DE102007001743A1

DE102007001743A1 - Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE102007001743A1
Application number: DE102007001743A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. König; Marc Dr. Philippens; Martin Müller
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-04-03
Also published as: US20080181277A1; DE502007002538D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser mit einer laseraktiven Schichtenfolge (1), die eine erste Hauptfläche (1003) aufweist, auf der eine Wärmeleitschicht (3) angeordnet ist, die Kohlenstoff-Nanoröhren (30) enthält, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterlasers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
Die Emissionseigenschaften eines Halbleiterlasers hängen sehr stark von der Temperatur im aktiven Bereich des Lasers ab. Eine Erhöhung der Temperatur des aktiven Bereichs durch Verlustwärme, die im Betrieb des Halbleiterlasers im aktiven Bereich und/oder in dessen Umgebung entsteht, führt zu einer unzureichenden Emissionscharakteristik des Halbleiterlasers.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiterlaser anzugeben, bei dem Verlustwärme besonders effizient vom aktiven Bereich abtransportiert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterlaser gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers gemäß Anspruch 27 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Halbleiterlasers bzw. des Verfahrens sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Offenbarungsgehalt hiermit explizit in die Beschreibung aufgenommen wird.
Ein Halbleiterlaser gemäß der Erfindung umfasst insbesondere eine laseraktive Halbleiterschichtenfolge und eine Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist und die auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Wärmeleitschicht auf einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die Wärmeleitschicht bedeckt also vorzugsweise die Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht auf die erste Hauptfläche stellenweise oder vollständig. Die Haupterstreckungsebenen der Halbleiterschichtenfolge und der Wärmeleitschicht sind bevorzugt zueinander parallel, sodass die erste Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge und eine Hauptfläche der Wärmeleitschicht einander zugewandt sind und/oder aneinander angrenzen.
Die Ausdrücke "auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet" und „auf einer ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet", umfassen dabei sowohl Ausführungsformen, bei denen die Wärmeleitschicht direkt an die Halbleiterschichtenfolge angrenzt, als auch solche Ausführungsformen, bei denen mindestens eine weitere Schicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Wärmeleitschicht angeordnet ist.
Die laseraktive Halbleiterschichtenfolge weist einen aktiven Bereich, insbesondere eine aktive Schicht, auf, die zur Erzeugung von Laserstrahlung vorgesehen ist.
Der aktive Bereich umfasst vorzugsweise einen laseraktiven pn-Übergang. Der laseraktive pn-Übergang weist beispielsweise eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf (SQW) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 , US 5,831,277 , US 6,172,382 B1 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugte Laserstrahlung wird entweder durch eine Flanke der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge emittiert (Kantenemitter) oder durch eine Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge (Oberflächenemitter). Der aktive Bereich der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge wird im Betrieb des Halbleiterlasers elektrisch gepumpt, also durch Einprägen eines elektrischen Stroms in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge, und/oder er wird optisch gepumpt, also durch Bestrahlen der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge mit elektromagnetischer Strahlung. Der elektrische Strom und/oder die elektromagnetische Strahlung sind dabei zweckmäßigerweise dazu geeignet, eine Besetzungsinversion im aktiven Bereich zu erzeugen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die laseraktive Halbleiterschichtenfolge eine Pumpstrahlungsquelle, die geeignet ist, den aktiven Bereich optisch zu pumpen.
Beispiele für laseraktive Halbleiterschichtenfolgen und für Verfahren zur deren Herstellung sind in den Druckschriften WO 02/49168 A2 und WO 02/067393 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die in der Wärmeleitschicht enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhren ("carbon nanotubes") sind röhrenförmige, in der Regel mikroskopisch kleine Gebilde, die Kohlenstoff enthalten oder daraus bestehen. Wie bei Graphit haben die Kohlenstoffatome einer Kohlenstoff-Nanoröhre in der Regel drei nächste Kohlenstoffnachbarn. Die Kohlenstoffatome bilden eine wabenartige Struktur, die üblicherweise vorwiegend oder ausschließlich sechseckige Grundeinheiten aufweist, in deren Ecken die Kohlenstoffatome sitzen. Während bei Graphit die wabenartige Struktur sich in einer Ebene erstreckt, ist sie bei Kohlenstoff-Nanoröhren zu einer Röhre gebogen, die in der Regel einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist.
Bei einer Ausführungsform sind zumindest einige, vorzugsweise jedoch ein Großteil oder alle, der Kohlenstoff-Nanoröhren auf mindestens einer Seite geschlossen. Alternativ oder zusätzlich können sie auch durch Trennschichten, die Kohlenstoffatome enthalten und die im Wesentlichen parallel zur Grundfläche der Kohlenstoff-Nanoröhre verlaufen, in eine Mehrzahl von Segmenten untergliedert sein. Beispielsweise sind die Trennschichten Monolagen aus Kohlenstoffatomen.
Die Wärmeleitschicht enthält einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren, mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren mit Wänden, die in Draufsicht auf die Grundfläche der Kohlenstoff-Nanoröhre spiralförmig sind.
Vorzugsweise besteht die Wärmeleitschicht praktisch ausschließlich aus Kohlenstoff. Obwohl die Wärmeleitschicht vorzugsweise im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, kann es – beispielsweise bedingt durch das Herstellungsverfahren – vorkommen, dass der Kohlenstoff nicht ausschließlich in Form von Nanoröhren, sondern z. B. auch als Graphit, als Fullerene und/oder amorph in der Wärmeleitschicht vorliegt. Bevorzugt weist jedoch ein möglichst großer Anteil der Wärmeleitschicht Kohlenstoff-Nanoröhren auf. Beispielsweise ist der Anteil der von Kohlenstoff-Nanoröhren bedeckten Fläche in Draufsicht auf eine Hauptfläche der Wärmeleitschicht größer oder gleich 30%, bevorzugt größer oder gleich 50%.
Die Dicke der Wände ist beispielsweise kleiner oder gleich 10 nm, vorzugsweise ist sie kleiner oder gleich 2 nm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 nm. Der Außendurchmesser der Grundfläche einer Kohlenstoff-Nanoröhre, anders ausgedrückt der Querschnitt der Kohlenstoff-Nanoröhre, ist beispielsweise kleiner oder gleich 50 nm, vorzugsweise kleiner oder gleich 10 nm. Die Länge einer Kohlenstoff-Nanoröhre beträgt beispielsweise zwischen 1 μm und 500 μm. Vorzugsweise hat eine Mehrzahl der Kohlenstoff-Nanoröhren eine Länge zwischen 1 und 20 μm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 μm. Besonders bevorzugt hat die Wärmeleitschicht eine Dicke, die zumindest im Wesentlichen der Länge oder einer mittleren Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren entspricht. Bei einer alternativen Ausführungsform entspricht die Dicke der Wärmeleitschicht einem ganzzahligen Vielfachen der Länge beziehungsweise der mittleren Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren.
Die Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, hat mit Vorteil eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit. Die in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, insbesondere im aktiven Bereich, erzeugte Verlustwärme wird so besonders effektiv abgeführt. Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit zwischen 1000 und 2000 W/mK, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmeleitfähigkeit gegenüber konventionellen Wärmeleitschichten, die beispielsweise Gold oder Diamant aufweisen, deutlich erhöht. Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitschicht mit Kohlenstoff-Nanoröhren größer oder gleich 3000 W/mK, vorzugsweise größer oder gleich 4000 W/mK. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beträgt sie zwischen 4000 und 6000 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit ist also gegenüber derjenigen von Gold bzw. Diamant, welche in konventionellen Wärmeleitschichten verwendet werden und die eine Wärmeleitfähigkeit von 312 bzw. 2000 W/mK aufweisen, mit Vorteil stark erhöht.
Die Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, vergrößert zudem vorteilhafterweise die Fläche, über die Verlustwärme von dem Halbleiterlaser abgegeben wird besonders effektiv. Die Verlustwärme entsteht bei dem Halbleiterlaser in der Regel in einem räumlich eng begrenzten Bereich. Insbesondere entspricht dieser Bereich im Wesentlichen dem Bereich, in dem die Laserstrahlung erzeugt wird und/oder in dem der Halbleiterschichtenfolge elektrisch und/oder optisch gepumpt wird. In Draufsicht auf eine Hauptfläche der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge wird die Laserstrahlung und damit auch die Verlustwärme daher nur an einer Stelle, beispielsweise einem Streifen, oder an einigen Stellen der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Die Wärmeleitschicht verteilt vorteilhafterweise die Verlustwärme auf einen möglichst großen Teil der Fläche, bevorzugt auf die gesamte Fläche, der Wärmeleitschicht. So wird mit Vorteil der Wärmewiderstand, der umgekehrt proportional zur Fläche ist, verringert. Beispielsweise wird dadurch die Verlustwärme besonders effizient von dem Halbleiterlaser an die Umgebung abgegeben. So weist der Halbleiterlaser insbesondere eine besonders hohe Effizienz und emittiert im Betrieb einen Laserstrahl mit besonders guter Strahlqualität.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest einige, vorzugsweise jedoch ein Großteil oder alle, der Kohlenstoff-Nanoröhren teilweise oder vollständig mit einem Füllmaterial gefüllt. Als Füllmaterialien sind beispielsweise Silber, Blei und Edelgase wie Helium, Neon und/oder Argon denkbar. Die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren mit Füllmaterial ist insbesondere mit Vorteil weiter erhöht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Wärmeleitschicht eine erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise verlaufen die Kohlenstoff-Nanoröhren der ersten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht. Alternativ können sie auch in einem Winkel zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht verlaufen. Beispielsweise verlaufen sie im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht.
Vorteilhafterweise kann mit einer Wärmeleitschicht, die definiert zueinander ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt werden. Zudem sind mit einer Wärmeleitschicht, die definiert zueinander ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren enthält, die Wärmeleitungseigenschaften der Wärmeleitschicht mit Vorteil gezielt einstellbar. Die Erfindung macht sich dabei zunutze, dass die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren entlang der Röhren, sprich in ihrer Haupterstreckungsrichtung, höher ist als quer dazu. Beispielsweise ist, etwa mittels des Winkels der Kohlenstoff-Nanoröhren zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht, eine definierte Aufspreizung des durch die Wärmeleitschicht verlaufenden Wärmestroms einstellbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform enthält die Wärmeleitschicht eine zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren, die im Wesentlichen parallel zueinander und in einem Winkel, beispielsweise senkrecht, zu der Richtung ausgerichtet sind, entlang welcher die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren verläuft. Analog zu der ersten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren kann die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel oder in einem Winkel, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge verlaufen.
Alternativ dazu kann die Ausrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren zufällig verteilt sein. Bevorzugt weist jedoch ein Teil, insbesondere ein Großteil oder alle, der Kohlenstoff-Nanoröhren eine definierte Ausrichtung auf, anders ausgedrückt gehört bevorzugt ein Teil, insbesondere ein Großteil oder alle, der Kohlenstoff-Nanoröhren zu der ersten Mehrzahl beziehungsweise zu der ersten oder zu der zweiten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren. So kann mit Vorteil die Richtung, entlang der in der Wärmeleitschicht eine besonders gute Wärmeleitung erfolgt, definiert eingestellt werden.
Beispielsweise enthält die Wärmeleitschicht eine erste Schicht, die die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, und eine zweite Schicht, die die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist. Die erste und die zweite Schicht grenzen beispielsweise aneinander an oder sie sind voneinander beabstandet. Vorzugsweise weist die erste Schicht die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren nicht auf und/oder die zweite Schicht weist die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren nicht auf. Mit anderen Worten enthält die erste Schicht vorzugsweise im Wesentlichen Kohlenstoff-Nanoröhren, die in einer ersten Richtung verlaufen, und die zweite Schicht enthält im Wesentlichen Kohlenstoff-Nanorohren, die in einer zweiten Richtung verlaufen, wobei die zweite Richtung von der ersten Richtung verschieden ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmeleitschicht elektrisch leifähig. Insbesondere sind die Kohlenstoff-Nanoröhren, die in der Wärmeleitschicht enthalten sind, oder ist zumindest ein Großteil dieser Kohlenstoff-Nanoröhren elektrisch leitfähig. Mit Vorteil weist die Wärmeleitschicht also sowohl eine gute Wärmeleitfähigkeit als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Hauptfläche der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge vollständig oder zumindest praktisch vollständig von der Wärmeleitschicht bedeckt. Bei einer alternativen Ausführungsform bedeckt die Wärmeleitschicht eine Hauptfläche der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge nur stellenweise. Anders ausgedrückt ist bei dieser Ausführungsform die Wärmeleitschicht strukturiert. Die Strukturierung der Wärmeleitschicht erfolgt beispielsweise bei der Herstellung der Wärmeleitschicht, etwa mittels Abscheidung der Wärmeleitschicht durch eine Schattenmaske hindurch. Alternativ kann eine vollflächig hergestellte Wärmeleitschicht nachträglich strukturiert werden. Beispielsweise umfasst die nachträgliche Strukturierung einen Photolithographieprozess.
Mittels einer strukturierten Wärmeleitschicht ist insbesondere eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten zur Stromeinprägung in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge erzielbar. Dies ist beispielsweise für einen Mehrsegment- Laser zweckmäßig, dessen laseraktive Halbleiterschichtenfolge insbesondere mehrere, seitlich nebeneinander angeordnete aktive Bereich aufweist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine metallische Schicht zwischen der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge und der Wärmeleitschicht angeordnet.
Die metallische Schicht enthält mindestens ein Metall oder besteht aus einem Metall. Beispielsweise weist die metallische Schicht Ag, Au, Pt, Ti, W, Fe und/oder Cr auf. Die metallische Schicht weist bei einer vorteilhaften Ausführungsform eine Mehrschichtstruktur auf. Beispielsweise umfasst die metallische Schicht eine Metallschicht, die zum Beispiel Ag und/oder Cr aufweist, mindestens eine weitere Metallschicht, die beispielsweise Fe, Pt und/oder Au aufweist, und/oder eine Diffusionsbarriere, die zum Beispiel TiWN und/oder Ti/Pt aufweist. Die weitere Metallschicht beziehungsweise eine der weiteren Metallschichten ist bei einer Ausführungsform der Wärmeleitschicht benachbart und grenzt insbesondere an diese an.
Zum Beispiel weist die metallische Schicht eine der Halbleiterschichtenfolge benachbarte, und zum Beispiel an diese angrenzende, erste Metallschicht auf, die Cr enthält oder daraus besteht. Vorteilhafterweise wird mit der ersten Metallschicht, die Cr enthält oder daraus besteht eine gute Haftung der metallischen Schicht an der Halbleiterschichtenfolge erzielt. Auch für eine effiziente Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge ist die erste Metallschicht, die Cr enthält oder daraus besteht, vorteilhaft.
Nachfolgend auf die von der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der ersten Metallschicht, und insbesondere an diese angrenzend, ist beispielsweise eine zweite Metallschicht angeordnet, die Pt enthält oder daraus besteht. In Richtung von der Halbleiterschichtenfolge zu der Wärmeleitschicht nachfolgend auf die zweite Metallschicht – und insbesondere an diese angrenzend – ist beispielsweise eine dritte Metallschicht angeordnet, die Au enthält oder daraus besteht. Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist in Richtung von der Halbleiterschichtenfolge zu der Wärmeleitschicht nachfolgend auf die dritte Metallschicht – und insbesondere an diese angrenzend – eine weitere Schichtenfolge aus einer weiteren Metallschicht, die die Pt enthält oder daraus besteht, und einer weiteren Metallschicht, die Au enthält oder daraus besteht, angeordnet.
Vorteilhafterweise wird mit der metallischen Schicht eine besonders homogene Stromeinprägung in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge erzielt. Zudem ist die Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, auf der metallischen Schicht besonders einfach herstellbar, beispielsweise mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung, insbesondere wenn die metallische Schicht an ihrer der Wärmeleitschicht zugewandten Fläche Au und/oder Fe aufweist. Weiterhin wird mit der metallischen Schicht vorteilhafterweise eine besonders gute thermische Ankopplung der Wärmeleitschicht an die Halbleiterschichtenfolge erzielt.
Die Diffusionsbarriere verhindert oder verringert beispielsweise mit Vorteil das Eindringen eines Lötmetalls durch die metallische Schicht in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge.
Bevorzugt grenzt die Wärmeleitschicht an die metallische Schicht an. Besonders bevorzugt grenzt die metallische Schicht zusätzlich oder alternativ an die laseraktive Halbleiterschichtenfolge an. Die Dicke der metallischen Schicht ist beispielsweise kleiner oder gleich 10 μm. Bei einer Ausführungsform ist sie kleiner oder gleich 50 nm, beispielsweise etwa 10 nm.
Bei einer alternativen Ausführungsform grenzt die Wärmeleitschicht direkt an die laseraktive Halbleiterschichtenfolge an.
Mit Vorteil ist die Wärmeleitschicht also direkt auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge aufgebracht oder weist nur einen geringen Abstand von dieser auf. So wird mit Vorteil die in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugte Verlustwärme besonders nahe an der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge auf eine große Fläche verteilt und besonders effizient von der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge weg geleitet. Die Temperatur des aktiven Bereichs wird dadurch besonders niedrig gehalten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine weitere metallische Schicht der von der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge abgewandten Hauptfläche der Wärmeleitschicht benachbart. Beispielsweise stellt die weitere metallische Schicht eine elektrischen Anschlussschicht dar, mittels welcher der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge insbesondere im Betrieb ein elektrischer Strom zugeführt wird, der insbesondere zum elektrischen Pumpen des Halbleiterlasers vorgesehen ist.
Bei einer anderen Ausführungsform weist der Halbleiterlaser eine Mehrzahl von Wärmeleitschichten, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweisen, auf. Beispielsweise weist er eine alternierende Folge von metallischen Schichten und Wärmeleitschichten auf. So wird vorteilhafterweise eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge und insbesondere eine besonders großflächige Verteilung der Verlustwärme, sowie eine besonders homogene Stromeinprägung in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge erzielt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Halbleiterlaser, insbesondere nachfolgend auf die von der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge abgewandte Hauptfläche der Wärmeleitschicht bzw. der Wärmeleitschichten, eine Wärmesenke auf. Die Wärmeleitschicht beziehungsweise die Wärmeleitschichten sind also bevorzugt zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Wärmesenke angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform wird die in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge erzeugte Verlustwärme, oder zumindest ein Teil, insbesondere ein Großteil, davon, von der Wärmeleitschicht und ggf. von der metallischen Schicht oder den metallischen Schichten zu der Wärmesenke transportiert und über diese beispielsweise an die Umgebung abgegeben.
Bevorzugt ist die Wärmesenke mit der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabil verbunden, beispielsweise mittels einer Befestigungsschicht, die bevorzugt ein Lot, etwa mindestens ein Lötmetall wie Au, AuSn, Pd, In und/oder Pt, oder einen Klebstoff, etwa einen Silberleitkleber, enthält oder daraus besteht.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser mindestens einen Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector), der insbesondere eine Folge von dielektrischen, halbleitenden und/oder metallischen Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex umfasst. Der Bragg-Reflektor ist bevorzugt monolithisch in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge integriert. Beispielsweise ist der Bragg-Reflektor ein Teil eines Resonators des Halbleiterlasers.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers weist insbesondere die folgenden Schritte auf:

– Bereitstellen einer laseraktiven Halbleiterschichtenfolge und
– Herstellen einer Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren aufweist, auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge.

Das Herstellen der Wärmeleitschicht erfolgt bevorzugt derart, dass die Wärmeleitschicht im Wesentlichen nur Kohlenstoff enthält.
Beispielsweise umfasst das Verfahren zur Herstellung der Wärmeleitschicht eine Gasphasenabscheidung, bevorzugt eine chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), mittels welcher die Wärmeleitschicht auf die laseraktive Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Wärmeleitschicht mit einer plasmabasierten chemischen Gasphasenabscheidung hergestellt. Vorzugsweise erfolgt die Gasphasenabscheidung bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 350°C. So wird mit Vorteil eine Beschädigung und/oder Degradation der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge beim Herstellen der Wärmeleitschicht verhindert.
Alternativ können die Kohlenstoff-Nanoröhren auch zunächst separat hergestellt und dann als Wärmeleitschicht auf die laseraktive Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden, etwa durch Eintrocknen einer Lösung.
Geeignete Herstellungsverfahren für Kohlenstoff-Nanoröhren sind beispielsweise in den Druckschriften Mi Chef et al., "Preparation of high-yield multi-walled carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition at low temperature", Journal of Materials Science, Vol. 37, Seiten 3561–3567 (2002); Ming-Wei Li et al., "Low-temperature synthesis of carbon nanotubes using corona discharge plasma reaction at atmospheric Pressure", Journal of Materials Science Letters, Vol. 22, Seiten 1223–1224 (2003); und Wenzhong Wang et al., "Low temperature solvothermal synthesis of multiwall carbon nanotubes", Nanotechnology, Vol. 16, Seiten 21–23 (2005) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug, aufgenommen wird.
Die Wärmeleitschicht wird bei einer Ausführungsform direkt auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge hergestellt, insbesondere abgeschieden. Bei einer alternativen Ausführungsform wird sie auf einer weiteren Schicht, beispielsweise einer metallischen Schicht, abgeschieden oder anderweitig hergestellt, die auf der laseraktiven Halbeiterschichtenfolge angeordnet ist. Die weitere Schicht wird zum Beispiel in einem zusätzlichen, der Herstellung der Wärmeleitschicht vorhergehenden Prozessschritt auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge hergestellt.
Eine Befestigung der Wärmeleitschicht auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge mittels eines Klebers oder Lötmittels ist, beispielsweise im Gegensatz zu einer Wärmeleitschicht aus Diamant, vorteilhafterweise nicht notwendig. Insbesondere ist auch eine Vermischung der Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem Matrixmaterial, etwa mit einem Klebstoff, nicht vorgesehen. Beispielsweise da Klebe- beziehungsweise Lötstellen in der Regel einen erhöhten Wärmewiderstand aufweisen, wird so mit Vorteil eine besonders gute thermische und/oder elektrische Ankopplung der Wärmeleitschicht und insbesondere der Kohlenstoff-Nanoröhren an die laseraktive Halbleiterschichtenfolge erzielt. Zudem wird die Herstellung des Halbleiterlasers durch den Wegfall des Klebe- beziehungsweise Lötprozesses vereinfacht.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1, einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterlaser gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2, einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterlaser gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3, einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterlaser gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4, eine schematische Schnittdarstellung der Wärmeleitschicht des Halbleiterlasers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5, eine schematische Schnittdarstellung einer Wärmeleitschicht gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels; und
6, eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterlasers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichten, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß bzw. dick dargestellt sein.
Der Halbleiterlaser gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine laseraktive Halbleiterschichtenfolge 1, die eine aktive Schicht 110, eine n-Mantelschicht 130 und eine p-Mantelschicht 140 enthält. Bei einer Ausführungsform enthält die laseraktive Halbleiterschichtenfolge 1 auch ein Aufwachsubstrat, auf dem insbesondere die aktive Schicht 110, die n-Mantelschicht 130 und die p-Mantelschicht 140 epitaktisch abgeschieden sind.
Als Halbleiter-Materialsysteme für die Halbleiterschichtenfolge 1 sind unter anderem Halbleitermaterialien geeignet, die auf GaAs, GaN, InP, InGaN, InGaAs, AlGaAs, InGaAlAs, InGaP, InGaAsP, InGaAlP oder einer Kombination aus mindestens zwei dieser Materialien basieren.
Beispielsweise bedeutet „Halbleitermaterial, das auf InGaAs basiert" im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge 1 oder zumindest ein Teil davon, beispielsweise die aktive Schicht 110, ein InGaAs-Halbleitermaterial, vorzugsweise In_nGa_mAs aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Für die übrigen, oben genannten Halbleitermaterialien gilt dies entsprechend.
Vorliegend basiert die laseraktive Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem InGaAS/AlGaAs-Halbleiter-Materialsystem. Die aktive Schicht 110 ist als Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Quantentöpfen auf, die aus undotiertem InGaAs bestehen. Die aktive Schicht 110 ist zwischen der n-Mantelschicht 130 und der p-Mantelschicht 140 angeordnet. Beispielsweise wird mit der n-Mantelschicht 130 und der p-Mantelschicht 140 ein Ladungsträgereinschluss (confinement) erzielt. Alternativ oder zusätzlich stellen die n-Mantelschicht 130 oder ein Teilbereich davon und die p-Mantelschicht 140 oder ein Teilbereich davon vorzugsweise einen Wellenleiter dar, der zur Führung von Laserstrahlung geeignet ist, die im Betrieb des Halbleiterlasers in der aktiven Schicht 110 erzeugt wird.
Bei dem Halbleiterlaser gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Kantenemitter, dessen Flanken 1001, 1002 als Resonator ausgebildet sind. Die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung wird durch mindestens eine der Flanken 1001, 1002 ausgekoppelt.
Auf der ersten Hauptfläche 1003 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 ist eine erste metallische Schicht 2 angeordnet, die beispielsweise Cr, Ti, Fe, Pt und/oder Au enthält. Zum Beispiel weist sie eine Schichtenfolge von Metallschichten auf. Vorliegend folgen, in Richtung von der Halbleiterschichtenfolge 1 weg, eine Cr-Schicht oder eine Ti-Schicht, eine Pt-Schicht und eine Au-Schicht aufeinander. Bei einer Variante folgen darauf eine weitere Pt-Schicht und eine weitere Au-Schicht. Bei einer anderen Ausführungsform enthält die metallische Schicht 2 eine zusätzliche Schicht, die Fe aufweist oder daraus besteht. Vorzugsweise ist diese Schicht diejenige Schicht der metallischen Schicht 2, die am weitesten von der Halbleiterschichtenfolge 1 entfernt ist. Insbesondere grenzt sie an die Au-Schicht oder die weitere Au-Schicht an. Die erste metallische Schicht 2 dient beispielsweise zur Ladungsträgerinjektion. Sie weist eine hohe elektrische Querleitfähigkeit auf, sodass eine homogene Stromeinprägung in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge 1 erzielt wird. Die Dicke der ersten metallischen Schicht 2 ist vorzugsweise kleiner oder gleich 10 μm.
Auf der ersten metallischen Schicht 2 ist eine Wärmeleitschicht 3 abgeschieden, die Kohlenstoff-Nanoröhren 30 enthält. Die Abscheidung erfolgt beispielsweise mit einem Mikrowellenplasma-gestützten CVD-Verfahren bei einer Temperatur von 330°C oder weniger, vorzugsweise von 300°C oder weniger. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in der Druckschrift Mi Chef et al., "Preparation of high-yield multi-walled carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition at low temperature", Journal of Materials Science, Vol. 37, Seiten 3561–3567 (2002), deren Offenbarungsgehalt insofern durch Rückbezug aufgenommen ist, grundsätzlich beschrieben. Die Dicke der Wärmeleitschicht 3 ist vorzugsweise kleiner oder gleich 20 μm.
Auf die Wärmeleitschicht 3 ist eine zweite metallische Schicht 4 aufgebracht, also eine Schicht 4, die ein Metall enthält oder daraus besteht. Die zweite metallische Schicht 4 weist beispielsweise Au, Fe, Pt, Ti, Cr, Co, Ni und/oder Y auf oder besteht aus mindestens einem dieser Metalle. Beispielsweise stellt sie ein Mehrschichtsystem dar und weist eine erste Metallschicht auf, die ein erstes dieser Metalle enthält oder daraus besteht und mindestens eine zweite Metallschicht, die ein zweites dieser Metalle enthält oder daraus besteht. Sie hat wie die erste metallische Schicht 2 bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 10 μm. Bei einer Ausführungsform ist sie gleichartig zur ersten metallischen Schicht 2 aufgebaut.
Die zweite metallische Schicht 4 schützt mit Vorteil die Wärmeleitschicht 3 vor mechanischen Beschädigungen. Zudem wird mit der zweiten metallischen Schicht 4 eine einfache und stabile Befestigung der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 an einer Wärmesenke 6 erzielt. Die Vermittlung der Haftung erfolgt hierbei beispielsweise mittels der Befestigungsschicht 5, die ein Lötmetall wie AuSn oder In aufweist oder daraus besteht. Um eine Diffusion des Lötmetalls aus der Befestigungsschicht 5 in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge zu verringern oder ganz zu verhindern, umfasst die zweite metallische Schicht 4 vorliegend eine Diffusionsbarriere-Schicht, die TiWN, Pt und/oder Ni aufweist oder daraus besteht. Die zweite metallische Schicht 4 stellt vorliegend auch eine elektrische Anschlussschicht dar. Als Befestigungsschicht 5 ist alternativ auch eine Klebstoffschicht geeignet. Die Befestigung des die laseraktive Halbleiterschichtenfolge 1 und die Wärmeleitschicht 3 aufweisenden Verbundes mit der Wärmesenke 6 kann alternativ oder zusätzlich zur Befestigungsschicht 5 beispielsweise mittels einer Klemmverbindung erfolgen.
Die Wärmesenke 6 umfasst beispielsweise eine Metallplatte. Eine besonders effiziente Kühlung wird mit einer Wärmesenke 6 erzielt, die eine Flüssigkeitskühlung, etwa eine Wasserkühlung, aufweist. Beispielsweise enthält die Wärmesenke 6, insbesondere die Metallplatte, dünne Röhren, durch die im Betrieb eine Flüssigkeit wie Wasser fließt oder gepumpt wird. Die Wärmesenke 6 stellt dann einen Mikrokanalkühler dar.
Ein Ausschnitt der Wärmeleitschicht 3 ist schematisch in 4 dargestellt. Die in der Wärmeleitschicht 3 enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhren 30 sind senkrecht oder nahezu senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 300 der Wärmeleitschicht 3 angeordnet. Mit anderen Worten verlaufen sie von der ersten metallischen Schicht 2 in Richtung zu der zweiten metallischen Schicht 4 hin und stehen im Wesentlichen senkrecht auf den einander zugewandten Hauptflächen der ersten und zweiten metallischen Schicht 2, 4.
Der Halbleiterlaser gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird elektrisch gepumpt. Hierzu wird die laseraktive Halbleiterschichtenfolge mittels der Wärmesenke 6 und der Kontaktschicht 12, die auf der von der Wärmesenke 6 abgewandten Hauptfläche 1004 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 in Streifenform aufgebracht ist, elektrisch kontaktiert und ein elektrischer Strom wird im Betrieb in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingeprägt.
In Draufsicht auf die von der Wärmesenke 6, und damit auch von der Wärmeleitschicht 3, abgewandte Hauptfläche 1004 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 wird Verlustwärme im Wesentlichen in dem von der Kontaktfläche 12 bedeckten Bereich der zweiten Hauptfläche 1004 erzeugt.
Dies ist in 1B veranschaulicht, die eine um 90° um die Achse A-A gegenüber der 1A gedrehte schematische Schnittdarstellung des Halbleiterlasers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Der Wärmestrom, angedeutet durch gestrichelte Linien 13, ist in schematischer und vereinfachter Weise in 1B dargestellt.
Die Verlustwärme entsteht im Wesentlichen in dem Bereich der Halbleiterschichtenfolge 1, der von der Kontaktschicht 12 in Draufsicht auf die zweite Hauptfläche 1004 bedeckt ist. In der Wärmeleitschicht 3 wird der Wärmestrom durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhren 30 stark aufgespreizt. Anders ausgedrückt wird die, in Draufsicht auf die Hauptfläche 1004, auf einer kleinen, vorliegend streifenförmigen Fläche erzeugte Verlustwärme in der Wärmeleitschicht 3 auf eine größere Fläche verteilt. So wird sie mit Vorteil mittels der zweiten metallischen Schicht 4 und der Wärmesenke 6 besser an die Umgebung abgegeben und die aktive Schicht 110 weist im Betrieb des Halbleiterlasers vorteilhafterweise nur eine niedrige Temperatur auf.
Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels umfasst die Wärmeleitschicht eine erste Schicht 31, die der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 benachbart ist und eine zweite Schicht 32, die nachfolgend auf die von der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite der ersten Schicht 31 angeordnet ist (vgl. 5).
Die in der ersten Schicht 31 enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhren 30, oder zumindest ein Großteil von diesen, verlaufen im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene 300 der Wärmeleitschicht 3. Beispielsweise hat die erste Schicht 31 dadurch eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit parallel zur Haupterstreckungsebene 300, sodass der Wärmestrom besonders stark aufgespreizt wird.
Die in der zweiten Schicht 32 enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhren 30, oder zumindest ein Großteil von diesen, verlaufen dagegen im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 300 der Wärmeleitschicht 3. Mit der zweiten Schicht 32 wird dadurch insbesondere eine besonders gute Abfuhr der Verlustwärme von dem Halbleiterschichtstapel 1, an den die Wärmeleitschicht 3 bei dieser Variante beispielsweise direkt angrenzt, erzielt.
Statt einer einzelnen Wärmeleitschicht 3, die Kohlenstoff-Nanoröhren 30 enthält, weist der Halbleiterlaser gemäß dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine alternierende Folge von metallischen Schichten 2, 4, 8 und Wärmeleitschichten 3, 7 mit Kohlenstoff-Nanoröhren 30 auf. So wird mit Vorteil die in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugte Wärme in Draufsicht auf die zweite Hauptfläche 1004 auf eine noch größere Fläche verteilt und noch effizienter abgeführt.
Die erste und die zweite metallische Schicht 2, 4 sind aufgebaut wie die entsprechenden metallischen Schichten 2, 4 des ersten Ausführungsbeispiels. Die dritte metallische Schicht 8 weist beispielsweise, wie die zweite metallische Schicht 4, mindestens ein Metall aus der Gruppe auf, die Au, Fe, Pt, Ti, Cr, Co, Ni und Y umfasst, oder besteht aus diesem Metall bzw. diesen Metallen. Beispielsweise stellt die dritte metallische Schicht 8 ein Mehrschichtsystem dar, wie für die erste und zweite metallische Schicht 2, 4 erläutert. Die Dicke der dritten metallischen Schicht 8 ist vorzugsweise ebenfalls kleiner oder gleich 10 μm.
Bei dem Halbleiterlaser gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der 3 handelt es sich im Gegensatz zu den Halbleiterlasern gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel um einen Oberflächenemitter. Die im Betrieb des Halbleiterlasers erzeugte Laserstrahlung wird durch die zweite Hauptfläche 1004 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt. Der Resonator des Halbleiterlasers umfasst vorliegend zwei Bragg-Reflektoren 9, 10. Die Bragg-Reflektoren 9, 10 umfassen jeweils einen Schichtstapel aus Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex.
Jeder Bragg-Reflektor 9, 10 umfasst beispielsweise 28 bis 30 Perioden mit je einer GaAlAs(10%Al)-Schicht und einer GaAlAs(90%Al)-Schicht. Alternativ kann mindestens ein Bragg-Reflektor 9, 10 aus mindestens einem transparenten leitfähigen Oxid (Transparent Conducting Oxide, TCO), etwa Indium-Zinn-Oxid (Indium Tin Oxide, ITO) aufgebaut sein. Der Brechungsindex des transparenten leitfähigen Oxids ist beispielsweise mittels der Wachstumsparameter und/oder mittels eines Dotierstoffs von Schicht zu Schicht verändert. Die Haupterstreckungsebenen der Schichten der Bragg-Reflektoren 9, 10 verlaufen im Wesentlichen parallel zu der ersten und zweiten Hauptfläche 1003, 1004 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1.
Zwischen den Bragg-Reflektoren 9, 10 ist ein Teil 120 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet, der die aktive Schicht 110 enthält und vorzugsweise einen Wellenleiter für die von der aktiven Schicht 110 emittierte Strahlung darstellt. Beispielsweise umfasst der Wellenleiter 120 die n-Mantelschicht 130 und die p-Mantelschicht 140. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst vorliegend auch eine Halbleiterschicht 11, etwa ein Aufwachssubstrat, das insbesondere GaAs aufweist oder daraus besteht und/oder eine Pufferschicht, die beispielsweise aus undotiertem GaAs besteht.
Der Halbleiterlaser gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel stellt einen Laserbarren dar, dessen aktive Schicht 110 an mehreren, vorliegend drei, Stellen einen Laserstrahl von seiner Flanke 1001 emittiert. Die Stellen, von denen die Laserstrahlen emittiert werden, sind durch die Positionen der drei Kontaktschichten 12 auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge 1 festgelegt (gewinngeführter Laser). Die Wärmeleitschicht 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel strukturiert. Sie ist in Streifen auf der ersten metallischen Schicht 2 angeordnet. Die Streifen liegen in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 1003. der Halbleiterschichtenfolge 1 über den Stellen der aktiven Schicht 110, von denen ein Laserstrahl emittiert wird. Die zweite metallischen Schicht 4 ist auf der Wärmeleitschicht 3 und auf den von letzter nicht bedeckten Bereichen der ersten metallischen Schicht 2 angeordnet.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Halbleiterlaser mit einer laseraktiven Halbleiterschichtenfolge (1), die eine erste Hauptfläche (1003) aufweist, auf der eine Wärmeleitschicht (3) angeordnet ist, die Kohlenstoff-Nanoröhren (30) enthält.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem zumindest einige der Kohlenstoff-Nanoröhren (30) auf mindestens einer Seite geschlossen sind.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest einige der Kohlenstoff-Nanoröhren (30) teilweise oder vollständig mit einem Füllmaterial gefüllt sind.
Halbleiterlaser nach Anspruch 3, bei dem das Füllmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, die Silber, Blei und die Edelgase umfasst.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest einige der Kohlenstoff-Nanoröhren (30) einwandig sind.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest einige der Kohlenstoff-Nanoröhren (30) mehrwandig sind.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30), die parallel zueinander ausgerichtet sind.
Halbleiterlaser nach Anspruch 7, bei dem die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) parallel zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht (3) verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 7, bei dem die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) in einem Winkel, insbesondere senkrecht, zur Haupterstreckungsebene der Wärmeleitschicht (3) verläuft.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit einer zweiten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30), die parallel zueinander und in einem Winkel zu der Richtung ausgerichtet sind, entlang welcher die ersten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 10, bei dem die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) parallel zur Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbeiterschichtenfolge (1) verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 10, bei dem die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) in einem Winkel, insbesondere senkrecht, zur Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbeiterschichtenfolge (1) verläuft.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Wärmeleitschicht (3) eine erste Schicht (31) enthält, die die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) aufweist, und eine zweite Schicht (32), die die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) aufweist, wobei die erste und die zweite Schicht insbesondere aneinander angrenzen.
Halbleiterlaser nach Anspruch 13, bei dem die erste Schicht (31) die zweite Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) nicht aufweist und/oder die zweite Schicht (32) die erste Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren (30) nicht aufweist.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitschicht (3) eine Schichtdicke aufweist, die einer Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren (30) oder einem ganzzahligen Vielfachen der Länge entspricht.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitschicht (3) strukturiert ist.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitschicht (3) elektrisch leitfähig ist.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge (1) und der Wärmeleitschicht (3) eine metallische Schicht (2) angeordnet ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 18, bei dem die Wärmeleitschicht (3) an die metallische Schicht (2) angrenzt.
Halbleiterlaser mit einer Mehrzahl von Wärmeleitschichten (3, 7), die Kohlenstoff-Nanoröhren (30) aufweisen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Halbleiterlaser nach Anspruch 20 mit einer alternierenden Folge von metallischen Schichten (2, 4, 8) und Wärmeleitschichten (3, 7), die Kohlenstoff-Nanoröhren (30) aufweisen.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Wärmesenke (6) aufweist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 22, bei dem die Wärmeleitschicht beziehungsweise die Wärmeleitschichten (3, 7) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Wärmesenke (6) angeordnet ist/sind.
Halbleiterlaser nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die laseraktive Halbleiterschichtenfolge (1) mittels einer Befestigungsschicht (5) mit der Wärmesenke (6) mechanisch stabil verbunden ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 24, bei dem die Befestigungsschicht (5) ein Lot oder einen Klebstoff umfasst.
Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens einen Bragg-Reflektor aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit den Schritten: – Bereitstellen einer laseraktiven Halbleiterschichtenfolge (1) – Herstellen einer Wärmeleitschicht, die Kohlenstoff-Nanoröhren (30) aufweist, (3) auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge (1).
Verfahren nach Anspruch 27 bei dem das Herstellen der Wärmeleitschicht (3) eine chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 und 28, bei dem die Herstellung der Wärmeleitschicht (3) bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 350°C erfolgt.