DE102016113071A1

DE102016113071A1 - Halbleiterlaserdiode

Info

Publication number: DE102016113071A1
Application number: DE102016113071.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Gerhard; Christoph Eichler; Alfred Lell; Bernhard Stojetz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-01-18
Also published as: DE112017003576A5; US10985529B2; CN109478766B; DE112017003576B4; US20200321749A1; WO2018011279A1; CN109478766A

Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3) angegeben, die eine Haupterstreckungsebene aufweist und die dazu eingerichtet ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich (5) Licht (8) zu erzeugen und über eine Lichtauskoppelfläche (6) abzustrahlen, wobei sich der aktive Bereich (5) von einer der Lichtauskoppelfläche (6) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (7) zur Lichtauskoppelfläche (6) entlang einer longitudinalen Richtung (93) in der Haupterstreckungsebene erstreckt und wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Grabenstruktur (10) mit zumindest einem Graben (11, 12) oder einer Mehrzahl von Gräben (11, 12) zumindest auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich (5) aufweist, wobei sich jeder Graben (11, 12) der Grabenstruktur (10) in longitudinaler Richtung (93) erstreckt und von einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) her in einer vertikalen Richtung (92) in die Halbleiterschichtenfolge (2) hineinragt und wobei die Grabenstruktur (10) in lateraler und/oder vertikaler und/oder longitudinaler Richtung (91, 92, 93) in Bezug auf Eigenschaften des zumindest einen Grabens (11, 12) oder der Mehrzahl von Gräben (11, 12) variiert.

Description

Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben.
Heutzutage ist es möglich, mit Halbleiterlaserdioden eine Vielzahl unterschiedlicher Applikationen mit sehr unterschiedlichen Anforderungsprofilen abzudecken. Die Anforderungen können beispielsweise in der optischen Ausgangsleistung, der Facettenbelastungsgrenze, die von wenigen Milliwatt bis zu mehreren Watt reichen kann, im Betriebsstrom, der von wenigen Milliampere bis zu Hunderten von Ampere reichen kann, oder im Fernfeld, das streng monomodig oder multimodig sein kann, liegen.
Oft werden Halbleiterlaserdioden mit Stegwellenleiterstrukturen, sogenannte „ridge waveguide laser“, eingesetzt, die einen Halbleitersteg aufweisen, mit denen eine sogenannte Indexführung der Lasermode erzielt werden kann. Die Stegseitenflächen wie auch die Halbleiterfläche neben dem Steg werden mit einer Passivierung vor äußeren Einflüssen geschützt. Die Passivierung isoliert auch die Halbleiteroberfläche gegen das Metall des zur elektrischen Kontaktierung aufgebrachten Bondpads. Durch den Brechungsindexsprung an den Stegseitenflächen vom Halbleitermaterial zum Passivierungsmaterial wird die Indexführung erreicht. Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass man den Brechungsindex des Passivierungsmaterials nur in begrenztem Maße variieren kann, da dieser durch die Eigenschaften des Passivierungsmaterials vorgegeben ist. Insbesondere Brechungsindices von weniger als 1,5 sind nur schwer zu erreichen. Um eine starke Führung der Lasermode zu erreichen, sind aber je nach Anwendung geringere Brechungsindices wünschenswert. Auch eine Variation des Brechungsindex entlang des Stegs ist zwar oftmals wünschenswert, mit herkömmlichen Methoden jedoch kaum realisierbar.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben.
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 zumindest eine aktive Schicht auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein und eine Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist. Weiterhin weist die Halbleiterlaserdiode eine Grabenstruktur mit zumindest einem Graben oder einer Mehrzahl von Gräben auf.
Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen. Der aktive Bereich kann zumindest teilweise durch eine Kontaktfläche der Halbleiterschichtenfolge mit einer Elektrodenschicht definiert sein, also zumindest teilweise durch eine Fläche, über die eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge und damit aktive Schicht erfolgt. Weiterhin kann der aktive Bereich zumindest teilweise auch durch eine Stegwellenleiterstruktur definiert sein, also durch einen in Form einer länglichen Erhöhung gebildeten Steg im Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge. Darüber hinaus kann der aktive Bereich insbesondere auch zumindest teilweise durch die Grabenstruktur definiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode eine aktive Schicht hergestellt, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb der Halbleiterlaserdiode Licht zu erzeugen. Insbesondere kann eine Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht hergestellt werden. Die vorab und im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale gelten gleichermaßen für die Halbleiterlaserdiode wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterlaserdiode eine Lichtauskoppelfläche und eine der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Rückseitenfläche auf. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche können insbesondere Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode sein, die auch als sogenannte Facetten bezeichnet werden können. Über die Lichtauskoppelfläche kann die Halbleiterlaserdiode im Betrieb das im aktiven Bereich erzeugte Licht abstrahlen. Auf der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche können geeignete optische Beschichtungen, insbesondere reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolgen, aufgebracht sein, die einen optischen Resonator für das in der aktiven Schicht erzeugte Licht bilden können. Der aktive Bereich kann sich zwischen der Rückseitenfläche und der Lichtauskoppelfläche entlang einer Richtung erstrecken, die hier und im Folgenden als longitudinale Richtung bezeichnet wird. Die longitudinale Richtung kann insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht sein. Die Anordnungsrichtung der Schichten übereinander, also eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur longitudinalen Richtung und senkrecht zur vertikalen Richtung wird hier und im Folgenden als laterale Richtung bezeichnet. Die longitudinale Richtung und die laterale Richtung können somit eine Ebene aufspannen, die parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht ist.
Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere als Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InAlGaN ausgeführt sein. Unter InAlGaN-basierte Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Insbesondere kann die aktive Schicht auf einem solchen Material basieren. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InAlGaN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InAlGaP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht, beispielsweise die aktive Schicht, ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InAlGaP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein InAlGaAs-basiertes Material, oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Insbesondere kann eine aktive Schicht eines Licht emittierenden Halbleiterchips, die ein InAlGaAs-basiertes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren.
Ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien: ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO.
Die aktive Schicht und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können auf einem Substrat aufgebracht sein. Beispielsweise kann das Substrat als Aufwachssubstrat ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aktive Schicht und insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), auf dem Aufwachssubstrat aufgewachsen und weiterhin mit elektrischen Kontakten versehen werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsprozess entfernt wird. Hierbei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auch nach dem Aufwachsen auf ein als Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen werden. Das Substrat kann ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, oder ein anderes Material umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge und/oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise SiN oder AlN umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Die aktive Schicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur Lichterzeugung aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zusätzlich zur aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine Grabenstruktur mit einem Graben oder einer Mehrzahl von Gräben auf einer Oberseite auf. Die Oberseite kann insbesondere eine die Halbleiterschichtenfolge in vertikaler Richtung begrenzende Oberfläche sein. Für den Fall, dass die Halbleiterschichtenfolge auf einem Substrat aufgebracht ist, kann die Oberseite insbesondere eine dem Substrat gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge sein. Die Oberseite kann bis auf die Grabenstruktur eben oder auch mit einer zusätzlichen Oberflächenstruktur, beispielsweise einer Stegwellenleiterstruktur, ausgebildet sein. Zur Herstellung der Grabenstruktur werden zumindest ein Graben oder eine Mehrzahl von Gräben in der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Jeder Graben der Grabenstruktur ragt somit von der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge her in einer vertikalen Richtung in die Halbleiterschichtenfolge hinein.
Insbesondere kann die Grabenstruktur zumindest einen Graben oder eine Mehrzahl von Gräben zumindest auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich aufweisen. „Lateral neben dem aktiven Bereich“ bedeutet hier und im Folgenden insbesondere, dass der eine oder die Mehrzahl von Gräben nicht mittig über dem aktiven Bereich sondern in lateraler Richtung seitlich versetzt zu einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur lateralen Richtung ist und die insbesondere eine in vertikaler und longitudinaler Richtung aufgespannte Symmetrieebene für den aktiven Bereich sein kann. Die Grabenstruktur kann somit zumindest einen oder eine Mehrzahl von Gräben aufweisen, die bei einer Aufsicht in vertikaler Richtung auf die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge lateral versetzt zur Mitte des aktiven Bereichs ist. Hierbei kann es auch sein, dass die Grabenstruktur zumindest einen oder eine Mehrzahl von Gräben aufweist, die bei einer solchen Aufsicht auf die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise mit einer lateralen Ausdehnung des aktiven Bereichs überlappen. Besonders bevorzugt weist die Grabenstruktur auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich zumindest einen Graben und eine Anzahl von kleiner oder gleich 10 Gräben auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich der oder die Gräben in longitudinaler Richtung. Ein „sich in longitudinaler Richtung erstreckender Graben“ bedeutet insbesondere, dass der Graben eine Hauptausdehnungsrichtung aufweist, die entlang der longitudinalen Richtung ist. Die Grabenausdehnung ist in longitudinaler Richtung somit größer, bevorzugt wesentlich größer, als in lateraler Richtung. Der oder die Gräben können insbesondere gerade, hierbei bevorzugt parallel zur longitudinalen Richtung, oder auch gebogen sein. Beispielsweise kann ein sich longitudinal erstreckender Graben von der Rückseitenfläche bis zur Lichtauskoppelfläche erstrecken. Alternativ hierzu kann ein solcher Graben auch von der Rückseitenfläche und/oder von der Lichtauskoppelfläche beabstandet sein, also nicht bis zur Rückseitenfläche und/oder nicht bis zur Lichtauskoppelfläche heranreichen.
Zur Herstellung der Grabenstruktur kann insbesondere ein Ätzverfahren verwendet werden. Der oder die Gräben können somit bevorzugt nach einer Herstellung der Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht von einer Oberseite der Halbleiterschichtenfolge in vertikaler Richtung in diese hinein geätzt werden. Hierbei kann es auch vorteilhaft sein, wenn vor der Herstellung der Grabenstruktur im Rahmen der Herstellung der Halbleiterschichtenfolge über der aktiven Schicht Halbleiterschichten in Form eines sperrenden pn-Übergangs oder eine elektrisch schlecht leitende oder elektrisch isolierende Halbleiterschicht wie beispielsweise eine undotierte Schicht aufgebracht werden. Durch strukturiertes Aufbringen dieser oder durch großflächiges Aufbringen und anschließendes Abätzen dieser über dem aktiven Bereich kann epitaktisch eine Strom sperrende Struktur in die Halbleiterschichtenfolge eingebaut werden, die auch bei einer späteren großflächigen Aufbringung einer Elektrodenschicht eine Stromeinprägung in die aktive Schicht nur im aktiven Bereich erlaubt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Grabenstruktur derart ausgebildet, dass sie in lateraler Richtung und/oder in longitudinaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung in Bezug auf Eigenschaften des zumindest einen Grabens oder der Mehrzahl von Gräben variiert. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Grabenstruktur zumindest einen Graben aufweist, der im Hinblick auf eine oder mehrere seiner Eigenschaften in einer oder mehreren der angegebenen Richtungen variiert. Zusätzlich oder alternativ kann das bedeuten, dass die Grabenstruktur lateral neben dem aktiven Bereich zumindest zwei Gräben aufweist und die zumindest zwei Gräben im Vergleich zueinander in Bezug auf eine oder mehrere ihrer Eigenschaften in einer oder mehreren der angegebenen Richtungen variieren. Zusätzlich oder alternativ kann das auch bedeuten, dass die Grabenstruktur lateral neben dem aktiven Bereich zumindest drei oder mehr Gräben aufweist und die drei Gräben im Vergleich zueinander in Bezug auf eine oder mehrere ihrer Eigenschaften in einer oder mehreren der angegebenen Richtungen variieren. Die Eigenschaften können beispielsweise aus folgender Liste ausgewählt sein: Breite, insbesondere gemessen in lateraler Richtung; Tiefe, insbesondere gemessen in vertikaler Richtung; Länge, insbesondere gemessen in longitudinaler Richtung; Richtung, insbesondere gekennzeichnet durch einen variierenden Richtungsvektor in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht; Position, insbesondere gekennzeichnet durch eine Positionsvariation in longitudinaler und/oder lateraler und/oder vertikaler Richtung; Querschnitt, insbesondere gemessen in einer Schnittebene senkrecht zur longitudinalen Richtung. Bei quantitativen Angaben zu Eigenschaften der Grabenstruktur kann es sich im Folgenden insbesondere um Ober- und Untergrenzen für Mittelwerte oder auch um absolute Ober- und Untergrenzen handeln.
Insbesondere kann die Grabenstruktur zumindest einen Graben aufweisen, der eine oder mehrere der folgenden Variationen aufweist: eine variierende Breite, eine variierende Tiefe, eine variierende Richtung, ein variierender Querschnitt. Der zumindest eine Graben kann somit beispielsweise mit wachsendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenflächen breiter oder schmäler werden und/oder mit wachsendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenflächen tiefer oder flacher werden und/oder einfach oder mehrfach gebogen und/oder geknickt sein und/oder seine Querschnittsform ändern. Mögliche verschiedene Querschnittsformen sind rechteckig, also mit Seitenflächen parallel zur vertikalen Richtung und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung; dreieckig, also mit aufeinander zulaufenden, in Bezug auf die vertikale und laterale Richtung schräg verlaufenden Seitenflächen, die sich in einer den Grabenboden bildenden Ecke treffen; trapezförmig, also mit aufeinander zu- oder voneinander weglaufenden, in Bezug auf die vertikale und laterale Richtung schräg verlaufenden Seitenflächen und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung; parallelogrammförmig, also mit in Bezug auf die vertikale und laterale Richtung schräg verlaufenden, zu einander parallelen Seitenflächen und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung; abgerundet, also beispielsweise zumindest teilweise kreis-, ellipsen- und/oder parabelförmig. Die beschriebenen Querschnittsformen können auch miteinander kombiniert werden und/oder beispielsweise schräg zur lateralen Richtung verlaufende oder verrundete Bodenflächen aufweisen. Variiert die Querschnittsform, so kann das insbesondere bedeuten, dass der Graben an einer Stelle entlang der longitudinalen Richtung eine erste Querschnittsform und an einer anderen Stelle eine zweite Querschnittsform aufweist. Dazwischen kann die erste Querschnittsform in die zweite Querschnittsform übergehen.
Weiterhin kann die Grabenstruktur zumindest zwei Gräben auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich aufweisen, die eine oder mehrere der folgenden Variationen aufweisen: einen variierenden Abstand zueinander, insbesondere mit größer oder kleiner werdendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenfläche; voneinander unterschiedliche Längen; voneinander unterschiedliche Tiefen; voneinander unterschiedliche Breiten; voneinander unterschiedliche longitudinale Positionen, also eine in longitudinaler Richtung versetzte oder teilversetzte Anordnung; voneinander unterschiedliche vertikale Positionen, also eine Anordnung in Oberseitenbereichen mit unterschiedlichen Höhen; voneinander unterschiedliche Füllungen; voneinander unterschiedliche Beschichtungen; voneinander unterschiedliche Querschnitte. Im Falle variierenden Breiten und/oder Tiefen kann die Grabenstruktur insbesondere beispielsweise auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich zwei Gräben mit voneinander unterschiedlichen Breiten oder Breitenvariationen und/oder unterschiedlichen Tiefen oder Tiefenvariationen aufweisen.
Weiterhin kann die Grabenstruktur zumindest drei lateral nebeneinander benachbarte Gräben auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich aufweisen, wobei ein mittlerer der zumindest drei Gräben einen unterschiedlichen Abstand zu den beiden benachbarten der zumindest drei Gräben aufweist. Mit anderen Worten kann der mittlere der drei Gräben einen geringeren Abstand zu einem der beiden anderen Gräben als zum anderen der beiden anderen Gräben aufweisen. Die drei Gräben sind insbesondere unmittelbar zueinander benachbart, so dass zwischen dem mittleren Graben und den jeweils äußeren Gräben keine weiteren Gräben angeordnet sind.
Weist die Grabenstruktur auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich eine Mehrzahl von zwei oder mehr Gräben auf, können zwei oder mehr oder alle dieser Mehrzahl von Gräben auch im Hinblick auf eine oder mehrere oder alle der genannten Eigenschaften gleich sein, also beispielsweise in Bezug auf deren Länge, Tiefe, Breite, Richtung, Position, Füllung und/ Beschichtung. Die im Folgenden beschriebenen Eigenschaften von Gräben der Grabenstruktur können für einen, mehrere oder sogar alle Gräben der Grabenstruktur gelten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur zumindest einen Graben auf, der ein Gas enthält. Das Gas kann beispielsweise Luft, Bestandteile von Luft, Prozessgase und/oder Reaktionsprodukte, Teile und/oder Reste von Prozessgasen enthalten, die während der Herstellung der Halbleiterlaserdiode in zumindest einem Verfahrensschritt verwendet werden. Beispielsweise kann das Gas eines oder mehrere ausgewählt aus Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthalten. Weiterhin kann das Gas zusätzlich oder alternativ auch beabsichtigt eingebrachte Materialien aufweisen oder daraus sein, beispielsweise CO₂, SF₆, Kohlenwasserstoffe, H₂O, H₂, He. Durch die Gasfüllung kann der Brechungsindex in etwa 1 im Graben betragen, so dass an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial und dem Gas an einer Seitenwand des Grabens ein deutlich höherer Brechungsindexsprung erreicht werden kann als im Falle einer üblichen Passivierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur zumindest einen Graben auf, der zumindest teilweise mit einem festen Material gefüllt ist. Das kann bedeuten, dass der Graben zumindest teilweise oder ganz von einer Bodenfläche nach oben zur Oberseite der Halbleiterschichtenfolge hin mit dem festen Material gefüllt ist. Besonders vorteilhaft kann es in diesem Fall sein, wenn der Graben mit einem porösen Material gefüllt ist, das im Vergleich zu einem entsprechenden nicht-porösen Material aufgrund von Poren im Nanometerbereich einen geringeren Brechungsindex aufweisen kann. Zur Herstellung des porösen Materials kann beispielsweise ein Spin-On-Glas aufgeschleudert werden. Weiterhin können beispielsweise auch Kügelchen eines Oxids oder Nitrids, beispielsweise SiO₂-Kügelchen mit einem Durchmesser im Nanometerbereich, in den Graben gefüllt werden und dort zumindest teilversintert werden. Darüber hinaus kann die Füllung auch ein anders festes Material aufweisen oder daraus sein, beispielsweise YVO_x. Weiterhin kann das auch bedeuten, dass der Graben zumindest teilweise auf Seitenflächen mit einer Beschichtung, also einer oder mehreren Schichten, beschichtet ist. Mit anderen Worten kann der Graben zumindest eine Oberfläche aufweisen, die ganz oder teilweise mit einer oder mehreren Schichten bedeckt ist. Besonders bevorzugt kann der Graben zwei sich in lateraler Richtung gegenüberliegende Seitenflächen aufweisen, die jeweils mit einer oder mehreren Schichten bedeckt sind, wobei die Schicht oder die mehreren Schichten auf der einen Seitenfläche von der Schicht oder den mehreren Schichten auf der anderen Seitenfläche beabstandet sind, so dass ein gasgefüllter Spalt dazwischen vorliegt. Weiterhin kann der Graben eine Bodenfläche aufweisen, die mit der Beschichtung bedeckt ist. Insbesondere kann die Beschichtung eine Dicke aufweisen, die kleiner als eine Wellenlänge des in der aktiven Schicht im Betrieb der Halbleiterlaserdiode erzeugten Lichts ist. Hier und im Folgenden beziehen sich Wellenlängenangaben, soweit nicht anders beschrieben, auf die Wellenlänge im Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge und insbesondere der aktiven Schicht. Durch die geringe Dicke kann erreicht werden, dass der effektive Brechungsindexsprung zwischen der Beschichtung und dem gasgefüllten Spalt größer ist als der Brechungsindexsprung, der zwischen dem Halbleitermaterial und dem Beschichtungsmaterial bei einer weit größeren Schichtdicke, also insbesondere bei einer Schichtdicke von einem Mehrfachen der Wellenlänge, vorliegen würde. Zur Herstellung einer Beschichtung kann insbesondere ein Verfahren geeignet sein, das eine konformale Beschichtung auch von Gräben mit großen Aspektverhältnis, also insbesondere einer großen Tiefe im Vergleich zur Breite, ermöglicht. Beispielsweise können hierzu Atomlagenabscheideverfahren oder Moleküllagenabscheideverfahren verwendet werden. Als Beschichtungsmaterialien können sich insbesondere Oxide, Nitride und Oxinitride mit Aluminium, Silizium, Titan, Tantal, Rhodium, Hafnium, Chrom und anderen Metallen und Halbmetallen eignen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur zumindest einen Graben oder eine Mehrzahl von Gräben auf, die mit einem eine Deckschicht bildendes Deckmaterial abgedeckt sind, so dass der eine oder auch jeder der mit dem Deckmaterial bedeckten Gräben zusammen mit dem Deckmaterial einen Hohlraum bildet. Ein solcher Hohlraum kann insbesondere gemäß der vorherigen Beschreibung mit einem Gas und/oder teilweise mit einem festen Material gefüllt sein. Das Deckmaterial, das beispielsweise ein elektrisch isolierendes oder halbleitendes oder elektrisch leitendes Material sein kann, kann beispielsweise durch einen Abscheideprozess aufgebracht sein, der den Graben nicht füllen kann. Dies ist durch eine geeignete Kombination der Grabenabmessungen wie weiter unten beschrieben sowie des Aufbringverfahrens möglich. Geeignete Aufbringverfahren können beispielsweise Sputtern, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheideverfahren sein. Geeignete Materialien können beispielsweise Oxide, Nitride und Oxinitride mit Aluminium, Silizium, Titan und anderen Metallen und Halbmetallen sowie Metalle und Metalllegierungen sein. Im Fall eines Metalls oder einer Metalllegierung kann die durch das Deckmaterial gebildete Deckschicht beispielsweise auch durch eine Elektrodenschicht gebildet werden, die zur Kontaktierung auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Grabenstruktur nach der Herstellung des einen oder der mehreren Gräben mit einem Halbleitermaterial epitaktisch überwachsen wird, beispielsweise einem Halbleitermaterial, auf dem auch die Halbleiterschichtenfolge basiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine Stegwellenleiterstruktur auf. Die Stegwellenleiterstruktur kann insbesondere durch einen stegförmigen, sich in longitudinaler Richtung erstreckenden erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge gebildet werden. Die die Stegwellenleiterstruktur in lateraler Richtung begrenzenden Seitenflächen können insbesondere mit den angrenzenden Oberflächenbereichen der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ein Stufenprofil bilden. Die Grabenstruktur kann zumindest einen Graben aufweisen, der in der Stegwellenleiterstruktur angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Grabenstruktur zumindest einen Graben aufweisen, der lateral neben der Stegwellenleiterstruktur angeordnet ist. Weist die Grabenstruktur zumindest zwei Gräben auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich auf, so kann einer der Gräben auf und der andere neben der Stegwellenleiterstruktur angeordnet sein, so dass die zwei Gräben unterschiedliche Höhen und somit eine Variation in vertikaler Richtung aufweisen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur zumindest einen Graben auf, der eine Breite von kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 700 nm oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweist. Weiterhin kann der Graben eine Breite von größer oder gleich 10 nm aufweisen. Insbesondere kann die Breite des Grabens kleiner als die Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode im aktiven Bereich erzeugten Lichts sein. Besonders bevorzugt kann die Breite des Grabens im Bereich der halben Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode im aktiven Bereich erzeugten Lichts liegen, also im Wesentlichen einer halben Wellenlänge entsprechen. Ausdrücke wie „im Bereich ... liegen“ und „im Wesentlichen ... entsprechen“ können hier und im Folgenden eine relative Abweichung von kleiner oder gleich 20% oder kleiner oder gleich 10% oder kleiner oder gleich 5% oder kleiner oder gleich 2% oder kleiner oder gleich 1% bedeuten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur zumindest einen Graben auf, der von der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge her gemessen eine Tiefe von größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm oder größer oder gleich 200 nm oder größer oder gleich 500 nm aufweist. Weiterhin kann der Graben eine Tiefe von kleiner oder gleich 7000 nm oder kleiner oder gleich 5000 nm oder kleiner oder gleich 2000 nm oder kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 900 nm aufweisen. Die Grabenstruktur kann je nach Dicke der Schichten der Halbleiterschichtenfolge somit beispielsweise einen Graben aufweisen, der bis in eine Wellenleiterschicht oder eine Mantelschicht oberhalb der aktiven Schicht reicht, so dass der Graben nicht bis zur aktiven Schicht reicht. Weiterhin kann der Graben bis in die aktive Schicht reichen oder sogar durch die aktive Schicht hindurch in eine unter der aktiven Schicht angeordnete Wellenleiterschicht oder Mantelschicht. Weiterhin kann der Graben auch durch alle Halbleiterschichten hindurch bis zur der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Oberfläche des Substrats oder sogar bis in das Substrat hinein reichen. Weist die Grabenstruktur mehrere Gräben auf, können diese bis in unterschiedliche Schichten reichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich zumindest zwei unmittelbar zueinander benachbarte Gräben auf, die einen Abstand von größer oder gleich 10 nm oder größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm oder größer oder gleich 200 nm aufweisen. Dass zwei Gräben unmittelbar zueinander benachbart sind, kann insbesondere bedeuten, dass kein weiterer Graben zwischen diesen beiden Gräben angeordnet ist. Weiterhin können die zwei Gräben einen Abstand von kok 5000 nm oder kleiner oder gleich 3000 nm oder kleiner oder gleich 2000 nm oder kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 700 nm oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweisen. Insbesondere kann der Abstand der zwei Gräben kleiner als die Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode im aktiven Bereich erzeugten Lichts sein. Besonders bevorzugt kann der Abstand im Bereich der halben Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode im aktiven Bereich erzeugten Lichts liegen, also im Wesentlichen einer halben Wellenlänge entsprechen.
Weiterhin können die Anzahl der Gräben, deren Breiten, Verlauf und Abstände zueinander so gewählt sein, dass die Grabenstruktur auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich eine Breite von kleiner oder gleich 10 µm aufweist. Mit andere Worten ist der Abstand zwischen der in lateralen Richtung äußerten Grabenwand und einer Mittel- und Symmetrieebene senkrecht zur lateralen Richtung durch den aktiven Bereich kleiner oder gleich 10 µm. Ist die Grabenstruktur wie im Folgenden erläutert beidseitig lateral neben dem aktiven Bereich ausgebildet, kann die Grabenstruktur entsprechend eine Gesamtbreite von kleiner oder gleich 20 µm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Grabenstruktur auf beiden Seiten lateral neben dem aktiven Bereich jeweils zumindest einen Graben oder eine Mehrzahl von Gräben auf. Die Anzahl der Gräben auf den beiden Seiten können gleich oder verschieden sein. Auf jeder Seite können der eine Graben oder die Mehrzahl von Gräben eines oder mehrere der vorab beschriebenen Merkmale aufweisen. Insbesondere kann die Grabenstruktur symmetrisch zu einer Symmetrieebene sein, die in longitudinaler und vertikaler Richtung aufgespannt ist und die sich durch den aktiven Bereich, insbesondere durch eine Mitte des aktiven Bereichs in lateraler Richtung, erstreckt. Vereinfacht gesagt weist die Grabenstruktur bei einer Aufsicht auf die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge eine Spiegelsymmetrie auf. Alternativ hierzu kann die Grabenstruktur zumindest einen Graben und zumindest einen weiteren Graben aufweisen, zwischen denen in lateraler Richtung der aktive Bereich angeordnet ist, wobei der zumindest eine Graben und der zumindest eine weitere Graben jeweils eine variierende Richtung aufweisen und translationssymmetrisch in Bezug auf eine laterale Richtung sind.
Durch die beschriebenen Merkmale der Grabenstruktur und insbesondere durch eine geeignete Kombination dieser in Bezug auf einen und insbesondere eine Mehrzahl von Gräben auf einer Seite oder beidseitig des aktiven Bereichs kann es möglich sein, die laterale Indexführung des in der Halbleiterlaserdiode im Betrieb erzeugten Lichts zu optimieren. Dies kann, wie beschrieben, dadurch erreicht werden, dass seitlich entlang des Führungsbereichs der Lichtmode, durch den sich der aktive Bereich ergibt, entsprechende Gräben in das Halbleitermaterial beispielsweise durch Ätzen eingebracht werden, die zur Einstellung des gewünschten Brechungsindexverlaufs wie beschrieben beispielsweise unterschiedliche Längen, Breiten, Tiefen, Abstände und/oder Füllungen und/oder entsprechend variierende solche Parameter aufweisen können. Je nach Ausbildung der Gräben in Relation zur zu führenden Mode ist eine genau einstellbare Führung dieser durch einen jeweiligen Brechungsindexsprung an den Seitenflächen des oder der Gräben möglich, der insbesondere im Falle einer Gasfüllung wie etwa Luft besonders groß sein kann, so dass eine harte Führung erreicht werden kann. Das beschriebene Verfahren und die damit verbundene Ausführung der Modenführung kann auf diese Art auch ermöglichen, auf einfache Weise beispielsweise das Führungsverhalten der Mode entlang des aktiven Bereichs gezielt zur variieren, um etwa ein gezielt angepasstes Fernfeld zu erhalten. Die hier beschriebene Grabenstruktur kann für Stegwellenleiterlaser wie auch für Breitstreifenlaser ohne Stegwellenleiterstruktur verwendet werden. Wie beschrieben wird die Breite der Gräben dabei so schmal gewählt, dass diese beim Abscheiden eines Deckmaterials zur Ausbildung einer Deckschicht mit herkömmlichen Verfahren wie beispielsweise Sputtern, Aufdampfen oder chemischer Gasphasenabscheidung oder beim epitaktischen Überwachsen jeweils einen Hohlraum und dadurch Gaseinschlüsse bilden. Die Gräben werden somit durch das die Deckschicht bildende Deckmaterial nicht verfüllt sondern lediglich verschlossen. Dadurch bilden sich selbstständig Gaseinschlüsse, ohne dass entsprechende Gräben nach dem Aufbringen einer Passivierungsschicht auf der Halbleiterschichtenfolge erst freigeätzt werden müssen. Durch die Deckschicht kann auch verhindert werden, dass beispielsweise Metall beim Aufbringen einer Elektrodenschicht oder eines Bondpads in die Gräben eindringen kann.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A bis 1C schematische Darstellungen von Beispielen für eine Halbleiterlaserdiode,
2A bis 2H schematische Darstellungen einer Halbleiterlaserdiode mit einer Grabenstruktur sowie von Merkmalen der Grabenstruktur gemäß einigen Ausführungsbeispielen,
3A bis 10N schematische Darstellungen von Halbleiterlaserdioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
11A bis 12D schematische Darstellungen von Verfahrensschritten für Verfahren zur Herstellung 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 Beispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, wobei 1A eine Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 6 und 1B eine Darstellung eines Schnitts durch die Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Schnittebene senkrecht zur Lichtauskoppelfläche 6 zeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A und 1B.
Die Halbleiterlaserdiode 100 weist ein Substrat 1 auf, das beispielsweise ein Aufwachssubstrat für eine darauf epitaktisch aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 2 ist. Alternativ hierzu kann das Substrat 1 auch ein Trägersubstrat sein, auf das eine auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 2 nach dem Aufwachsen übertragen wird. Beispielsweise kann das Substrat 1 aus GaN sein, auf dem eine auf einem InAlGaN-Verbindungshalbleitermaterial basierende Halbleiterschichtenfolge 2 aufgewachsen ist. Darüber hinaus sind auch andere Materialien, insbesondere wie im allgemeinen Teil beschrieben, für das Substrat 1 und die Halbleiterschichtenfolge 2 möglich. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Halbleiterlaserdiode 100 frei von einem Substrat ist. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen sein, das anschließend entfernt wird. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 3 auf, die geeignet ist, im Betrieb Licht 8, insbesondere bei Überschreiten der Laserschwelle Laserlicht, zu erzeugen und über die Lichtauskoppelfläche 6 abzustrahlen.
Wie in den 1A und 1B angedeutet ist, wird hier und im Folgenden als laterale Richtung 91 eine Richtung bezeichnet, die parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 bei einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 6 verläuft. Die Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 aufeinander sowie der Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1 wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet. Die zur lateralen Richtung 91 und zur vertikalen Richtung 92 senkrecht ausgebildete Richtung, die der Richtung entspricht, entlang derer das Licht 8 abgestrahlt wird, wird hier und im Folgenden als longitudinale Richtung 93 bezeichnet.
An einer dem Substrat 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Elektrodenschicht 4 aufgebracht, die zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 vorgesehen ist. Die Elektrodenschicht 4 kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle aufweisen: Ag, Al, Au, Pt. Die Halbleiterlaserdiode 100 kann eine weitere Elektrodenschicht zur elektrischen Kontaktierung der anderen Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann zusätzlich zur aktiven Schicht 3 weitere Halbleiterschichten aufweisen, etwa Mantelschichten, Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Stromaufweitungsschichten und/oder Strombegrenzungsschichten, die zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeigt sind. Weiterhin kann die dem Substrat 1 abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 bis auf den Bereich, in dem die Elektrodenschicht 4 die Halbleiterschichtenfolge 2 kontaktiert, mit einer oder mehreren Passivierungsschichten bedeckt sein, die ebenfalls nicht gezeigt sind. Weiterhin können auf der Lichtauskoppelfläche 6 und der gegenüberliegenden Rückseitenfläche 7, die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 und des Substrats 1 bilden, reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolge aufgebracht sein, die ebenfalls der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind und die zur Ausbildung eines optischen Resonators in der Halbleiterschichtenfolge 2 vorgesehen und eingerichtet sind.
In der dem Substrat 1 abgewandten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Stegwellenleiterstruktur 9 durch Entfernung eines Teils des Halbleitermaterials von der dem Substrat 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet. Die Stegwellenleiterstruktur 9 verläuft in longitudinaler Richtung 93 und ist in lateraler Richtung 91 beidseitig durch Seitenflächen begrenzt. Die Stegseitenflächen sowie die übrige Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 ist durch ein Passivierungsmaterial 19 bedeckt. Durch den Brechungsindexsprung an den Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur 9 durch den Übergang vom Halbleitermaterial zum Passivierungsmaterial 19 kann eine so genannte Indexführung des in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts bewirkt werden, was maßgeblich zur Ausbildung eines aktiven Bereichs 5 führen kann, der den Bereich in der Halbleiterschichtenfolge 2 angibt, in dem das erzeugte Licht geführt und im Laserbetrieb verstärkt wird. Alternativ hierzu kann die Halbleiterlaserdiode 100 auch als so genannte Breitstreifenlaserdiode ohne Stegwellenleiterstruktur ausgebildet sein.
Wie in 1A gezeigt ist, kann die Stegwellenleiterstruktur 9 durch vollständiges Entfernen des Halbleitermaterials lateral beidseitig neben dem Steg gebildet werden. Alternativ hierzu kann auch ein so genanntes „Dreibein“ ausgebildet werden, wie in 1C angedeutet ist, bei dem lateral neben dem Steg nur entlang zweier Rinnen das Halbleitermaterial entfernt ist. Bei üblichen Halbleiterlaserdioden erstrecken sich diese Rinnen von der Lichtauskoppelfläche 6 bis zur Rückseitenfläche 7 und sind entlang ihres Verlaufs gleichbleibend ausgebildet. Außerdem weisen die Rinnen eine derartig große Breite in lateraler Richtung auf, dass ein Passivierungsmaterial mit üblichen Aufbringmethoden wie etwa Sputtern, Aufdampfen oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD: „chemical vapor deposition“) auf allen Rinnenoberflächen aufgebracht werden kann.
Da der Brechungsindexsprung an den Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur 9 durch das Passivierungsmaterial 19 vorgegeben ist, ist dieser nur in engen Grenzen variierbar, so dass eine starke Führung der Lasermode durch einen gewünschten sehr niedrigen Brechungsindex des Passivierungsmaterials kaum zu erreichen ist. Daher muss zur Herstellung der Stegwellenleiterstruktur 9 sehr tief in die Halbleiterschichtenfolge 2 geätzt werden, um eine gewünschte starke Indexführung zu erreichen. Eine hohe Ätztiefe neben dem Steg erhöht jedoch üblicherweise das Risiko von Schäden an der Halbleiterstruktur. Außerdem sind spezifische Brechungsindexverläufe senkrecht zur oder entlang der Emissionsrichtung nicht einstellbar, woraus eine fehlende Steuerung der Fernfeldverteilung, der Facettenbelastungsgrenze sowie weiterer Lasereigenschaften folgen kann.
In den folgenden Figuren sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die auf dem in den 1A bis 1C beschriebenen Grundaufbau basieren, jedoch zusätzlich jeweils eine Grabenstruktur mit mindestens einem Graben oder einer Mehrzahl von Gräben aufweisen, wobei die Grabenstruktur in lateraler Richtung und/oder in longitudinaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung in Bezug auf Eigenschaften des zumindest einen Grabens oder der Mehrzahl von Gräben variiert. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Unterschiede zu den in den 1A bis 1C beschriebenen Beispielen, weitere Merkmale der gezeigten Halbleiterlaserdioden entsprechen, sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, den in Verbindung mit den vorherigen Beispielen beschriebenen Merkmalen. Der Übersichtlichkeit halber sind in den nachfolgenden Figuren das Substrat und meist auch die aktive Schicht nicht gezeigt.
In 2A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die eine Grabenstruktur 10 mit einem Graben 11 in einer Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufweist. Die Ansicht in 1A entspricht einer Schnittdarstellung durch die Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Schnittebene, die senkrecht zur longitudinalen Richtung steht und damit von der lateralen Richtung 91 und der vertikalen Richtung 92 aufgespannt wird, wie in 1A angedeutet ist. Die in den nachfolgenden 2A bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen entsprechende Schnittdarstellungen.
Die Oberseite 20 der Halbleiterlaserdiode 10 ist eine die Halbleiterschichtenfolge 2 in vertikaler Richtung begrenzende Oberfläche, von der aus der Graben 11 in die Halbleiterschichtenfolge 2 in vertikaler Richtung hineinreicht. Insbesondere kann die Oberseite 20 eine einem Substrat gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 sein. Im Ausführungsbeispiel der 2A ist die Oberseite 20 bis auf die Grabenstruktur 10 eben ausgebildet. Zur Herstellung der Grabenstruktur 10 kann ein Ätzverfahren verwendet werden.
Der Graben 11 ist wie oben im allgemeinen Teil näher ausgeführt lateral neben dem aktiven Bereich 5 angeordnet und weist eine Hauptausdehnungsrichtung in longitudinaler Richtung auf. Mit anderen Worten verläuft der Graben 11 zumindest teilweise entlang des aktiven Bereichs 5. Der Graben 11 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt, so dass an den Seitenflächen des Grabens 11, also an den den Graben in lateraler Richtung begrenzenden Oberflächen, beim Übergang vom Halbleitermaterial auf die Luft ein großer Brechungsindexsprung durch den geringen Brechungsindex von Luft von nahezu 1 erreicht werden kann. Durch den durch den Graben 11 hervorgerufenen Brechungsindexsprung und dessen Verlauf können die Führung der Lasermode und damit die Ausdehnung und der Verlauf des aktiven Bereichs 5 eingestellt werden.
Zur Einstellung eines Brechungsindexverlaufs kann der Graben 11 in lateraler und/oder longitudinaler und/oder vertikaler Richtung variieren. Beispiele für solche Variationen sind in den 2B bis 2H gezeigt. Die darin gezeigten Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden.
In 2B ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Oberseite 20 mit einem Ausschnitt der Grabenstruktur 10 gezeigt. Wie zu erkennen ist, weist der Graben 11 eine variierende Breite auf. Insbesondere kann der Graben 11 mit geringer werdendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenflächen breiter oder schmäler werden. Hierbei ist auch möglich, dass der Graben 11 im Hinblick auf seine Breite zwischen seinen Enden in longitudinaler Richtung eine oder mehrere Verdickungen und/oder Verschmälerungen hat, der Graben 11 also mit anderen Worten eine oder mehrere Ausbauchungen und/oder Taillierungen aufweist.
In 2C ist eine dreidimensionale Ansicht eines Ausschnitts der Halbleiterschichtenfolge 2 mit einem Ausschnitt der Grabenstruktur 10 gezeigt. Wie zu erkennen ist, kann der Graben 11 eine variierende Tiefe aufweisen, so dass der Graben 11 mit geringer werdendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenflächen tiefer oder flacher werden kann. Hierbei ist auch möglich, dass der Graben 11 im Hinblick auf seine Höhe zwischen seinen Enden in longitudinaler Richtung eine oder mehrere Höhenänderungen aufweist, der Graben 11 also mit anderen Worten eine Bodenfläche aufweist, die beispielsweise wellenförmig ist.
In 2D ist wiederum eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Oberseite 20 mit einem Ausschnitt der Grabenstruktur 10 gezeigt, wobei der Graben 11 eine gebogene Form aufweist und somit im Hinblick auf seine Richtung variiert. Hierbei kann der Graben 11 auch mehrere Richtungsänderungen aufweisen.
Weiterhin kann der Graben 11 eine fixe oder eine variierende Querschnittform aufweisen, insbesondere in einer Schnittebene parallel zur vertikalen und zur lateralen Richtung 91, 92 und damit senkrecht zur longitudinalen Richtung 93. In den vorherigen Figuren ist ein rechteckiger Querschnitt gezeigt, also ein Graben 11 mit Seitenflächen parallel zur vertikalen Richtung 92 und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung 91.
Mögliche weitere Querschnittsformen sind in den 2E bis 2H gezeigt. In 2E ist ein trapezförmiger Querschnitt gezeigt, also mit aufeinander zu- oder voneinander weglaufenden, in Bezug auf die laterale und vertikale Richtung 91, 92 schräg verlaufenden Seitenflächen und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung 91. In 2F ist ein dreieckiger Querschnitt gezeigt, also mit aufeinander zulaufenden, in Bezug auf die laterale und vertikale Richtung 91, 92 schräg verlaufenden Seitenflächen, die sich in einer den Grabenboden bildenden Ecke treffen. In 2G ist ein parallelogrammförmiger Querschnitt gezeigt, also mit in Bezug auf die laterale und vertikale Richtung 91, 92 schräg verlaufenden, zu einander parallelen Seitenflächen und einer Bodenfläche parallel zur lateralen Richtung 91. In 2H ist ein abgerundeter Querschnitt gezeigt, also beispielsweise zumindest teilweise kreis-, ellipsen- und/oder parabelförmig. Die gezeigten Querschnittsformen können auch miteinander kombiniert werden. Weiterhin sind auch rechteckige, trapezförmige, dreieckige und parallelogrammförmige Querschnitte möglich mit abgerundeten Ecken und/oder beispielsweise mit schräg zur lateralen Richtung verlaufenden oder mit verrundeten Bodenflächen und/oder mit unterschiedlich schrägen Seitenflächen. Weist der Graben 11 schräge Seitenflächen auf, beispielsweise wie in den 2E bis 2G gezeigt, so können die Seitenflächen mit der lateralen Richtung bevorzugt einen Winkeln von größer oder gleich 60° und kleiner oder gleich 89° einschließen. Insbesondere kann die Querschnittsform des Grabens 11 auch in longitudinaler Richtung variieren, so dass der Graben 11 an einer Stelle entlang der longitudinalen Richtung eine erste Querschnittsform und an einer anderen Stelle eine zweite Querschnittsform aufweist. Dazwischen kann die erste Querschnittsform in die zweite Querschnittsform übergehen.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind stets rechteckige Querschnittsformen gezeigt. Diese können jedoch durch die beschriebenen davon abweichenden Querschnittsformen ersetzt werden.
Der in Verbindung mit den 2A bis 2H beschriebene Graben 11 kann wie auch die in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebene Gräben eine Breite von kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 700 nm oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweisen. Weiterhin kann der Graben 11 wie auch die in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebene Gräben eine Breite von größer oder gleich 10 nm aufweisen. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Grabenbreite kleiner als die Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 im aktiven Bereich 5 erzeugten Lichts ist und hierbei insbesondere im Bereich der halben Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 im aktiven Bereich 5 erzeugten Lichts liegt, also um kleiner oder gleich 20% oder kleiner oder gleich 10% oder kleiner oder gleich 5% oder kleiner oder gleich 2% oder kleiner oder gleich 1% von der halben Wellenlänge abweicht. Weiterhin kann der Graben 11 wie auch die in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebene Gräben von der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 her gemessen eine Tiefe von größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm oder größer oder gleich 200 nm oder größer oder gleich 500 nm aufweisen. Hierbei kann die Tiefe kleiner oder gleich 7000 nm oder kleiner oder gleich 5000 nm oder kleiner oder gleich 2000 nm oder kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 900 nm sein. Die angegebenen Werte für die Breite und die Tiefe können bei einer Variation dieser Parameter Ober- bzw. Untergrenzen für einen Mittelwerte oder auch, bevorzugt, absolute Ober- bzw. Untergrenzen sein. Je nach Dicke der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 kann der in Verbindung mit den 2A bis 2D beschriebene Graben 11 wie auch die in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebene Gräben beispielsweise bis in eine Halbleiterschicht, beispielsweise eine Wellenleiterschicht oder eine Mantelschicht, oberhalb der aktiven Schicht reichen, so dass der Graben 11 nicht bis zur aktiven Schicht reicht. Weiterhin kann der Graben 11 wie auch die in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebene Gräben bis in die aktive Schicht oder sogar durch die aktive Schicht hindurch in eine unter der aktiven Schicht angeordnete Halbleiterschicht, beispielsweise eine Wellenleiterschicht oder eine Mantelschicht, reichen, wie in 2A angedeutet ist.
In 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die unter anderem im Hinblick auf die Halbleiterschichtenfolge 2 und die Grabenstruktur 10 dem vorherigen Ausführungsbeispiel entspricht, zusätzlich zur vorab beschriebenen Grabenstruktur 10 aber noch ein Deckmaterial 15 aufweist, das eine Deckschicht auf der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 bildet. Insbesondere kann das Deckmaterial 15 wie gezeigt bis auf den Bereich, in dem die Elektrodenschicht 4 aufgebracht ist, die gesamte Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 bedecken.
Die Breite des Grabens 11 ist im Bereich der vorab beschriebenen Angaben insbesondere derart gewählt, dass das Deckmaterial 15 den Graben 11 nicht verfüllt, sondern den Graben 11 nur abdeckt, so dass der Graben 11 mit dem Deckmaterial 15 einen gasgefüllten Hohlraum bildet. Das Gas kann beispielsweise wiederum Luft, aber auch beispielsweise Bestandteile von Luft, Prozessgase und/oder Reaktionsprodukte sowie Teile und/oder Reste von Prozessgasen enthalten, die während der Herstellung der Halbleiterlaserdiode 100 in zumindest einem Verfahrensschritt verwendet werden. Beispielsweise kann das Gas eines oder mehrere ausgewählt aus Sauerstoff, Stickstoff und Argon enthalten. Weiterhin kann das Gas zusätzlich oder alternativ auch beabsichtigt eingebrachte Materialien aufweisen oder daraus sein, beispielsweise CO₂, SF₆, Kohlenwasserstoffe, H₂O, H₂, He. Durch die Gasfüllung kann der Brechungsindex wiederum in etwa 1 im Graben 11 betragen, so dass an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial und dem Gas an den Seitenwänden des Grabens 11 ein deutlich höherer Brechungsindexsprung erreicht werden kann als im Falle einer üblichen Passivierung einer breiten Rinne, wie oben in 1C gezeigt ist. Gleichzeitig ist der Graben 11 aber auch verschlossen und somit vor dem Eindringen anderer Materialien geschützt.
Das Deckmaterial 15 kann beispielsweise ein elektrisch isolierendes oder ein halbleitendes oder ein elektrisch leitendes Material sein, das durch einen Abscheideprozess aufgebracht wird, der den Graben 11 nicht füllen kann, so dass der beschriebene Gaseinschluss erzeugt werden kann. Geeignete Aufbringverfahren können beispielsweise Sputtern, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheideverfahren sein. Geeignete Materialien können beispielsweise Oxide, Nitride und Oxinitride mit Aluminium, Silizium, Titan und anderen Metallen und Halbmetallen sowie Metalle und Metalllegierungen sein.
In 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Grabenstruktur 10 mit zwei Gräben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweist. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel sind die Gräben 11 mit dem Deckmaterial 15 abgedeckt und bilden gasgefüllte Hohlräume. Alternativ kann die in 2B gezeigte Halbleiterlaserdiode 100 auch ohne Deckmaterial 15 ausgeführt sein. Entsprechendes gilt auch für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Grabenstrukturen 10, die mit einem Deckmaterial 15 abgedeckt sind.
Die zwei Gräben 11 können einen Abstand von größer oder gleich 10 nm oder größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm oder größer oder gleich 200 nm aufweisen. Weiterhin können die zwei Gräben 11 einen Abstand von kleiner oder gleich 5000 nm oder kleiner oder gleich 3000 nm oder kleiner oder gleich 2000 nm oder kleiner oder gleich 1000 nm oder kleiner oder gleich 700 nm oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweisen. Insbesondere kann der Abstand der zwei Gräben 11 kleiner als die Wellenlänge des im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 im aktiven Bereich 5 erzeugten Lichts sein und besonders bevorzugt im Bereich der halben Wellenlänge des im aktiven Bereich erzeugten Lichts liegen, also im Wesentlichen einer halben Wellenlänge entsprechen. Die beschriebenen Abstände können auch für jeweils unmittelbar zueinander benachbarte Gräben 11 einer Grabenstruktur 10 gelten, die mehr als zwei Gräben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweist.
Die zwei Gräben 11 des Ausführungsbeispiels der 3B können eine oder mehrere der folgenden Variationen aufweisen: einen variierenden Abstand zueinander, insbesondere mit größer oder kleiner werdendem Abstand zur Lichtauskoppelfläche und/oder zur Rückseitenfläche hin; voneinander unterschiedliche Längen; voneinander unterschiedliche Tiefen; voneinander unterschiedliche Breiten; voneinander unterschiedliche longitudinale Positionen, also eine in longitudinaler Richtung versetzte oder teilversetzte Anordnung. Im Falle variierenden Breiten und/oder Tiefen kann die Grabenstruktur insbesondere beispielsweise auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich zwei Gräben mit voneinander unterschiedlichen Breiten oder Breitenvariationen und/oder unterschiedlichen Tiefen oder Tiefenvariationen aufweisen. Beispielsweise kann auch ein Graben 11 entsprechend der vorherigen Ausführungsbeispiele in einer oder mehreren seiner Eigenschaften variieren, während der andere Graben 11 gleichbleibend verläuft. Konkrete Ausführungsbeispiele zu den einzelnen Variationen sind auch in den folgenden Figuren gezeigt.
Alternativ zu den in 3B gezeigten zwei Gräben 11 kann die Grabenstruktur 10 auch mehr als zwei Gräben 11 aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Grabenstruktur 10 eine Anzahl von kleiner oder gleich zehn Gräben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 auf. Beispielsweise kann die Grabenstruktur 10 auch zumindest drei lateral nebeneinander benachbarte Gräben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweisen, wobei ein mittlerer der zumindest drei Gräben 11 einen unterschiedlichen Abstand zu den beiden benachbarten der zumindest drei Gräben 11 aufweist. Mit anderen Worten kann der mittlere der drei Gräben 11 einen geringeren Abstand zu einem der beiden anderen Gräben 11 als zum anderen der beiden anderen Gräben 11 aufweisen. Entsprechendes kann auch im Falle von mehr als drei Gräben 11 gelten.
Während in den vorab beschriebene Ausführungsbeispielen die Grabenstruktur 10 jeweils nur auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 Gräben 11 aufweist, während die andere Seite frei von Gräben ist, weist die Halbleiterlaserdiode 100 des Ausführungsbeispiels der 3C eine Grabenstruktur 10 auf, die zusätzlich zu einem Graben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 einen weiteren Graben 12 auf der anderen Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweist. Die Gräben 11, 12 können gleich oder verschieden ausgebildet sein. Insbesondere kann die Grabenstruktur 10 im Ausführungsbeispiel der 3C wie auch in den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einer lateral beidseitig des aktiven Bereichs ausgebildeten Grabenstruktur 10 eine Symmetrie aufweisen. Beispielsweise kann die Grabenstruktur 10 symmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieebene sein, die senkrecht zur lateralen Richtung steht und die entsprechend durch die longitudinale und die vertikale Richtung aufgespannt wird. Insbesondere kann der aktive Bereich 5 ebenfalls symmetrisch zu dieser Symmetrieebene sein.
In 3D ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, das entsprechend einer Kombination der Ausführungsbeispiele der 3B und 3C jeweils eine Mehrzahl von Gräben 11 und von Gräben 12 auf beiden Seiten lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweist. In den vorab und im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispielen können die Anzahl der Gräben 11, 12, deren Breiten, Verlauf und Abstände zueinander so gewählt sein, dass die Grabenstruktur 10 auf einer oder beiden Seiten lateral neben dem aktiven Bereich 5 jeweils eine Breite von kleiner oder gleich 10 µm aufweist.
Während die in den 2A bis 3D gezeigten Halbleiterlaserdioden 100 bis auf die Grabenstruktur 10 ebene Oberseiten 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufweisen, sind in den 4A bis 4D Ausführungsbeispiele von Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die an der Oberseite 20 eine Stegwellenleiterstruktur 9 aufweisen. Die Grabenstrukturen 10 sind jeweils neben der Stegwellenleiterstruktur 9 angeordnet und entsprechen den in Verbindung mit den 3A bis 3D beschriebenen Grabenstrukturen 10. Das Deckmaterial 15 kann sich, wie in den 4A bis 4D gezeigt ist, auch auf die Seitenflächen des Stegs der Stegwellenleiterstruktur 9, also die Oberflächen, die den Steg in lateraler Richtung begrenzen, erstrecken. Darüber hinaus kann sich das Deckmaterial 15 auch auf die Oberseite des Stegs der Stegwellenleiterstruktur 9, also den Bereich des Stegs und damit der Oberseite 20, der den Steg in vertikaler Richtung begrenzt, bis auf den Bereich, in dem die Elektrodenschicht 4 angeordnet ist, erstrecken und somit die gesamte Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 bis auf den Bereich, in dem die Elektrodenschicht 4 angeordnet ist, bedecken.
Die gezeigte Höhe der Stegwellenleiterstruktur 9 ist rein beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann die Stegwellenleiterstruktur 9 auch eine geringere als die gezeigte Höhe aufweisen, so dass die Stegwellenleiterstruktur 9 anders als in den gezeigten Ausführungsbeispielen nicht bis an die aktive Schicht heranreichen oder bis in eine Halbleiterschicht unterhalb der aktiven Schicht reichen kann, sondern lediglich in eine Halbleiterschicht reichen kann, die über der aktiven Schicht angeordnet ist.
In den 4E bis 4G sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die rein beispielhaft eine Grabenstruktur 10 wie im Ausführungsbeispiel der 4D aufweisen, wobei zusätzlich zumindest ein Graben 11, 12 vorhanden ist, der zumindest teilweise mit einem festen Material 13 gefüllt ist.
In 4E ist eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die Gräben 11, 12 aufweist, die zumindest teilweise auf Seitenflächen mit einer Beschichtung, also einer oder mehreren Schichten 14, als festes Material 13 beschichtet sind. Insbesondere kann jeder der mit zumindest einer Schicht 14 versehener Graben 11, 12 zumindest eine Oberfläche aufweisen, die mit einer oder mehreren Schichten 14 bedeckt ist. Besonders bevorzugt kann ein beschichteter Graben 11, 12 zwei sich in lateraler Richtung gegenüberliegende Seitenflächen aufweisen, die jeweils mit einer oder mehreren Schichten 14 bedeckt sind, wobei die Schicht 14 oder die mehreren Schichten 14 auf der einen Seitenfläche von der Schicht 14 oder den mehreren Schichten 14 auf der anderen Seitenfläche beabstandet sind, so dass ein gasgefüllter Spalt dazwischen vorliegt. Ein beschichteter Graben 11, 12 ist somit noch teilweise gasgefüllt. Die Dicke der einen oder mehreren Schichten 14 werden demensprechend im Verhältnis zur Breite des beschichteten Grabens 11, 12 gewählt. Besonders bevorzugt kann die Beschichtung eine Dicke aufweisen, die kleiner als eine Wellenlänge des in der aktiven Schicht im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 erzeugten Lichts ist. Weiterhin kann ein beschichteter Graben 11, 12, wie auch in 4E gezeigt ist, eine Bodenfläche aufweisen, die mit der Beschichtung bedeckt ist. Zur Herstellung der einen oder mehreren Schichten 14 kann insbesondere ein Verfahren gewählt werden, das eine konformale Beschichtung auch von Gräben 11, 12 mit großen Aspektverhältnis, also insbesondere einer großen Tiefe im Vergleich zur Breite, ermöglicht, ohne das der beschichtete Graben zuwächst. Beispielsweise können hierzu Atomlagenabscheideverfahren oder Moleküllagenabscheideverfahren verwendet werden. Als Beschichtungsmaterialien können sich insbesondere Oxide, Nitride und Oxinitride mit Aluminium, Silizium, Titan und anderen Metallen und Halbmetallen eignen. Alternativ zum in 4E gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem alle Gräben 11, 12 mit einer Beschichtung versehen sind, können auch nur einige Gräben 11, 12 beschichtet sein.
In 4F ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Grabenstruktur 10 mit Gräben 11, 12 aufweist, die von einer Bodenfläche nach oben zur Oberseite der Halbleiterschichtenfolge hin ganz mit einem festen Material gefüllt ist. alternativ hierzu können die Gräben 11, 12 auch nur teilweise, also bis zu einer Höhe unterhalb der Oberseite 20, mit dem festen Material 13 gefüllt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein gefüllter oder teilgefüllter Graben 11, 12 mit einem porösen festen Material 13 gefüllt ist, das im Vergleich zu einem entsprechenden nicht-porösen Material aufgrund von Poren im Nanometerbereich einen geringeren Brechungsindex aufweisen kann. Zur Herstellung des porösen festen Materials kann beispielsweise ein Spin-On-Glas aufgeschleudert werden. Weiterhin können beispielsweise auch Kügelchen eines Oxids oder Nitrids, beispielsweise SiO₂-Kügelchen mit einem Durchmesser im Nanometerbereich, in den Graben gefüllt und dort zumindest teilversintert werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Grabenfüllung ein gleiches Material wie das Deckmaterial 15 aufweisen oder daraus sein.
Besonders bevorzugt kann die Füllung ein anderes Material als das Deckmaterial 15 aufweisen oder daraus sein. Die Füllung kann auch schichtweise ausgebildet sein, also durch eine Mehrzahl von Schichten gebildet werden und in diesem Fall eine Mehrzahl von Materialien aufweisen. Weiterhin kann die Füllung auch ein anders festes Material aufweisen oder daraus sein, beispielsweise YVO_x.
Alternativ zum in 4E gezeigten Ausführungsbeispiel, in dem alle Gräben 11, 12 mit einem festen Material 13 gefüllt sind, können auch nur einige Gräben 11, 12 gefüllt sein. Ein exemplarisches Beispiel hierfür ist in 4G gezeigt, bei dem nur die beiden dem aktiven Bereich nächstgelegenen Gräben 11, 12 mit dem festen Material gefüllt sind, während die weiter entfernten Gräben 11, 12 frei von einer solchen Füllung sind, wodurch sich eine Variation der Grabenstruktur 10 in lateraler Richtung ergibt.
In 4H ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, die wie das Ausführungsbeispiel der 4D ausgebildet ist und die zusätzlich über der Deckschicht 15 und der Elektrodenschicht 4 auf der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 20 ein Bondpad 30 aufweist. Das Bondpad 30 kann beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht sein und ein Metall oder eine Metalllegierung mit oder aus einem oder mehreren der folgenden Metalle sein: Al, Ag, Au, Pt. Entsprechend können auch die Halbleiterlaserdioden 100 der anderen gezeigten Ausführungsbeispiele ein Bondpad aufweisen.
In den 4I bis 4L sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die Grabenstrukturen 10 mit Gräben 11, 12 in unterschiedlichen vertikalen Positionen aufweisen. Die gezeigten Halbleiterlaserdioden 100 weisen Gräben 11, 12 auf, von den zumindest einer in der Stegwellenleiterstruktur 9 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Graben 11, 12 in dem Teil der Oberseite 20 angeordnet, der auch die Oberseite der Stegwellenleiterstruktur 9 bildet. Wie In 4I gezeigt ist, kann beispielsweise nur ein Graben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 in der Stegwellenleiterstruktur 9 angeordnet sein. Die Variationsmöglichkeiten des einen Grabens 11 entsprechend den vorab beispielsweise in Verbindung mit den 2A bis 2D diskutierten Variationsmöglichkeiten. In 4J ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine Mehrzahl von Gräben 11 auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich 5 angeordnet sind, wobei ein Graben 11 in der Stegwellenleiterstruktur 9 und weitere Gräben 11 neben der Stegwellenleiterstruktur 9 in der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung bildet unter anderem eine Variation der Grabenstruktur 10 in vertikaler Richtung aufgrund der in unterschiedlichen Höhen angeordneten Gräben 11. Darüber hinaus weisen die beiden neben der Stegwellenleiterstruktur 9 angeordneten Gräben 11 zusätzlich auch noch unterschiedliche Tiefen auf, wobei auch eine entsprechende gestaffelte Anordnung möglich ist. In den 4K und 4L sind entsprechende Grabenstrukturen 10 gezeigt, die eine lateral beidseitige Anordnung von Gräben 11, 12 auf sowie auf und neben der Stegwellenleiterstruktur 9 aufweisen. Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen können lateral neben dem aktiven Bereich 5 auf zumindest einer Seite des aktiven Bereichs auf der Stegwellenleiterstruktur 9 auch mehr als ein Graben 11, 12 vorhanden sein, die Variationen entsprechend den vorherigen Ausführungsbeispielen aufweisen können.
In den 5A bis 5D sind weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die jeweils eine Grabenstruktur 10 aufweisen, die rein beispielhaft jeweils drei Gräben 11, 12 beidseitig lateral neben dem aktiven Bereich 5 aufweist, wobei die Gräben 11 und die Gräben 12 zumindest im Hinblick auf deren Tiefe variieren. Die Halbleiterlaserdiode 100 des Ausführungsbeispiels der 5A weist Gräben 11, 12 auf, die mit geringer werdendem Abstand zum aktiven Bereich 5 eine zunehmende Tiefe aufweisen. In 5B ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Tiefe der Gräben 11, 12 mit zunehmendem Abstand zum aktiven Bereich 5 eine zunehmende Tiefe aufweisen. Die Ausführungsbeispiele der 5C und 5D entsprechend im Hinblick auf die Grabenstruktur 10 den Ausführungsbeispielen der 5A und 5B und weisen zusätzlich noch eine Stegwellenleiterstruktur 9 auf.
In den 6A bis 6D sind Halbleiterlaserdioden 100 gezeigt, die den Ausführungsbeispielen der 5A bis 5D entsprechen und zusätzlich noch ein Deckmaterial 15 auf der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele der 7A bis 7D entsprechen den Ausführungsbeispielen der 6A bis 6D und weisen zusätzlich noch ein festes Material 13 wie oben im Zusammenhang mit den 4E und 4F beschrieben auf. Insbesondere kann das Material 13 die Gräben 11, 12 ganz oder nur teilweise füllen oder auch als Beschichtung der Grabenwände wie in 4E beschrieben ausgebildet sein.
Wie in den 8A bis 8D gezeigt ist, können die Gräben 11, 12 auch unterschiedlich gefüllt sein, wie auch weiter oben in Verbindung mit 4G beschrieben ist. So können beispielsweise nur die dem aktiven Bereich 5 am nächsten angeordneten Gräben 11, 12 mit festem Material 13 gefüllt sein, wie in den 8A und 8B gezeigt ist, oder, alternativ dazu, die dem aktiven Bereich 5 am nächsten gelegenen Gräben 11, 12 als einzige frei von einem füllenden Material 13 sein, wie in den 8C und 8D gezeigt ist. Alternativ hierzu sind auch andere Kombinationen von gefüllten, beschichteten und unbefüllten sowie unbeschichteten Gräben 11, 12 möglich.
In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die Gräben 11, 12 der Grabenstruktur 10, die rein beispielhaft der in Verbindung mit der 3C beschriebenen Grabenstruktur 10 entspricht, mit einem Deckmaterial 15 auf der Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 bedeckt sind, das ein epitaktisch aufgewachsenes Halbleitermaterial aufweist. Dadurch kann eine geschlossene Halbleiteroberfläche hergestellt werden, wodurch sich Vorteile durch eine einfachere Chipprozessierung ergeben können. Zusätzlich kann, wie in 9 gezeigt ist, auf dem Halbleitermaterial noch zusätzlich ein weiteres Deckmaterial 15 aufgebracht sein, das beispielsweise ein weiter oben beschriebenes elektrisch isolierendes Material aufweist oder daraus ist.
In den 10A bis 10M sind Aufsichten auf Halbleiterlaserdioden 100 in vertikaler Richtung auf die Oberseite 20 gezeigt. In 10A sind zur Veranschaulichung noch die laterale Richtung 91 und die longitudinale Richtung 93 eingezeichnet. Obwohl in den 10A bis 10G und 10J bis 10N sich im Wesentlichen in longitudinaler Richtung gerade erstreckende Gräben 11, 12 gezeigt sind, können diese teilweise oder alle auch gebogene Verläufe in der gezeigten Ebene aufweisen. Weiterhin sind die jeweils gezeigten Anzahlen von Gräben nur beispielhaft zu verstehen und können je nach gewünschten Lichtführungseigenschaften abweichen.
In 10A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Grabenstruktur 10 gezeigt, die rein beispielhaft beidseitig lateral neben dem aktiven Bereich jeweils drei Gräben 11, 12 aufweist, wobei entsprechend der Beschreibung der vorherigen Ausführungsbeispiele auch mehr oder weniger Gräben 11, 12 möglich sind. Die Gräben 11, 12, die somit entlang des Modenführungsbereichs verlaufen und im gezeigten Ausführungsbeispiel alle von der Rückseitenfläche 7 zur Lichtauskoppelfläche 6 reichen, können beispielsweise wie in Verbindung mit den 5A bis 5D beschrieben ausgebildet sein. Weiterhin können unmittelbar benachbarte Gräben 11, 12 beispielsweise auch unterschiedliche Abstände aufweisen. Darüber hinaus sind beispielsweise auch unterschiedliche Anzahlen von Gräben 11, 12 möglich.
In 10B ist eine Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Grabenstruktur 10 gezeigt, deren Gräben 11, 12 unterschiedliche Füllungen und/oder Beschichtungen mit einem festen Material 13 aufweisen, wie beispielsweise in Verbindung mit den 8A bis 8D beschrieben ist. Eine ebensolche unterschiedliche Füllung und/oder Beschichtung weist auch die Halbleiterlaserdiode 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10C auf. Weiterhin weisen die Gräben 11, 12 unterschiedliche Längen und somit eine entsprechende Variation der Grabenstruktur 10 auf. In 10D ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Gräben 11, 12 gasgefüllt sind. Die Gräben 11, 12 weisen in den Ausführungsbeispielen der 10C und 10D unterschiedliche Längen und in 10C zusätzlich im äußeren Bereich einen lateral versetzten Verlauf auf, wobei die äußeren Gräben 11, 12 jeweils an der Lichtauskoppelfläche 6 oder der Rückseitenfläche 7 beginnen und nicht bis zur gegenüberliegenden Fläche reichen. Dadurch und alternativ oder zusätzlich dazu durch eine größere Grabentiefe in der Nähe der Lichtauskoppelfläche 6 und der Rückseitenfläche 7 kann im Bereich der Lichtauskoppelfläche 6 und der Rückseitenfläche 7, also im Facettenbereich, eine stärkere Führung der Lichtmode erreicht werden, wodurch sich ein breiteres Fernfeld ergeben kann, das ein verbessertes Aspektverhältnis bieten kann. Dies kann beispielsweise vorteilhaft für Projektionsanwendungen sein. Im Gegenzug hierzu weist die Halbleiterlaserdiode 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10E Gräben auf, die mit größer werdendem Abstand zum aktiven Bereich kürzer werden und nicht zu den Facetten reichen. Dadurch und alternativ oder zusätzlich dazu durch eine geringere Grabentiefe in der Nähe der Lichtauskoppelfläche 6 und der Rückseitenfläche 7 kann im Bereich der Lichtauskoppelfläche 6 und der Rückseitenfläche 7 eine schwächere Führung der Lichtmode erreicht werden, wodurch sich ein schmaleres Fernfeld ergeben kann, was vorteilhaft beispielsweise für Faserkopplungsanwendungen sein kann. Die in den 10F und 10G gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der 10D und 10E umgekehrte Grabenabfolgen, wobei den Ausführungsbeispielen der 10D und 10E entsprechende Lichtführungseigenschaften erreicht werden können.
In den 10H und 10I sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 mit Grabenstrukturen 10 gezeigt, die Gräben 11, 12 eine Richtungsvariation in Form von gekrümmten Verläufen aufweisen. Durch eine derartige Krümmung der Gräben 11, 12 kann ein gradueller Brechungsindexverlauf erreicht werden, der durch eine einfache Fototechnik in Verbindung mit dem Ätzverfahren zur Herstellung der Gräben 11, 12 erreichbar ist. Durch die in 10H gezeigte spiegelsymmetrische Anordnung der Gräben 11, 12 und in der Nähe der Facetten vergrößerten Abstand der Gräben 11, 12 zum aktiven Bereich kann im Facettenbereich eine schwächere Führung für ein schmaleres Fernfeld durch einen graduell einstellbaren Übergang der Wellenführung erreicht werden. Hierdurch kann es möglich sein, Streuverluste zu minimieren. Durch die in 10I gezeigte translationssymmetrische Anordnung der Gräben 11, 12 bei einer Translation in lateraler Richtung kann ein asymmetrischer Wellenleiter erzeugt werden. Durch die Asymmetrie in der Mitte und am Rand entlang der longitudinalen Richtung kann die Anzahl der Moden im aktiven Bereich beeinflusst werden, was beispielsweise dazu genutzt werden kann, Moden zu selektieren oder höhere Moden zu vermeiden. Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen mit jeweils einem Graben 11 und 12 neben dem aktiven Bereich können auch mehrere Gräben 11 und mehrere Gräben 12 vorhanden sein. Weiterhin sind beispielsweise auch Kombinationen mit unterschiedlichen Tiefen, Abständen und/oder Längen von gekrümmten Gräben 11, 12 möglich.
In den 10J bis 10N sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaserdioden 100 mit Grabenstrukturen 10 gezeigt, die Gräben 11, 12 mit variierender Breite aufweisen. Hierbei kann, wie in den 10J, 10K und 10N gezeigt ist, die Breite von Gräben 11, 12 entlang deren Verlauf in longitudinaler Richtung variieren. Durch eine Verschmälerung von Gräben zu den Facetten hin wie in den 10J und 10K gezeigt kann eine schwächere Lichtführung wie vorab beschrieben erreicht werden, während durch eine Verbreiterung von Gräben 11, 12 zumindest zur Lichtauskoppelfläche 6 hin wie in 10N gezeigt eine stärkere Führung erreicht werden kann. Weiterhin kann, wie in den 10L und 10M gezeigt ist, auch die Breite von benachbarten Gräben 11, 12 unterschiedlich sein, wobei die Lichtführungseigenschaften vom Prinzip her denen in Verbindung mit den 10D und 10E beschriebenen entsprechen und durch die variierenden Grabenbreiten verstärkt oder abgeschwächt werden können.
Die in den 10A bis 10N gezeigten variierenden Grabenlängen in longitudinaler Richtung können insbesondere im Bereich von größer oder gleich 5% und kleiner oder gleich 100% der Länge des aktiven Bereichs bzw. der Länge der Stegwellenleiterstruktur und somit typischerweise dem Abstand zwischen der Lichtauskoppelfläche 6 und der Rückseitenfläche 7 liegen. Ist die Länge eines Grabens kleiner als 100% des Abstands zwischen den Facetten, bedeutet dies, dass der Graben zumindest eine der Facetten, also entweder die Lichtauskoppelfläche 6 oder die Rückseitenfläche 7 oder beide, nicht erreicht und davon beabstandet ist.
In den 11A bis 11D ist ein Ausführungsbeispiel für Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Grabenstruktur 10 gezeigt, die rein beispielhaft wie die in Verbindung mit 3C beschriebene Grabenstruktur ausgebildet ist. Alternativ dazu kann auch jede andere vorab beschriebene Grabenstruktur 10 mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
In einem ersten Verfahrensschritt wird, wie in 11A gezeigt ist, eine Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt. diese kann, wie weiter oben beschrieben ist, auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden oder auch nach dem Aufwachsen vor den weiteren Verfahrensschritten auf ein Trägersubstrat übertragen werden. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist zusätzlich zur aktiven Schicht 3 wie weiter oben beschrieben weitere Halbleiterschichten, insbesondere p- und n-dotierte funktionale Halbleiterschichten wie beispielsweise Mantelschichten und/oder Wellenleiterschichten auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 schließt weiterhin mit einer großflächig aufgewachsenen elektrisch isolierenden oder zumindest elektrisch schlecht leitenden Halbleiterschicht oder Halbleiterschichtenkombination ab. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden beispielsweise Halbleiterschichten 21, 22 aufgewachsen und somit epitaktisch eingebaut, die einen sperrenden pn-Übergang bilden. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch beispielsweise eine undotierte Halbleiterschicht oder, insbesondere im Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialsystem, eine AlInGaN-Schicht mit hohem Al-Gehalt aufgewachsen werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 11B gezeigt ist, über dem späteren aktiven Bereich der sperrende pn-Übergang weggeätzt. Anschließend wird die Grabenstruktur 10 durch Ätzen der Gräben 11, 12 hergestellt. Die Gräben 11, 12 können wie in einigen der vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben anschließend befüllt werden.
Anschließend wird großflächig eine Elektrodenschicht 4 aufgebracht. Aufgrund des sperrenden pn-Übergangs neben dem aktiven Bereich ist lediglich der dem aktiven Bereich 5 entsprechende Teil der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch leitend an die Elektrodenschicht 4 angeschlossen. Durch eine oben beschriebene geeignet klein gewählte Grabenbreite kann ein befüllen der Gräben 11, 12 mit dem Material der Elektrodenschicht 4 verhindert werden, so dass die Elektrodenschicht 4 gleichzeitig ein Deckmaterial 15 bildet. Alternativ dazu kann die Elektrodenschicht 4 auch nur über dem aktiven Bereich 5 aufgebracht werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass ein weiter oben beschriebenes Deckmaterial zum Abdecken der Grabenstruktur 10 und alternativ oder zusätzlich zum sperrenden pn-Übergang aufgebracht wird.
In den 12A bis 12D ist eine Modifikation des Verfahrens des Ausführungsbeispiels der 11A bis 11D gezeigt. In diesem wird nach dem Aufwachsen für den Lichterzeugungsbetrieb erforderlichen Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 2 eine Maske 40 über dem späteren aktiven Bereich 5 aufgebracht, beispielsweise mit oder aus SiO₂. Danach erfolgt ein Aufwachsen des sperrenden pn-Übergangs und/oder einer anderen elektrisch isolierenden oder zumindest elektrisch schlecht leitenden Halbleiterschicht oder Halbleiterschichtenkombination. Nach dem Entfernen der Maske 40 entspricht der Aufbau der Halbleiterschichtenfolge 2 dem in Verbindung mit 11B beschriebenen Aufbau. Die in den 12C und 12D weiteren gezeigten Verfahrensschritte entsprechen den in Verbindung mit den 11C und 11D beschriebenen Verfahrensschritten.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und insbesondere die jeweils beschriebenen Merkmale der Grabenstruktur sind nicht auf die in den Figuren jeweils gezeigten Kombinationen beschränkt. Vielmehr können die gezeigten Ausführungsbeispiele sowie einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationsmöglichkeiten explizit beschrieben sind. Darüber hinaus können die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Durch die vorab beschriebenen Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Bereichs seitlich der Mitte des aktiven Bereichs, beispielsweise eines an eine Stegwellenleiterstruktur angrenzenden Bereichs, in Bezug unter anderem auf Anzahl, Länge, Breite, Tiefe und Füllung der Gräben entlang und senkrecht zum Verlauf des aktiven Bereichs können Laserparameter wie beispielsweise unter anderem das Fernfeld, die Leistung, die Facettenbelastungsgrenze, der Schwellstrom und/oder der Wirkungsgrad eingestellt und optimiert werden. Durch die erreichbaren geringen Brechungsindices in den Gräben und die damit verbundenen großen Brechungsindexsprünge an den Grabenseitenwänden kann eine starke Führung der Lasermode erreicht werden, deren Verlauf senkrecht zur und entlang der Verlaufsrichtung des aktiven Bereichs durch Einstellung der Brechungsindexverläufe einstellbar ist.
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.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Halbleiterschichtenfolge
3: aktive Schicht
4: Elektrodenschicht
5: aktiver Bereich
6: Lichtauskoppelfläche
7: Rückseitenfläche
8: Licht
9: Stegwellenleiterstruktur
10: Grabenstruktur
11: Graben
12: Graben
13: Material
14: Schicht
15: Deckmaterial
19: Passivierungsmaterial
20: Oberseite
21, 22: Halbleiterschicht
23: Öffnung
30: Bondpad
40: Maske
91: laterale Richtung
92: vertikale Richtung
93: longitudinale Richtung
100: Halbleiterlaserdiode

Claims

Halbleiterlaserdiode mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die eine Haupterstreckungsebene aufweist und die dazu eingerichtet ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich (5) Licht (8) zu erzeugen und über eine Lichtauskoppelfläche (6) abzustrahlen, wobei sich der aktive Bereich (5) von einer der Lichtauskoppelfläche (6) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (7) zur Lichtauskoppelfläche (6) entlang einer longitudinalen Richtung (93) in der Haupterstreckungsebene erstreckt und wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Grabenstruktur (10) mit zumindest einem Graben (11, 12) oder einer Mehrzahl von Gräben (11, 12) zumindest auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich (5) aufweist, wobei sich jeder Graben (11, 12) der Grabenstruktur (10) in longitudinaler Richtung (93) erstreckt und von einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) her in einer vertikalen Richtung (92) in die Halbleiterschichtenfolge (2) hineinragt und wobei die Grabenstruktur (10) in lateraler und/oder vertikaler und/oder longitudinaler Richtung (91, 92, 93) in Bezug auf Eigenschaften des zumindest einen Grabens (11, 12) oder der Mehrzahl von Gräben (11, 12) variiert.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der eine oder mehrere der folgenden Variationen aufweist: – eine variierende Breite, – eine variierende Tiefe, – eine variierende Richtung, – ein variierender Querschnitt.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest zwei Gräben (11, 12) auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich (5) aufweist, die eine oder mehrere der folgenden Variationen aufweisen: – einen variierenden Abstand zueinander, – voneinander unterschiedliche Längen, – voneinander unterschiedliche Tiefen, – voneinander unterschiedliche Breiten; – voneinander unterschiedliche longitudinale Positionen, – voneinander unterschiedliche vertikale Positionen, – voneinander unterschiedliche Füllungen, – voneinander unterschiedliche Beschichtungen, – voneinander unterschiedliche Querschnitte.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 3, wobei die zumindest zwei Gräben (11, 12) einen Abstand von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 5000 nm aufweisen.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 4, wobei die zumindest zwei Gräben (11, 12) einen Abstand zueinander aufweisen, der im Wesentlichen einer halben Wellenlänge des in der Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugten Lichts (8) entspricht.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest drei lateral nebeneinander benachbarte Gräben (11, 12) auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich (5) aufweist und ein mittlerer der zumindest drei Gräben (11, 12) einen unterschiedlichen Abstand zu den beiden benachbarten der zumindest drei Gräben (11, 12) aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) auf einer Seite lateral neben dem aktiven Bereich (5) eine Anzahl von kleiner oder gleich 10 Gräben (11, 12) aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der ein Gas enthält.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Graben (11, 12) zumindest teilweise mit einem festen Material (13) gefüllt ist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 9, wobei das feste Material (13) zumindest eine oder mehrere Schichten (14) aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 9, wobei das feste Material (13) ein poröses Material aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der mit einem Deckmaterial (15) abgedeckt ist, so dass der Graben (11, 12) und das Deckmaterial (15) einen Hohlraum bilden.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Stegwellenleiterstruktur (9) aufweist und die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der in der Stegwellenleiterstruktur (9) angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der eine Breite von kleiner oder gleich 1000 nm und bevorzugt von kleiner oder gleich 300 nm aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 14, wobei der zumindest eine Graben (11, 12) eine Breite aufweist, die im Wesentlichen einer halben Wellenlänge des in der Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugten Lichts (8) entspricht.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11, 12) aufweist, der von der Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) her gemessen eine Tiefe von größer oder gleich 50 nm und von kleiner oder gleich 7000 nm aufweist.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) auf beiden Seiten lateral neben dem aktiven Bereich (5) jeweils zumindest einen Graben (11, 12) oder eine Mehrzahl von Gräben (11, 12) aufweist und symmetrisch zu einer Symmetrieebene ist, die sich in vertikaler und longitudinaler Richtung (92, 93) durch den aktiven Bereich (5) erstreckt.
Halbleiterlaserdiode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Grabenstruktur (10) zumindest einen Graben (11) und zumindest einen weiteren Graben (12) aufweist, zwischen denen in lateraler Richtung (91) der aktive Bereich (5) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Graben (11) und der zumindest eine weitere Graben (12) jeweils eine variierende Richtung aufweisen und translationssymmetrisch in Bezug auf eine laterale Richtung (91) sind.