构的电接触材料中的至少一种构成小的电接触电阻。如果接触结构设置在p型侧上，那么半导体接触层尤其能够是p+-掺杂的半导体层。
根据另一实施方式，半导体接触层在至少一个第一接触区域中具有第一导电性并且在至少一个第二接触区域中具有第二导电性，所述第二导电性与第一导电性不同。通过不同的导电性结合不同的电接触材料，能够附加地控制局部改变的电流注入。半导体接触层例如能够局部地关于其材料结构改性。特别地，半导体接触层能够在至少一个第一接触区域中或者在至少一个第二接触区域中改性。所述改性例如能够通过等离子体处理，通过植入减小导电性的材料、例如氢，通过刻蚀或者通过借助湿化学物质、如酸或者碱处理来实现。改性的材料结构优选能够从表面区域伸展直至大于或等于0.1nm并且小于或等于50nm的深度。通过这种措施能够有针对性地局部减小半导体接触层的导电性。尤其优选地，在如下接触区域中进行这种改性，所述接触区域与电接触材料直接接触，所述电接触材料与表面区域具有更高的电接触电阻或者所述电接触材料具有更小的导电性，使得能够实现电流注入的更加明显的局部改变。此外，也能够可行的是，通过适当的措施局部地提高半导体接触层的导电性。
至少一个第一接触区域和至少一个第二接触区域的几何形状从而相应地还有第一和第二接触材料的几何形状尤其能够关于所期望的模式控制来选择。一些尤其有利的形状在此能够通过条形和岛形得出。至少一个第一接触区域和/或至少一个第二接触区域例如能够以一个或多个条的形式构成。这种条尤其能够具有沿着纵向方向的主延伸方向。此外，这种条能够沿着在主延伸方向上的伸展具有保持不变的或者改变的宽度。因此，这种条例如能够朝向棱面变宽或变窄。此外，至少一个第二接触区域例如能够沿着纵向方向和侧面方向包围至少一个第一接触区域。尤其优选地，在这种情况下，第一电接触材料与第二电接触材料相比具有与半导体层序列的表面区域的更小的电接触电阻和/或更高的导电性。第一接触区域在这种情况下例如也能够岛状地以圆形的或者其他形状的岛的形式构成。
根据另一实施方式，接触结构在多个第一接触区域中和/或在多个第二接触区域中接触半导体层序列的表面区域。由此，接触结构能够具有一个或多个具有第一接触材料的区域以及一个或多个具有第二接触材料的区域，其中这些区域中的每个区域都能够具有根据上面描述的特征。在多个第一接触区域的情况下，所述第一接触区域关于其几何形状能够全部相同地构成或者也能够不同地构成。同样地，在多个第二接触区域的情况下，所述第二接触区域关于其几何形状能够全部相同地构成或者也能够不同地构成。
根据另一实施方式，在接触结构上施加接合层，所述接合层设置用于在外部电连接半导体激光二极管。接合层例如能够实现将半导体激光二极管焊接在热沉或者另一载体上。接合层尤其能够直接接触至少接触结构的子区域或者也能够直接接触整个接触结果或者也能够形成接触结构的一部分。
根据另一实施方式，选自第一接触材料和第二接触材料的材料中的一种材料是接合层的一部分，所述接合层直接覆盖选自第一接触材料和第二接触材料的材料中的另一种材料。第一电接触材料例如能够与接合层不同，而第二接触材料通过接合层的一部分形成。换言之，接合层在这种情况下在第一接触材料上延伸以及也延伸进入到位于具有第一接触材料的区域之间的区域中。接触结构在这种情况下由此通过由第一接触材料以及由接合层的如下部分构成的结构化的层形成，所述部分在第二接触区域中直接接触半导体层序列的表面区域。
根据另一实施方式，第一和第二接触材料与接合层不同。接触结构在这种情况下通过连通的层形成，所述连通的层整面地直接接触表面区域，并且接合层以直接接触的方式施加在所述连通的层上。
为了制造接触结构能够大面积地施加接触材料中的一种，即第一接触材料或第二接触材料。通过光刻技术于是能够将接触材料对应于所属的接触区域结构化。此外，借助于适当的掩模和剥离法也可以进行结构化的施加。其它接触材料于是能够在露出的区域中施加。为此，例如也能够使用所提到的结构化的方法中的一种。
第一和第二接触材料尤其能够分别具有金属、金属合金或者金属混合物或者透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)或者氧化锌(ZnO)，或者由其构成。对于之前所描述的实施方式，尤其下述用于接触结构和接合层的材料是有利的：第一接触材料例如能够具有或者是选自Pd、Pt、ITO、ZnO、Ni和Rh的一种或多种材料。第二接触材料例如能够具有如下材料中的一种或多种材料或由如下材料中的一种或多种构成：Pd、Pt、ITO、ZnO、Ni、Rh、Ti、Pt、Au、Cr、(Ti)WN、Ag、Al、Zn、Sn以及它们的合金，其中第二接触材料与第一接触材料不同。接合层例如能够具有选自Ti、Pt、Au、Cr、(Ti)WN、Ag、Al和ITQ的一种或多种材料或者由其构成，其中接合层材料根据材料选择也能够形成第二接触材料以及与第一接触材料不同。接合层例如也能够具有层堆，所述层堆具有多个层，所述多个层具有不同的材料，接合层例如具有如下层堆，所述层堆例如具有带有Ti、Pt和Au的层。接触结构的厚度例如能够通过第一接触材料的厚度来预设并且尤其优选大于或等于20nm并且小于或等于120nm。此外，更小的厚度也是可行的。特别地，第一接触材料能够具有整个单层的厚度或者具有单层的一部分的厚度，例如在Cr或者所提到的材料中的其它材料的情况下。附加地，大于或等于单层并且小于或等于20nm的厚度也是可行的。
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1D示出根据多个实施例的半导体激光二极管的示意图，
图2A和2B示出根据其它实施例的半导体激光二极管的示意图，
图3A至3F示出根据其它实施例的半导体激光二极管的示意图，图4至5C示出根据其它实施例的半导体激光二极管的示意图，以及
图6A和6B示出根据其它实施例的半导体激光二极管的示意图。
在实施例和附图中，相同的、同类的或者起相同作用的元件分别设有相同的附图标记。所示出的元件和其彼此间的大小关系不应视为是符合比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解，能够夸大地示出个别元件，例如层、构件、器件和区域。
具体实施方式
在图1A至1C中示出半导体激光二极管100的一个实施例，其中图1A示出光耦合输出面6的俯视图，而图1B示出借助垂直于光耦合输出面6的剖平面贯穿半导体激光二极管100的剖面图。图1C示出图1A的视图的局部。接下来的描述同样涉及图1A至1C。
半导体激光二极管100具有衬底1，所述衬底例如是用于在其上外延生长的半导体层序列2的生长衬底。替选于此，衬底1也能够是承载衬底，将在生长衬底上生长的半导体层序列2在生长之后转移到所述承载衬底上。衬底1例如能够具有GaN或者由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。除此之外，其它材料、尤其如在概述部分中所描述的那样也可以用于衬底1和半导体层序列2。替选于此，也可行的是，半导体激光二极管100没有衬底。在这种情况下，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时产生光8，尤其在超过激光器阈值时产生激光，并且经由光耦合输出面6放射。此外，将半导体层序列2在剥离生长衬底之后重新接合到辅助衬底上。优选地，这能够以p侧向下技术(p-side-down-Technologie)进行，优选到高导热的衬底上。可能的衬底材料尤其能够是碳化硅、氮化铝、硅、锗、蓝宝石、金刚石、类金刚石碳(DLC：“diamond-like carbon”)和Cu复合材料。
如在图1A和1B中所表明的那样，在此并且在下文中将如下方向称为横向或侧面方向91，所述方向在光耦合输出面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的层彼此间的设置方向以及半导体层序列2在衬底1上的设置方向在此并且在下文中称为竖直方向92。垂直于侧面方向91和竖直方向92构成的方向在此并且在下文中称为纵向方向93，所述纵向方向对应于如下方向，光8沿着所述方向放射。
在半导体层序列2的背离衬底1的一侧上在表面区域20上施加接触结构4，所述接触结构设置用于电接触半导体层序列2并且尤其用于从半导体层序列2的背离衬底1的一侧注入电流。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，所述另一电极层出于概览原因未示出。半导体层序列2除了有源层3之外还具有其它半导体层，例如包覆层、波导层、阻挡层、电流扩展层和/或电流限制层，其为了简化视图分别未示出。
此外，半导体层序列2的背离衬底1的上侧除了表面区域20之外由钝化材料19覆盖，在所述表面区域中接触结构4接触半导体层序列2，所述钝化材料例如能够具有或者是电绝缘的氧化物、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。除此之外，具有选自如下材料中的一种或多种材料的其它氧化物、氮化物和氮氧化物也是可行的：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和相对置的形成半导体层序列2和衬底1的侧面的后侧面7上施加反射性的或者部分反射性的层或层序列，所述层或层序列同样出于概览原因未示出并且设置和设计用于构成半导体层序列2中的光学谐振器。
在半导体层序列2的背离衬底1的上侧上，在所示出的实施例中，脊形波导结构9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来构成。脊形波导结构9沿着纵向方向93伸展并且在背离衬底1的一侧上具有脊上侧10，所述脊上侧形成表面区域20，在所述表面区域上以直接接触的方式施加接触结构4。此外，脊形波导结构9沿着侧面方向91在两侧通过脊侧面11限界。脊侧面11如在其旁边设置的上侧区域那样同样通过钝化材料19覆盖。由于在脊侧面11处因从半导体材料转变成钝化材料19造成的折射率突变，能够引起在有源层3中所产生的光的所谓的指数控制，这能够连同电流注入一起贡献于有源区域5的构成，所述有源区域说明在半导体层序列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增强。如在图1A中所示出的那样，脊形波导结构9能够通过横向地在脊旁边在两侧完全移除半导体材料来形成。替选于此，也能够构成所谓的“三脚架”，其中横向地在脊旁边仅沿着两个沟槽移除半导体材料。在这种情况下，这些沟槽尤其能够从光耦合输出面6延伸直至后侧面7。此外，在术语“Buried Heterostructure(掩埋异质结构)”下已知的结构也是可行的。
为了外部电连接半导体激光二极管100，所述半导体激光二极管还在接触结构4上以与该接触结构电接触的方式具有接合层15，所述接合层如在图1A和1B中可看到的那样能够大面积地施加。接合层1例如能够设置和设计用于，将半导体激光二极管100焊接在热沉或者另一外部载体上。通过钝化材料19能够实现：通过接合层15仍仅对接触结构4从而仅对为此设置的表面区域20进行电接触。半导体层序列2的朝向接触结构4的一侧尤其能够是p型掺杂的，使得通过借助于接合层15的这种焊接能够实现半导体激光二极管100的所谓的p朝下安装。
接触结构4以直接接触的方式施加在表面区域20上并且连通地且大面积地覆盖所述表面区域。尤其优选地，整个表面区域20，在所示出的实施例中即整个脊上侧10由接触结构4覆盖。特别地，半导体激光二极管100具有至少一个第一接触区域241和至少一个第二接触区域242，所述第一接触区域和第二接触区域彼此直接邻接并且在所述第一接触区域和第二接触区域中接触结构4以与半导体层序列2的表面区域20直接接触的方式设置。接触结构4在第一接触区域241中具有第一电接触材料41并且在第二接触区域242中具有第二电接触材料42，所述第一电接触材料和第二电接触材料同样彼此直接邻接，使得第一和第二电接触材料41，42设置在共同的平面中，所述平面平行于半导体层序列2的表面区域20。在所示出的实施例中，接触结构4纯示例性地在多个第一和第二接触区域241、242中接触表面区域20，使得接触结构4相应地具有多个区域，所述多个具有第一和第二接触材料41、42。接触区域或接触材料的优选的几何设计方案结合下面的实施例阐述。
第一接触材料41和第二接触材料42关于其相应的与半导体层序列2的电接触电阻不同。第一电接触材料41与表面区域20具有第一电接触电阻，而第二电接触材料42与表面区域20具有第二电接触电阻，其中第一接触电阻和第二接触电阻彼此不同。替选地或者附加地，接触材料41、42的相应的导电性也能够不同。如在概述部分中所描述的那样，由此能够局部地改变到半导体层2中的电流注入，使得能够有针对性地增强或抑制有源区域中的各个激光模式。与之相应地，半导体激光二极管100的模式表现能够横向地并且纵向地通过适当地构成接触结构4来控制。在其旁边，如同样在概述部分中所描述的那样，进行表面区域20的良好的热连接，使得能够实现良好的散热。
在此处所描述的半导体激光二极管100中，第一接触材料41结构化地构成。这例如能够通过大面积的施加和随后局部的移除来进行，尤其通过光刻技术进行局部的移除。替选于此，结构化的施加能够借助于适当的掩模和剥离工艺来进行。通过第一接触材料41的结构化，第二接触区域242不具有第一接触材料41。接合层15直接地并且在没有在现有技术中常见的部分地在其间设置的电绝缘层的情况下施加到结构化的第一接触材料41上并且尤其在第二接触区域242中直接施加到表面区域20上并且在该处形成第二接触材料42。接触材料41、42的电接触电阻在所示出的实施例中尤其选择为，使得第一接触材料41与表面区域20的第一接触电阻小于第二接触材料42与表面区域20的第二接触电阻。替选地或者附加地，接触材料41、42的导电性选择为，使得第一接触材料41的第一导电性大于第二接触材料42的第二导电性。第一接触材料41为此例如能够具有Pd或由其构成，而接合层15能够具有Ti/Pt/Au金属层堆或由其构成，使得第二接触材料42能够相应地具有Ti或者由其构成。替选地或者附加地，其它在上文中在概述部分中所提到的材料也是可行的。
在图1D中示出另一实施例的局部，其中半导体激光二极管100相对于在图1A至1C中示出的实施例构成为不具有脊形波导结构的所谓的宽条激光二极管。通过接触结构4直接接触的表面区域20在此通过半导体层序列2的上侧的如下部分限定，所述部分不由钝化材料19直接覆盖。之前的涉及接触结构4的描述也适用于该实施例。
在接下来的附图中根据对应于图1C的视图的局部以及根据沿着竖直方向观察的表面区域20的俯视图示出半导体激光二极管100的改型和改进形式。即使当其它附图示出具有脊形波导结构9的半导体激光二极管时，所描述的特征也适用于不具有脊形波导结构的半导体激光二极管。
在图2A中示出的实施例中，半导体层序列2具有半导体接触层21作为最上部的半导体层。半导体接触层21的背离有源层3的上侧由此形成直接通过接触结构4接触的表面区域20。半导体接触层21与直接位于其下方的半导体层相比具有更高的掺杂，使得与接触结构的电接触电阻能够减小。如果半导体层序列2的朝向接触结构4的一侧如在更上文中所描述的那样是p型掺杂的，那么半导体接触层21例如通过p+-GaN形成。
在图2B中示出另一实施例，其中半导体接触层21具有如下区域，所述区域具有改性的材料结构22。所述材料结构纯示例性地在第二接触区域242中构成，并且引起：该区域中的导电性与不具有改性的材料结构的区域相比减小，以至于在与上文所描述的在第一和第二接触区域241、242中不同的电接触电阻和/或第一和第二接触材料41、42的不同的导电性相互作用时能够增大在第一接触区域241和第二接触区域242中注入电流时的差别。所述改性例如能够伸展直至大于或等于0.1nm并且小于或等于50nm的深度并且通过等离子体处理，植入减小导电性的材料、例如氢，或者通过刻蚀，或者通过借助湿化学物质、如氧或碱的处理来制造。此外，也能够可行的是，导电性局部地通过适当的措施提高。
在图3A至3F中示出在表面区域20上的第一和第二接触区域241、242的有利的几何设计方案，所述几何设计方案相应地也适用于第一和第二电接触材料并且能够实现对模式结构的所期望的尤其有利的影响。此外，对于所示出的设计方案而言尤其有利的是，施加在第一接触区域241中的第一接触材料具有与表面区域20的第一接触电阻，所述第一接触电阻小于第二接触材料与表面区域20的第二接触电阻，所述第二接触材料施加到第二接触区域242中，和/或第一接触材料41与第二接触材料42相比具有更高的导电性。
在图3A和3B中示出第一接触区域241，所述第一接触区域条状地构成。优选地，半导体激光二极管具有一个条状的第一接触区域，或者如在图3A中所示出的那样，具有两个条状的第一接触区域241，或者如在图3B中所示出的那样，具有三个条状的第一接触区域241。但是多于三个的条状的第一接触区域也是可行的。条如所示出的那样具有优选沿着纵向方向的主延伸方向。在这种情况下，第一接触区域241由连通的第二接触区域242沿着纵向方向和横向方向围绕，使得在这种情况下表面区域20的如下区域没有第一接触材料，所述区域邻接于表面区域20的棱面和侧部，在脊形波导结构的情况下，即邻接于脊侧面。替选于此，条状的第一接触区域241也能够延伸直至表面区域20的棱面和/或侧部，使得至少在第一种情况下于是在表面区域20上同样构成条状的第二接触区域242。此外，沿着横向方向伸展的条也是可行的，通过所述条例如能够引起：在棱面区域中不那么强地泵浦，或者在光耦合输出面处的区域与在后侧面处的区域相比更强地或更弱地泵浦。
在图3A中还绘制第一接触区域241距表面区域20的边缘的以及彼此间的距离94、95和96以及沿着横向方向的条宽度97。条距棱面的距离94的有利的值大于或等于5μm并且小于或等于50μm，距表面区域20的侧部的距离95的有利的值，在脊形波导结构的情况下因此距脊侧面的距离的有利的值大于或等于0μm并且小于或等于3μm。彼此相邻的第一接触区域241的横向距离96的有利的值大于或等于1μm并且小于或等于30μm。横向的脊宽度97的有利的值大于或等于5μm并且小于或等于30μm。表面区域20的典型的量值、在脊形波导结构的情况下即脊上侧的典型的量值，对于沿着纵向方向的长度而言能够是大于或等于300μm并且小于或等于3mm的范围，以及对于沿着横向方向的宽度而言能够是大于或等于5μm并且小于或等于300μm的范围。
在图3C和3D中示出如下设计方案，其中条的横向宽度改变，即如所示出的那样例如从棱面沿着纵向方向朝向中部增加或减小。由此，在棱面附近并且在谐振器的中央的模式分布能够彼此无关地设定。在这种情况下，条纯示例性地沿着横向方向伸展直到表面区域20的侧部边缘上。
在图3E中示出第一和第二接触区域241、242的有利的几何设计方案的另一实施例，其中第一接触区域241的宽度部段地改变并且尤其在沿着纵向方向的整个长度上阶梯状地振动。
在图3F中示出第一和第二接触区域241、242的有利的几何设计方案的另一实施例，其中多个岛状的第一接触区域241以在表面区域20上分布的方式设置。第一接触区域241具有圆形的形状，所述圆形的形状优选具有大于或等于0.5μm并且小于或等于10μm的直径和彼此间大于或等于0.5μm并且小于或等于10μm的间距。第一接触区域241距表面区域20的棱面和侧部边缘的最小距离优选大于或等于0μm并且小于或等于30μm。通过适当地选择第一接触区域241的大小、分布密度和距离，能够自由地设定电流注入，所述第一接触区域能够在表面区域20中自由地选择。替选于所示出的圆形的形状，第一接触区域241也能够具有其它形状，例如其它环绕的或者多边形的形状。
在图4中示出半导体激光二极管的另一实施例，其中钝化材料19部分地伸展到接触结构4和接合层15之间从而将接触结构4的子区域与接合层15电绝缘。在所示出的实施例中，钝化材料19尤其经过脊形波导结构9的横向侧棱延长到第一接触材料41的一部分上。由此能够实现脊形波导结构9的侧棱区域的热绝缘，由此能够有利于在脊形波导结构9中的均衡的温度分布。由此，能够抵抗热透镜的形成。此外，到脊形波导结构9的横向的边缘区域中的电流注入由此仅与第一接触材料41的横向导电性相关地进行，使得该区域能够更小程度地通电。因此，能够减小或防止所谓的边模(Seitenmoden)的起振，即在脊形波导棱边处的强度过高。钝化材料19在表面区域20上的重叠宽度优选大于或等于0.1μm或者大于或等于0.5μm并且小于或等于5μm或者小于或等于20μm。
在图5A至5C中示出钝化材料19在接触结构和接合层之间的有利的设置的多个实施例，其中钝化材料19不仅能够设置在棱边区域中而且如在图5B和5C中所示出的那样也能够设置在中部区域中。出于概览原因，在图5A至5C中仅示出在具有所表明的第一和第二接触区域241、242的表面区域20上的钝化材料19。在图4至5C中所示出的实施例可与所有其它所示出的实施例组合。
在图6A和6B中示出半导体激光二极管的两个实施例，这两个实施例对应于在上文中结合图2A和2B所示出的实施例，然而其中与迄今为止所示出的实施例相反地，接触结构4通过连通的层形成，所述层整面地直接接触表面区域20并且在所述层上施加有接合层15。接触结构4为此除了在第一接触区域241中的第一接触材料41之外还具有在第二接触区域242中的第二接触材料42，所述第二接触材料与第一接触材料41不同并且与接合层145不同。为此，在施加第一接触材料41之后，表面区域20的未由第一接触材料41覆盖的区域由第二接触材料42覆盖。紧接着直接在其上施加接合层15。作为用于第一接触材料41、第二接触材料42和接合层15的材料，在上文中在概述部分中所提到的材料是适合的。
即使在所示出的实施例中仅描述具有第一和第二接触材料的第一和第二接触区域，但是也能够在相应的接触区域中存在多于两种不同的接触材料。结合第一和第二接触区域以及第一和第二接触材料描述的特征和实施例同样也适用于更多个接触区域和接触材料。
在附图中所示出的实施例和尤其分别所描述的特征不受限于在附图中分别示出的组合。更确切地说，所示出的实施例以及各个特征能够彼此组合，即使当并非所有组合可行性都明确地描述时也如此。除此之外，在附图中所描述的实施例替选地或者附加地具有根据在概述部分中的说明的其它特征。
本发明不受根据实施例进行的描述而局限于此。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，即使当所述特征或所述组合本身没有明确地在实施例中说明时也如此。
附图标记列表
1 衬底
2 半导体层序列
3 有源层
4 接触结构
5 有源区域
6 光耦合输出面
7 后侧面
8 光
9 脊形波导结构
10 脊上侧
11 脊侧面
15 接合层
19 钝化材料
20 表面区域
21 半导体接触层
22 改性的材料结构
40 接触层
41 第一接触材料
42 第二接触材料
91 横向方向
92 竖直方向
93 纵向方向
94、95、96 距离
97 宽度
100 半导体激光二极管
241 第一接触区域
242 第二接触区域

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有源层（3），所述有源层具有主延伸平面并且设计用于，在运行时在有源区域（5）中产生光（8）并且经由光耦合输出面（6）放射，
其中所述有源区域（5）从与所述光耦合输出面（6）相对置的后侧面（7）沿着在所述主延伸平面中的纵向方向（93）朝向所述光耦合输出面（6）延伸，
其中所述半导体层序列（2）具有表面区域（20），在所述表面区域上以直接接触的方式施加有连通的接触结构（4），
其中所述接触结构（4）在至少一个第一接触区域（241）中具有与所述表面区域（20）直接接触的第一电接触材料（41），并且在至少一个第二接触区域（242）中具有与所述表面区域（20）直接接触的第二电接触材料（42），
其中所述第一接触区域（241）和第二接触区域（242）彼此邻接，并且
其中所述第一接触材料（41）和所述第二接触材料（42）形成连通的接触层，在所述接触层上施加有接合层（15），和/或选自所述第一接触材料（41）和所述第二接触材料（42）的材料中的一种材料是接合层的一部分，所述接合层覆盖选自所述第一接触材料（41）和所述第二接触材料（42）的材料中的另一种材料，并且
其中所述第一接触材料（41）和/或所述第二接触材料（42）部分地由钝化材料（19）覆盖。
2.根据权利要求1所述的半导体激光二极管（100），
其中所述第一电接触材料（41）与所述表面区域（20）具有第一电接触电阻，并且所述第二电接触材料（42）与所述表面区域（20）具有第二电接触电阻，并且所述第一接触电阻和第二接触电阻彼此不同。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述第一电接触材料（41）和所述第二电接触材料（42）形成与所述表面区域（20）的电接触，所述表面区域具有欧姆特性。
4.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述第一电接触材料（41）具有第一导电性并且所述第二电接触材料（42）具有第二导电性，并且所述第一导电性和第二导电性彼此不同。
5.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述半导体层序列（2）施加在衬底（1）上，并且所述表面区域（20）通过所述半导体层序列（2）的背离所述衬底（1）的表面的至少一部分形成。
6.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述半导体层序列（2）具有脊形波导结构（9），所述脊形波导结构具有脊上侧（10）和邻接于其的脊侧面（11），并且所述表面区域（20）通过所述脊上侧（10）形成。
7.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述表面区域（20）通过所述半导体层序列（2）的半导体接触层（21）形成。
8.根据权利要求7所述的半导体激光二极管（100），
其中所述半导体接触层（21）在所述第一接触区域（241）中具有第一导电性并且在所述第二接触区域（242）中具有第二导电性。
9.根据权利要求7所述的半导体激光二极管（100），
其中所述半导体接触层（21）局部地具有改性的材料结构（22）。
10.根据权利要求9所述的半导体激光二极管（100），
其中所述改性的材料结构（22）通过等离子体处理、通过植入降低导电性的材料、通过刻蚀或者通过借助湿化学物质的处理来制造。
11.根据权利要求9所述的半导体激光二极管（100），
其中所述改性的材料结构（22）从所述表面区域伸展直到大于或等于0.1nm并且小于或等于50nm的深度。
12.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述至少一个第一接触区域（241）和/或所述至少一个第二接触区域（242）以条的形式构成。
13.根据权利要求12所述的半导体激光二极管（100），
其中所述条具有沿着纵向方向（93）的主延伸方向。
14.根据权利要求12所述的半导体激光二极管（100），
其中所述条具有改变的宽度。
15.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述至少一个第二接触区域（242）围绕所述至少一个第一接触区域（241）。
16.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述至少一个第一接触区域（241）岛状地构成。
17.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述接触结构（4）在多个第一接触区域（241）和/或第二接触区域中电接触所述表面区域（20）。
18.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述第一接触材料（41）具有选自Pd、Pt、ITO、ZnO、Ni和Rh中的一种或多种材料，并且所述第二接触材料（42）具有选自Pd、Pt、ITO、ZnO、Ni、Rh、Ti、Pt、Au、Cr、（Ti）WN、Ag、Al、Zn、Sn以及它们的合金中的一种或多种材料，其中所述第二接触材料与所述第一接触材料（41）不同。
19.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述接触结构（4）具有大于或等于单层并且小于或等于20nm的厚度，并且所述接触结构（4）的厚度通过所述第一接触材料（41）的厚度来预设。
20.根据权利要求1或2所述的半导体激光二极管（100），
其中所述接触结构（4）具有大于或等于20nm并且小于或等于120nm的厚度，并且所述接触结构（4）的厚度通过所述第一接触材料（41）的厚度来预设。
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