DE102011055891A1

DE102011055891A1 - Halbleiterlaserdiode

Info

Publication number: DE102011055891A1
Application number: DE102011055891A
Authority: DE
Inventors: Uwe Strauss; Christian Lauer; Harald König; Alexander Bachmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: JP2016129244A; JP2015502051A; US20170310081A1; JP6337036B2; DE102011055891B4; WO2013079346A1; DE102011055891A8; DE102011055891B9; CN103975490A; CN103975490B; US20140334508A1; JP5894293B2; US9722394B2

Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode mit den folgenden Merkmalen angegeben: eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit vertikal übereinander aufgebrachten Halbleiterschichten (21, 22, 23, 25, 26) mit einer aktiven Schicht (23), die einen aktiven Bereich (24) mit einer Breite von größer oder gleich 30 µm aufweist, der im Betrieb Laserstrahlung über eine Strahlungsauskoppelfläche (11) abstrahlt, wobei die Strahlungsauskoppelfläche (11) durch eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) gebildet wird und mit einer gegenüberliegenden Rückseitenfläche (12) einen Resonator mit lateraler Gewinnführung in einer longitudinalen Richtung bildet und wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) durch den Betrieb in einem thermischen Einflussbereich (29) erwärmt wird, eine Metallisierungsschicht (3) in direktem Kontakt mit einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die Oberseite (20) durch eine Halbleiterdeckschicht (25) gebildet wird, und eine strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) auf der Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) zumindest die Metallisierungsschicht (3) aufweist, wobei die Metallisierungsschicht (3) eine kumulierte Breite (B1) aufweist und das Verhältnis der kumulierten Breite (B1) zu einer Breite (B2) des thermischen Einflussbereichs (29) in Abhängigkeit von einem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) variiert, wobei die strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) eine Wärmeableitung aus dem aktiven Bereich (24) ermöglicht, die entlang einer longitudinalen und/oder lateralen Richtung variiert.

Description

Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben.
Hochleistungslaserdiodenchips, die aus einem Halbleitermaterial hergestellt sind, das epitaktisch auf einem Substrat abgeschieden wird, werden zur Sicherstellung ausreichender Wärmeabfuhr auf Wärmesenken oder Träger montiert, die eine hohe thermische Leitfähigkeit und zum Teil auch eine aktive Kühlung, also einen Durchfluss eines Kühlmittels, aufweisen. Die Montage erfolgt üblicherweise mittels Löten. Dazu weisen die Laserdiodenchips auf der Montagefläche eine großflächige Metallisierung auf, die als Lötfläche dient.
Die Verlustwärmequellen in Hochleistungslaserdiodenchips üblicher Bauart mit asymmetrischen Spiegelreflektivitäten und einem oder mehreren Emitterstreifen sind nicht gleichmäßig verteilt. Vielmehr sind die Verlustwärmequellen in Resonatorrichtung nahe der Auskoppelfacette am stärksten sowie in einer lateralen Richtung quer zur Resonatorrichtung im Halbleitermaterial auf die elektrisch kontaktierten Emitterstreifen konzentriert. Die Verlustwärme wird durch Wärmeleitung aus dem Chip über die die Lötfläche bildende Metallisierung und über das Lot zur Wärmesenke beziehungsweise dem Träger abgeführt. Dabei sind die Pfade von elektrischem Strom und Wärmestrom typischerweise nahezu identisch.
Hinsichtlich des Temperatur-Managements sind übliche Hochleistungslaserdiodenchips zur möglichst großen Wärmeableitung mit einer möglichst großen thermischen Anbindungsfläche zwischen dem Halbleiterchip und der Wärmesenke beziehungsweise dem Träger versehen, also mit einer möglichst großflächigen, die Lötfläche bildenden Metallisierung. Dadurch soll der thermische Widerstand eines Laserdiodenchips möglichst gering gehalten werden, da wichtige Laserparameter davon im Betrieb profitieren können, etwa eine hohe Effizienz, eine geringe Strahldivergenz, eine höhere Belastbarkeit und eine höhere Zuverlässigkeit. Vor diesem Hintergrund entspricht die sinnvoll zu wählende Mindestgröße der thermischen Anbindungsfläche in etwa dem Bereich der Ausdehnung der die Verlustwärme erzeugenden Region beziehungsweise ist wegen Wärmespreizungseffekten im Halbleitermaterial etwas größer.
Allerdings besitzt die Lötgrenzfläche üblicherweise im Vergleich zum Wärmesenken- oder Trägermaterial einen großen thermischen Übergangswiderstand, wodurch sich in üblichen Laserdiodenchips ein Temperaturprofil ausbilden kann, das aufgrund der vorgenannten inhomogenen Verteilung der Verlustwärme durch die Temperaturabhängigkeit von Brechzahl und optischem Gewinn eine thermische Linse erzeugt. Dies hat zur Folge, dass sich bei größeren Betriebsströmen beziehungsweise Ausgangsleistungen die Strahldivergenz bekannter Laserdiodenchips vergrößert.
Mit der bekannten Vorgehensweise, das Halbleitermaterial möglichst großflächig an eine Wärmesenke beziehungsweise an einen Träger thermisch anzubinden, stößt man bei der Optimierung einiger Laserparameter jedoch an eine Grenze, da zwar die absolute Höhe der Temperatur im Halbleitermaterial verringert werden kann, die grundsätzliche Inhomogenität der Temperaturverteilung aber erhalten bleibt. Methoden zur Unterdrückung der durch die Inhomogenität hervorgerufenen thermischen Linse sind bis auf die Optimierung der Effizienz des Lasers, die ohnehin üblicherweise betrieben wird, nicht bekannt.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben, bei der eine Inhomogenität in der Temperaturverteilung im Vergleich zu bekannten Laserdioden vermindert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge mit vertikal übereinander aufgebrachten Halbleiterschichten auf. Die einzelnen Halbleiterschichten weisen eine senkrecht zur vertikalen Aufwachsrichtung gerichtete laterale beziehungsweise transversale sowie eine zur vertikalen Richtung und zur lateralen Richtung senkrechte longitudinale Richtung auf. Insbesondere weist die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht auf, die in einem aktiven Bereich im Betrieb Laserstrahlung erzeugt. Die Laserstrahlung wird im Betrieb über eine Strahlungsauskoppelfläche abgestrahlt, wobei die Strahlungsauskoppelfläche durch eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge gebildet wird und mit einer gegenüberliegenden Rückseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge einen Resonator in longitudinaler Richtung bildet. Die hier beschriebene Halbleiterlaserdiode ist somit bevorzugt eine so genannte kantenemittierende Halbleiterlaserdiode.
Im direkten Kontakt mit einer Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ist eine Metallisierungsschicht aufgebracht, wobei die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge durch eine Halbleiterdeckschicht gebildet wird. Mit anderen Worten ist die Halbleiterdeckschicht die in vertikaler Richtung oberste Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge.
Auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ist weiterhin eine strukturierte Wärme ableitende Schicht aufgebracht. Die strukturierte Wärme ableitende Schicht weist zumindest die Metallisierungsschicht auf.
Weiterhin weist der aktive Bereich der Halbleiterlaserdiode eine Breite von größer oder gleich 30 μm auf. Eine solche Halbleiterlaserdiode kann auch als so genannter Streifenlaser, insbesondere bevorzugt als so genannter Breitstreifenlaser, bezeichnet werden. Die Breite des aktiven Bereichs kann weiterhin kleiner oder gleich 200 μm sein und besonders bevorzugt größer oder gleich 50 μm und kleiner oder gleich 150 μm. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der aktive Bereich eine Breite von etwa 100 μm aufweisen. Die Breite des aktiven Bereichs wird unter Berücksichtung von Stromaufweitungseffekten in den Halbleiterschichten im Wesentlichen durch die Breite einer die laterale Stromaufweitung definierenden Halbleiterschicht bestimmt. Diese Schicht, die bevorzugt streifenförmig ausgebildet ist, wird hier als die Strom zuführende Halbleiterschicht bezeichnet und kann durch die Halbleiterdeckschicht und/oder eine oder mehrere darunter liegende Schichten gebildet sein.
Der Resonator der Halbleiterschichtenfolge ist ein Resonator mit zumindest überwiegend lateraler Gewinnführung. Mit anderen Worten überwiegt bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode die laterale Gewinnführung gegenüber einer lateralen Indexführung im Resonator, die beispielsweise durch eine Stegstruktur nahe der aktiven Schicht in den über der aktiven Schicht angeordneten Halbleiterschichten erreicht werden könnte. Die Prinzipien der lateralen Gewinnführung und der lateralen Indexführung sind dem Fachmann bekannt und werden daher nicht weiter ausgeführt. Ein Beispiel für einen Halbleiterlaser, der im Gegensatz zur hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode eine überwiegend laterale Indexführung aufweist, kann ein dem Fachmann bekannter trapezförmiger Stegwellenleiterlaser sein. Im Folgenden wird ein Resonator mit überwiegend lateraler Gewinnführung kurz als Resonator mit lateraler Gewinnführung bezeichnet.
Durch den Betrieb der Halbleiterlaserdiode wird die Halbleiterschichtenfolge bei der Erzeugung der Lasserstrahlung in einem Bereich erwärmt, der hier und im Folgenden als thermischer Einflussbereich bezeichnet wird. Der thermische Einflussbereich der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode reicht dabei in longitudinaler Richtung jeweils bis etwa 50 µm an die Strahlungsauskoppelfläche und die Rückseitenfläche heran. In lateraler Richtung wird der thermische Einflussbereich vom Zentrum des aktiven Bereichs aus gesehen durch den Abstand vom Zentrum des aktiven Bereichs definiert, bei dem die Temperatur auf einen Wert Tmin + (Tmax – Tmin)/10 abgefallen ist, wobei Tmax und Tmin das globale Maximum und das globale Minimum der Temperatur im Bereich zwischen der lateralen Mitte des aktiven Bereichs und dem lateralen Rand der Halbleiterschichtenfolge bezeichnet.
Im Falle einer Halbleiterlaserdiode mit einer Mehrzahl von aktiven Bereichen, die in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet sind, bezeichnet Tmin das globale Minimum der Temperatur zwischen zwei benachbarten aktiven Bereichen.
Erwärmungen der Halbleiterschichtenfolge außerhalb des vorab definierten thermischen Einflussbereichs, beispielsweise unmittelbar an der Strahlungsauskoppelfläche und der Rückseitenfläche, werden im Folgenden nicht beachtet.
Die Breite des thermischen Einflussbereichs hängt von der Breite des aktiven Bereichs ab und somit von der Breite des Bereichs in der aktiven Schicht, in den Strom injiziert wird. Aufgrund von Wärmespreizungseffekten in der Halbleiterschichtenfolge ist der thermische Einflussbereich stets breiter als der aktive Bereich. Typischerweise ist die Breite des thermischen Einflussbereichs kleiner als die Breite des aktiven Bereichs plus etwa dem Zweifachen von 50 µm. Mit anderen Worten überragt der thermische Einflussbereich den aktiven Bereich in lateraler Richtung auf beiden Seiten jeweils um weniger als 50 µm.
Die Metallisierungsschicht weist weiterhin eine kumulierte Breite im Bereich oberhalb des thermischen Einflussbereichs auf. Die kumulierte Breite entspricht dabei bei einer in ihrer Breite lokal zusammenhängenden und unstrukturierten Metallisierungsschicht der Breite der Metallisierungsschicht. Weist die Metallisierungsschicht in lateraler Richtung in einem Bereich eine Strukturierung auf, beispielsweise Öffnungen, einen halbtonartig strukturierten Rand oder keilförmige Aussparungen wie weiter unten beschrieben sind, so bezeichnet die kumulierte Breite die Summe der Breiten aller Teilstücke in diesem Bereich.
Bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode variiert in Abhängigkeit von einem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche das Verhältnis der kumulierten Breite der Metallisierungsschicht zur Breite des thermischen Einflussbereichs, wobei die kumulierte Breite und die Breite des thermischen Einflussbereichs für das Verhältnis bei gleichem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche zu nehmen sind. Die strukturierte Wärme ableitende Schicht ermöglicht so eine Wärmeableitung aus dem aktiven Bereich, die entlang einer longitudinalen und/oder lateralen Richtung variiert.
Durch das variierende Verhältnis der kumulierten Breite der Metallisierungsschicht und der Breite des thermischen Einflussbereichs in longitudinaler Richtung kann somit der lokale thermische Widerstand zur Wärmeableitung aus dem thermischen Einflussbereich der Halbleiterschichtenfolge variiert werden. Der lokale thermische Widerstand bezeichnet hierbei und im Folgenden eine Größe, die proportional zum Quotienten aus der lokalen Temperaturerhöhung des aktiven Bereichs der Halbleiterlaserdiode und der lokalen Verlustleistungsdichte, die beim Betrieb der Halbleiterlaserdiode entsteht, ist. Der lokale thermische Widerstand stellt somit ein Maß dafür da, wie stark sich ein Teilbereich des aktiven Bereichs durch den Betrieb der Halbleiterlaserdiode aufgrund der Stromeinprägung in den aktiven Bereich und der dadurch hervorgerufenen lokalen Verlustleistungsdichte erwärmt. Je höher der lokale thermische Widerstand ist, desto höher fällt die lokale Temperaturerhöhung bei einer bestimmten lokalen Verlustleistungsdichte aus und umgekehrt. Der lokale thermische Widerstand ist umso niedriger, je größer die Wärmeableitung durch die strukturierte Wärme leitende Schicht ist und stellt somit auch ein Maß insbesondere für die Wärmeableitung dieser dar, da der lokale thermische Widerstand und damit die lokale Temperaturerhöhung bei einer lokalen Verlustleistungsdichte umso geringer ist, je größer die entsprechende lokale Wärmeableitung durch die strukturierte Wärme ableitende Schicht ist.
Bei einer großflächigen thermischen Anbindung durch eine unstrukturierte Wärme ableitende Schicht, wie dies bei bekannten Laserdiodenchips der Fall ist, ist der lokale thermische Widerstand für die Wärmeableitung überall zumindest im Wesentlichen homogen, so dass an Stellen mit höherer lokalen Verlustleistungsdichte eine höhere Temperaturerhöhung hervorgerufen wird als an Stellen mit einer niedrigeren Verlustleistungsdichte, was zur oben beschriebenen inhomogenen Temperaturverteilung insbesondere im thermischen Einflussbereich führt. Bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode kann die Strukturierung der strukturierten Wärme ableitenden Schicht und insbesondere der Metallisierungsschicht mit Vorteil so gewählt werden, dass im thermischen Einflussbereich der lokale thermische Widerstand an die lokale Verlustleistungsdichte angepasst ist und in Teilbereichen, in denen die lokale Verlustleistungsdichte niedriger als in anderen Teilbereichen ist, höher ist.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf“ oder „über“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen“ zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elemente und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elemente angeordnet ist. Dabei können bei einem mittelbaren Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Elementen angeordnet sein.
Die Halbleiterschichtenfolge weist entsprechend der obigen Ausführungen Halbleiterschichten auf, die sich jeweils entlang einer Hauptebene erstrecken, wobei die Hauptebene durch die longitudinale und die laterale beziehungsweise transversale Richtung aufgespannt werden, während die Anordnungsrichtung beziehungsweise die Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge die vertikale Richtung der Halbleiterlaserdiode definiert. Ist im Folgenden von einer Breite, beispielsweise einer Halbleiterschichtenfolge, einer anderen Schicht oder eines Bereichs, die Rede, so ist damit die Ausdehnung des betreffenden Elements in lateraler beziehungsweise transversaler Richtung gemeint. Mit Länge ist eine Ausdehnung in longitudinaler Richtung bezeichnet, während mit Dicke oder Höhe eine Ausdehnung in vertikaler Richtung bezeichnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge zusätzlich zur aktiven Schicht weitere funktionelle Halbleiterschichten, beispielsweise Wellenleiterschichten, Mantelschichten, Pufferschichten und/oder Halbleiterkontaktschichten auf. Als aktiven Bereich kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Einfach- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Die Quantentopfstruktur kann beispielsweise Quantentröge, Quantendrähte oder Quantenpunkte oder Kombinationen dieser Strukturen aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise eine oder mehrere Halbleiterschichten aus einem arsenidischen, einem phosphidischen oder einem nitridischen Halbleitermaterial aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yAs, für rote Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yP und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere im Bereich von grünem bis blauem Licht, und/oder für UV-Strahlung beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von In_xGa_yAl_1-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 gilt.
Die Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge sind bevorzugt auf einem Substrat aufgewachsen, sodass die Halbleiterschichtenfolge auf der dem Substrat abgewandten Seite mit der Halbleiterdeckschicht abschließt. Das Substrat kann nach dem Aufwachsen ganz oder teilweise entfernt sein.
Weiterhin sind auf der Halbleiterschichtenfolge zur Kontaktierung der Halbleiterschichten Elektrodenschichten vorhanden. Bevorzugt bildet die Metallisierungsschicht, die in direktem Kontakt mit der Halbleiterdeckschicht steht, eine solche Elektrodenschicht. Die Halbleiterdeckschicht bildet somit bevorzugt eine Halbleiterkontaktschicht, die besonders bevorzugt hoch dotiert sein kann, insbesondere mit einer Dotierstoffkonzentration von mehr als 1 × 10¹⁸cm^–3. Üblicherweise kann die Halbleiterdeckschicht dazu eine Dicke im Bereich von etwa 200 nm aufweisen. Je nach Querleitfähigkeit der Halbleiterdeckschicht kann diese auch eine größere oder kleinere Dicke aufweisen. Die der Metallisierungsschicht abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge kann durch eine weitere Elektrodenschicht kontaktiert sein.
Weiterhin kann beispielsweise eine Passivierungsschicht zumindest in Teilbereichen auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein, die derart strukturiert ist, dass die Metallisierungsschicht die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge nur in einem Teilbereich, insbesondere im Bereich der Halbleiterdeckschicht, direkt kontaktieren kann. Die Halbleiterdeckschicht kann beispielsweise strukturiert und in Teilbereichen entfernt sein. In diesem Fall wird die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge in den Bereichen, in denen die Halbleiterdeckschicht entfernt ist, durch die darunter liegenden freigelegte Halbleiterschicht gebildet.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge zwischen der strukturierten Wärme ableitenden Schicht und dem aktiven Bereich eine dem aktiven Bereich Strom zuführende Halbleiterschicht aufweisen. Die Strom zuführende Halbleiterschicht kann strukturiert sein und eine in longitudinaler Richtung variierende laterale Breite aufweisen. Beispielsweise kann die Breite der Strom zuführenden Schicht mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche kleiner werden, so dass die Strom zuführende Schicht eine trapezartige Struktur aufweist. Alternativ dazu kann die Strom zuführende Schicht eine Breite aufweisen, die mit größer werdendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche zumindest in einem Teilbereich größer wird. Durch die Variation der Breite der Strom zuführenden Schicht wird auch die Breite des thermischen Einflussbereichs variiert.
Beispielsweise kann die Strom zuführende Schicht wie vorab beschrieben strukturiert sein und die Halbleiterdeckschicht aufweisen oder durch diese gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die strukturierte Strom zuführende Halbleiterschicht eine zwischen der aktiven Schicht und der Halbleiterdeckschicht angeordnete Halbleiterschicht aufweist oder durch diese gebildet wird. Die strukturierte Strom zuführende Halbleiterschicht kann somit bevorzugt einen Streifen in longitudinaler Richtung bilden, der sich von der Strahlungsauskoppelfläche bis zur der Strahlungsauskoppelfläche gegenüberliegenden Rückseitenfläche erstreckt. Im Fall, dass die Strom zuführende Halbleiterschicht eine Breite aufweist, die mit größer werdendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche zumindest in einem Teilbereich kleiner oder größer wird, kann die Breite der Strominjektion und damit die Breite des Bereichs, in dem eine lokale Verlustleistungsdichte erzeugt wird, in Abhängigkeit vom Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche variiert werden. Insbesondere kann im Falle einer zur Strahlungsauskoppelfläche hin schmäler werdenden Strom zuführenden Schicht die Stromdichte und damit auch die lokale Verlustleistungsdichte in der aktiven Schicht nahe der Strahlungsauskoppelfläche kleiner als in einem größeren Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche sein. In diesem Fall kann es mit Vorteil möglich sein, die Temperaturverteilung insbesondere im aktiven Bereich sowie in den umliegenden Halbleiterschichten zu beeinflussen. Durch die Verringerung der Stromdichte nahe der Strahlungsauskoppelfläche kann es möglich sein, die bei üblichen Laserdioden auftretende erhöhte Temperatur an der Strahlungsauskoppelfläche abzusenken.
Weiterhin kann beispielsweise die Kontaktfläche zwischen der Metallisierung und der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge, die durch eine in longitudinaler Richtung verlaufende Öffnung in einer oberseitig angeordneten Passivierungsschicht gebildet wird, schmäler und in ihrer Form unabhängig von der Breite und/oder der Strukturierung der Strom zuführenden Schicht sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine Halbleiterschicht zwischen der Halbleiterdeckschicht und der aktiven Schicht in lateraler Richtung einen Rand auf, der strukturiert ist. Der Rand in lateraler Richtung ist somit der die Breite der Halbleiterschicht begrenzende beziehungsweise definierende Rand, der entlang der longitudinalen Richtung verläuft. Insbesondere kann die Halbleiterschicht mit dem strukturierten Rand zwischen der strukturierten Strom zuführenden Halbleiterschicht und der aktiven Schicht angeordnet sein. Der Rand kann beispielsweise zackenförmig strukturiert sein. Durch eine derartige Strukturierung kann die Stromaufweitung und damit die Ausdehnung des aktiven Bereichs in der aktiven Schicht auf vorteilhafte Weise beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Metallisierungsschicht eine oder besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Schichten jeweils aus einem Metall oder einer Legierung auf. Somit kann die Metallisierungsschicht eine vertikale Struktur in Form der Mehrzahl von Schichten aufweisen. Die gesamte Dicke der Metallisierungsschicht kann bis zu einigen Mikrometern betragen. Beispielsweise kann die Metallisierungsschicht eine Schichtenfolge mit den Materialien Ti/Pt/Au oder AuGe/Ni/Au aufweisen. Die Schichten der Metallisierungsschicht können insbesondere aus Gründen der Fertigbarkeit, der mechanischen Haftkraft zwischen dem Metall und der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge sowie des elektrischen Kontaktwiderstands des Metall-Halbleiter-Übergangs gewählt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die strukturierte Wärme ableitende Schicht durch die Metallisierungsschicht gebildet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Metallisierungsschicht durch eine Strukturierung in lateraler und/oder longitudinaler Richtung im thermischen Einflussbereich einen lokalen thermischen Widerstand entlang einer longitudinalen und/oder lateralen Richtung bewirkt, der variiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verringert sich das Verhältnis der kumulierten Breite der Metallisierungsschicht zur Breite des thermischen Einflussbereichs mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche. Dadurch kann erreicht werden, dass mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche die durch die Metallisierungsschicht gebildete Anbindungsfläche der Halbleiterschichtenfolge im Verhältnis zum thermischen Einflussbereich geringer wird, so dass im steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche eine geringere Wärmeableitung stattfindet. Im Vergleich zur bekannt großflächigen und unstrukturierten Anbindung durch eine großflächige und unstrukturierte Metallisierung wird dadurch die Temperatur mit geringer werdendem Abstand zur Rückseitenfläche in Teilbereichen der Halbleiterschichtenfolge erhöht, so dass Temperaturunterschiede entlang der Resonatorrichtung verringert werden können.
Insbesondere kann die Metallisierungsschicht in Abhängigkeit von einem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche eine variierende Strukturierung und/oder eine variierende Breite aufweisen. Die variierende Strukturierung und/oder die variierende Breite kann bevorzugt zumindest in einem Teilbereich unterschiedlich zu einer Strukturierung und/oder Breite der zwischen der Metallisierungsschicht und der aktiven Schicht angeordneten Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge sein. Insbesondere kann dies bedeuten, dass die Metallisierungsschicht und die über der aktiven Schicht angeordneten Halbleiterschichten, also insbesondere beispielsweise die Halbleiterdeckschicht, keine Stegwellenleiterstruktur mit gleichen Schichtquerschnitten in lateraler und longitudinaler Richtung bilden, wie dies bei bekannten Stegwellenleiterlasern der Fall ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Metallisierungsschicht eine Breite auf, die sich mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche verringert. Mit anderen Worten wird die Metallisierungsschicht mit größerem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche schmäler.
Dadurch kann wie bereits vorab erläutert die Fläche, mittels derer die Halbleiterlaserdiode auf einem externen Träger oder einer externen Wärmesenke, beispielsweise durch Löten, angeordnet werden kann, mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche verringert werden. Die Wärmeableitung durch die Metallisierungsschicht wird somit mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche geringer, wodurch der lokale thermische Widerstand entsprechend steigt. Beispielsweise kann die Metallisierungsschicht nahe der Strahlungsauskoppelfläche breiter als die Strom zuführende Halbleiterschicht und insbesondere breiter als der thermische Einflussbereich sein. Nahe der Strahlungsauskoppelfläche bedeutet dabei, dass insbesondere das der Strahlungsauskoppelfläche zugewandte Ende der Metallisierungsschicht in longitudinaler Richtung gemeint ist. Nahe der Rückseitenfläche kann die Metallisierungsschicht schmäler als der thermische Einflussbereich und weiterhin auch schmäler als die Strom zuführende Halbleiterschicht sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Metallisierungsschicht Öffnungen auf, insbesondere beispielsweise Öffnungen, die über der Strom zuführenden Schicht in vertikaler Richtung angeordnet sind, wobei die Öffnungen mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche einen größeren Flächenanteil einnehmen können. Das kann bedeuten, dass mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche die Größe, die Anzahl, die Dichte oder eine Kombination dieser größer wird. Dadurch wird die kumulierte Breite der Metallisierungsschicht mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche geringer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in den Öffnungen ein Material angeordnet, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Metallisierungsschicht aufweist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass in den Öffnungen ein Material angeordnet ist, das eine geringere Lötbarkeit als die Metallisierungsschicht aufweist. Eine geringere Lötbarkeit kann dabei insbesondere bedeuten, dass ein höherer thermischer Widerstand an der Lötgrenzfläche erzielt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass im Bereich der Öffnungen eine geringere Wärmeleitfähigkeit und damit eine geringere Wärmeableitung der im aktiven Bereich erzeugten Wärme an eine auf der Metallisierung angeordnete Wärmesenke ermöglicht wird. Das Material kann beispielsweise durch einen Kunststoff, beispielsweise Benzocyclobuten (BCB), durch Luft oder auch durch Vakuum gebildet werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Material in den Öffnungen durch ein nicht lötbares oder schlecht lötbares Material, beispielsweise ein schlecht lötbares Metall, etwa ein oxidiertes Metall, gebildet wird. Dabei kann es auch möglich sein, dass die Metallisierung ohne Öffnungen hergestellt wird und die Metallisierung danach in voneinander getrennten Teilbereichen oxidiert wird, wobei die Flächendichte der oxidierten Teilbereiche mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche zunimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Metallisierungsschicht in lateraler Richtung einen Rand auf, der inselartig strukturiert ist. Dabei bezeichnet der Rand in lateraler Richtung den Rand der Metallisierungsschicht, durch den die Breite der Metallisierungsschicht bestimmt ist und der entlang der longitudinalen Richtung verläuft. Ein Rand mit inselartiger Strukturierung kann insbesondere bedeuten, dass über dem aktiven Bereich ein zentraler Streifen entlang der longitudinalen Richtung angeordnet ist und die Metallisierungsschicht in lateraler Richtung neben dem zentralen Streifen Inseln aufweist. Mit steigendem lateralen Abstand zum zentralen Streifen können die Inseln bevorzugt eine geringere Flächendichte aufweisen, also eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, ausgewählt aus der Größe, der Anzahl und der Dichte, die mit steigendem lateralen Abstand zum zentralen Streifen kleiner werden. Der strukturierte Rand in laterale Richtung der Metallisierungsschicht kann besonders bevorzugt halbtonartig strukturiert sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der Rand in lateraler Richtung Öffnungen aufweist, die mit steigendem lateralem Abstand von der Mitte der Metallisierungsschicht aus gesehen größer werden und/oder an Anzahl und/oder Dichte zunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Metallisierungsschicht in direktem Kontakt eine interne Wärmesenke aufgebracht. Als interne Wärmesenke oder integrierte Wärmesenke wird hier und im Folgenden ein Bereich oder eine Schicht bezeichnet, der beziehungsweise die direkt und bevorzugt ohne Lotverbindung unmittelbar auf der Metallisierungsschicht aufgebracht ist und zumindest in einem Teilbereich eine bevorzugt hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die interne Wärmesenke gehört damit im Gegensatz zu einer externen Wärmesenke oder einem Träger, auf die beziehungsweise den die Halbleiterlaserdiode aufgelötet wird, zur Halbleiterlaserdiode und wird bevorzugt auf eine Vielzahl von Halbleiterlaserdioden in Form eines Waferverbunds auf diese aufgebracht, gegebenenfalls strukturiert und mit dem Waferverbund vereinzelt. Durch die interne Wärmesenke kann erreicht werden, dass der thermische Widerstand zwischen der Halbleiterschichtenfolge und einer externen Wärmesenke geringer wird. Denn die hinsichtlich der Wärmeableitung kritische Grenzfläche, die durch die Lötfläche zwischen der Halbleiterlaserdiode und einer externen Wärmesenke oder einem externen Träger mit üblicherweise sehr hohen thermischen Kontaktwiderständen gebildet wird, kann weiter von der Halbleiterschichtenfolge und damit weiter vom aktiven Bereich entfernt angeordnet werden. Durch die hohe thermische Querleitfähigkeit wird der Wärmepfad in der durch die interne Wärmesenke zusätzlich gewonnenen Schichtdicke innerhalb der internen Wärmesenke vor der Lotgrenzfläche effektiv aufgespreizt und so der thermische Widerstand verringert. Insbesondere kann die interne Wärmesenke eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Lötseite aufweisen, über die die Halbleiterlaserdiode mittels einer Lotschicht auf einem externen Träger montierbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die interne Wärmesenke in lateraler und longitudinaler Richtung nicht strukturiert und weist somit eine homogene Wärmeleitfähigkeit in lateraler und longitudinaler Richtung auf. Der variierende lokale thermische Widerstand in longitudinaler und/oder lateraler Richtung kann somit durch die strukturierte Metallisierungsschicht gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen vorgegeben sein, während die integrierte Wärmesenke lediglich den Gesamtwärmewiderstand der Halbleiterlaserdiode senkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die strukturierte Wärme ableitende Schicht zusätzlich die interne Wärmesenke auf, wobei die interne Wärmesenke zumindest in lateraler und/oder longitudinaler Richtung eine Strukturierung aufweist. Mit anderen Worten kann die interne Wärmesenke Teil der strukturierten Wärme ableitenden Schicht sein.
Die Strukturierung der internen Wärmesenke kann beispielsweise durch Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit gebildet werden, die in lateraler und/oder longitudinaler Richtung strukturiert angeordnet sind. Zusätzlich kann die interne Wärmesenke auch eine Strukturierung in vertikaler Richtung aufweisen. Beispielsweise kann die integrierte Wärmesenke ein oder mehrere Metalle, beispielsweise ausgewählt aus Au, Ag, Cu und Ni, Legierungen, beispielsweise CuW, Dielektrika, beispielsweise ein Oxid oder ein Nitrid wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, ein Polymer, beispielsweise BCB, einen kristallinen Halbleiter wie etwa AlN, einen amorphen Halbleiter wie etwa Si oder Ge, Diamant, Keramik, Luft oder Vakuum aufweisen. Das oder die Materialien der internen Wärmesenke können beispielsweise durch Aufdampfen, Zerstäuben, galvanisches Abscheiden, Abscheiden aus einem Plasma, Aufschleudern oder Bonden auf der Metallisierungsschicht aufgebracht sein.
Besonders bevorzugt weist die interne Wärmesenke zumindest zwei Materialien mit stark unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten auf, wodurch ein kontrastreiches Wärmeprofil erreichbar ist. Die durch die Strukturgeometrie und die Materialwahl gebildeten Freiheitsgrade für den Aufbau der internen Wärmesenke ermöglichen eine weitreichende Einstellung des Wärmeleitfähigkeitsprofils, wodurch eine Optimierung der Laserparameter der Halbleiterlaserdiode erreicht werden kann. Die interne Wärmesenke kann eine Dicke von einigen hundert Nanometern und bevorzugt von 1 μm oder mehr aufweisen. Besonders bevorzugt wird die interne Wärmesenke bei Verwendung metallischer Materialien und einer Dicke von mehr als 2 μm mittels galvanischer Abscheidung aufgebracht. Die interne Wärmesenke kann im Fall von elektrisch leitenden Materialien als elektrische Zuführung für die Metallisierungsschicht dienen. Falls elektrisch nicht leitfähige Materialien für die interne Wärmesenke verwendet werden, ist ein elektrisches Zuleitungselement, beispielsweise in Form von elektrischen Durchführungen, vorgesehen, mittels dem ein elektrischer Parallelpfad zusätzlich zum thermischen Pfad erreicht wird. Bevorzugt weist der elektrische Parallelpfad einen geringen Zuleitungswiderstand zur Halbleiterschichtenfolge auf.
Die Dicke der integrierten Wärmesenke sollte abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien eine Mindestdicke nicht unterschreiten. Im Falle von Gold beispielsweise sollte die Mindestdicke 1 μm betragen, bevorzugt mindestens 2 μm und besonders bevorzugt mindestens 5 μm.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Halbleiterlaserdiode auf eine strukturierte externe Wärmesenke aufgebracht wird. Die Verwendung einer internen Wärmesenke weist jedoch den Vorteil auf, dass die thermisch schlechte Lotgrenzfläche weiter von der Halbleiterschichtenfolge entfernt ist, wodurch ein geringerer thermischer Gesamtwiderstand erreicht wird. Weiterhin ergibt sich bei einer internen Wärmesenke auch keine Notwendigkeit einer genauen Justage der Halbleiterlaserdiode bei der Montage auf einer vorstrukturierten externen Wärmesenke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es zur Vermeidung von Nachteilen in der Fertigung und/oder während des Betriebs der Halbleiterlaserdiode erforderlich sein, dass eines oder mehrere Materialien gegen die Umgebung gekapselt werden müssen. Derartige Nachteile können beispielsweise gebildet werden durch die Oxidation an Luft, beispielsweise im Falle von Kupfer, durch die Diffusion von Materialien in den Halbleiter und damit eine Veränderung der Eigenschaften der Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise im Falle von Kupfer, Silber oder Gold, oder durch metallurgische Reaktionen zwischen unterschiedlichen Metallen. Als Verkapselung können beispielsweise Barrieren aus geschlossenen Schichten verwendet werden. Beispielsweise kann zur Kapselung von Gold Platin oder Chrom verwendet werden, im Falle von Kupfer beispielsweise Nickel als Kapselung.
Weiterhin kann zur Verkapselung eines zu kapselnden Materials eine Dünnschichtverkapselung verwendet werden. Eine Barrierewirkung wird bei der Dünnschichtverkapselung im Wesentlichen durch als dünne Schichten ausgeführte Barrierenschichten und/oder Passivierungsschichten erzeugt. Die Schichten der Dünnschichtverkapselung weisen in der Regel eine Dicke von kleiner oder gleich einigen 100 nm auf. Die dünnen Schichten können beispielsweise mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens („atomic layer deposition“, ALD) aufgebracht werden. Geeignete Materialien für die Schichten der Verkapselungsanordnung sind beispielsweise Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid. Bevorzugt weist die Verkapselungsanordnung eine Schichtenfolge mit einer Mehrzahl der dünnen Schichten auf, die jeweils eine Dicke zwischen einer Atomlage und 10 nm aufweisen, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Bevorzugt wird die interne Wärmesenke mittels galvanischen Abscheidens aufgebracht. Dadurch kann es möglich sein, metallische Schichten und/oder Bereiche bei Raumtemperatur oder bei der späteren Betriebstemperatur der Halbleiterlaserdiode aufzubringen. Damit kann erreicht werden, dass das fertige Bauteil nur sehr geringe Verspannungen aufweist, was beispielsweise gerade bei dicken metallischen Schichten, wie sie für die interne Wärmesenke bevorzugt sind, von großem Vorteil sein kann. Werden Metalle wie im Stand der Technik üblich nämlich bei erhöhten Temperaturen durch Aufdampfen oder Zerstäuben abgeschieden, können sich nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den verwendeten Materialien, also Halbleitermaterialien, Dielektrika, Metalle und/oder Kunststoffe, große Verspannungen im fertigen Bauteil ergeben. Beispiele für Ausdehnungskoeffizienten sind für Galliumarsenid 6 × 10^–6/K, für Kupfer 1,6 × 10^–5/K und für Silber 1,9 × 10^–5/K. Eine große Verspannung kann zu Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Polarisationsreinheit, die Effizienz und die Divergenz, und der Zuverlässigkeit der Halbleiterlaserdiode führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die interne Wärmesenke einen Bereich mit einem ersten Material auf, der in lateraler Richtung zwischen zwei weiteren Bereichen mit jeweils einem zweiten Material angeordnet ist. Das zweite Material kann dabei eine unterschiedliche und bevorzugt eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweisen. Zusätzlich kann es auch möglich sein, dass sich das erste und das zweite Material in vertikaler Richtung abwechseln, beispielsweise dass das zweite Material in vertikaler Richtung zwischen Bereichen des ersten Materials angeordnet ist. Das zweite Material und/oder das erste Material kann auch eine Keilform aufweisen, wobei beispielsweise die Dicke des zweiten Materials mit steigendem lateralen Abstand von einer Mitte der internen Wärmesenke aus gesehen ansteigt. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass beispielsweise das erste Material eine Breite aufweist, die mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche geringer wird. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das zweite Material beispielsweise in Form einer Vielzahl von voneinander getrennten Teilbereichen im ersten Material eingebettet ist. Darüber hinaus kann beispielsweise auch ein drittes Material vorhanden sein, das eine vom ersten und vom zweiten Material verschiedene Wärmeleitfähigkeit aufweist und das zumindest teilweise wie vorab für das erste oder das zweite Material beschrieben angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die interne Wärmesenke in longitudinaler Richtung eine geringere Länge als die Halbleiterschichtenfolge aufweisen, sodass im Bereich der Strahlungsauskoppelfläche und/oder im Bereich der der Strahlungsauskoppelfläche gegenüberliegenden Rückseitenfläche die Halbleiterschichtenfolge einen Überstand über das erste Material der Wärmesenke aufweisen kann. Im Bereich des Überstands kann ein zweites Material, beispielsweise mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als das erste Material, angeordnet werden. Das zweite Material kann weiterhin aus einem bei niedriger Temperatur, insbesondere bei einer niedrigeren Temperatur als das erste Material, schmelzenden Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet sein. Beispielsweise kann das zweite Material durch ein Metall wie beispielsweise Indium mit einem Schmelzpunkt von etwa 157°C oder Zinn mit einem Schmelzpunkt von etwa 230°C gebildet sein. Das zweite Material kann in Form eines Depots im Bereich des Überstands aufgebracht werden. Dadurch kann es möglich sein, eine Vielzahl von Halbleiterlaserdioden in einem Waferverbund mit internen Wärmesenken mit dem ersten und dem zweiten als Depot geformten Material herzustellen und die einzelnen Halbleiterlaserdioden anschließend zu vereinzeln. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Brechen des Waferverbunds zur Erzeugung von Laserfacetten erfolgen. Nach dem Vereinzeln kann durch Erhitzen über den Schmelzpunkt des zweiten Materials eine selbst justierte Kehle des zweiten Materials aus dem Depot ausgebildet werden, sodass durch das zweite Material und den Übergang zum ersten Material in longitudinaler Richtung ein Verringerung des lokalen thermischen Widerstands nahe der Strahlungsauskoppelfläche erzeugt wird. Die Kehle kann je nach Material, vorhandener Menge und Abmessung sowie Prozessparametern konkav oder konvex ausgebildet sein.
Im Gegensatz zu bekannten Laserdiodenchips, bei denen eine möglichst große Anschlussfläche bereitgestellt wird, um den thermischen Widerstand insgesamt zu minimieren, kann es bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode insbesondere möglich sein, durch die oben beschriebene Strukturierung der Wärme ableitenden Schicht den lokalen thermischen Widerstand zwischen der Halbleiterschichtenfolge und einer externen Wärmesenke zu variieren, wodurch eine Inhomogenität der Temperaturverteilung innerhalb der Halbleiterschicht im thermischen Einflussbereich vermindert werden kann. Dadurch kann es möglich sein, die Stärke einer durch Temperaturinhomogenitäten hervorgerufen thermischen Linse insgesamt zu verringern, obwohl der gesamte thermische Widerstand der Halbleiterlaserdiode und auch das absolute Temperaturniveau der Halbleiterschichtenfolge im Vergleich zu bekannten Laserdiodenchips auch erhöht sein kann.
Gemäß den oben genannten Ausführungsformen können die beschriebenen vorteilhaften Effekte insbesondere durch ein teilweises Entkoppeln und/oder Trennen des elektrischen und thermischen Pfades in der Halbleiterlaserdiode erreicht werden, die besonders bevorzugt als Breitstreifenlaser ausgeführt ist. Dies kann möglich sein durch die Verwendung von zwei- oder dreidimensional strukturierten Metallisierungen, also der Metallisierungsschicht oder zusätzlich auch der internen Wärmesenke, an der Lotgrenzflächen und weiterhin beispielsweise zusätzlich auch durch eine hochleitfähige, lateral und longitudinal strukturierte Halbleiterschicht, beispielsweise der Halbleiterdeckschicht. Dadurch können im thermischen Einflussbereich die Verteilungen von elektrischem Strom und Wärmestrom in gewissen Grenzen unabhängig voneinander beeinflusst werden, sodass die Temperaturverteilung in der Halbleiterlaserdiode unabhängig von elektrischen Parametern verändert werden und bevorzugt homogenisiert werden kann. Wie weiter oben beschrieben ist, kann die zwei- oder dreidimensional strukturierte Metallisierung auf oder nahe der Halbleiterschichtenfolgenoberseite ein oder mehrere unterschiedliche Metalle und/oder zusätzliche Materialien wie etwa Luft, Vakuum oder Dielektrika mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, sodass der Wärmeleitfähigkeitskontrast zwischen strukturierten und unstrukturierten Bereichen erhöht werden kann. Durch die Strukturierung kann die an einer externen Wärmesenke oder einem externen Träger thermisch angeschlossene Fläche geringer werden, wodurch zwar der thermische Gesamtwiderstand der Halbleiterlaserdiode im Vergleich zu einem Fall ohne Strukturierung ansteigen kann, wodurch jedoch aber auch die Stärke der thermischen Linse reduziert werden kann.
Besonders vorteilhaft kann auch die oben beschriebene monolithische Integration einer internen Wärmesenke sein, beispielsweise in Form einer dicken Metallisierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, um die thermisch schlecht leitfähige Lotgrenzfläche zwischen einer externen Wärmesenke oder einem externen Träger und der Halbleiterschichtenfolge weiter von der Hauptverlustleistungsquelle, also dem aktiven Bereich, zu entfernen und durch die damit besser mögliche Wärmeaufspreizung den thermischen Gesamtwiderstand der Halbleiterlaserdiode zu senken. Dadurch kann auch die vorab beschriebene, durch die Strukturierung der Metallisierung verursachte Erhöhung des thermischen Widerstands zumindest teilweise kompensiert werden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A und 1B eine schematische Schnittdarstellung und eine schematische Aufsicht einer Laserdiode,
1C die Abhängigkeit des lateralen Fernfeldwinkels von der ausgekoppelten optischen Leistung bei einer Laserdiode gemäß den 1A und 1B,
2A und 2B schematische Schnittdarstellungen von Halbleiterlaserdioden gemäß einigen Ausführungsbeispielen,
3A bis 3D schematische Darstellungen von Aufsichten von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
4A und 4B schematische Darstellungen von Aufsichten von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
5 bis 7 schematische Darstellungen von Aufsichten von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
8 bis 9C schematische Darstellungen von Aufsichten und Schnittdarstellungen von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
10A bis 11 schematische Darstellungen von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den 1A und 1B ist ein üblicher Hochleistungslaserdiodenchip gezeigt, der eine Halbleiterschichtenfolge 2 aufweist, die auf einem Substrat 1 epitaktisch aufgewachsen ist. 1A stellt dabei eine Schnittdarstellung dar, während 1B eine Aufsicht darstellt.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 23 mit einem aktiven Bereich 24 auf, der im Betrieb Laserstrahlung über eine Strahlungsauskoppelfläche 11 abstrahlt. Die Strahlungsauskoppelfläche 11 sowie die der Strahlungsauskoppelfläche 11 gegenüberliegende Rückseitenfläche 12 der Halbleiterschichtenfolge 2 bilden einen Resonator und sind zumindest teilweise mit einer Verspiegelungs- bzw. einer Entspiegelungsschicht versehen. Die Halbleiterschichten 21, 22, zwischen denen die aktive Schicht 23 angeordnet ist, können beispielsweise Wellenleiter- und/oder Mantelschichten sowie weitere Halbleiterschichten aufweisen. Insbesondere kann es sich bei dem in den 1A und 1B gezeigten Hochleistungslaserdiodenchip um einen üblichen Breitstreifen-Laserdiodenchip mit lateraler Gewinnführung handeln.
Die Anordnungsrichtung der Halbleiterschichten 21, 22, 23, 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 kennzeichnet hier und in den folgenden Figuren eine vertikale Richtung, während sich der Laserresonator zwischen der Strahlungsauskoppelfläche 11 und der der Strahlungsauskoppelfläche 11 gegenüberliegenden Rückseitenfläche 12 in longitudinaler Richtung erstreckt. Senkrecht zur longitudinalen Resonatorrichtung in der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten 21, 22, 23, 25 ist eine laterale beziehungsweise transversale Richtung definiert.
Über dem aktiven Bereich 24 ist eine Halbleiterdeckschicht 25 angeordnet, die die Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 bildet. Die Halbleiterdeckschicht 25 wird elektrisch durch eine Metallisierungsschicht 3 kontaktiert, die großflächig auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht ist. Zwischen den Bereichen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Metallisierungsschicht 3, die nicht in elektrischem Kontakt miteinander stehen sollen, ist eine Passivierungsschicht 10, beispielsweise aus einem Dielektrikum, etwa einem Oxid oder einem Nitrid, angeordnet. Über die Metallisierungsschicht 3 sowie eine weitere Elektrodenschicht zur Kontaktierung der der Metallisierungsschicht 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 (nicht gezeigt), kann der gezeigte Laserdiodenchip elektrisch angeschlossen und betrieben werden. Die Breite der Halbleiterdeckschicht 25, die im Falle von Breitstreifenlasern üblicherweise größer oder gleich 30 μm und kleiner oder gleich 200 μm ist, definiert unter Berücksichtigung von Stromaufweitungseffekten in den darunter liegenden Halbleiterschichten 22 die Breite des aktiven Bereichs 24, der somit ebenfalls eine Breite von größer oder gleich 30 µm aufweist.
Der in den 1A und 1B gezeigte Laserdiodenchip ist als so genannter Einzel-Emitter mit einem einzigen aktiven Bereich 24 ausgebildet. Durch eine entsprechende laterale Anordnung mehrerer durch die Metallisierungsschicht 3 kontaktierter Bereiche der Halbleiterdeckschicht 25 kann auch ein so genannter Laserbarren ausgebildet werden, wobei die Metallisierungsschicht 3 üblicherweise zwischen den einzelnen aktiven Bereichen durchtrennt ist, sodass die einzelnen aktiven Bereiche des Laserbarrens unabhängig voneinander elektrisch betrieben werden können.
Der Verlauf der Halbleiterdeckschicht 25 ist in 1B durch die gepunktete Linie angedeutet. Abgesehen von Stromaufweitungseffekten entspricht der Verlauf der Halbleiterdeckschicht 25 auch dem Verlauf des aktiven Bereichs 24. Durch die Stromeinprägung in die aktive Schicht 23 und damit die Ausbildung des aktiven Bereichs 24 bildet sich auch ein thermischer Einflussbereich 29 in der Halbleiterschichtenfolge 2 aus, der in 1A in der aktiven Schicht 23 und in 1B durch den gestrichelten Bereich angedeutet ist.
Laserdiodenchips gemäß dem Beispiel der 1A und 1B werden üblicherweise mit der Metallisierungsschicht 3 auf eine externe Wärmesenke oder einen Träger mit hoher thermischer Leitfähigkeit und/oder aktiver Kühlung aufgelötet. Die Metallisierungsschicht 3 dient dabei als Lötfläche des Laserdiodenchips und ermöglicht einen großflächigen thermischen Anschluss der Halbleiterschichtenfolge 2 an die externe Wärmesenke oder den Träger. Die Metallisierungsschicht 3 weist insbesondere beispielsweise aus Gründen der Fertigbarkeit, etwa in Bezug auf die mechanische Haftkraft zwischen Metall und Halbleiter und den elektrischen Kontaktwiderstand des Metall-Halbleiter-Übergangs üblicherweise eine Mehrzahl metallischer Schichten oder Schichten mit Legierungen auf, beispielsweise Ti/Pt/Au oder AuGe/Ni/Au, mit Gesamtschichtdicken bis zu einigen wenigen Mikrometern. Während die Metallisierungsschicht 3 somit in vertikaler Richtung in gewisser Weise strukturiert ist, ist sie bei dem in den 1A und 1B gezeigten Laserdiodenchip in lateraler und longitudinaler Richtung höchstens zur Trennung einzelner aktiver Bereiche im Falle eines Laserbarrens unterteilt, wenn es erforderlich ist, einzelne aktive Bereiche des Laserbarrens elektrisch getrennt voneinander zu betreiben. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Metallisierungsschicht in der Nähe der Strahlungsauskoppelfläche 11 oder der Rückseitenfläche 12 von diesen zurückgezogen ist, also dünner als im restlichen Bereich oder ganz entfernt ist. Abgesehen von solchen technisch bedingten Strukturierungen überdeckt die Metallisierungsschicht 3 des bekannten Laserdiodenchips den gesamten thermischen Einflussbereich 29 gleichförmig.
Während somit die Metallisierungsschicht 3 in einem üblichen Laserdiodenchip, wie in den 1A und 1B gezeigt, eine großflächige thermische Anbindung insbesondere des thermischen Einflussbereichs 29 erlaubt, sind die Verlustwärmequellen in der Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise aufgrund asymmetrischer Spiegelreflektivitäten der Verspiegelungen bzw. Entspiegelungen der Strahlungsauskoppelfläche 11 und der Rückseitenfläche 12 nicht gleichmäßig verteilt. Insbesondere weisen bekannte Laserdiodenchips üblicherweise an der Strahlungsauskoppelfläche 11 beim aktiven Bereich 24 eine maximale Temperatur auf, die in longitudinaler, vertikaler und lateraler Richtung mit steigendem Abstand zum Emissionsbereich abfällt. Dies gilt auch für einen Laserbarren mit mehreren aktiven Bereichen.
Während üblicherweise verwendete externe Wärmesenken oder Träger verglichen mit dem Halbleitermaterial selbst eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen, weist die bei der Montage entstehende Lotgrenzfläche beispielsweise bei der Lötung mit AuSn üblicherweise einen großen thermischen Übergangswiderstand auf. Hinzu kommt eine verglichen mit dem Material der externen Wärmesenke oder des Trägers selbst deutlich schlechtere thermische Leitfähigkeit des Lotmaterials. Dadurch ergibt sich trotz der hohen Wärmeleitfähigkeit der externen Wärmesenke oder des Trägers ein großer thermischer Widerstand. Das sich im bekannten Laserdiodenchip ausbildende Temperaturprofil und die Temperaturabhängigkeit von Brechzahl und optischem Gewinn erzeugen eine thermische Linse, wodurch sich die Divergenz der abgestrahlten Laserstrahlung vergrößert. Dies bedeutet, dass sich mit größeren Betriebsströmen beziehungsweise größeren Ausgangsleistungen des Laserdiodenchips die Strahldivergenz des Lasers vergrößert, wie in 1C gezeigt ist. In 1C ist der Anstieg des lateralen Fernfeldwinkels α in Abhängigkeit der ausgekoppelten optischen Leistung zu erkennen, der an der zunehmenden thermischen Belastung und der zunehmenden Inhomogenität der Temperaturverteilung im Laserdiodenchip unter Bildung der so genannten thermischen Linse liegt.
Die Halbleiterlaserdioden der Ausführungsbeispiele der folgenden Figuren weisen ausgehend vom bekannten Laserdiodenchip der 1A und 1B im Gegensatz zu diesem eine geeignete Strukturierung auf, um der Ausprägung einer solchen thermischen Linse geeignet entgegenzuwirken. Hierbei wird der lokale thermische Widerstand, also im Wesentlichen der Quotient aus der Temperaturerhöhung des aktiven Bereichs der Halbleiterlaserdiode und der lokalen Verlustleistungsdichte geeignet beeinflusst, um ein möglichst homogenes Temperaturprofil in lateraler und longitudinaler Richtung in der Halbleiterschichtenfolge 2 zu erreichen.
In den 2A und 2B sind dazu Schnittdarstellungen von zwei Ausführungsbeispielen von Halbleiterlaserdioden gezeigt. Da die Verlustwärmequellen in der Halbleiterschichtenfolge 2 lateral auf den aktiven Bereich 24 unter Berücksichtigung von Aufweitungseffekten, die zur Bildung des oben im allgemeinen Teil definierten thermischen Einflussbereichs führen, begrenzt sind, weisen die Halbleiterlaserdioden gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen im Vergleich zum bekannten Laserdiodenchip gemäß der 1A und 1B eine Metallisierungsschicht 3 auf, deren Breite deutlich geringer gewählt ist, sodass sich die Metallisierungsschicht 3 nicht mehr über die gesamte Breite der Halbleiterschichtenfolge 2 und damit über die gesamte Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt.
Weiterhin ist die Halbleiterdeckschicht 25 in den im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispielen als strukturierte, Strom zuführende Halbleiterschicht ausgebildet, die eine hohe Dotierstoffkonzentration von mehr als 1 × 10¹⁸cm^–3 und damit eine hohe Querleitfähigkeit aufweist. Die Halbleiterdeckschicht 25 kann dabei, wie in 2A gezeigt ist, in Form eines einzelnen Streifens ausgebildet sein, der durch die Metallisierungsschicht 3 kontaktiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, wie in 2B gezeigt ist, die Halbleiterdeckschicht 25 großflächig auszubilden und durch Ausbildung von Gräben zu strukturieren, sodass neben dem zur Kontaktierung vorgesehenen zentralen Streifen, der durch die Metallisierungsschicht 3 kontaktiert wird, nicht kontaktierte Bereiche der Halbleiterdeckschicht 25 unter der Passivierungsschicht 10 verbleiben. Die Strukturierung der Halbleiterdeckschicht 25 kann beispielsweise über einen Ätzvorgang erfolgen, wobei mindestens etwa 10 μm breite Gräben neben dem zentralen Streifen erzeugt werden, um den zu kontaktierenden Bereich der Halbleiterdeckschicht 25 zu definieren.
Neben den hier gezeigten Elementen und Schichten der Halbleiterlaserdiode kann diese auch weitere Merkmale aufweisen, beispielsweise Gräben zwischen einzelnen Emittern beziehungsweise aktiven Bereichen einer als Laserbarren ausgeführten Halbleiterlaserdiode zur optischen und elektrischen Trennung der einzelnen Emitter oder auch beliebige Strukturierungen der Metallisierungsschicht oder der Passivierungsschicht 10 abseits des aktiven Bereichs 24.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele von Halbleiterlaserdioden gezeigt, die einen Aufbau gemäß der Ausführungsbeispiele der 2A und 2B aufweisen können.
Insbesondere weisen die Halbleiterlaserdioden gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen eine strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge auf, die eine strukturierte Metallisierungsschicht 3 aufweist. Die strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 ermöglicht eine Wärmeableitung aus dem aktiven Bereich 24 mit einem lokalen thermischen Widerstand, der entlang einer longitudinalen und/oder lateralen Richtung variiert.
Durch die im Folgenden gezeigten Ausgestaltungen der Wärme ableitenden Schicht 4 kann es möglich sein, den elektrischen und thermischen Pfad bei den gezeigten Halbleiterlaserdioden zumindest teilweise zu entkoppeln beziehungsweise zu trennen, wodurch die Verteilungen von elektrischem Strom und Wärmestrom in gewissen Grenzen unabhängig voneinander beeinflusst werden können, sodass die jeweilige Temperaturverteilung in der Halbleiterschichtenfolge 2 unabhängig von den elektrischen Parametern verändert, innerhalb und in der Umgebung des Strominjektionsbereichs bevorzugt homogenisiert, wird.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist in den im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispielen eine strukturierte Strom zuführende Halbleiterschicht 26 auf, die beispielhaft anhand einer strukturierten Halbleiterdeckschicht 25 erläutert wird. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch Halbleiterschichten unterhalb der Halbleiterdeckschicht 25 und oberhalb des aktiven Bereichs 24 in gleicher oder abweichender Weise strukturiert sein.
Weiterhin dient die Metallisierungsschicht 3 auf der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 einerseits zur Herstellung eines Metall-Halbleiter-Kontakts zur Halbleiterdeckschicht 25, andererseits aber auch zur Bereitstellung einer lötbaren Fläche, mittels derer die gezeigten Halbleiterlaserdioden auf eine externe Wärmesenke oder einen externen Träger montiert werden können.
Durch die im Folgenden gezeigten Strukturierungen der Wärme ableitenden Schicht 4 und gegebenenfalls auch der Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 weisen diese zumindest in einigen oder allen drei Dimensionen lateral, longitudinal und vertikal unterschiedliche Formen auf, also unterschiedliche Geometrien und/oder Schichtdicken, die zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen auch in mehreren Stufen oder aus mehreren unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein können.
Die im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispiele weisen jeweils eine Metallisierungsschicht 3 mit einer kumulierten Breite B1 auf, deren Verhältnis zur Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 in Abhängigkeit vom Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 variiert.
In den 3A bis 3D sind Ausführungsbeispiele von Halbleiterlaserdioden gezeigt, bei denen die strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 durch die Metallisierungsschicht 3 gebildet ist. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Metallisierungsschicht 3 dabei eine kumulierte Breite B1 auf, die der lateralen Breite entspricht, die mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 3 geringer wird. Die Strom zuführende Halbleiterschicht 26 weist hingegen eine gleichbleibende Breite auf, wodurch auch die Breite des aktiven Bereichs 24 und damit auch die Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 in longitudinaler Richtung im Wesentlichen gleich bleibt. Dadurch verringert sich das Verhältnis der kumulierten Breite B1 der Metallisierungsschicht 3 zur Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11.
Wie in 3A gezeigt ist, kann die Metallisierungsschicht 3 nahe der Strahlungsauskoppelfläche 11 eine Breite B1 aufweisen, die größer oder gleich der Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 und somit auch größer als die Breite der Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 ist. Mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 verringert sich die Breite B1 der Metallisierungsschicht 3, sodass die Metallisierungsschicht 3 im Bereich der Rückseitenfläche 12 nur noch so breit wie die Strom zuführende Halbleiterschicht 26 und damit schmäler als der thermische Einflussbereich 29 ist.
Wie in 3B gezeigt ist, kann die Breite B1 der Metallisierungsschicht 3 auch so weit verringert werden, dass sie im Bereich der Rückseitenfläche 12 sogar schmäler als der thermische Einflussbereich 29 ist. Aufgrund der hohen Querleitfähigkeit der hoch dotierten Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 erfolgt die Stromeinprägung in die aktive Schicht 23 trotz der schmäleren Metallisierungsschicht 3 und damit des schmäleren Kontaktbereichs im Bereich der Rückseitenfläche 12 mit einer gleichmäßigen Breite über die gesamte Resonatorlänge.
In 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Metallisierungsschicht 3 eine Breite aufweist, die im Bereich der Strahlungsauskoppelfläche 11 der Breite der Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 entspricht und die zur Rückseitenfläche 12 hin reduziert wird.
In 3D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Metallisierungsschicht 3 von der Rückseitenfläche 12 her keilförmige Aussparungen aufweist, wodurch die kumulierte Breite B1 der Metallisierungsschicht 3 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 im Verhältnis zur Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 ebenfalls verringert wird.
Durch die Reduzierung der kumulierten Breite B1 der als strukturierte Wärme ableitenden Schicht 4 ausgebildeten Metallisierungsschicht 3 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 im Verhältnis zur Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 wird die lötbare Fläche und damit auch die thermische Anschlussfläche der gezeigten Halbleiterlaserdioden mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelschicht 11 verringert. Dadurch erfolgt im Bereich der Strahlungsauskoppelfläche 11 eine größere Wärmeableitung als im Bereich der Rückseitenfläche 12, wodurch dem bei bekannten Laserdiodenchips inhomogenen Temperaturverteilungsprofil in longitudinaler Richtung durch einen strukturierten lokalen thermischen Widerstand entgegengewirkt werden kann. Bei den hier gezeigten Halbleiterlaserdioden wird somit im thermischen Einflussbereich 29 der lokale thermische Widerstand in Bereichen, die eine geringere Temperaturerhöhung aufweisen, im Vergleich zu bekannten Laserdiodenchips verschlechtert beziehungsweise verringert, wodurch zwar die Gesamttemperatur des aktiven Bereichs 24 möglicherweise steigt, jedoch der Effekt der thermischen Linse durch Verringerung der inhomogenen Temperaturverteilung verkleinert werden kann.
In den 4A und 4B sind weitere Ausführungsbeispiele von Halbleiterlaserdioden gezeigt, bei denen die Stromzuführende Halbleiterschicht 26, also rein beispielhaft in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Halbleiterdeckschicht 25, hinsichtlich ihrer Breite strukturiert ist.
Im Ausführungsbeispiel der 4A weist die Strom zuführende Halbleiterschicht 26, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die Halbleiterdeckschicht 25, eine zur Strahlungsauskoppelfläche 11 hin größer werdende Breite auf. Der daraus resultierende aktive Bereich 24 weist dadurch eine trapezartige Form auf. Dementsprechend bildet sich auch ein thermischer Einflussbereich 29 aus, dessen Breite B2 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 abnimmt. Die Metallisierungsschicht 3 weist ein Breite B1 auf, die ebenfalls mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 geringer wird, wobei die Änderung der Breite B1 größer als die Änderung der Breite B2 ist, so dass das Verhältnis der Breite B1 zur Breite B2 ebenfalls mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 abnimmt. Durch die beschriebene Ausbildung der Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 und der Metallisierungsschicht 3 kann eine Anpassung der Strominjektion an die Modenausbreitung und -aufweitung und eine Optimierung des Strominjektionsprofils mit der hier beschriebenen angepassten Wärmeableitung aus dem thermischen Einflussbereich 29 kombiniert werden.
Im Ausführungsbeispiel der 4B weist die Metallisierungsschicht 3 eine konstante kumulierte Breite B1 zwischen der Strahlungsauskoppelfläche 11 und der Rückseitenfläche 12 auf, wohingegen die Strom zuführende Halbleiterschicht 26, also im gezeigten Ausführungsbeispiel die Halbleiterdeckschicht 25, mit größer werdendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 breiter wird, wodurch auch die Breite B2 des thermischen Einflussbereichs 29 mit größer werdendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 größer wird. Durch die inhomogene elektrische Anbindung der aktiven Schicht 23 beziehungsweise des aktiven Bereichs 24 an die konstant breite Metallisierungsschicht 3 und die daraus folgende Verringerung des Verhältnisses der Breiten B1 und B2 kann der Ausbildung einer inhomogenen Temperaturverteilung mit einer erhöhten Temperatur im Bereich der Strahlungsauskoppelfläche 11 entgegengewirkt werden.
Die vorherigen Ausführungen zum Verhältnis der Breiten B1 und B2 gelten auch für die Ausführungsbeispiele der folgenden Figuren, in denen die Breiten B1 und B2 der Übersichtlichkeit halber nicht mehr gezeigt sind.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiterlaserdiode gezeigt, bei der die Eigenschaften der Metallisierungsschicht 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3A und die Eigenschaften der strukturierten Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4B kombiniert sind, um eine Verbesserung der Homogenisierung des Temperaturprofils durch eine Kombination der beschriebenen Effekte zu erreichen.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiterlaserdiode gezeigt, bei der die Metallisierungsschicht 3 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 5 neben einem zentralen Streifen, der zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht ist, weitere Streifen mit dem Metallisierungsschichtmaterial 3 aufweist. Dadurch kann abseits des thermischen Einflussbereichs 29 eine zusätzliche Lötkontaktfläche ermöglicht werden.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiterlaserdiode gezeigt, bei dem im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 5 eine weitere Halbleiterschicht 27 unterhalb der strukturierten Strom zuführenden Halbleiterschicht 26, also im gezeigten Ausführungsbeispiel der Halbleiterdeckschicht 25, in lateraler Richtung einen Rand aufweist, der strukturiert ist. Rein beispielhaft ist in 7 eine zackenförmige Strukturierung gezeigt. Durch eine derartige Strukturierung des lateralen Randes einer oder mehrerer Halbleiterschichten 27 unterhalb der Strom zuführenden Halbleiterschicht 26 kann das Stromdichteprofil in der aktiven Schicht 23 zusätzlich geformt werden.
In den folgenden Figuren ist der thermische Einflussbereich 29 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
In 8 ist eine Halbleiterlaserdiode gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine Weiterentwicklung des in 3B gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt. Die Strom zuführende Schicht 26 ist dabei rein beispielhaft mit einer gleich bleibenden Breite in longitudinaler Richtung von der Strahlungsauskoppelfläche 11 bis zur Rückseitenfläche 12 ausgeführt, während die Metallisierungsschicht 3 als strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 einen zentralen Streifen aufweist, dessen Breite mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 abnimmt.
Weiterhin weist die Metallisierungsschicht 3 in lateraler Richtung neben dem zentralen Streifen inselartige Bereiche 30 mit dem Material der Metallisierungsschicht 3 auf, sodass die Metallisierungsschicht 3 in lateraler Richtung einen Rand aufweist, der inselartig strukturiert ist. Insbesondere kann es sich dabei um eine halbtonmäßige Mikrostrukturierung der Metallisierungsschicht 3 zur gezielten Erzeugung von Hohlräumen beziehungsweise Lunkern in einer darauf aufgebrachten Lotschicht oder der Verhinderung einer Lötverbindung zwischen einem Lot und der Metallisierungsschicht 3 handeln, wodurch der lokale thermische Widerstand zusätzlich strukturiert werden kann. Die kumulierte Breite der Metallisierungsschicht 3 nimmt mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 ab.
Die inselartige Strukturierung 30 kann dabei in lateraler Richtung hinsichtlich der Größe, der Anzahl und/oder der Dichte der Inseln mit steigendem Abstand vom zentralen Streifen kleiner werden. Insbesondere kann die laterale Strukturierung Größen- und Abstandsbereiche in einem Bereich von kleiner oder gleich 1000 μm bis hinunter zu wenigen Mikrometern und besonders bevorzugt größer oder gleich 3 μm aufweisen. Die Höhe der einzelnen inselartigen Bereich 30 kann in einem Größenbereich von größer oder gleich 1 nm bis kleiner oder gleich 100 μm liegen. Im Bereich der inselartigen Strukturierung 30 bedeutet insbesondere ein schwarzer Bereich eine Lotverbindung und damit eine hohe thermische Leitfähigkeit, während ein weißer Bereich eine nicht existierende Lotverbindung beziehungsweise einen Lunker und damit eine geringe thermische Leitfähigkeit kennzeichnet.
In den 9A bis 9C sind weitere Ausführungsbeispiele von Halbleiterlaserdioden gezeigt, die im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen eine als strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 ausgebildete Metallisierungsschicht 3 aufweisen, die Öffnungen 31 aufweist, die in ihrer Größe, Anzahl und/oder Dichte mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 einen größeren Flächenbereich einnehmen, wodurch ebenfalls die kumulierte Breite der Metallisierungsschicht 3 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 abnimmt. Wie in 9A gezeigt ist, können die Öffnungen 31 beispielsweise hinsichtlich ihrer Größe mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 zunehmen. Damit bietet die Metallisierungsschicht 3 insgesamt eine flächige Anschlussfläche für ein Lot, bei der jedoch im Bereich der Öffnungen 31 keine Lötverbindung beziehungsweise Lunker zustande kommen, was in diesen Bereichen eine geringe thermische Leitfähigkeit zur Folge hat.
In 9B ist ein Schnittbild gezeigt, bei dem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Halbleiterlaserdiode mit dem Substrat 1, der Halbleiterschichtenfolge 2 und einer gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel mit Öffnungen 31 strukturierten Metallisierungsschicht 3 mittels einer Lotschicht 5 auf einer externen Wärmesenke 6 angeordnet ist. Die longitudinale Resonatorrichtung steht dabei senkrecht zur Zeichenebene. Durch die als strukturierte Wärme ableitende Schicht ausgebildete Metallisierungsschicht 3 ergibt sich insbesondere durch die fehlende Metallisierung in den Öffnungen 31 eine Strukturierung der Lotgrenzfläche, was, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, durch ein Einbringen eines nicht oder schlecht lötbaren oder schlecht Wärme leitenden Materials 32 in die Öffnungen 31 noch verstärkt werden kann. Beispielsweise können innerhalb der Öffnungen 31 schlecht lötbare Metalle, beispielsweise oxidierte Metalle, erzeugt oder eingebracht sein oder auch ein Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Luft, Vakuum oder ein Kunststoff wie etwa BCB. Hinsichtlich eines möglichst hohen Kontrasts der thermischen Leitfähigkeit ist insbesondere eine Metallisierungsschicht 3 mit Luft oder Vakuum gefüllten Öffnungen 31 vorteilhaft. Bei mechanisch kritischen Chipdesigns ist es im Hinblick auf eine größere mechanische Stabilität vorteilhaft, anstelle von mit Luft oder Vakuum gefüllten Öffnungen 31 ein Material 32 mit möglichst schlechter thermischer Leitfähigkeit zu verwenden, das eine mechanische Befestigung ermöglicht, also beispielsweise ein Kunststoff oder ein thermisch schlecht leitendes Metalloxid.
Im Ausführungsbeispiel der 9C weist die Halbleiterlaserdiode auf der Metallisierungsschicht 3, die wie im vorherigen Ausführungsbeispiel der 9B als strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 ausgeführt ist, eine interne Wärmesenke 7 auf, die in direktem Kontakt unmittelbar auf die Metallisierungsschicht 3 aufgebracht ist. Durch eine derartige interne Wärmesenke 7 ist es möglich, den thermischen Gesamtwiderstand der Halbleiterlaserdiode zu senken und dabei trotzdem eine kontrastreiche Strukturierung des lokalen thermischen Widerstands zu erreichen. Die der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Seite der internen Wärmesenke 7 ist als Lötfläche zur Montage der Halbleiterlaserdiode auf der externen Wärmesenke 6 mittels der Lotschicht 5 ausgeführt.
Die interne Wärmesenke 7 kann aus einer einzelnen Schicht eines Materials oder auch aus mehreren Schichten bestehen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die interne Wärmesenke 7 eine laterale und/oder longitudinale Strukturierung wie in Verbindung mit den folgenden Ausführungsbeispielen gezeigt ist, aufweist.
Die interne Wärmesenke 7 kann beispielsweise eines oder mehrere Metalle, Legierungen, Dielektrika, Polymere, kristalline Halbleiter, amorphe Halbleiter, Diamant, Keramik, Luft, Vakuum oder Kombinationen daraus aufweisen, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist. Die interne Wärmesenke 7 kann insbesondere durch Aufdampfen, Zerstäuben, galvanisches Aufbringen, Abscheidung aus einem Plasma, Aufschleudern oder Bonden aufgebracht sein. Falls erforderlich, können eine oder mehrere Materialien oder Schichten der internen Wärmesenke, wie im allgemeinen Teil beschrieben, gegenüber der Umgebung verkapselt sein, beispielsweise durch ein reaktionsarmes Metall oder durch eine oben im allgemeinen Teil beschriebene Dünnschichtverkapselung.
In den folgenden Ausführungsbeispielen sind Halbleiterlaserdioden mit einer zusätzlichen strukturierten internen Wärmesenke 7 gezeigt, die als Teil der strukturierten Wärme ableitenden Schicht 4 ausgebildet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 und die Metallisierungsschicht 3 kann wie in einem der vorherigen Ausführungsbeispiele ausgeführt sein. Die in den folgenden Ausführungsbeispielen gezeigten Strukturierungen der internen Wärmesenke 7 in zwei oder drei Dimensionen ermöglicht eine zusätzliche gezielte Beeinflussung der thermischen Leitfähigkeit in allen drei Dimensionen und damit eine Strukturierung des lokalen thermischen Widerstands. Insbesondere weisen die im Folgenden gezeigten internen Wärmesenken 7 unterschiedliche Bereiche auf, die aus unterschiedlichen Materialien 71, 72, 73 mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten bestehen.
Im Vergleich zu konventionellen Wärmesenken, die üblicherweise in vertikaler Richtung mehrere Metallschichten oder Kombinationen aus Metallen, Halbleitern und/oder Keramikmaterialien, beispielsweise so genanntes DCB ("Direct Copper Bonded") aus Kupfer und Aluminiumnitrid, aufweisen und die also vertikal strukturiert sind, sind die hier gezeigten internen Wärmesenken 7 lateral und/oder longitudinal strukturiert. Dabei sind die gewählten Materialien 71, 72, 73 nicht nur wie bei den bekannten vertikal strukturierten Wärmesenken durch Fragen der Fertigbarkeit oder zur Einstellung eines an die Halbleitermaterialien angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten motiviert, sondern auch hinsichtlich der Homogenisierung der im Halbleitermaterial vorherrschenden Temperaturverteilung.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 10A weist die interne Wärmesenke 7 der Halbleiterlaserdiode ein erstes Material 71 auf, das lateral zwischen Bereichen mit einem zweiten Material 72 angeordnet ist. Das erste Material 71 weist im Ausführungsbeispiel der 10A, wie auch in den folgenden Ausführungsbeispielen der 10B bis 10H, eine höhere thermische Leitfähigkeit als das zweite Material 72 auf, sodass bevorzugt Wärme in der Nähe des aktiven Bereichs abgeleitet werden kann.
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 10A weist die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10B eine interne Wärmesenke 7 auf, die auf ihrer der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandten und abgewandten Seite über und unter dem zweiten Material 72 zusätzlich noch das erste Material 71 aufweist, wodurch eine im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 10A höhere thermische Leitfähigkeit erreicht werden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 10C weist das zweite Material 72 eine zusätzliche Strukturierung mit einer entlang der lateralen Richtung nach außen hin ansteigenden Dicke auf, wodurch die thermische Leitfähigkeit in lateraler Richtung nach außen hin kontinuierlich reduziert werden kann.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 10D weist das erste Material 71 eine Breite auf, die mit steigendem Abstand zur Halbleiterschichtenfolge 2 hin ansteigt, wodurch eine Aufweitung des Wärmestroms von der Metallisierungsschicht 3 hin zu einer externen Wärmesenke auf der der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der internen Wärmesenke erreicht werden kann.
In 10E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode gezeigt, bei dem das erste Material 71 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 eine kleiner werdende Breite aufweist, sodass im Bereich der Strahlungsauskoppelfläche 11 mehr Wärme abgeleitet werden kann als nahe der der Strahlungsauskoppelfläche 11 gegenüberliegenden Rückseitenfläche.
Im Ausführungsbeispiel der 10F ist das zweite Material 72 streifenförmig lateral neben dem aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge 2 im ersten Material 71 eingebettet. Die schraffierten Bereiche unterhalb des zweiten Materials 72 dienen lediglich der besseren Erkennbarkeit der Lage des zweiten Materials 72 innerhalb des ersten Materials 71.
Die interne Wärmesenke 7 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10G weist zusätzlich zum zweiten Material 72 ein drittes Material 73 auf, das einen zum ersten und zweiten Material 71, 72 unterschiedlichen Wärmeleitungs-Koeffizienten aufweist, wodurch die Wärmeableitung und der lokale thermische Widerstand der internen Wärmesenke 7 weiter einstellbar ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen, bei denen das zweite Material 72 in longitudinaler Richtung kontinuierlich angeordnet ist, kann das zweite Material, wie in 10H gezeigt ist, auch eine punktweise beziehungsweise bereichsweise Strukturierung aufweisen. Beispielsweise kann die Anzahl, Größe und/oder Dichte der Bereiche mit dem zweiten Material 72 im ersten Material 71 mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 und/oder mit steigendem lateralen Abstand zum aktiven Bereich größer werden.
In 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiterlaserdiode mit einer als strukturierte Wärme ableitende Schicht 4 ausgebildeten internen Wärmesenke 7 gezeigt, die ein strukturiertes erstes Material 71 aufweist, das einen Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche 11 und zur Rückseitenfläche 12 aufweist, sodass die Halbleiterschichtenfolge 2 und die Metallisierungsschicht 3 einen Überstand über das erste Material 71 bilden. Der Überstand kann beispielsweise durch eine lithografische Strukturierung in einer Größenordnung von beispielsweise einigen Mikrometern hergestellt werden und die Notwendigkeit vermeiden, die Halbleiterlaserdiode genau auf die Kante einer externen Wärmesenke oder eines externen Trägers zu justieren, was im Stand der Technik notwendig zur Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung der Strahlungsauskoppelfläche und einer damit verbundenen hohen Zuverlässigkeit ist. Da es auch im Stand der Technik üblicherweise notwendig ist, eine interne Wärmesenke beabstandet zur Strahlungsauskoppelfläche anzuordnen, um die die Strahlungsauskoppelfläche bildende Facette mit hoher Qualität brechen zu können, verschlechtert sich im Stand der Technik hierdurch die Kühlung an der Strahlungsauskoppelfläche.
Zur Verbesserung der thermischen Anbindung der Strahlungsauskoppelfläche 11 und der Rückseitenfläche 12 wird bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kehle mit einem gut wärmeleitfähigen zweiten Material 72 jeweils in diesen Bereichen ausgebildet, sodass eine selbst justierte thermische Anbindung der Strahlungsauskoppelfläche 11 und der Rückseitenfläche 12 hergestellt werden kann. Derartige Kehlen können beispielsweise durch Aufbringen eines Depots mit dem zweiten Material 72 angrenzend an das erste Material 71 erfolgen, wobei das zweite Material 72 ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise ein Metall wie Indium oder Zinn, aufweist oder daraus ist. Ein derartiges Depot wird bevorzugt vor der Erzeugung der Strahlungsauskoppelfläche 11, beispielsweise durch Brechen, auf die entsprechenden Bereiche eines Waferverbunds aus einer Vielzahl noch verbundener Halbleiterlaserdioden aufgebracht und erst nach dem Vereinzeln der Halbleiterlaserdioden durch Erhitzen über den Schmelzpunkt des zweiten Materials 72 so weit geschmolzen, dass sich eine selbst justierende Kehle ausbildet. Die Kehle kann je nach Material, vorhandener Menge, Abmessungen und Prozessparametern konkav oder konvex ausgebildet sein.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten und beschriebenen Merkmale betreffend die strukturierte Strom zuführende Schicht, die Metallisierungsschicht und die interne Wärmesenke können gemäß weiteren, nicht explizit gezeigten Ausführungsbeispielen zur Kombination der jeweiligen Effekte und Vorteile auch miteinander kombiniert sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Halbleiterlaserdiode, aufweisend eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit vertikal übereinander aufgebrachten Halbleiterschichten (21, 22, 23, 25, 26) mit einer aktiven Schicht (23), die einen aktiven Bereich (24) mit einer Breite von größer oder gleich 30 µm aufweist, der im Betrieb Laserstrahlung über eine Strahlungsauskoppelfläche (11) abstrahlt, wobei die Strahlungsauskoppelfläche (11) durch eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge (2) gebildet wird und mit einer gegenüberliegenden Rückseitenfläche (12) einen Resonator mit lateraler Gewinnführung in einer longitudinalen Richtung bildet und wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) durch den Betrieb in einem thermischen Einflussbereich (29) erwärmt wird, eine Metallisierungsschicht (3) in direktem Kontakt zumindest mit einem Teilbereich mit einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die Oberseite (20) durch eine Halbleiterdeckschicht (25) gebildet wird, und eine strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) auf der Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) zumindest die Metallisierungsschicht (3) aufweist, wobei die Metallisierungsschicht (3) eine kumulierte Breite (B1) aufweist und das Verhältnis der kumulierten Breite (B1) zu einer Breite (B2) des thermischen Einflussbereichs (29) in Abhängigkeit von einem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) variiert, wobei die strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) eine Wärmeableitung aus dem aktiven Bereich (24) ermöglicht, die entlang einer longitudinalen und/oder lateralen Richtung variiert.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1, wobei sich das Verhältnis der kumulierten Breite (B1) zur Breite (B2) des thermischen Einflussbereichs (29) mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) verringert.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die kumulierte Breite (B1) der Metallisierungsschicht (3) mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) verringert.
Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Metallisierungsschicht (3) nahe der Strahlungsauskoppelfläche (11) breiter als der thermische Einflussbereich (29) ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallisierungsschicht (3) nahe der Rückseitenfläche (12) schmäler als der thermische Einflussbereich (29) ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallisierungsschicht (3) Öffnungen (31) aufweist, wobei zumindest eine oder mehrere Eigenschaften ausgewählt aus Größe, Anzahl und Dichte der Öffnungen (31) mit steigendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) größer wird.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 6, wobei in den Öffnungen (31) ein Material (32) angeordnet ist, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringere Lötbarkeit als die Metallisierungsschicht (3) aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Metallisierungsschicht (3) in lateraler Richtung einen Rand aufweist, der inselartig (30) strukturiert ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine dem aktiven Bereich (24) Strom zuführende Halbleiterschicht (26) zwischen der strukturierten Wärme ableitenden Schicht (4) und dem aktiven Bereich (24) aufweist, die eine Breite aufweist, die mit größer werdendem Abstand zur Strahlungsauskoppelfläche (11) zumindest in einem Teilbereich größer wird.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die strukturierte Strom zuführende Halbleiterschicht (26) die Halbleiterdeckschicht (25) ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine Halbleiterschicht (27) zwischen der Halbleiterdeckschicht (25) und der aktiven Schicht (23) in lateraler Richtung einen Rand aufweist, der strukturiert ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Metallisierungsschicht (3) in direktem Kontakt eine interne Wärmesenke (7) aufgebracht ist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 12, wobei die interne Wärmesenke (7) eine der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandte Lötseite aufweist, über die die Halbleiterlaserdiode mittels einer Lotschicht (5) auf einem externen Träger (6) montierbar ist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 12 oder 13, wobei die strukturierte Wärme ableitende Schicht (4) die interne Wärmesenke (7) aufweist und die interne Wärmesenke (7) zumindest in lateraler und/oder longitudinaler Richtung eine Strukturierung aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 14, wobei die Strukturierung der internen Wärmesenke (7) durch Materialien (71, 72) mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit gebildet wird.