DE102007046752A1 - Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement - Google Patents

Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement Download PDF

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Abstract

Es wird ein Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das ein Substrat (1) aus GaAs und eine auf das Substrat (1) aufgebrachte Pufferschichtenfolge (2) umfasst, die eine Vielzahl von Schichtpaaren (9a, 9b, 9c) aus jeweils einer ersten Halbleiterschicht (3, 5, 7) aus Inx1Ga1-x1As mit 0 < x1 ≦ 1 und einer darauf aufgebrachten zweiten Halbleiterschicht (4, 6, 8 aus Inx2Ga1-x2As mit 0 ≦ x2 < 1 aufweist, wobei der Indiumanteil (x1) der ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7), ausgehend vom Substrat (1), von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt, der Indiumanteil (x2) der zweiten Halbleiterschichten (4, 6, 8), ausgehend vom Substrat (1), von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt und in jedem Schichtpaar (9a, 9b, 9c) der Indiumanteil (x2) der zweiten Halbleiterschichten (4, 6, 8) jeweils kleiner ist als der Indiumanteil (x1) der ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7). Ein derartiges Quasisubstrat ist insbesondere zum Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge eines optoelektronischen Bauelements geeignet, das eine Emissionswellenlänge von 1200 nm oder mehr aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement, das insbesondere zum Aufwachsen von Arsenidverbindungshalbleitern, die eine größere Gitterkonstante als Galliumarsenid aufweisen, geeignet ist, und ein optoelektronisches Bauelement, das ein derartiges Quasisubstrat enthält.
  • Zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschichten, insbesondere für optoelektronische Bauelemente, werden oftmals Substrate aus GaAs verwendet. Wenn die Gitterkonstante der aufzuwachsenden epitaktischen Schichten stark von der Gitterkonstante des GaAs-Substrats abweicht, besteht das Problem, dass in den epitaktischen Schichten hohe mechanische Spannungen auftreten, durch die die Kristallqualität beeinträchtigt werden kann. Die strahlungsemittierenden aktiven Schichten von optoelektronischen Bauelementen, die auf herkömmlichen GaAs-Substraten aufgewachsen werden, weisen in der Regel eine Emissionswellenlänge von weniger als 1,2 μm auf, weil aktive Schichten für größere Wellenlängen derart große Gitterkonstanten und damit verbundene mechanische Verspannungen aufweisen würden, dass sie sich nicht ohne weiteres in ausreichender Kristallqualität realisieren lassen könnten.
  • Es wäre jedoch wünschenswert, aktive Schichten mit einer Emissionswellenlänge von mehr als 1,2 μm, beispielsweise 1,3 μm, in ausreichender Kristallqualität epitaktisch aufwachsen zu können. Auf diese Weise könnten beispielsweise oberflächenemittierende Halbleiterlaser realisiert werden, bei denen mittels Frequenzverdopplung eine Emission im roten Spektralbereich mit hoher Intensität und hoher Strahlqualität erzielt wird.
  • Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser, der mittels Frequenzverdopplung Strahlung im blauen Spektralbereich erzeugt, ist aus der Druckschrift US 6,393,038 B1 bekannt.
  • Um das epitaktische Aufwachsen von Halbleiterschichten auf einem GaAs-Substrat zu ermöglichen, deren Gitterkonstante von dem GaAs-Substrat abweicht, ist aus der Druckschrift US 4,719,155 bekannt, vor dem epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschichten zunächst eine Pufferschicht auf das Substrat aufzuwachsen, wobei die Zusammensetzung des Halbleitermaterials in der Pufferschicht in Form eines Gradienten derart variiert, dass sich die Gitterkonstante ausgehend vom Substrat kontinuierlich der Gitterkonstante der aufzuwachsenden epitaktischen Schichten annähert.
  • Aus der Druckschrift US 6,232,138 B1 ist bekannt, eine derartige Gradientenschicht aus InGaAs mit variablem Indiumanteil auf einem GaAs-Substrat aufzuwachsen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement und ein optoelektronisches Bauelement mit einem derartigen Quasisubstrat anzugeben, bei dem die Oberfläche des Quasisubstrats eine größere Gitterkonstante als GaAs aufweist und sich insbesondere durch eine hohe Kristallqualität auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 und ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung umfasst ein Substrat aus GaAs und eine auf das Substrat aufgebrachte Pufferschichtenfolge, die eine Vielzahl von Schichtpaaren aus jeweils einer ersten Halbleiterschicht aus Inx1Ga1-x1As mit 0 < x1 ≤ 1 und einer darauf aufgebrachten zweiten Halbleiterschicht aus Inx2Ga1-x2As mit 0 ≤ x2 < 1 aufweist, wobei der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschichten ausgehend vom Substrat von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt, der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschichten ausgehend vom Substrat von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt, und in jedem Schichtpaar der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschichten jeweils kleiner ist als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschichten.
  • Innerhalb der Pufferschichtenfolge steigt also der Indiumanteil ausgehend vom Substrat in Wachstumsrichtung von Schichtpaar zu Schichtpaar an. Im Gegensatz zu einer Gradientenschicht erfolgt der Anstieg des Indiumanteils in der Pufferschichtenfolge allerdings nicht kontinuierlich, sondern ist in der zweiten Halbleiterschicht eines Schichtpaars, die in Wachstumsrichtung oberhalb der ersten Halbleiterschicht des Schichtpaars angeordnet ist, sogar jeweils kleiner als in der ersten Halbleiterschicht des Schichtpaars. Dies bedeutet, dass in der Pufferschichtenfolge der Indiumanteil zwar insgesamt in Wachstumsrichtung ansteigt, aber in jeder zweiten Halbleiterschicht der Indiumanteil gegenüber der in Wachstumsrichtung darunter liegenden Halbleiterschicht zumindest geringfügig wieder reduziert ist. Es hat sich herausgestellt, dass mit einer derartigen Pufferschichtenfolge eine bessere Kristallqualität der Oberfläche der obersten Halbleiterschicht der Pufferschichtenfolge erzielt werden kann als bei einer herkömmlichen Pufferschichtenfolge, bei der der Indiumanteil kontinuierlich in Wachstumsrichtung ansteigt.
  • Eine oberste Halbleiterschicht der Pufferschichtenfolge weist vorteilhaft eine um mindestens 0,5%, bevorzugt um mindestens 1% größere Gitterkonstante auf als das GaAs-Substrat. Insbesondere ist es auch möglich, dass die oberste Halbleiterschicht eine um mindestens 2% größere Gitterkonstante aufweist als das GaAs-Substrat. Die oberste Schicht der Pufferschichtenfolge kann insbesondere die zweite Halbleiterschicht des obersten Schichtpaars der Pufferschichtenfolge sein. Es ist aber auch möglich, dass die Pufferschichtenfolge eine weitere Schicht als Deckschicht enthält. Es kann zum Beispiel vorteilhaft sein, auf die zweite Halbleiterschicht des obersten Schichtpaars eine Deckschicht aufzubringen, die eine kleinere Gitterkonstante als die zweite Halbleiterschicht des obersten Schichtpaars aufweist.
  • Weiterhin weist die oberste Halbleiterschicht der Pufferschichtenfolge vorteilhaft InxGa1-xAs mit einem Indiumanteil von bevorzugt x ≥ 0,1, besonders bevorzugt x ≥ 0,2, auf. Es hat sich herausgestellt, dass sich mit der zuvor beschriebenen Pufferschichtenfolge selbst bei einem derart großen Indium-Anteil und der damit verbundenen großen Abweichung von der Gitterkonstante des GaAs-Substrats eine hohe Kristallqualität an der Oberfläche der Pufferschichtenfolge erzielen lässt, so dass auf das auf diese Weise erzeugte Quasisubstrat ein optoelektronisches Bauelement, das eine vergleichsweise große Emissionswellenlänge von mehr als 1,2 μm, bevorzugt mehr als 1,3 μm, aufweist, aufwachsen lässt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschichten der Schichtpaare jeweils relaxiert, das heißt unverspannt auf der jeweils darunter liegenden Halbleiterschicht aufgewachsen. Derart relaxierte Halbleiterschichten, die auch als metamorphe Halbleiterschichten bezeichnet werden, weisen eine Gitterkonstante auf, die sich rechnerisch aus der Zusammensetzung der Halbleiterschicht ergibt, also nicht durch eine Gitteranpassung an die darunter liegende Schicht bestimmt ist. Ein derart relaxiertes Aufwachsen lässt sich durch eine geeignete Einstellung der Wachstumstemperatur erreichen, wobei ein relaxiertes Aufwachsen bei vergleichsweise niedrigen Wachstumstemperaturen auftritt. Im Gegensatz dazu sind die zweiten Halbleiterschichten der Schichtpaare vorzugsweise verspannt auf den ersten Halbleiterschichten aufgewachsen. Die Wachstumstemperatur wird dazu beim Aufwachsen der zweiten Halbleiterschichten derart gewählt, dass diese gitterangepasst auf den ersten Halbleiterschichten aufwachsen.
  • Ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung enthält ein Quasisubstrat nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.
  • Das optoelektronische Bauelement weist vorzugsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf, die auf einem Arsenidverbindungshalbleiter basiert. „Auf einem Arsenidverbindungshalbleiter basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mAs umfasst, 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 ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Insbesondere kann es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement handeln, das eine strahlungsemittierende aktive Zone aufweist. Die aktive Zone kann zum Beispiel als Heterostruktur, Doppelheterostruktur oder als Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Die strahlungsemittierende aktive Zone kann insbesondere eine Quantentrogstruktur enthalten, die alternierende Schichten aus Iny1Ga1-y1As mit 0,2 ≤ y1 < 1 und Iny2Ga1-y2As mit 0,2 < y2 ≤ 1 mit y1 < y2 aufweist, beispielsweise alternierende erste Schichten aus In0.2Ga0.8As und zweite Schichten aus In0.45Ga0.55As.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das optoelektronische Bauelement ein Halbleiterlaser, insbesondere ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser wie beispielsweise ein VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder ein VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser).
  • Durch die Verwendung des Quasisubstrats, dessen Oberfläche eine vergleichsweise große Gitterkonstante im Vergleich zu GaAs aufweist, können insbesondere optoelektronische Bauelemente realisiert werden, deren aktive Zone Strahlung mit einer Wellenlänge von 1200 nm oder mehr, besonders bevorzugt von 1300 nm oder mehr, emittieren.
  • Das optoelektronische Bauelement kann vorteilhaft ein Mittel zur Frequenzkonversion, insbesondere zur Frequenzverdopplung der emittierten Strahlung aufweisen. Als Mittel zur Frequenzkonversion kann insbesondere ein nicht-linearer optischer Kristall eingesetzt werden. Mittels der Frequenzkonversion kann insbesondere von der aktiven Zone emittierte Strahlung, die vorzugsweise eine Wellenlänge von mehr als 1300 nm aufweist, in rotes sichtbares Licht umgewandelt werden. Insbesondere kann auf diese Weise ein oberflächenemittierender Laser realisiert werden, der rotes Licht mit hoher Intensität und Strahlqualität emittiert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von drei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Quasisubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische grafische Darstellung des Indiumgehalts und der relativen Änderung der Gitterkonstanten im Vergleich zu GaAs in Abhängigkeit von einer Ortskoordinate Z bei einem Ausführungsbeispiel eines Quasisubstrats gemäß der Erfindung, und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement mit einem Quasisubstrat gemäß der Erfindung.
  • Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
  • Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Quasisubstrats für ein optoelektronisches Bauelement umfasst ein GaAs-Substrat 1, auf das eine Pufferschichtenfolge 2 aufgebracht ist. Die Pufferschichtenfolge 2 enthält eine Vielzahl von Schichtpaaren 9a, 9b, 9c, die jeweils erste Halbleiterschichten 3, 5, 7 aus Inx1Ga1-x1As und zweite Halbleiterschichten 4, 6, 8 aus Inx2Ga1-x2As aufweist.
  • Der Indiumanteil x1 in den ersten Halbleiterschichten der Schichtpaare 9a, 9b, 9c nimmt von Schichtpaar zu Schichtpaar zu, er steigt also in der Wachstumsrichtung z an. Dies bedeutet, dass der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 5 des zweiten Schichtpaars 9b größer ist als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 3 des ersten Schichtpaars 9a. Weiterhin ist der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 7 des dritten Schichtpaars 9c größer als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 5 des zweiten Schichtpaars 9b. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Pufferschichtenfolge 2 nur mit drei Schichtpaaren 9a, 9b, 9c dargestellt. Es ist aber auch möglich, dass die Pufferschichtenfolge 2 weitere Schichtpaare enthält.
  • Auch in den zweiten Halbleiterschichten 4, 6, 8 der Schichtpaare 9a, 9b, 9c steigt der Indiumanteil x2 von Schichtpaar zu Schichtpaar an. Dies bedeutet, dass die zweite Halbleiterschicht 6 des zweiten Schichtpaars 9b einen größeren Indiumanteil x2 aufweist als die zweite Halbleiterschicht 4 des ersten Schichtpaars 9a, und dass die zweite Halbleiterschicht 8 des dritten Schichtpaars 9c einen größere Indiumanteil x2 aufweist als die zweite Halbleiterschicht 6 des zweiten Schichtpaars 9b.
  • In den Schichtpaaren 9a, 9b, 9c ist der Indiumanteil x2 in den zweiten Halbleiterschichten 4, 6, 8 jeweils geringer als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschichten 3, 5, 7 des jeweiligen Schichtpaars. Folglich ist in dem ersten Schichtpaar 9a der Indiumanteil x2 in der zweiten Halbleiterschicht 4 kleiner als der Indiumanteil x1 in der ersten Halbleiterschicht 3. Weiterhin ist auch in dem zweiten Schichtpaar 9b der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschicht 6 kleiner als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 5. Auch in dem dritten Schichtpaar 9c ist der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschicht 8 kleiner als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschicht 7.
  • Insgesamt nimmt der Indiumanteil also in der Wachstumsrichtung z der Pufferschichtenfolge 2 zu, wobei er aber in jeder zweiten Schicht 4, 6, 8 gegenüber der jeweils darunter liegenden Schicht 3, 5, 7 reduziert ist. Dies hat gegenüber einem kontinuierlichen Anstieg des Indiumgehalts in der Pufferschichtenfolge 2 den Vorteil, dass eine verbesserte Kristallqualität erzielt wird, so dass die Oberfläche der obersten Halbleiterschicht 8 auch dann, wenn sie einen vergleichsweise großen Indiumanteil x2 und eine damit verbundene vergleichsweise große Abweichung der Gitterkonstante von der des GaAs-Substrats 1 aufweist, als Quasisubstrat zum Aufwachsen epitaktischer Schichten, insbesondere für ein optoelektronisches Bauelement, verwendet werden kann.
  • Die oberste Halbleiterschicht 8 der Pufferschichtenfolge 2 kann insbesondere eine um mindestens 0,5% größere Gitterkonstante aufweisen als das GaAs-Substrat 1. Bevorzugt ist die Gitterkonstante der obersten Halbleiterschicht 8 der Pufferschichtenfolge 2 um mindestens 1%, besonders bevorzugt sogar um mindestens 2% größer als die Gitterkonstante von GaAs.
  • Die oberste Halbleiterschicht 8 der Pufferschichtenfolge 2 kann vorteilhaft einen Indiumanteil von x2 ≥ 0,1, besonders bevorzugt von x2 ≥ 0,2 aufweisen.
  • Die ersten Halbleiterschichten 3, 5, 7 der Schichtpaare 9a, 9b, 9c sind vorteilhaft jeweils relaxiert aufgewachsen, das heißt nahezu unverspannt gegenüber der jeweils darunter liegenden Halbleiterschicht. Bei den Halbleiterschichten 3, 5, 7 handelt es sich also vorteilhaft um metamorphe Halbleiterschichten, deren Gitterkonstante der Zusammensetzung ihrer Halbleitermaterialien entspricht.
  • Dagegen sind die zweiten Halbleiterschichten 4, 6, 8 der Schichtpaare 9a, 9b, 9c vorteilhaft jeweils verspannt auf den jeweils darunter liegenden ersten Halbleiterschichten 3, 5, 7 aufgewachsen.
  • In 2 ist schematisch der Indium-Gehalt x1, x2 der ersten Halbleiterschichten und der zweiten Halbleiterschichten einer Pufferschichtenfolge bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Quasisubstrats gemäß der Erfindung mit fünf Schichtpaaren 9a, 9b, 9c, 9d, 9e und die von dem jeweiligen Indiumgehalt abhängige relative Änderung ε = (d – dGaAs)/dGaAs der Gitterkonstante d der jeweiligen Halbleiterschicht im Vergleich zu der Gitterkonstante dGaAs des GaAs-Substrats in Abhängigkeit von einer in Wachstumsrichtung verlaufenden Ortskoordinate Z des Schichtsystems dargestellt.
  • Die Pufferschichtenfolge dieses Ausführungsbeispiels enthält fünf Schichtpaare 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, bei denen der Indiumgehalt in den ersten Halbleiterschichten der Schichtpaare jeweils größer ist als in den in der Wachstumsrichtung z nachfolgenden zweiten Halbleiterschichten. Die grafische Darstellung verdeutlicht, dass der Indiumgehalt x1, x2 sowohl in den ersten Halbleiterschichten als auch in den zweiten Halbleiterschichten der Pufferschichtenfolge von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt. Auf das oberste Schichtpaar 9e dieses Ausführungsbeispiels ist eine Deckschicht 10 aufgebracht, die einen geringeren Indiumanteil aufweist als die zweite Halbleiterschicht des Schichtpaars 9e. Die Deckschicht 10 stellt somit die oberste Halbleiterschicht der Pufferschichtenfolge dar. Die etwa 6000 nm dicke Pufferschichtenfolge dieses Ausführungsbeispiels bildet ein Quasisubstrat aus, bei dem die Gitterkonstante der obersten Halbleiterschicht 10 um etwas weniger als 1% größer ist als die Gitterkonstante des GaAs-Substrats. Ein derartiges Quasisubstrat kann vorteilhaft zum Aufwachsen eines optoelektronischen Bauelements verwendet werden.
  • Bei dem in 3 dargestellten optoelektronischen Bauelement gemäß der Erfindung entspricht das Quasisubstrat, das aus dem GaAs-Substrat 1 und der darauf aufgebrachten Pufferschichtenfolge 2 ausgebildet wird, dem Quasisubstrat aus 1.
  • Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit externem Resonator (VECSEL) 19. Der VECSEL 19 enthält einen auf die Pufferschichtenfolge 2 des Quasisubstrats aufgebrachten DBR-Spiegel 10. Der DBR-Spiegel 10 bildet einen ersten Resonatorspiegel des VECSEL 19 aus. Der DBR-Spiegel 10 enthält vorteilhaft eine Vielzahl von alternierenden Schichten aus InnGamAl1-n-mAs, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1, wobei sich die alternierenden InnGamAl1-n-mAs Schichten in ihrer Materialzusammensetzung derart unterscheiden, dass sie einen möglichst hohen Brechungsindexunterschied aufweisen. Beispielsweise kann der DBR-Spiegel 10 alternierende Schichten aus In0.2Ga0.8As und In0.2Al0.8As enthalten.
  • Weiterhin enthält der VECSEL 19 eine als aktive Zone fungierende Quantentrogstruktur 12. Die Quantentrogstruktur 12 kann beispielsweise eine Schichtenfolge aus alternierenden Schichten aus In0.45Ga0.55As und In0.2Ga0.8As enthalten. Das epitaktische Aufwachsen der Schichten mit diesem vergleichsweise großen Indiumanteil wird vorteilhaft durch das Quasisubstrat ermöglicht, dessen oberste Halbleiterschicht 8 vorteilhaft einen derart hohen Indiumanteil aufweist, dass ihre Gitterkonstante an die nachfolgenden Halbleiterschichten des optoelektronischen Bauelements angepasst ist. Insbesondere kann der Indiumgehalt x2 der obersten Halbleiterschicht 8 der Pufferschichtenfolge x2 = 0,2 oder mehr betragen. Beispielsweise kann die oberste Halbleiterschicht 8 der Pufferschichtenfolge 2 eine In0.2Ga0.8As-Schicht sein.
  • Die Quantentrogstruktur 12 kann beispielsweise zwischen weiteren Halbleiterschichten 11, 13 angeordnet sein. Der VECSEL 19 kann beispielsweise durch eine erste elektrische Kontaktschicht 14 auf einer von der aktiven Zone 12 abgewandten Seite des Substrats 1 und einer weiteren Kontaktschicht 15 auf der dem Substrat 1 gegenüber liegenden Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktiert sein, wobei die zweite Kontaktschicht 15 vorteilhaft eine Aussparung im Bereich der Strahlungsaustrittsfläche 16 aufweist.
  • Der Laserresonator des VECSEL 19 wird durch den DBR-Spiegel 10 und einen außerhalb des Halbleiterkörpers angeordneten externen Spiegel 17 gebildet.
  • In dem Laserresonator ist ein nicht-linearer optischer Kristall 20 zur Frequenzkonversion der von der aktiven Zone 12 emittierten Laserstrahlung 18 angeordnet. Insbesondere kann der nicht-lineare optische Kristall 20 zur Frequenzverdopplung der Laserstrahlung 18 geeignet sein, so dass beispielsweise die von der aktiven Zone 12 emittierte Strahlung, die insbesondere eine Wellenlänge von mehr als 1300 nm aufweisen kann, in sichtbare rote Laserstrahlung 18 konvertiert wird.
  • Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 19 zeichnet sich insbesondere durch eine Emission im roten sichtbaren Spektralbereich mit hoher Strahlqualität und hoher Intensität aus.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - US 4719155 [0005]
    • - US 6232138 B1 [0006]

Claims (16)

  1. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement, umfassend – ein Substrat (1) aus GaAs, – eine auf das Substrat (1) aufgebrachte Pufferschichtenfolge (2), die Vielzahl von Schichtpaaren (9a, 9b 9c) aus jeweils einer ersten Halbleiterschicht (3, 5, 7) aus Inx1Ga1-x1As mit 0 < x1 ≤ 1 und einer darauf aufgebrachten zweiten Halbleiterschicht (4, 6, 8) aus Inx2Ga1-x2As mit 0 ≤ x2 < 1 aufweist, wobei – der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7) ausgehend vom Substrat (1) von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt, – der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschichten (4, 6, 8) ausgehend vom Substrat (1) von Schichtpaar zu Schichtpaar ansteigt, und – in jedem Schichtpaar (9a, 9b, 9c) der Indiumanteil x2 der zweiten Halbleiterschichten (4, 6, 8) jeweils kleiner ist als der Indiumanteil x1 der ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7).
  2. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oberste Halbleiterschicht (8) der Pufferschichtenfolge (2) eine um mindestens 0,5% größere Gitterkonstante aufweist als das GaAs-Substrat (1).
  3. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Halbleiterschicht (8) der Pufferschichtenfolge (2) InxGa1-xAs mit x ≥ 0,1 aufweist.
  4. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Halbleiterschicht (8) der Pufferschichtenfolge (2) eine um mindestens 1% größere Gitterkonstante aufweist als das GaAs-Substrat (1).
  5. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Halbleiterschicht (8) der Pufferschichtenfolge (2) InxGa1-xAs mit x ≥ 0,2 aufweist.
  6. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7) der Schichtpaare (9a, 9b, 9c) relaxiert aufgewachsen sind.
  7. Quasisubstrat für ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Halbleiterschichten (4, 6, 8) der Schichtpaare (9a, 9b, 9c) verspannt auf den ersten Halbleiterschichten (3, 5, 7) aufgewachsen sind.
  8. Optoelektronisches Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Quasisubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  9. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine strahlungsemittierende aktive Zone aufweist.
  10. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlungsemittierende aktive Zone eine Quantentrogstruktur (12) aufweist.
  11. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantentrogstruktur (12) alternierende Schichten aus Iny1Ga1-y1As mit 0,2 ≤ y1 < 1 und Iny2Ga1-y2As mit 0,2 < y2 ≤ 1 und y1 < y2 aufweist.
  12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ein Halbleiterlaser ist.
  13. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser (19) ist.
  14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die aktive Zone (12) Strahlung mit einer Wellenlänge von 1200 nm oder mehr emittiert.
  15. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement ein Mittel (20) zur Frequenzkonversion der emittierten Strahlung aufweist.
  16. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzkonversion eine Frequenzverdopplung ist.
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