DE102008055941A1

DE102008055941A1 - Oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung

Info

Publication number: DE102008055941A1
Application number: DE102008055941A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Mayer; Andreas Koller; Joachim Dr. Pfeiffer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-06-17
Also published as: US20120134382A1; EP2342786A2; WO2010051784A2; JP2012507876A; WO2010051784A3; CN102204039A; KR20110093839A

Abstract

Es wird ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung angegeben, das einen Halbleiterkörper umfasst, der einen ersten Resonatorspiegel (2), einen zweiten Resonatorspiegel (4) und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone (3) aufweist. Der erste Resonatorspiegel (2) weist alternierend gestapelte erste Schichten (2a) einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten (2b) einer zweiten Zusammensetzung auf. Die ersten Schichten (2a) weisen oxidierte Bereiche (8a) auf. Ferner enthalten zumindest die ersten Schichten (2a) jeweils einen Dotierstoff, wobei mindestens eine Schicht (21a) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung, das zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen Resonators vorgesehen ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Al_xGa_1-XAs mit 0,95 ≤ x ≤ 1 enthalten, durch einen Oxidationsprozess lateral aufoxidiert. Insbesondere werden die Schichten im Randbereich des Halbleiterkörpers aufoxidiert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise weisen die ersten Schichten zwei Schichten auf, die sich in der Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten Schichten unterscheiden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die oxidierten Bereiche der zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche laterale Ausdehnung auf.
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.
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.
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.
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.
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.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleiterlaserbauelements ist das oberflächenemittierende Halbleiterlaserbauelement ein elektrisch gepumptes Halbleiterlaserbauelement.
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.
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.
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.
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 In_xGa_yAl_1-x-y, In_xGa_yAl_1-x-yN oder In_xGa_yAl_1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Dicke auf.
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.
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.
Der erste und der zweite Resonatorspiegel weisen bevorzugt alternierend gestapelte Schichten auf, wobei die alternierend gestapelten Schichten insbesondere unterschiedliche Brechungsindices aufweisen.
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.
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.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Resonatorspiegel alternierend gestapelte AlAs-Schichten oder AlGaAs-Schichten und GaAs-Schichten auf. Bevorzugt enthalten die ersten Schichten Al_xGa_1-xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1. Besonders bevorzugt enthalten die ersten Schichten Al_xGa_1-xAs, jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1. Die zweiten Schichten enthalten vorzugsweise Al_yGa_1-yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5, besonders bevorzugt jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,2.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels weisen vorzugsweise jeweils eine n-Dotierung auf. Bevorzugt weist lediglich der erste Resonatorspiegel oxidierte Bereiche auf.
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.
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.
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.
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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausgestaltungen des Halbleiterlaserbauelements und umgekehrt.
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.
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.
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.
Es zeigen:
1A einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements,
1B einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements,
2 einen schematischen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements aus 1, und
3 ein Diagramm aufweisend die Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten aufgetragen gegen die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels.
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.
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.
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.
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt als Halbleiterchip ausgebildet, besonders bevorzugt als Dünnfilmhalbleiterchip.
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.
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 In_xGa_yAl_1-x-yAs mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
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.
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.
In der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung 7 wird in vertikaler Richtung aus dem Halbleiterkörper emittiert.
Bevorzugt sind der erste Resonatorspiegel 2 und der zweite Resonatorspiegel 4 jeweils ein Bragg-Spiegel.
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.
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 Al_xGa_1-xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1, bevorzugt jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1, und zweite Schichten 2b aus Al_yGa_1-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.
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.
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.
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.
Um Absorption der emittierten Laserstrahlung in der zweiten Kontaktschicht 6 zu vermeiden, ist, wie in 1A dargestellt, die zweite Kontaktschicht 6 über einem Zentralbereich D_Em 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.
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.
Ferner weisen die ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 oxidierte Bereiche 8a und nicht oxidierte Bereiche 8b auf.
Der erste Resonatorspiegel 2, insbesondere die einzelnen ersten und zweiten Schichten 2a, 2b, sind in 2 detailliert dargestellt.
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.
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.
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 D_a, D_b der oxidierten Bereiche 8a auf.
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.
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.
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 D_Em des Halbleiterkörpers begrenzt werden, und die laterale Stromaufweitung innerhalb der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 reduziert werden.
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.
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.
Jeweils die zweiten Schichten 2b des ersten Resonatorspiegels weisen vorzugsweise keine oxidierten Bereiche auf. Insbesondere weisen die Schichten des ersten Resonatorspiegels 2, die vorzugsweise Al_xGa_1-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.
Die oxidierten Bereiche 8a sind vorzugsweise im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise verlaufen die oxidierten Bereiche 8a ringartig über den Randbereich des Halbleiterkörpers.
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.
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.
Der Stromfluss ist demnach durch die oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a beeinflusst, insbesondere bevorzugt im Zentralbereich D_Em des Halbleiterkörpers ausgebildet.
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 D_a auf.
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 D_a, D_b auf.
Die unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen D, D_a, D_b 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, D_a, D_b 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, D_a, D_b aufweisen.
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, D_a, D_b aufweisen.
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, D_a, D_b der oxidierten Bereiche 8a festgesetzt werden.
Bevorzugt weisen die zwei Schichten 21a, 21b, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Dicke auf (nicht dargestellt).
Durch die unterschiedliche Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten 21a, 21b kann vorzugsweise die laterale Ausdehnung D, D_a, D_b der oxidierten Bereiche 8a gezielt beeinflusst werden. Zusätzlich kann die laterale Ausdehnung D, D_a, D_b 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, D_a, D_b der oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichen 21a, 21b ergibt.
Ferner kann die laterale Ausdehnung D, D_a, D_b 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, D_a, D_b der oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichen 21a, 21b ergibt.
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 D_Em keine zweite Kontaktschicht 6 auf.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „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]

Claims

Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung (7) umfassend einen Halbleiterkörper, der einen ersten Resonatorspiegel (2), einen zweiten Resonatorspiegel (4) und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone (3) aufweist, wobei – der erste Resonatorspiegel (2) alternierend gestapelte erste Schichten (2a) einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten (2b) einer zweiten Zusammensetzung aufweist, – die ersten Schichten (2a) oxidierte Bereiche aufweisen (8a), – zumindest die ersten Schichten (2a) jeweils einen Dotierstoff enthalten, und – mindestens eine Schicht (21a) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der oxidierte Bereich (8a) der mindestens einen Schicht (21a) eine von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche laterale Ausdehnung aufweist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 2, wobei die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der mindestens einen Schicht (21a) um mindestens 1 μm von der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der anderen ersten Schichten (2a) abweicht.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Schichten (21a, 21b) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 4, wobei die Dotierstoffkonzentration einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) mindestens 1,5 × so hoch ist wie die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b).
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 5, wobei die Dotierstoffkonzentration einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) größer als 10¹⁸ cm^–3 ist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, wobei die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b) kleiner als 10¹⁸ cm^–3 ist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, wobei die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der zwei Schichten (21a, 21b) von der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der anderen ersten Schichten (2a) abweicht.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, wobei die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs (8a) einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) mindestens 2 × so groß ist wie die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs (8a) der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b).
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, wobei die zwei Schichten (21a, 21b) eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht (21a) eine p-Dotierung aufweist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht (21a) eine C-Dotierung aufweist.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oxidierten Bereiche (8a) im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet sind.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (2a) Al_xGa_1-xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1, enthalten.
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Schichten (2b) Al_yGa_1-yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5, enthalten.