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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenemittierendes
Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung,
das zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen Resonators
vorgesehen ist.
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Es
sind unter anderem oberflächenemittierende Halbleiterlaserbauelemente
bekannt, die einen Halbleiterkörper aufweisen, bei denen
der Strompfad innerhalb des Halbleiterkörpers gezielt geführt
ist, beispielsweise mittels Oxidationsblenden, die im Randbereich
des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Halbleiterlaser,
die Oxidationsblenden aufweisen, sind beispielsweise aus der Veröffentlichung „Dependence
of lateral Oxidation rate an thickness of AlAs-layer of interest
as a current aperture in vertical-cavity surface-emitting laser
structures", Journal of Applied Physics, Vol. 84, No. 1,
01. Juli 1998, bekannt.
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Oxidationsblenden,
die in Halbleiterschichten ausgebildet sind, weisen jeweils eine
laterale Ausdehnung auf, wobei herkömmlicherweise die laterale
Ausdehnung der Oxidationsblenden in den einzelnen Halbleiterschichten
etwa gleich groß ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oberflächenemittierendes
Halbleiterlaserbauelement anzugeben, das verbesserte Bauelementeigenschaften
aufweist, sich insbesondere durch eine verbesserte Reproduzierbarkeit
der lateralen Ausdehnung der Oxidationsblenden auszeichnet und gleichzeitig
eine verbesserte Oxidationshomogenität zeigt.
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Diese
Aufgaben werden unter anderem durch ein oberflächenemittierendes
Halbleiterlaserbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte
Weiterbildungen des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist
ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement
mit einer vertikalen Emissionsrichtung vorgesehen, das einen Halbleiterkörper
umfasst, der einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel
und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone aufweist.
Der erste Resonatorspiegel weist alternierend gestapelte erste Schichten
einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten einer zweiten
Zusammensetzung auf. Die ersten Schichten weisen oxidierte Bereiche
auf. Ferner enthalten zumindest die ersten Schichten jeweils einen
Dotierstoff, wobei mindestens eine Schicht der ersten Schichten
eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten
unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist.
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Im
Rahmen der Anmeldung ist die Zusammensetzung einer Schicht durch
in der Schicht enthaltene Elemente sowie ihre nominelle (d. h. im
Rahmen der Genauigkeit der Kompositionsüberwachung während
oder nach dem Wachstumsprozess) Stöchiometrie definiert,
wobei Dotierstoffe und Verunreinigungen nicht mitberücksichtigt
werden. Die Stöchiometrie ist durch den Gehalt (Anteil)
der einzelnen Elemente in der Schicht gegeben.
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Bei
dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserbauelement
handelt es sich um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser
mit Vertikalresonator (VCSEL: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Insbesondere
läuft die Hauptabstrahlrichtung des Bauelements senkrecht
zu der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers.
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Das
Halbleiterlaserbauelement ist zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels
eines internen optischen Resonators vorgesehen. Der erste Resonatorspiegel,
der zweite Resonatorspiegel und die aktive Zone weisen jeweils vorzugsweise
eine laterale Haupterstreckungsachse auf.
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Der
Strompfad des Halbleiterkörpers ist durch Oxidationsblenden
begrenzt. Oxidationsblenden entstehen beispielsweise durch oxidierte
Bereiche in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels. Dazu
werden insbesondere die Schichten des Resonatorspiegels, die vorzugsweise
AlxGa1-XAs mit 0,95 ≤ x ≤ 1
enthalten, durch einen Oxidationsprozess lateral aufoxidiert. Insbesondere
werden die Schichten im Randbereich des Halbleiterkörpers
aufoxidiert.
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Durch
den Oxidationsprozess verlieren die Schichten in diesen Bereichen
die Stromleitfähigkeit. Dadurch kann mit Vorteil der Stromfluss
durch den Halbleiterkörper lokal begrenzt werden. Insbesondere
weist der Halbleiterkörper im Randbereich nahezu keinen,
oder zumindest einen geringeren Stromfluss auf als in den nicht
oxidierten Bereichen.
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Die
Pumpstromdichte ist aufgrund der Oxidationsblenden bevorzugt in
dem Zentralbereich des Halbleiterkörpers größer als
in dem Randbereich des Halbleiterkörpers. Die Pumpstromdichte
kann im Wesentlichen ein quasi gausförmiges Profil mit
einem Maximum im Zentralbereich aufweisen, mit ausgehend vom Maximum
vergleichsweise flachen Flanken im Zentralbereich und steiler werdenden
Flanken im Randbereich.
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Schichten
des ersten Resonatorspiegels, vorzugsweise zumindest die ersten
Schichten, enthalten jeweils einen Dotierstoff, wobei mindestens eine
Schicht der ersten Schichten eine von der Dotierstoffkonzentration
der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration
aufweist.
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Insbesondere
weisen die ersten Schichten des Resonatorspiegels somit zumindest
zwei Schichten auf, deren Dotierstoffkonzentration verschieden ist.
Die weiteren ersten Schichten können im Wesentlichen die
gleiche Dotierstoffkonzentration wie eine der zumindest zwei Schichten
aufweisen.
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Die
Dotierstoffkonzentration beeinflusst den Oxidationsvorgang in den
ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels, insbesondere die
laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche. Vorzugsweise ist die
Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels
derart ausgebildet, dass die oxidierten Bereiche eine vorgesehen
laterale Ausdehnung aufweisen. Mittels der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels lässt
sich demnach die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche in
diesen Schichten festlegen. Eine gute Reproduzierbarkeit der lateralen Ausdehnung
der oxidierten Bereiche in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels
ermöglicht sich dadurch mit Vorteil. Wesentliche Bauelementeigenschaften,
wie beispielsweise der Serienwiderstand, Einsatzspannung, Schwellstrom
und Effizienz, lassen sich somit abhängig von der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten, vorteilhaft beeinflussen.
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Ferner
kann durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels die Oxidationshomogenität
verbessert werden. Durch eine verbesserte Oxidationshomogenität
in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels verbessern
sich mit Vorteil weiter die Bauelementeigenschaften des Halbleiterlaserbauelements.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der oxidierte Bereich der
mindestens einen Schicht, die eine von der Dotierstoffkonzentration
der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration
aufweist, eine von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten
unterschiedliche laterale Ausdehnung auf.
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Bevorzugt
weicht die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der mindestens
einen Schicht um mindestens 1 μm von der lateralen Ausdehnung
der anderen ersten Schichten ab.
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Vorzugsweise
weisen die ersten Schichten zwei Schichten auf, die sich in der
Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten Schichten unterscheiden.
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Besonders
bevorzugt unterscheiden sich die Dotierstoffkonzentrationen der
zwei Schichten auch untereinander. In diesem Fall enthalten die
ersten Schichten eine Schicht mit einer ersten Dotierstoffkonzentration,
eine weitere Schicht mit einer zweiten Dotierstoffkonzentration
und andere Schichten jeweils mit einer dritten Dotierstoffkonzentration.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierstoffkonzentration
einer Schicht der zwei Schichten mindestens 1,5 × so hoch
wie die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierstoffkonzentration
einer Schicht der zwei Schichten größer als 1018 cm–3.
Besonders bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration einer Schicht
der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 2 × 1018 cm–3 und
6 × 1018 cm–3.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierstoffkonzentration
der anderen Schicht der zwei Schichten kleiner als 1018 cm–3. Besonders bevorzugt liegt die
Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten
in einem Bereich zwischen 3 × 1017 cm–3 und 7 × 1017 cm–3.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die laterale Ausdehnung der
oxidierten Bereiche der zwei Schichten, deren Konzentration des
Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine von der lateralen Ausdehnung
der anderen ersten Schichten unterschiedliche laterale Ausdehnung
auf.
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Unterschiedliche
Konzentrationen der Dotierstoffe in zwei Schichten gleicher Zusammensetzung
innerhalb des ersten Resonatorspiegels sind geeignet, die Ausdehnung
der oxidierten Bereiche der Schichten bestmöglich an gegebene
Erfordernisse anzupassen. Insbesondere sind die gegebenen Erfordernisse
an die ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels nicht über
die gesamte laterale Ausdehnung gleich, beispielsweise weil der
Strompfad durch den Halbleiterkörper auf den Zentralbereich begrenzt
sein soll. Mit einer über die ersten Schichten des ersten
Resonatorspiegels nicht konstanten Dotierstoffkonzentration, und
folglich unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen der oxidierten
Bereiche der ersten Schichten, kann dieser Tatsache Rechnung getragen
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die oxidierten Bereiche der
zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich
ist, eine unterschiedliche laterale Ausdehnung auf.
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In
diesem Fall enthalten die ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels
eine Schicht mit einem oxidierten Bereich einer ersten lateralen
Ausdehnung, eine weitere Schicht mit einem oxidierten Bereich einer
zweiten lateralen Ausdehnung und andere Schichten jeweils mit oxidierten
Bereichen einer dritten lateralen Ausdehnung.
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Ein
so ausgebildeter erster Resonatorspiegel begrenzt mit Vorteil den
Stromfluss durch den ersten Resonatorspiegel, und damit durch den
Halbleiterkörper, lokal. Insbesondere kann mit den zwei Schichten,
deren laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche sich untereinander
und von den weiteren ersten Schichten unterscheidet, sowohl der
Stromfluss im Wesentlichen auf den Zentralbereich des Halbleiterkörpers
begrenzt werden, als auch die laterale Stromaufweitung innerhalb
der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels reduziert werden.
Die Reduzierung der lateralen Stromaufweitung kann in diesem Fall
mittels der zweiten lateralen Ausdehnung des oxidierten Bereichs
der weiteren Schicht erzielt werden.
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Bevorzugt
ist die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs einer Schicht
der zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist,
mindestens 2 × so groß wie die laterale Ausdehnung
des oxidierten Bereichs der anderen Schicht der zwei Schichten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterlaserbauelements
weisen die oxidierten Bereiche der ersten Schichten jeweils eine
laterale Ausdehnung auf, die bis auf die zwei Schichten mit unterschiedlicher
Dotierstoffkonzentration eine Abweichung von weniger als 200 nm
aufweisen.
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Somit
weisen die ersten Schichten, bis auf die zwei Schichten mit unterschiedlicher
Dotierstoffkonzentration, eine ähnliche, im Wesentlichen
gleiche Dotierstoffkonzentration, und damit eine ähnliche,
im Wesentlichen gleiche laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche
auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterlaserbauelements
ist das oberflächenemittierende Halbleiterlaserbauelement
ein elektrisch gepumptes Halbleiterlaserbauelement.
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Bevorzugt
weist die aktive Zone eine aktive Schicht auf. Die aktive Schicht
weist einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine
Einfachquantentopfstruktur (SQW, single-quantum-well) oder eine
Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi-quantum-well) zur Strahlungserzeugung
auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung
hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie
umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte
und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Der
Halbleiterkörper ist bevorzugt ein Halbleiterchip. Besonders
bevorzugt ist der Halbleiterkörper ein Dünnfilmhalbleiterchip.
Als Dünnfilmhalbleiterchip wird im Rahmen der Anmeldung
ein Halbleiterchip angesehen, während dessen Herstellung
das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge, die
einen Halbleiterkörper des Dünnfilmhalbleiterchips
umfasst, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen wurde, abgelöst
worden ist. Die Halbleiterchips können jeweils mit einem
Trägersubstrat verbunden sein, das vom Aufwachssubstrat
für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers
verschieden ist.
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Das
Trägersubstrat unterliegt mit Vorteil nicht den vergleichsweise
hohen Anforderungen, die ein Aufwachssubstrat, etwa hinsichtlich
der Kristallstruktur, erfüllen muss. Für die Auswahl
des Materials des Trägersubstrats stehen somit mehr Materialien
zur Verfügung als für die Auswahl des Materials
des Aufwachssubstrats. Das Trägersubstrat kann somit vergleichsweise
frei hinsichtlich vorteilhafter Eigenschaften, wie hoher thermischer
und/oder elektrischer Leitfähigkeit, gewählt werden.
Beispielsweise kann ein solches Trägersubstrat ein vom
Aufwachssubstrat verschiedenes Halbleitermaterial oder ein Metall
enthalten und/oder als Wärmesenke ausgebildet sein.
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Bevorzugt
basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-, Phosphid-
oder Arsenid-Verbindungshalbleiter. „Auf Nitrid-, Phosphid-
oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend” bedeutet
im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge
oder zumindest eine Schicht davon ein III/V-Halbleitermaterial mit
der Zusammensetzung InxGayAl1-x-y, InxGayAl1-x-yN oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils
mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und
x + y ≤ 1, umfasst.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die zwei Schichten, deren
Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche
Dicke auf.
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Durch
die unterschiedliche Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten
kann vorzugsweise die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche
gezielt beeinflusst werden. Zusätzlich kann die laterale
Ausdehnung der oxidierten Bereiche mittels der unterschiedlichen
Dicken dieser zwei Schichten gezielt beeinflusst werden. Bevorzugt
sind sowohl die Dotierstoffkonzentration als auch die Dicke der
zwei Schichten so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale
Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichen ergibt.
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Die
oxidierten Bereiche sind bevorzugt im Randbereich des Halbleiterkörpers
angeordnet. Dadurch wird mit Vorteil der Stromfluss lokal begrenzt. Insbesondere
ist die Stromleitfähigkeit im Randbereich des Halbleiterkörpers
gering.
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Der
erste und der zweite Resonatorspiegel weisen bevorzugt alternierend
gestapelte Schichten auf, wobei die alternierend gestapelten Schichten insbesondere
unterschiedliche Brechungsindices aufweisen.
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Der
erste und der zweite Resonatorspiegel sind bevorzugt als Bragg-Spiegel
ausgebildet. Der erste Resonatorspiegel kann als Auskoppelspiegel für
die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist hierzu
bevorzugt eine geringere Reflektivität als der zweite Resonatorspiegel
auf.
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Die
in der aktiven Zone erzeugte Strahlung kann zwischen dem ersten
Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel derart reflektiert
werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld für die
Erzeugung kohärenter Strahlung (Laserstrahlung) über
induzierte Emission in der aktiven Zone ausbildet, die über
den Auskoppelspiegel, bevorzugt dem ersten Resonatorspiegel, aus
dem Resonator ausgekoppelt werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Resonatorspiegel
alternierend gestapelte AlAs-Schichten oder AlGaAs-Schichten und GaAs-Schichten
auf. Bevorzugt enthalten die ersten Schichten AlxGa1-xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1.
Besonders bevorzugt enthalten die ersten Schichten AlxGa1-xAs, jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1.
Die zweiten Schichten enthalten vorzugsweise AlyGa1-yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5,
besonders bevorzugt jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,2.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Resonatorspiegel
alternierend gestapelte erste Schichten und zweite Schichten auf,
wobei jeweils zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht
eine Übergangsschicht angeordnet ist. Die Übergangsschicht
weist bevorzugt einen Aluminiumgehalt auf, der zwischen dem Aluminiumgehalt der
ersten Schicht und dem Aluminiumgehalt der zweiten Schicht liegt.
Dabei kann die Übergangsschicht vorzugsweise einen senkrecht
zur lateralen Ausdehnung der Übergangsschicht variierenden
Aluminiumgehalt aufweisen, beispielsweise einen parabolisch, linear
oder stufenförmig ansteigenden oder abnehmenden Aluminiumgehalt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich der
Aluminiumgehalt der mindestens einen Schicht der ersten Schichten,
die eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten
unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist, von dem Aluminiumgehalt
der anderen ersten Schichten. Bevorzugt weisen die ersten Schichten
zwei Schichten auf, die sich in der Dotierstoffkonzentration von
den anderen ersten Schichten und besonders bevorzugt in der Dotierstoffkonzentration
untereinander unterscheiden, wobei sich der Aluminiumgehalt der
zwei Schichten von dem Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten
unterscheidet. Besonders bevorzugt ist der Aluminiumgehalt der zwei Schichten
höher als der Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten.
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Besonders
bevorzugt unterscheidet sich der Aluminiumgehalt der zwei Schichten
auch untereinander. In diesem Fall enthalten die ersten Schichten eine
Schicht mit einem ersten Aluminiumgehalt, eine weitere Schicht mit
einem zweiten Aluminiumgehalt und andere Schichten jeweils mit einem
dritten Aluminiumgehalt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung wird die laterale Ausdehnung der
oxidierten Bereiche der zwei Schichten, die eine von der Dotierstoffkonzentration
der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration
aufweisen, durch eine unterschiedliche Dotierstoffkonzentration
der zwei Schichten, durch eine unterschiedliche Dicke dieser zwei Schichten
und zusätzlich durch einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt
der zwei Schichten gezielt beeinflusst. Bevorzugt sind sowohl die
Dotierstoffkonzentration, die Dicke und der Aluminiumgehalt der zwei
Schichten so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale
Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichen ergibt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die mindestens eine Schicht
des ersten Resonatorspiegels, deren Konzentration des Dotierstoffs
unterschiedlich ist, jeweils eine p-Dotierung auf. Besonders bevorzugt
weist die mindestens eine Schicht eine Kohlenstoff-Dotierung auf.
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Die
Schichten des zweiten Resonatorspiegels weisen vorzugsweise jeweils
eine n-Dotierung auf. Bevorzugt weist lediglich der erste Resonatorspiegel
oxidierte Bereiche auf.
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Es
hat sich überraschend gezeigt, dass die Höhe der
Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels
die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten
des ersten Resonatorspiegels beeinflusst. Eine hohe Dotierstoffkonzentration
im zweiten Resonatorspiegel führt zu sehr geringen lateralen
Ausdehnungen der oxidierten Bereiche der ersten Schichten des ersten
Resonatorspiegels. Es hat sich gezeigt, dass dieser Effekt unabhängig
von dem verwendeten Dotierstoff des zweiten Resonatorspiegels ist.
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Die
Ausdehnung der oxidierten Bereiche in den ersten Schichten ist demnach
abhängig von dem Dotierprofil des gesamten Halbleiterkörpers.
Der Oxidationsvorgang ist demnach von der Dotierstoffkonzentration
der Schichten des zweiten Resonatorspiegels und der Dotierstoffkonzentration
der ersten und der zweiten Schichten des ersten Resonatorspiegels abhängig.
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Durch
eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration der ersten
Schichten des ersten Resonatorspiegels kann mit Vorteil bei einer
gewünschten lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche
der ersten Schichten die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels
unverändert bleiben. Ein beispielsweises Absenken der Dotierstoffkonzentration
im zweiten Resonatorspiegel ist nicht notwendig, wodurch nachteilige Änderungen
des gesamten Dotierprofils mit Vorteil nicht erforderlich sind. Eine
verbesserte Reproduzierbarkeit der lateralen Ausdehnung der oxidierten
Bereiche und eine verbesserte Oxidationshomogenität sind
so mit Vorteil möglich.
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Ein
Verfahren zum Herstellen eines oberflächenemittierenden
Halbleiterlaserbauelements umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
Epitaktisches
Aufwachsen eines Halbleiterkörpers auf ein Aufwachssubstrat,
der einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel
und eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Zone umfasst,
wobei der erste Resonatorspiegel alternierend gestapelte erste Schichten
einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten einer zweiten
Zusammensetzung aufweist, wobei während des Aufwachsens
zumindest ein Dotierstoff in die ersten Schichten eingebracht wird,
wobei mindestens eine Schicht der ersten Schichten eine von der
Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche
Dotierstoffkonzentration aufweist, und
Partielles Oxidieren
der ersten Schichten mittels eines Oxidationsprozesses, sodass oxidierte
Bereiche entstehen, die jeweils eine laterale Ausdehnung aufweisen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften
Ausgestaltungen des Halbleiterlaserbauelements und umgekehrt.
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Bevorzugt
wird die Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten
Resonatorspiegels bei vorgegebener Dotierstoffkonzentration der Schichten
des zweiten Resonatorspiegels so eingestellt, dass die oxidierten
Bereiche der ersten Schichten eine gewünschte laterale
Ausdehnung aufweisen.
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Die
Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels
können in diesem Fall vorgegeben sein, während
die Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels
abhängig von der vorgesehenen lateralen Ausdehnung der
oxidierten Bereiche eingestellt wird. Durch eine gezielte Einstellung
der Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels
kann mit Vorteil der Oxidationsprozess gesteuert werden, ohne dabei
in das Dotierprofil der übrigen Schichten des Halbleiterkörpers
einzugreifen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten
des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserbauelements
und des Verfahrens zu dessen Herstellung ergeben sich aus den im
Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten
Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen:
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1A einen
schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements,
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1B einen
schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements,
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2 einen
schematischen Ausschnitt des erfindungsgemäßen
Halbleiterlaserbauelements aus 1,
und
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3 ein
Diagramm aufweisend die Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten
Schichten aufgetragen gegen die Dotierstoffkonzentration des zweiten
Resonatorspiegels.
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Gleiche
oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die
Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander
sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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In 1A ist
ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement
dargestellt, das eine vertikale Emissionsrichtung 7 aufweist
und zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen
Resonators vorgesehen ist.
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Auf
einem Substrat 1 ist ein Halbleiterkörper mit
einem ersten Resonatorspiegel 2, einem zweiten Resonatorspiegel 4 und
einer aktiven Zone 3 angeordnet. Der erste Resonatorspiegel 2 weist
jeweils alternierend gestapelte erste Schichten 2a einer
ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 2b einer zweiten
Zusammensetzung auf. Der zweite Resonatorspiegel 4 weist
ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 4a, 4b auf.
Die aktive Zone 3 weist eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene
aktive Schicht 31 auf. Der erste Resonatorspiegel 2,
die aktive Zone 3 und der zweite Resonatorspiegel 4 weisen
jeweils eine laterale Haupterstreckungsrichtung auf.
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Der
Halbleiterkörper ist bevorzugt als Halbleiterchip ausgebildet,
besonders bevorzugt als Dünnfilmhalbleiterchip.
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Das
Substrat 1 kann aus dem Aufwachssubstrat oder einem Teilstück
des Aufwachssubstrats des Halbleiterkörpers, auf dem zuerst
der zweite Resonatorspiegel 4 und nachfolgend die aktive
Zone 3, vorzugsweise epitaktisch, gewachsen wurden, gebildet
sein. Alternativ kann das Substrat 1 von dem Aufwachssubstrat
des Halbleiterkörpers verschieden sein. Das Substrat 1 ist
vorzugsweise n-leitend ausgebildet.
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Die
aktive Schicht 31 der aktiven Zone 3 weist bevorzugt
einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur
oder eine Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung auf.
Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-,
einem Phosphid- oder einem Arsenid-Verbindungshalbleiter. Beispielsweise
enthält das Substrat 1 GaAs und der Halbleiterkörper
basiert auf dem Materialsystem InxGayAl1-x-yAs mit 0 ≤ x,
y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
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Der
zweite Resonatorspiegel 4 ist zwischen der aktiven Zone 3 und
dem Substrat 1 angeordnet, wobei der zweite Resonatorspiegel 4 zusammen
mit dem ersten Resonatorspiegel 2 einen optischen Resonator
für die in der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung
bildet. Der erste Resonatorspiegel 4 und der zweite Resonatorspiegel 2 sind
bevorzugt zusammen mit der aktiven Zone 3 in den Halbleiterkörper des
Halbleiterlaserbauelements integriert.
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Der
erste Resonatorspiegel 2 ist als Auskoppelspiegel der im
Resonator mittels induzierter Emission erzeugten Laserstrahlung
ausgebildet und besitzt eine geringere Reflektivität als
der zweite Resonatorspiegel 4.
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In
der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung 7 wird in
vertikaler Richtung aus dem Halbleiterkörper emittiert.
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Bevorzugt
sind der erste Resonatorspiegel 2 und der zweite Resonatorspiegel 4 jeweils
ein Bragg-Spiegel.
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Der
zweite Resonatorspiegel 4 weist eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenpaaren 4a, 4b mit einem
vorteilhaft hohen Brechungsindexunterschied auf. Beispielsweise
bilden eine GaAs- und eine AlGaAs-Schicht ein Halbleiterschichtenpaar.
Die Mehrzahl von Schichtenpaaren im zweiten Resonatorspiegel 4 ist
in den 1A, 1B schematisch
angedeutet. Bevorzugt umfasst der zweite Resonatorspiegel 4 eine
Abfolge von 20 bis 30 oder mehr Halbleiterschichtenpaaren, woraus
beispielsweise eine Gesamtreflektivität des zweiten Resonatorspiegels 4 von
99,8 Prozent oder mehr für die Laserstrahlung resultiert.
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Der
erste Resonatorspiegel 2 weist eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenpaaren
umfassend erste Schichten 2a einer ersten Zusammensetzung und
zweite Schichten 2b einer zweiten Zusammensetzung mit einem
vorteilhaft hohen Brechungsindexunterschied auf. Vorzugsweise weist
der erste Resonatorspiegel 2 erste Schichten 2a aus
AlxGa1-xAs, jeweils mit
0,8 ≤ x ≤ 1, bevorzugt jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1,
und zweite Schichten 2b aus AlyGa1-yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5,
bevorzugt jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,2, auf. Die Mehrzahl
von Schichtenpaaren im ersten Resonatorspiegel 2 ist in
den 1A, 1B schematisch angedeutet. Die
Schichten des ersten Resonatorspiegels 2 werden ebenso
wie die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 und der
aktiven Zone 3, vorzugsweise epitaktisch hergestellt.
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Auf
der von dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Substrats 1 ist
eine erste Kontaktschicht 5 angeordnet. Die erste Kontaktschicht 5 enthält
bevorzugt ein Metall oder eine Metalllegierung.
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Auf
der von der aktiven Zone 3 abgewandten Seite des ersten
Resonatorspiegels 2 ist bevorzugt eine zweite Kontaktschicht 6 angeordnet.
Das Halbleiterlaserbauelement wird über die auf der dem Halbleiterkörper
abgewandten Seite des Substrats 1 angeordnete erste Kontaktschicht 5 und
die auf der dem Substrat 1 gegenüberliegenden
Seite des Halbleiterkörpers angeordnete zweite Kontaktschicht 6, die
beispielsweise jeweils mindestens ein Metall enthalten, elektrisch
gepumpt.
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Alternativ
kann die zweite Kontaktschicht 6 auf der von dem Halbleiterkörper
abgewandten Seite des Substrats 1, insbesondere auf der
Seite des Halbleiterkörpers, auf der die erste Kontaktschicht 5 angeordnet
ist, angeordnet sein (nicht dargestellt). Kontaktiertechniken, die
eine erste und eine zweite Kontaktschicht auf einer Seite eines
Halbleiterkörpers aufweisen, sind dem Fachmann bekannt
(unter anderem Flip-Chip-Halbleiterkörper) und werden an dieser
Stelle nicht näher erläutert.
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Um
Absorption der emittierten Laserstrahlung in der zweiten Kontaktschicht 6 zu
vermeiden, ist, wie in 1A dargestellt, die zweite Kontaktschicht 6 über
einem Zentralbereich DEm des Halbleiterkörpers
ausgespart und verläuft beispielsweise ringartig über
einen Randbereich des Halbleiterkörpers. Die zweite Kontaktschicht 6 kann
beispielsweise Ti, Au, Pt oder Legierungen mit mindestens einem dieser
Materialien enthalten.
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Vorzugsweise
weisen die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 eine
n-Dotierung auf. Die ersten und zweiten Schichten 2a, 2b des
ersten Resonatorspiegels 2 weisen bevorzugt eine p-Dotierung
auf. Insbesondere weisen die ersten Schichten 2a des ersten
Resonatorspiegels 2 eine p-Dotierung auf. Besonders bevorzugt
weisen die ersten Schichten 2a eine Kohlenstoffdotierung
auf.
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Ferner
weisen die ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 oxidierte
Bereiche 8a und nicht oxidierte Bereiche 8b auf.
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Der
erste Resonatorspiegel 2, insbesondere die einzelnen ersten
und zweiten Schichten 2a, 2b, sind in 2 detailliert
dargestellt.
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Bevorzugt
weist eine Schicht 21 der ersten Schichten 2a eine
von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche Dotierstoffkonzentration
auf. In dem Ausführungsbeispielen der 1A, 1B und 2 weisen
zwei Schichten 21a, 21b jeweils eine Dotierstoffkonzentration
auf, die sich in der Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten
Schichten 2a unterscheidet.
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Die
Dotierstoffkonzentrationen der zwei Schichten 21a, 21b unterscheiden
sich ferner zusätzlich untereinander. Somit enthalten die
ersten Schichten 2a eine Schicht 21a mit einer
ersten Dotierstoffkonzentration, eine weitere Schicht 21b mit einer
zweiten Dotierstoffkonzentration und andere Schichten 2a jeweils
mit einer dritten Dotierstoffkonzentration.
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Ferner
weisen die zwei Schichten 21a, 21b, die eine von
den anderen ersten Schichten 2a und zueinander unterschiedliche
Dotierstoffkonzentration aufweisen, eine von der lateralen Ausdehnung
D der oxidierten Bereiche 8a der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche
laterale Ausdehnung Da, Db der oxidierten
Bereiche 8a auf.
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Die
Dotierstoffkonzentration beeinflusst den Oxidationsvorgang in den
ersten Schichten 2a, insbesondere die laterale Ausdehnung
der oxidierten Bereiche 8a. Mittels der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 lässt
sich demnach die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a in
diesen Schichten 2a beeinflussen. Wesentliche Bauelementeigenschaften, wie
beispielsweise der Serienwiderstand, Einsatzspannung, Schwellstrom
und Effizienz, lassen sich somit abhängig von der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten 2a, vorteilhaft beeinflussen.
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Ferner
kann durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration
in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels
die Oxidationshomogenität verbessert werden. Durch eine
verbesserte Oxidationshomogenität in den ersten Schichten 2a des
ersten Resonatorspiegels verbessern sich ebenfalls mit Vorteil weiter
die Bauelementeigenschaften des Halbleiterlaserbauelements.
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Durch
die unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen, und somit die
unterschiedliche laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a,
in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 kann
mit Vorteil der Stromfluss durch den ersten Resonatorspiegel 2,
und damit durch den Halbleiterkörper, lokal begrenzt werden.
Insbesondere kann mit den zwei Schichten 21a, 21b,
deren Dotierstoffkonzentration sich untereinander und von den weiteren ersten
Schichten 2a unterscheidet, der Stromfluss im Wesentlichen
auf den Zentralbereich DEm des Halbleiterkörpers
begrenzt werden, und die laterale Stromaufweitung innerhalb der
ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 reduziert
werden.
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Die
Dotierstoffkonzentration einer Schicht 21a der zwei Schichten 2a ist
bevorzugt mindestens 1,5 × so hoch wie die Dotierstoffkonzentration
der anderen Schicht 21b der zwei Schichten 2a.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dotierstoffkonzentration
einer Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 2 × 1018 cm–3 und
6 × 1018 cm–3.
Besonders bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration der anderen
Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 3 × 1017 cm–3 und
7 × 1017 cm–3.
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Jeweils
die zweiten Schichten 2b des ersten Resonatorspiegels weisen
vorzugsweise keine oxidierten Bereiche auf. Insbesondere weisen
die Schichten des ersten Resonatorspiegels 2, die vorzugsweise
AlxGa1-xAs mit 0,95 ≤ x ≤ 1
enthalten, oxidierte Bereiche auf. Ferner weisen die Schichten 2a, die
oxidierte Bereiche 8a aufweisen, Bereiche 8b auf, die
nicht oxidiert sind.
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Die
oxidierten Bereiche 8a sind vorzugsweise im Randbereich
des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise verlaufen
die oxidierten Bereiche 8a ringartig über den
Randbereich des Halbleiterkörpers.
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Durch
den Oxidationsprozess verlieren die ersten Schichten 2a in
diesen Bereichen 8a die Stromleitfähigkeit. Dadurch
kann mit Vorteil der Stromfluss durch den Halbleiterkörper
lokal begrenzt werden. Insbesondere weist der Halbleiterkörper
im Randbereich nahezu keinen, oder zumindest einen geringeren Stromfluss
auf als in den nicht oxidierten Bereichen.
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Ein
elektrisches Pumpen des unter den oxidierten Bereichen 8a angeordneten
Randbereichs der aktiven Zone 3 wird aufgrund der verglichen
mit den nicht oxidierten Bereichen 8b geringeren Stromleitfähigkeit
der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels vorteilhaft
vermieden.
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Der
Stromfluss ist demnach durch die oxidierten Bereiche 8a der
ersten Schichten 2a beeinflusst, insbesondere bevorzugt
im Zentralbereich DEm des Halbleiterkörpers
ausgebildet.
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Vorzugsweise
weist die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a der
zwei Schichten 21a, 21b, deren Konzentration des
Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine von der lateralen Ausdehnung
der anderen ersten Schichten 2a und zueinander unterschiedliche
laterale Ausdehnung Da auf.
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Die
oxidierten Bereiche der ersten Schichten 2a des ersten
Resonatorspiegels 2 weisen jeweils eine laterale Ausdehnung
D auf. Bevorzugt weisen dabei zwei Schichten 21a, 21b eine
von der lateralen Ausdehnung D der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche
laterale Ausdehnung Da, Db auf.
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Die
unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen D, Da,
Db werden vorzugsweise mittels der unterschiedlichen
Dotierstoffkonzentrationen in diesen Schichten 2a, 21a, 21b erzielt.
Bevorzugt weisen die ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 eine
derartige Dotierstoffkonzentration auf, dass die oxidierten Bereiche 8a jeweils
eine vorgesehene laterale Ausdehnung D, Da,
Db aufweisen. Bevorzugt ist die Dotierstoffkonzentration
der ersten Schichten 2a, 21a, 21b des
ersten Resonatorspiegels 2 bei vorgegebener Dotierstoffkonzentration
der Schichten 4a, 4b des zweiten Resonatorspiegels 4 so
eingestellt, dass die oxidierten Bereiche 8a jeweils die
vorgesehene laterale Ausdehnung D, Da, Db aufweisen.
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Bevorzugt
kann die n-Dotierung der Schichten 4a, 4b des
zweiten Resonatorspiegels 4 fest vorgegeben sein, während
die p-Dotierung der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 so
eingestellt ist, dass die oxidierten Bereiche 8a eine gewünschte
laterale Ausdehnung D, Da, Db aufweisen.
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Bevorzugt
weist lediglich der p-dotierte erste Resonatorspiegel 2 erste
Schichten 2a mit oxidierten Bereichen 8a auf.
Der Oxidationsprozess ist abhängig von dem gesamten Dotierprofil
des Halbleiterkörpers. Durch eine Einstellung der Dotierstoffkonzentration
des p-Dotierstoffes in den ersten Schichten 2a des ersten
Resonatorspiegels 2 kann so die laterale Ausdehnung D,
Da, Db der oxidierten
Bereiche 8a festgesetzt werden.
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Bevorzugt
weisen die zwei Schichten 21a, 21b, deren Konzentration
des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Dicke
auf (nicht dargestellt).
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Durch
die unterschiedliche Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten 21a, 21b kann
vorzugsweise die laterale Ausdehnung D, Da,
Db der oxidierten Bereiche 8a gezielt
beeinflusst werden. Zusätzlich kann die laterale Ausdehnung
D, Da, Db der oxidierten
Bereiche 8a durch die unterschiedliche Dicke dieser zwei
Schichten 21a, 21b gezielt beeinflusst werden.
Bevorzugt sind die Dotierstoffkonzentration und die Dicke der zwei
Schichten 21a, 21b so eingestellt, dass sich eine
gewünschte laterale Ausdehnung D, Da,
Db der oxidierten Bereiche 8a der zwei
Schichen 21a, 21b ergibt.
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Ferner
kann die laterale Ausdehnung D, Da, Db der oxidierten Bereiche 8a durch
einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt der zwei Schichten 21a, 21b zueinander
und zu dem Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten 2a gezielt
beeinflusst werden. Besonders bevorzugt sind die Dotierstoffkonzentration,
die Dicke und der Aluminiumgehalt der zwei Schichten 21a, 21b so
eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale Ausdehnung
D, Da, Db der oxidierten
Bereiche 8a der zwei Schichen 21a, 21b ergibt.
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Auf
dem ersten Resonatorspiegel 2 ist bereichsweise eine zweite
Kontaktschicht 6 angeordnet. Bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht 6 im Randbereich
des Halbleiterkörpers angeordnet. Insbesondere weist so
der Zentralbereich DEm keine zweite Kontaktschicht 6 auf.
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Die
zweite Kontaktschicht 6 weist vorzugsweise eine größere
laterale Ausdehnung auf als die oxidierten Bereiche 8a der
ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2.
Es entsteht somit ein Überlapp der zweiten Kontaktschicht 6 über
die oxidierten Bereiche 8a. Dabei kann die zweite Kontaktschicht 6 eine
kleinere oder eine größere laterale Ausdehnung
aufweisen als die oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichten 21a, 21b,
deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist. Es ist
auch denkbar, dass die zweite Kontaktschicht 6 eine kleinere
laterale Ausdehnung aufweist als der oxidierte Bereich 8a einer
der zwei Schichten 21b und eine größere
laterale Ausdehnung aufweist als der oxidierte Bereich 8a der
zweiten Schicht 21a. In diesem Fall liegt die laterale
Ausdehnung der zweiten Kontaktschicht 6 in einem Bereich
zwischen der lateralen Ausdehnung des oxidierten Bereichs 8a der
einen der zwei Schichten 21b und der lateralen Ausdehnung
des oxidierten Bereichs 8a der zweiten Schicht 21a.
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Bevorzugt
wird der eingespeiste Strom vorwiegend über den nicht oxidierten
Bereich 8b der ersten Sichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 in
die aktive Zone injiziert. Im Randbereich des Halbleiterkörpers,
der die oxidierten Bereiche 8a aufweist, wird in der aktiven
Zone 3 aufgrund der geringen Stromleitfähigkeit
der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a eine
Strominjektion vorwiegend vermieden. Somit findet eine strahlende
Rekombination, beziehungsweise Strahlungserzeugung, aufgrund der vergleichsweise
geringen Querleitfähigkeit der oxidierten Bereiche 8a vorwiegend
in den nicht oxidierten Bereichen 8b der aktiven Zone 3 statt.
Der Strompfad des Pumpstroms im Halbleiterkörper kann so durch
die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a der
ersten Schichten 2a bestimmt werden.
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Das
Ausführungsbeispiel der 1B unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel der 1A durch
eine ganzflächige zweite Kontaktschicht 6. Auf
dem ersten Resonatorspiegel 2 ist demnach ganzflächig
zum elektrischen Anschluss des Halbleiterlaserbauelements eine elektrisch
leitende Kontaktschicht 6 angeordnet.
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In
diesem Fall erfolgt die Auskopplung der Laserstrahlung durch die
zweite Kontaktschicht 6. Die zweite Kontaktschicht 6 muss
demnach für die von der aktiven Zone 3 erzeugte
Strahlung 7 zumindest teilweise transparente Eigenschaften
aufweisen. Insbesondere ist die Absorption der von der aktiven Zone 3 emittierten
Laserstrahlung in der zweiten Kontaktschicht 6 gering,
bevorzugt kleiner als 40 Prozent, besonders bevorzugt kleiner als
20 Prozent.
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Die
zweite Kontaktschicht 6 weist in dem Ausführungsbeispiel
der 1B bevorzugt ein transparentes leitendes Oxid
auf. Transparente leitende Oxide (TCO: transparent conductive Oxids)
sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide,
wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid
oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie
beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch
ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise
Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaIn2O3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder
Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der
Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer
stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch
p- oder n-dotiert sein.
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In 3 ist
ein Diagramm dargestellt, das die Abhängigkeit der lateralen
Ausdehnung D der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten
von der Ladungsträgerdichte im n-dotierten zweiten Resonatorspiegel 4 zeigt.
In dem Diagramm ist die laterale Ausdehnung D der oxidierten Bereiche
(Oxidationstiefe) im p-dotierten ersten Resonatorspiegel 2 (μm)
gegen die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels 4 (cm–3) dargestellt. Entlang der Abszisse des
Diagramms sind die Werte der Dotierstoffkonzentration des n-dotierten
zweiten Resonatorspiegels 4 aufgetragen. An die Ordinate
sind die Werte der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche der
ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 aufgetragen.
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Der
in dem Diagramm dargestellte Graph A gibt Werte an, bei denen die
ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 eine
aktive Dotierung aufweisen. Graph B in dem Diagramm zeigt Werte,
bei denen die ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 eine
intrinsische Dotierung aufweisen. Insbesondere weisen dabei die
ersten Schichten 2a eine Dotierung auf, die während
des Aufwachsprozesses der einzelnen Schichten des Halbeiterkörpers
entsteht, ohne aktiv eingebracht zu werden.
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Wie
in dem Diagramm dargestellt hängt überraschenderweise
die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten 2a des
ersten Resonatorspiegels 2 von der Dotierstoffkonzentration
der Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 ab. Die Ausdehnung
D der oxidierten Bereiche 8a ist demnach abhängig
von dem Dotierprofil des gesamten Halbleiterkörpers. Insbesondere
beeinflusst die Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten
Resonatorspiegels 4 die Oberflächenladung der ersten Schichten 2a des
ersten Resonatorspiegels 2. Die Oberflächenladung
der ersten Schichten 2a wiederum beeinflusst den Oxidationsvorgang
in den ersten Schichten 2a. Der Oxidationsprozess ist demnach
von der Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 und
der Dotierstoffkonzentration der ersten und der zweiten Schichten des
ersten Resonatorspiegels 2 abhängig.
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Durch
eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration der ersten
Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 kann
mit Vorteil bei einer gewünschten lateralen Ausdehnung
der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a die
Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels 4 unverändert
bleiben.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt, sondern umfasst 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Dependence
of lateral Oxidation rate an thickness of AlAs-layer of interest
as a current aperture in vertical-cavity surface-emitting laser
structures”, Journal of Applied Physics, Vol. 84, No. 1, 01.
Juli 1998 [0002]