DE102015104184A1

DE102015104184A1 - Kantenemittierender Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102015104184A1
Application number: DE102015104184.7A
Authority: DE
Inventors: Alfred Lell; Harald König; Adrian Stefan Avramescu
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22
Also published as: DE112016001300A5; CN107431333A; WO2016150840A1; JP2018511171A; US20180048114A1

Abstract

Ein kantenemittierender Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterstruktur, die eine Schichtenfolge mit entlang einer Wachstumsrichtung übereinanderliegenden Schichten aufweist. Die Halbleiterstruktur ist seitlich durch eine erste Facette und eine zweite Facette begrenzt. Die Halbleiterstruktur weist einen Mittenabschnitt und einen an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt auf. Die Schichtenfolge ist im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß Patentanspruch 14.
Es ist bekannt, dass die Spiegelfacetten bei kantenemittierenden Halbleiterlasern hohen elektrischen, optischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Absorptionsverluste an den Spiegelfacetten können zu einer Erwärmung der Spiegelfacetten und schließlich zu deren thermischen Zerstörung führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaser bereitzustellen, dessen Spiegelfacetten weniger anfällig für eine thermische Zerstörung sind. Diese Aufgabe wird durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein kantenemittierender Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterstruktur, die eine Schichtenfolge mit entlang einer Wachstumsrichtung übereinanderliegenden Schichten aufweist. Die Halbleiterstruktur ist seitlich durch eine erste Facette und eine zweite Facette begrenzt. Die Halbleiterstruktur weist einen Mittenabschnitt und einen an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt auf. Die Schichtenfolge ist im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt.
Dadurch, dass die Schichtenfolge der Halbleiterstruktur dieses kantenemittierenden Halbleiterlasers im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt versetzt ist, wird in der Halbleiterstruktur angeregtes Licht im ersten Randabschnitt in anderen Schichten der Schichtenfolge geführt als im Mittenabschnitt. Diese anderen Schichten weisen einen höheren Bandabstand auf, wodurch eine Absorption von Licht im ersten Randabschnitt erschwert oder vollständig verhindert ist. Dadurch bilden die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Randabschnitt einen nichtabsorbierenden Spiegel. Dieser nichtabsorbierende Spiegel weist nur geringe Spiegelverluste auf, wodurch es im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers auch nur zu einer geringen Erwärmung der ersten Facette und des an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitts kommt. Dadurch besteht bei diesem kantenemittierenden Halbleiterlaser somit nur eine reduzierte Gefahr für temperaturbedingte Alterungseffekte und eine thermische Zerstörung.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers folgen in der Schichtenfolge eine untere Mantelschicht, eine untere Wellenleiterschicht, eine aktive Schicht, eine obere Wellenleiterschicht und eine obere Mantelschicht aufeinander. Dabei ist im ersten Randabschnitt eine der Mantelschichten oder eine der Wellenleiterschichten in Wachstumsrichtung auf Höhe der aktiven Schicht im Mittenabschnitt angeordnet. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass im Mittenabschnitt der Halbleiterstruktur in den Wellenleiterschichten geführtes Licht im ersten Randabschnitt zumindest teilweise in einer der Mantelschichten geführt wird, wodurch die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Randabschnitt der Halbleiterstruktur einen nichtabsorbierenden Spiegel bilden.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Halbleiterstruktur einen an die zweite Facette angrenzenden zweiten Randabschnitt auf. Dabei ist die Schichtenfolge im zweiten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt. Vorteilhafterweise bilden dann auch die zweite Facette und der an die zweite Facette angrenzende zweite Randabschnitt der Halbleiterstruktur einen nichtabsorbierenden Spiegel. Dadurch ist bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser auch im Bereich der zweiten Facette ein Risiko einer thermischen Zerstörung reduziert.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers entspricht die Versetzung der Schichtenfolge im zweiten Randabschnitt der Versetzung der Schichtenfolge im ersten Randabschnitt. Dadurch weist die Halbleiterstruktur des kantenemittierenden Halbleiterlasers eine symmetrische Gestaltung auf, die vorteilhafterweise besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers liegt die Schichtenfolge im ersten Randabschnitt in Wachstumsrichtung höher als im Mittenabschnitt. Dadurch wird erreicht, dass eine im Mittenabschnitt unterhalb der aktiven Schicht angeordnete Schicht im ersten Randabschnitt an die aktive Schicht im Mittenabschnitt angrenzt.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers liegt die Schichtenfolge im Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung höher als im ersten Randabschnitt. Dadurch wird erreicht, dass eine im Mittenabschnitt der Halbleiterstruktur oberhalb der aktiven Schicht angeordnete Schicht der Schichtenfolge im Randabschnitt an die aktive Schicht im Mittenabschnitt angrenzt.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst die Halbleiterstruktur ein Substrat. Dabei ist die Schichtenfolge über einer Oberseite des Substrats angeordnet. Die Oberseite des Substrats weist im Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung eine andere Höhe auf als im ersten Randabschnitt. Vorteilhafterweise setzt sich der Höhenunterschied der Oberseite des Substrats in der auf der Oberseite des Substrats angeordneten Schichtenfolge fort, wodurch die Schichtenfolge im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt ist.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst die Halbleiterstruktur ein Substrat. Dabei ist die Schichtenfolge über einer Oberseite des Substrats angeordnet. Die Schichtenfolge umfasst eine zumindest abschnittsweise zwischen der Oberseite des Substrats und der unteren Mantelschicht angeordnete Zusatzschicht. Diese Zusatzschicht weist im Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung eine andere Höhe auf als im ersten Randabschnitt. Die Höhenvariation der Zusatzschicht setzt sich vorteilhafterweise in der über der Zusatzschicht angeordneten übrigen Schichtenfolge fort, wodurch sich in der Schichtenfolge eine Versetzung zwischen dem ersten Randabschnitt und dem Mittenabschnitt ergibt.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Zusatzschicht eine Dotierung mit demselben Vorzeichen auf wie die untere Mantelschicht. Dadurch bewirkt die Zusatzschicht vorteilhafterweise nur eine geringe Beeinflussung der übrigen Schichtenfolge der Halbleiterstruktur dieses kantenemittierenden Halbleiterlasers.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist die Zusatzschicht elektrisch isolierend oder weist eine Dotierung mit umgekehrtem Vorzeichen auf wie die untere Mantelschicht. Dabei ist die Zusatzschicht nicht im Mittenabschnitt zwischen der Oberseite des Substrats und der unteren Mantelschicht angeordnet. Die isolierende Zusatzschicht kann dabei beispielsweise als undotierte Epitaxieschicht, als CVD-Diamantschicht oder als dielektrische Schicht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise blockiert diese Zusatzschicht einen Strompfad durch die Schichtenfolge im ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur. Dadurch wird im ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur kein Laserlicht angeregt. Hierdurch reduzieren sich eventuelle Absorptionsverluste an der ersten Facette und im an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur vorteilhafterweise weiter.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Halbleiterstruktur zwischen dem Mittenabschnitt und dem ersten Randabschnitt einen ersten Übergangsabschnitt auf. Dabei setzt sich die Schichtenfolge zwischen dem Mittenabschnitt, dem ersten Übergangsabschnitt und dem ersten Randabschnitt kontinuierlich fort. Vorteilhafterweise ist die Halbleiterstruktur dadurch besonders einfach herstellbar.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist der Mittenabschnitt von der ersten Facette einen Abstand zwischen 0,1 µm und 100 µm auf, bevorzugt einen Abstand zwischen 1 µm und 20 µm. Vorteilhafterweise hat sich ein solcher Abstand als besonders wirkungsvoll zur Ausbildung eines nichtabsorbierenden Spiegels im Bereich der ersten Facette und des an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitts erwiesen.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers ist über der Schichtenfolge eine Kontaktschicht und eine obere Metallisierung angeordnet. Dabei ist die obere Metallisierung nur über dem Mittenabschnitt angeordnet, nicht über dem ersten Randabschnitt. Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die Halbleiterstruktur des kantenemittierenden Halbleiterlasers im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers nur im Mittenabschnitt bestromt wird, nicht jedoch im ersten Randabschnitt. Dadurch wird im ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur kein Laserlicht angeregt, wodurch eventuelle Absorptionsverluste an der ersten Facette und im an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt weiter reduziert werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Substrats mit einer Oberseite, zum Anlegen einer Oberfläche an der Oberseite des Substrats, die in einem Mittenabschnitt eine andere Höhe aufweist als in einem ersten Randabschnitt, zum Abscheiden einer Schichtenfolge über der Oberfläche und zum Brechen des Substrats und der Schichtenfolge derart, dass eine erste Facette gebildet wird, an die der erste Randabschnitt angrenzt.
Der durch dieses Verfahren erhältliche kantenemittierende Halbleiterlaser weist eine Halbleiterstruktur auf, deren Schichtenfolge in einem an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt ist. Dadurch wirken die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Randabschnitt der Halbleiterstruktur dieses kantenemittierenden Halbleiterlasers als nichtabsorbierender Spiegel. Dieser nichtabsorbierende Spiegel bietet die Vorteile, dass im Bereich des nichtabsorbierenden Spiegels keine oder nur geringe Absorptionsverluste anfallen, wodurch es zu keiner oder nur zu einer geringen Erwärmung der ersten Facette und des an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitts kommt. Hierdurch kommt es auch nur zu geringen Alterungseffekten im Bereich der ersten Facette, wodurch sich die Gefahr einer thermischen Zerstörung der ersten Facette der Halbleiterstruktur des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers reduziert.
Das Verfahren zur Herstellung des kantenemittierenden Halbleiterlasers kommt vorteilhafterweise ohne Diffusions- oder Implantationsprozesse aus, wodurch es einfach und kontrolliert durchführbar ist. Hieraus ergibt sich eine gute Reproduzierbarkeit, was eine hohe Ausbeute bei der Herstellung ermöglichen kann. Das Verfahren erfordert vorteilhafterweise auch keine Bearbeitungsprozesse bei hoher Temperatur, wodurch eine mit Hochtemperaturprozessen einhergehende Schädigung einer aktiven Schicht der Halbleiterstruktur des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers vermieden wird. Auch eine mit Hochtemperaturprozessen einhergehende Schädigung von elektrischen Kontakten des kantenemittierenden Halbleiterlasers wird vermieden, wodurch auch eine unerwünschte Erhöhung der Betriebsspannung des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers vermieden wird. Auch andere durch Hochtemperaturprozesse und/oder Implantations- oder Diffusionsprozesse verursachte Reduzierungen der zu erwartenden Lebensdauer des kantenemittierenden Halbleiterlasers werden vorteilhafterweise vermieden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anlegen der Oberfläche einen Schritt zum Entfernen eines Teils des Substrats. Durch das Entfernen eines Teils des Substrats kann die Oberseite des Substrats in Bereiche unterteilt werden, die sich in ihrer Höhe unterscheiden. Diese Höhenmodulation der Oberseite des Substrats wird bei dem anschließenden Abscheiden der Schichtenfolge über der Oberseite des Substrats in die Schichtenfolge des Substrats übertragen, wodurch sich bei dem durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlaser eine Versetzung in der Schichtenfolge in Wachstumsrichtung zwischen dem ersten Randabschnitt und dem ersten Mittenabschnitt ergibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anlegen der Oberfläche Schritte zum Anordnen einer Zusatzschicht an der Oberseite des Substrats und zum Entfernen eines Teils der Zusatzschicht. Bei diesem Verfahren wird eine an der Oberseite des Substrats variierende Höhe der Zusatzschicht in die über der Zusatzschicht abgeschiedene Schichtenfolge übertragen, wodurch sich in der Halbleiterstruktur des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers eine Versetzung in Wachstumsrichtung zwischen dem ersten Randabschnitt und dem Mittenabschnitt ergibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen des Substrats oder der Zusatzschicht durch ein Ätzverfahren. Das Ätzverfahren kann beispielsweise ein Trockenätzverfahren sein. Da das Entfernen des Substrats oder der Zusatzschicht vor dem Wachstum der Schichtenfolge erfolgt, bewirkt ein solches Ätzverfahren vorteilhafterweise keine oder nur eine geringe Schädigung einer aktiven Schicht der Schichtenfolge des durch das Verfahren erhältlichen Halbleiterlasers.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Abscheiden der Schichtenfolge ein Abscheiden einer unteren Mantelschicht, einer unteren Wellenleiterschicht, einer aktiven Schicht, einer oberen Wellenleiterschicht und einer oberen Mantelschicht. Dabei wird der Höhenunterschied der Oberfläche zwischen dem Mittenabschnitt und dem ersten Randabschnitt so bemessen, dass im ersten Randabschnitt eine der Mantelschichten oder eine der Wellenleiterschichten auf Höhe der aktiven Schicht im Mittenabschnitt angeordnet wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass im Mittenabschnitt der Halbleiterstruktur in den Wellenleiterschichten geführtes Licht im ersten Randabschnitt zumindest teilweise in einer der Mantelschichten geführt wird, wodurch die erste Facette und der erste Randabschnitt als nichtabsorbierender Spiegel wirken.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer vierten Ausführungsform;
5 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer fünften Ausführungsform;
6 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer sechsten Ausführungsform;
7 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer siebten Ausführungsform; und
8 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer achten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 10. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 10 kann auch als Diodenlaser bezeichnet werden. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 10 kann beispielsweise zur Emission von Licht mit einer Wellenlänge aus dem UV-Spektralbereich, aus dem sichtbaren Spektralbereich oder aus dem Infrarot-Spektralbereich vorgesehen sein. Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 kann beispielsweise auf einem AlInGaN-, einem AlGaAs- oder einem InGaAlP-Materialsystem basieren.
Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 weist ein Substrat 100 und eine epitaktisch über einer Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsene Schichtenfolge 200 auf. Die Schichtenfolge umfasst dabei eine Mehrzahl von Schichten, die entlang einer Wachstumsrichtung 201 übereinander liegen. Die Wachstumsrichtung 201 ist senkrecht zur Oberseite 101 des Substrats 100 orientiert.
Die Halbleiterstruktur 20 wird seitlich durch eine erste Facette 400 und durch eine der ersten Facette 400 gegenüberliegende zweite Facette 500 begrenzt. Die erste Facette 400 und die zweite Facette 500 sind weitgehend parallel zur Wachstumsrichtung 201 orientiert. Die erste Facette 400 und die zweite Facette 500 sind nach dem epitaktischen Wachstum der Schichtenfolge 200 durch Brechen der Halbleiterstruktur 20 gebildet worden.
Zwischen der ersten Facette 400 und der zweiten Facette 500 erstreckt sich ein Resonator des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10. Die erste Facette 400 bildet eine lichtemittierende Laserfacette des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10. Im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 wird an der ersten Facette 400 Laserlicht in zur ersten Facette 400 senkrechte Richtung abgestrahlt.
Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 weist einen Mittenabschnitt 300 und einen an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 auf. Der Mittenabschnitt 300 und der erste Randabschnitt 410 sind in zur Oberseite 101 des Substrats 100 parallele Richtung nebeneinander angeordnet und grenzen bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 direkt aneinander an.
Der erste Randabschnitt 410 weist, ausgehend von der ersten Facette 400 und in zur ersten Facette 400 senkrechte Richtung bemessen, eine Breite 440 auf. Die Breite 440 kann beispielsweise zwischen 0,1 µm und 100 µm betragen, insbesondere beispielsweise zwischen 1 µm und 20 µm. Dies bedeutet, dass bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 der Mittenabschnitt 300 einen Abstand von der ersten Facette 400 aufweist, der der Breite 440 des ersten Randabschnitts 410 entspricht.
Die Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 ist im ersten Randabschnitt 410 gegenüber dem Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 versetzt. Dabei liegen die Schichten der Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 in Wachstumsrichtung 201 höher als im ersten Randabschnitt 410. Dadurch ist zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 eine im Wesentlichen stufenförmige erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 ausgebildet.
An der Oberseite 101 des Substrats 100 der Halbleiterstruktur 20 ist eine Stufe 120 ausgebildet. Dabei liegt die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 niedriger als im Mittenabschnitt 300, wodurch sich an der Grenze zwischen dem Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 die Stufe 120 ergibt. Die in Wachstumsrichtung 201 unterschiedliche Höhe der Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randabschnitt 410 hat sich während des epitaktischen Aufwachsens der Schichtenfolge 200 auf die Oberseite 101 des Substrats 100 in die Schichtenfolge 200 übertragen, wodurch die erste Versetzung 430 entstanden ist.
Die Stufe 120 an der Oberseite 101 des Substrats 100 kann beispielsweise dadurch gebildet worden sein, dass vor dem epitaktischen Aufwachsen der Schichtenfolge 200 ein Teil des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 entfernt worden ist. Das Entfernen des Teils des Substrats 100 kann beispielsweise durch ein Ätzverfahren erfolgt sein, insbesondere beispielsweise durch ein Trockenätzverfahren.
Im in 1 gezeigten Beispiel der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 umfasst die Schichtenfolge 200 eine untere Mantelschicht 210, eine untere Wellenleiterschicht 220, eine aktive Schicht 230, eine obere Wellenleiterschicht 240 und eine obere Mantelschicht 250, die in der genannten Reihenfolge in Wachstumsrichtung 201 aufeinanderfolgen. Dabei liegt die untere Mantelschicht 210 dem Substrat 100 am nächsten und kann insbesondere unmittelbar an der Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet sein. Die Schichtenfolge 200 könnte allerdings auch noch weitere Schichten umfassen. Insbesondere könnten zwischen dem Substrat 100 und der unteren Mantelschicht 210 und oberhalb der oberen Mantelschicht 250 weitere Schichten angeordnet sein.
Die untere Mantelschicht 210 und die untere Wellenleiterschicht 220 der Schichtenfolge 200 weisen eine Dotierung mit einem ersten Vorzeichen auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die obere Wellenleiterschicht 240 und die obere Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 weisen eine Dotierung mit im Vergleich zur Dotierung der unteren Mantelschicht 210 und der unteren Wellenleiterschicht 220 umgekehrtem Vorzeichen auf, beispielsweise eine p-Dotierung.
Die untere Mantelschicht 210 und die obere Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 weisen ein erstes Material auf. Die untere Wellenleiterschicht 220 und die obere Wellenleiterschicht 240 weisen ein zweites Material auf. Das Material der unteren Mantelschicht 210 und der oberen Mantelschicht 250 weist einen kleineren Brechungsindex auf als das Material der unteren Wellenleiterschicht 220 und der oberen Wellenleiterschicht 240. Die untere Mantelschicht 210 und die obere Mantelschicht 250 weisen einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf.
Die aktive Schicht 230 der Schichtenfolge 200 kann beispielsweise als Quantentopf bzw. Quantenfilm (engl. quantum well) oder als zweidimensionale Anordnung von Quantenpunkten (engl. quantum dots) ausgebildet sein.
Die erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 ist so bemessen, dass im ersten Randabschnitt 410 die obere Mantelschicht 250 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, die erste Versetzung 430 so auszubilden, dass im ersten Randabschnitt 410 die obere Wellenleiterschicht 240 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet ist.
Im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 in der aktiven Schicht 230 erzeugtes Licht wird im Mittenabschnitt 300 in den Wellenleiterschichten 220, 240 zwischen den Mantelschichten 210, 250 geführt. Im ersten Randabschnitt 410 wird das Licht dagegen zumindest teilweise in der oberen Mantelschicht 250 geführt. Diese weist einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf, wodurch das im ersten Randabschnitt 410 in der oberen Mantelschicht 250 geführte Licht im ersten Randabschnitt 410 nicht oder nur in geringem Maße absorbiert werden kann. Dadurch bilden die erste Facette 400 und der an die erste Facette 400 angrenzende erste Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 einen nichtabsorbierenden Spiegel.
Die erste Facette 400 und/oder die zweite Facette 500 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 können in 1 nicht dargestellte Beschichtungen aufweisen, die zur Passivierung und/oder zur Entspiegelung oder zur Erhöhung der Reflektivität dienen können. Diese Beschichtungen können beispielsweise durch Bedampfen, durch Sputterung oder durch CVD-Beschichtung aufgebracht werden und können beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, Si₃N₄, TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂, Si oder andere Materialien und Kombinationen dieser Materialien aufweisen.
Die Schichtenfolge 200 kann oberhalb der oberen Mantelschicht 250 zusätzlich eine in 1 nicht dargestellte Kontaktschicht umfassen. Außerdem kann an einer Oberseite der Schichtenfolge 200 eine in 1 nicht dargestellte Metallisierung angeordnet sein, die dazu dient, die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers elektrisch zu kontaktieren. Diese Metallisierung kann sich über den Mittenabschnitt 300 und über den ersten Randabschnitt 410 erstrecken, kann aber auch auf den Mittenabschnitt 300 beschränkt sein.
Anhand der 2 bis 8 werden nachfolgend weitere kantenemittierende Halbleiterlaser beschrieben. Die weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser weisen jeweils große Übereinstimmungen mit dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der 1 auf. Nachfolgend werden daher jeweils nur die Abweichungen der weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser von dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der 1 erläutert. Komponenten der weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser, die beim kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der 1 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in 2 bis 8 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 11 weist die Halbleiterstruktur 20 zusätzlich zu dem Mittenabschnitt 300 und dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 einen an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 auf. Dabei ist in der Schichtenfolge 200 zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 eine zweite Versetzung 530 in Wachstumsrichtung 201 ausgebildet.
Die zweite Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 ist so ausgebildet, dass die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 im zweiten Randabschnitt 510 in Wachstumsrichtung 201 tiefer liegen als im Mittenabschnitt 300. Im zweiten Randabschnitt 510 ist die obere Mantelschicht 250 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet. Dadurch wird im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 angeregtes und in den Wellenleiterschichten 220, 240 geführtes Licht im zweiten Randabschnitt 510 zumindest teilweise in der oberen Mantelschicht 250 geführt und kann dadurch im zweiten Randabschnitt 510 nicht oder nur in geringem Maße absorbiert werden. Dadurch bilden bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 auch die zweite Facette 500 und der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randabschnitt 510 einen nichtabsorbierenden Spiegel.
Während des epitaktischen Aufwachsens der Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 ist die zweite Versetzung 530 durch eine zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 an der Oberseite 101 des Substrats 100 ausgebildete Stufe 120 erzeugt worden. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 weist das Substrat 100 somit sowohl an der Grenze zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 als auch an der Grenze zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 jeweils eine Stufe 120 auf.
Der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randabschnitt 510 und die zweite Versetzung 530 können spiegelbildlich zu dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 und der ersten Versetzung 430 ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht die Breite des zweiten Randabschnitts 510, also der Abstand des Mittenabschnitts 300 von der zweiten Facette 500, der Breite 440 des ersten Randabschnitts 410. Außerdem entspricht in diesem Fall die Größe der zweiten Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 in Wachstumsrichtung 201 im zweiten Randabschnitt 510 der Größe der ersten Versetzung 430 der Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410.
3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 12 unterscheidet sich von dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der 1 dadurch, dass die erste Versetzung 430 der Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 so ausgebildet ist, dass die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im Mittenabschnitt 300. Dadurch liegt im ersten Randabschnitt 410 die untere Mantelschicht 210 der Schichtenfolge 200 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300. Alternativ könnte im ersten Randabschnitt 410 auch die untere Wellenleiterschicht 220 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 liegen.
Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 12 wird im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 in der aktiven Schicht 230 angeregtes und in den Wellenleiterschichten 220, 240 geführtes Licht im ersten Randabschnitt 410 zumindest teilweise in der unteren Mantelschicht 210 geführt. Diese weist einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf, wodurch es im ersten Randabschnitt 410 nicht oder nur in geringem Maße zu einer Absorption von Licht kommen kann. Dadurch bilden die erste Facette 400 und der an die erste Facette 400 angrenzende erste Randabschnitt 410 auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 einen nichtabsorbierenden Spiegel.
Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 weist das Substrat 100 an seiner Oberseite 101 eine Stufe 120 zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 auf, die sich in der über der Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 fortsetzt und die erste Versetzung 430 verursacht. Die Stufe 120 an der Oberseite 101 des Substrats 100 ist bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 allerdings so ausgebildet, dass die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im Mittenabschnitt 300. Dies kann dadurch erreicht worden sein, dass vor dem epitaktischen Aufwachsen der Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 des Substrats 100 ein Teil des Substrats 100 entfernt worden ist, beispielsweise mittels eines Ätzprozesses, insbesondere eines Trockenätzprozesses.
Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 kann, analog zur Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 der 2, auch in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 mit einer zweiten Versetzung 530 ausgebildet werden, wodurch auch die zweite Facette 500 und der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randabschnitt 510 einen nichtabsorbierenden Spiegel bilden. Der zweite Randabschnitt 510 und die zweite Versetzung 530 können dabei beispielsweise spiegelbildlich zum ersten Randabschnitt 410 und der ersten Versetzung 430 ausgebildet werden.
4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 ist ausgebildet wie die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 der 3.
Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 13 ist über der oberen Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 eine obere Metallisierung 110 angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 dient. Zwischen der oberen Mantelschicht 250 und der oberen Metallisierung 110 könnte außerdem noch eine in 4 nicht dargestellte Kontaktschicht angeordnet sein. Die obere Metallisierung 110 erstreckt sich über den Mittenabschnitt 300, nicht jedoch über den ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20. Dadurch wird im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 kein oder nur in geringem Maße elektrischer Strom im ersten Randabschnitt 410 durch die Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 geleitet. Hierdurch wird erreicht, dass im ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20 nicht oder nur in geringem Maße Licht angeregt wird.
Wenn die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 mit einer zweiten Versetzung 530 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 ausgebildet wird, so kann sich die obere Metallisierung 110 beispielsweise auch nicht über den zweiten Randabschnitt 510 erstrecken.
5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 ist die erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 so ausgebildet, dass die Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im ersten Randabschnitt 410.
Allerdings weist das Substrat 100 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 an seiner Oberseite 101 keine Stufe auf, sondern ist eben ausgebildet. Stattdessen umfasst die Schichtenfolge 200 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 eine Zusatzschicht 260, die abschnittsweise zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 angeordnet ist. Diese Zusatzschicht 260 ist im dargestellten Beispiel lediglich im Mittenabschnitt 300 vorhanden, nicht jedoch im ersten Randabschnitt 410, wodurch die Zusatzschicht 260 an der Grenze zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 eine Stufe 270 bildet. Die Stufe 270 setzt sich in der epitaktisch über der Zusatzschicht 260 und über der Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 fort und bildet dadurch die erste Versetzung 430.
Die Zusatzschicht 260 kann vor dem epitaktischen Aufwachsen der weiteren Schichten 210, 220, 230, 240, 250 zunächst flächig, also sowohl im Mittenabschnitt 300 als auch im ersten Randabschnitt 410, auf die Oberseite 101 des Substrats 100 aufgebracht worden sein, beispielsweise ebenfalls durch epitaktisches Wachstum. Anschließend kann die Zusatzschicht 260 im ersten Randabschnitt 410 entfernt worden sein, beispielsweise durch einen Ätzprozess, insbesondere beispielsweise durch einen Trockenätzprozess oder einen nasschemischen Ätzprozess. Anschließend wurden die übrigen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 aufgewachsen.
Es ist möglich, die Zusatzschicht 260 nach dem flächigen Aufbringen auf die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 nicht vollständig, sondern lediglich teilweise zu entfernen, sodass die Zusatzschicht 260 anschließend im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Höhe aufweist als im ersten Randabschnitt 410.
Es ist möglich, die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 auch mit einer zweiten Versetzung 530 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 auszubilden. Hierzu wird die Zusatzschicht 260 auch im zweiten Randabschnitt 510 ganz oder teilweise entfernt, bevor die übrigen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 aufgewachsen werden.
Die Zusatzschicht 260 weist eine Dotierung mit demselben Vorzeichen wie die Dotierung der unteren Mantelschicht 210 auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die Zusatzschicht 260 kann dasselbe Material aufweisen wie die untere Mantelschicht 210.
6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 ist die Oberseite 101 des Substrats 100 eben und ohne Stufe 120 ausgebildet. Stattdessen ist auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 abschnittsweise die Zusatzschicht 260 vorhanden, die die Stufe 270 bildet, die sich in der übrigen Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 als die erste Versetzung 430 fortsetzt.
Allerdings ist die Zusatzschicht 260 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 lediglich im ersten Randabschnitt 410 vorhanden, nicht jedoch im Mittenabschnitt 300. Dadurch ist die erste Versetzung 430 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 so ausgebildet, dass die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im Mittenabschnitt 300. Falls die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 mit einer zweiten Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 ausgebildet wird, so ist die Zusatzschicht 260 auch im zweiten Randabschnitt 510 vorhanden.
Auch bei der Herstellung der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 kann die Zusatzschicht 260 zunächst flächig im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randabschnitt 410 an der Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet werden. Anschließend wird die Zusatzschicht 260 im Mittenabschnitt 300 ganz oder teilweise entfernt.
Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 weist die Zusatzschicht 260 eine Dotierung mit demselben Vorzeichen wie die Dotierung der unteren Mantelschicht 210 auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die Zusatzschicht 260 kann beispielsweise dasselbe Material aufweisen wie die untere Mantelschicht 210.
7 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 gemäß einer siebten Ausführungsform. Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 ist ausgebildet wie die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15. Allerdings weist die Zusatzschicht 260 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 entweder eine Dotierung mit gegenüber der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 umgekehrtem Vorzeichen auf, also beispielsweise eine p-Dotierung, oder weist ein isolierendes Material auf. Falls die Zusatzschicht 260 ein isolierendes Material aufweist, so kann die Zusatzschicht 260 beispielsweise als undotierte Epitaxieschicht, als CVD-Diamant-Schicht oder als dielektrische Schicht ausgebildet sein.
Auch bei der Herstellung der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 kann die Zusatzschicht 260 zunächst flächig im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randabschnitt 410 an der Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet werden. Anschließend wird die Zusatzschicht 260 im Mittenabschnitt 300 vollständig entfernt.
Dadurch, dass die Zusatzschicht 260 eine Dotierung mit gegenüber der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 umgekehrtem Vorzeichen oder ein isolierendes Material aufweist, wird erreicht, dass im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 kein oder nur ein geringer Stromfluss durch die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 erfolgt. Dadurch wird im ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 kein Licht angeregt, wodurch der erste Randabschnitt 410 nur in geringem Maße erwärmt wird.
8 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 gemäß einer achten Ausführungsform. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 weist die Schichtenfolge 200 in dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 eine erste Versetzung 430 und in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 eine zweite Versetzung 530 auf. Die Versetzungen 430, 530 sind dabei so ausgebildet, dass die Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 niedriger angeordnet ist als im ersten Randabschnitt 410 und im zweiten Randabschnitt 510. Es wäre allerdings möglich, bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 lediglich die erste Versetzung 430 im ersten Randabschnitt 410 vorzusehen und auf die zweite Versetzung 530 im zweiten Randabschnitt 510 zu verzichten.
Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 ist zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 ein erster Übergangsabschnitt 420 ausgebildet. Entsprechend ist auch zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 ein zweiter Übergangsabschnitt 520 ausgebildet. Die einzelnen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 setzen sich von dem Mittenabschnitt 300 über den ersten Übergangsabschnitt 420 bis zum ersten Randabschnitt 410 sowie von dem Mittenabschnitt 300 über den zweiten Übergangsabschnitt 520 bis zum zweiten Randabschnitt 510 jeweils kontinuierlich fort. In den Übergangsabschnitten 420, 520 sind die einzelnen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 nicht senkrecht zur Wachstumsrichtung 201, sondern unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Wachstumsrichtung 201 angeordnet.
Das Substrat 100 weist bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 keine Stufe 120 auf. Stattdessen umfasst die Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 eine Zusatzschicht 260, die in den Randabschnitten 410, 510 und in den Übergangsabschnitten 420, 520 zwischen der Oberseite 101 des Substrats und der unteren Mantelschicht 210 angeordnet ist. Im Mittenabschnitt 300 ist bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 die Zusatzschicht 260 völlig entfernt. Falls die Zusatzschicht 260 mit einer Dotierung ausgebildet ist, deren Vorzeichen dem der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 entspricht, so könnte ein Teil der Zusatzschicht 260 auch im Mittenabschnitt 300 zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 angeordnet sein. In diesem Fall würden die in den Randabschnitten 410, 510 angeordneten Teile der Zusatzschicht 260 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Dicke aufweisen als der im Mittenabschnitt 300 angeordnete Teil der Zusatzschicht 260.
In den Übergangsabschnitten 420, 520 erhöht sich die in Wachstumsrichtung 201 bemessene Dicke der Zusatzschicht 260 kontinuierlich. Damit bildet die Zusatzschicht 260 in den Übergangsabschnitten 420, 520 Rampen 280, deren Oberseiten nicht parallel zur Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet sind. Die Oberseiten der Rampen 280 weisen einen Winkel zur Oberseite 101 des Substrats 100 auf, der zwischen 3° und 90° liegen kann, insbesondere zwischen 10° und 88°, insbesondere zwischen 20° und 80°. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 weist die Zusatzschicht 260 damit keine Stufe auf. Stattdessen bildet die Zusatzschicht 260 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 die Rampe 280, entlang der sich die Dicke der Zusatzschicht 260 in Wachstumsrichtung 201 kontinuierlich ändert.
In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, auf die Zusatzschicht 260 zu verzichten. Stattdessen wird die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 vertieft, sodass die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 tiefer angeordnet ist als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 wird die Oberseite 101 des Substrats 100 derart abgeschrägt, dass sich die in Wachstumsrichtung 201 bemessene Höhe der Oberseite 101 des Substrats 100 zwischen dem Mittenabschnitt 300 und den Randabschnitten 410, 510 kontinuierlich ändert. Damit bildet die Oberseite 101 des Substrats 100 in den Übergangsabschnitten 420, 520 die Rampe 280.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die Zusatzschicht 260 so ausgebildet, dass sie im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Dicke aufweist als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 ändert sich die Dicke der Zusatzschicht 260 kontinuierlich. Bei der anschließend epitaktisch über der Zusatzschicht 260 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 liegen die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 im Mittenabschnitt 300 dann in Wachstumsrichtung 201 höher als in den Randabschnitten 410, 510.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird auf die Zusatzschicht 260 verzichtet. Stattdessen wird die Oberseite 101 des Substrats 100 derart strukturiert, dass die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 ändert sich die Höhe der Oberseite 101 des Substrats 100 wiederum kontinuierlich. Die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der über der Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 liegen auch in diesem Fall im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 höher als in den Randabschnitten 410, 510.
Ein einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 höher als im Mittenabschnitt 300, während sie im zweiten Randabschnitt 510 in Wachstumsrichtung 201 tiefer liegt als im Mittenabschnitt 300. In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Verhältnisse umgekehrt.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: kantenemittierender Halbleiterlaser
11: kantenemittierender Halbleiterlaser
12: kantenemittierender Halbleiterlaser
13: kantenemittierender Halbleiterlaser
14: kantenemittierender Halbleiterlaser
15: kantenemittierender Halbleiterlaser
16: kantenemittierender Halbleiterlaser
17: kantenemittierender Halbleiterlaser
20: Halbleiterstruktur
100: Substrat
101: Oberseite
110: obere Metallisierung
120: Stufe
200: Schichtenfolge
201: Wachstumsrichtung
210: untere Mantelschicht
220: untere Wellenleiterschicht
230: aktive Schicht
240: obere Wellenleiterschicht
250: obere Mantelschicht
260: Zusatzschicht
270: Stufe
280: Rampe
300: Mittenabschnitt
400: erste Facette
410: erster Randabschnitt
420: erster Übergangsabschnitt
430: erste Versetzung
440: Breite
500: zweite Facette
510: zweiter Randabschnitt
520: zweiter Übergangsabschnitt
530: zweite Versetzung

Claims

Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) mit einer Halbleiterstruktur (20), die eine Schichtenfolge (200) mit entlang einer Wachstumsrichtung (201) übereinanderliegenden Schichten (210, 220, 230, 240, 250) aufweist, wobei die Halbleiterstruktur (20) seitlich durch eine erste Facette (400) und eine zweite Facette (500) begrenzt ist, wobei die Halbleiterstruktur (20) einen Mittenabschnitt (300) und einen an die erste Facette (400) angrenzenden ersten Randabschnitt (410) aufweist, wobei die Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) gegenüber dem Mittenabschnitt (300) in Wachstumsrichtung (201) versetzt ist.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) gemäß Anspruch 1, wobei in der Schichtenfolge (200) eine untere Mantelschicht (210), eine untere Wellenleiterschicht (220), eine aktive Schicht (230), eine obere Wellenleiterschicht (240) und eine obere Mantelschicht (250) aufeinanderfolgen, wobei im ersten Randabschnitt (410) eine der Mantelschichten (210, 250) oder eine der Wellenleiterschichten (220, 240) in Wachstumsrichtung (201) auf Höhe der aktiven Schicht (230) im Mittenabschnitt (300) angeordnet ist.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (11, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterstruktur (20) einen an die zweite Facette (500) angrenzenden zweiten Randabschnitt (510) aufweist, wobei die Schichtenfolge (200) im zweiten Randabschnitt (510) gegenüber dem Mittenabschnitt (300) in Wachstumsrichtung (201) versetzt ist.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (11, 17) gemäß Anspruch 3, wobei die Versetzung (530) der Schichtenfolge (200) im zweiten Randabschnitt (510) der Versetzung (430) der Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) entspricht.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (12, 13, 15, 16, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) in Wachstumsrichtung (201) höher liegt als im Mittenabschnitt (300).
Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schichtenfolge (200) im Mittenabschnitt (300) in Wachstumsrichtung (201) höher liegt als im ersten Randabschnitt (410).
Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterstruktur (20) ein Substrat (100) umfasst, wobei die Schichtenfolge (200) über einer Oberseite (101) des Substrats (100) angeordnet ist, wobei die Oberseite (101) des Substrats (100) im Mittenabschnitt (300) in Wachstumsrichtung (201) eine andere Höhe aufweist als im ersten Randabschnitt (410).
Kantenemittierender Halbleiterlaser (14, 15, 16, 17) gemäß Anspruch 2 und wahlweise einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Halbleiterstruktur (20) ein Substrat (100) umfasst, wobei die Schichtenfolge (200) über einer Oberseite (101) des Substrats (100) angeordnet ist, wobei die Schichtenfolge (200) eine zumindest abschnittsweise zwischen der Oberseite (101) des Substrats (100) und der unteren Mantelschicht (210) angeordnete Zusatzschicht (260) umfasst, wobei die Zusatzschicht (260) im Mittenabschnitt (300) in Wachstumsrichtung (201) eine andere Höhe aufweist als im ersten Randabschnitt (410).
Kantenemittierender Halbleiterlaser (14, 15) gemäß Anspruch 8, wobei die Zusatzschicht (260) eine Dotierung mit demselben Vorzeichen aufweist wie die untere Mantelschicht (210).
Kantenemittierender Halbleiterlaser (16, 17) gemäß Anspruch 8, wobei die Zusatzschicht (260) elektrisch isolierend ist oder eine Dotierung mit umgekehrtem Vorzeichen aufweist wie die untere Mantelschicht (210), wobei die Zusatzschicht (260) nicht im Mittenabschnitt (300) zwischen der Oberseite (101) des Substrats (100) und der unteren Mantelschicht (210) angeordnet ist.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterstruktur (20) zwischen dem Mittenabschnitt (300) und dem ersten Randabschnitt (410) einen ersten Übergangsabschnitt (420) aufweist, wobei sich die Schichtenfolge (200) zwischen dem Mittenabschnitt (300), dem ersten Übergangsabschnitt (420) und dem ersten Randabschnitt (410) kontinuierlich fortsetzt.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mittenabschnitt (300) einen Abstand (440) zwischen 0,1 µm und 100 µm von der ersten Facette (400) aufweist, bevorzugt einen Abstand (440) zwischen 1 µm und 20 µm.
Kantenemittierender Halbleiterlaser (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über der Schichtenfolge (200) eine Kontaktschicht und eine obere Metallisierung (110) angeordnet ist, wobei die obere Metallisierung (110) nur über dem Mittenabschnitt (300) angeordnet ist, nicht über dem ersten Randabschnitt (410).
Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Substrats (100) mit einer Oberseite (101); – Anlegen einer Oberfläche an der Oberseite (101) des Substrats, die in einem Mittenabschnitt (300) eine andere Höhe aufweist als in einem ersten Randabschnitt (410); – Abscheiden einer Schichtenfolge (200) über der Oberfläche; – Brechen des Substrats (100) und der Schichtenfolge derart, dass eine erste Facette (400) gebildet wird, an die der erste Randabschnitt (410) angrenzt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Anlegen der Oberfläche den folgenden Schritt umfasst: – Entfernen eines Teils des Substrats (100).
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Anlegen der Oberfläche die folgenden Schritte umfasst: – Anordnen einer Zusatzschicht (260) an der Oberseite (101) des Substrats (100); – Entfernen eines Teils der Zusatzschicht (260).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 und 16, wobei das Entfernen des Substrats (100) oder der Zusatzschicht (260) durch ein Ätzverfahren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Abscheiden der Schichtenfolge (200) ein Abscheiden einer unteren Mantelschicht (210), einer unteren Wellenleiterschicht (220), einer aktiven Schicht (230), einer oberen Wellenleiterschicht (240) und einer oberen Mantelschicht (250) umfasst, wobei der Höhenunterschied der Oberfläche zwischen dem Mittenabschnitt (300) und dem ersten Randabschnitt (410) so bemessen wird, dass im ersten Randabschnitt (410) eine der Mantelschichten (210, 250) oder eine der Wellenleiterschichten (220, 240) auf Höhe der aktiven Schicht (230) im Mittenabschnitt (300) angeordnet wird.