DE102016120685A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser - Google Patents

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Sven Gerhard
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers (100) angegeben, aufweisend die SchritteBereitstellen eines Substrats (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb des Halbleiterlasers (100) Licht (8) zu erzeugen,Aufbringen einer zusammenhängenden Kontaktschicht (11) mit zumindest einem ersten Teilbereich (12) und zumindest einem zweiten Teilbereich (13) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (2) gegenüberliegenden Unterseite (10) des Substrats (1),lokales Tempern der Kontaktschicht (11) nur im zumindest einen ersten Teilbereich (12).Weiterhin wird ein Halbleiterlaser (100) angegeben.

Description

  • Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers und ein Halbleiterlaser angegeben.
  • Laserdioden im spektralen Bereich von Ultraviolett bis Infrarot erschließen in zunehmendem Maße neue Märkte, etwa im Bereich von Beleuchtungs-, Projektions- und Materialbearbeitungsanwendungen, bei denen ihre Vorteile beispielsweise gegenüber Leuchtdioden, etwa hinsichtlich einer erhöhten Leuchtdichte, zum Tragen kommen. Derartige Laserdioden basieren üblicherweise im Wesentlichen auf möglichst defektarmen Epitaxiestrukturen beispielsweise auf GaN- oder GaAs-Substraten, wobei der n-Kontakt auf der Substratrückseite aufgebracht ist. Wie Versuche gezeigt haben, fällt ein wesentlicher Spannungsbeitrag an diesem n-Kontakt ab, was problematisch sein kann, da die Effizienz der Laserdioden verringert und damit auch die Bauteil-Stabilität negativ beeinträchtigt werden kann.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, einen Halbleiterlaser anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und einen Gegenstand gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode eine aktive Schicht bereitgestellt, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb der Halbleiterlaserdiode Licht zu erzeugen. Gemäß zumindest einer weiteren 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 im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale gelten gleichermaßen für die Halbleiterlaserdiode wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode.
  • Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein. Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen, über den im Betrieb Laserlicht abgestrahlt werden kann. Der aktive Bereich kann zumindest teilweise durch eine Kontaktfläche der Halbleiterschichtenfolge mit einer Elektrodenschicht auf der Halbleiterschichtenfolge definiert sein, also zumindest teilweise durch eine Fläche, über die eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge und damit in die 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. Weiterhin kann die aktive Schicht auch eine Mehrzahl von aktiven Bereichen aufweisen, die über eine entsprechende Mehrzahl einer oder mehrerer der beschriebenen Maßnahmen gebildet werden kann.
  • 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 InxAlyGa1-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 InxAlyGa1-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 Halbleiterlasers, 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. Insbesondere kann das Substrat mit der Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht bereitgestellt werden. 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 als Wafer ausgebildeten 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 elektrisch leitend sein und beispielsweise Ga-haltig sein. In diesem Fall kann das Substrat beispielsweise GaAs, GaP und/oder GaN aufweisen oder aus einem solchen Material sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat auch InP, SiC, Si und/oder Ge aufweisen 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 wird auf einer der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegenden Unterseite des Substrats eine Kontaktschicht aufgebracht. Zusammen mit der weiter oben beschriebenen Elektrodenschicht auf der Halbleiterschichtenfolge, mittels der je nach Ausführung ein aktiver Bereich definiert werden kann, dient die Kontaktschicht im Betrieb des Halbleiterlasers der Einprägung von Strom in die Halbleiterschichtenfolge und insbesondere in die aktive Schicht. Hier und im Folgenden kann die Seite, auf der die Elektrodenschicht aufgebracht wird, auch als Epitaxieseite bezeichnet werden, während die Seite, auf der die Kontaktschicht aufgebracht wird, als Substratseite bezeichnet werden kann. Die Kontaktschicht weist zumindest einen ersten Teilbereich und zumindest einen zweiten Teilbereich auf, die zusammenhängend ausgebildet sind. Mit anderen Worten bilden der zumindest eine erste Teilbereich und der zumindest eine zweite Teilbereich einen zusammenhängenden Teil der Kontaktschicht und können insbesondere unmittelbar aneinander in einer lateralen Richtung angrenzen. Als laterale Richtung wird hier und im Folgenden eine Richtung bezeichnet, die parallel zur Unterseite des Substrats und damit bevorzugt auch parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht sowie der weiteren Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Dass die Kontaktschicht zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Teilbereich aufweist, bedeutet, dass die Kontaktschicht einen oder eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen und einen oder eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen aufweist, die alle in lateraler Richtung zusammenhängen und gemeinsam eine Schicht bilden. Insbesondere kann jeder der ersten Teilbereiche unmittelbar an zumindest einen zweiten Teilbereich angrenzen und umgekehrt. Hierbei kann die Kontaktschicht eine Mehrzahl von durch einen oder mehrere zweite Teilbereiche voneinander getrennte erste Teilbereiche aufweisen, die lokal getempert werden. Der zumindest eine erste Teilbereich kann eine oder mehrere geometrische Formen aufweisen, die ausgewählt sind aus: Linie, Kreuz, Kreis, Ellipse, Spirale, Gitter, Viereck, Schlangenlinie.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kontaktschicht nur im zumindest einen ersten Teilbereich getempert. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Kontaktschicht in keinem des einen oder der mehreren zweiten Teilbereiche getempert wird, sondern nur lokal in dem einen oder den mehreren ersten Teilbereichen der Kontaktschicht. Das Tempern kann durch eine lokal im zumindest einen ersten Teilbereich hervorgerufene Temperaturerhöhung bewirkt werden. Durch das Tempern kann im zumindest einen ersten Teilbereich insbesondere eine Durchmischung von Materialien der Kontaktschicht erfolgen. Weiterhin kann eine Durchmischung von Materialien der Kontaktschicht und Materialien des Substrats erfolgen. Das Tempern kann somit ein Einlegieren der Kontaktschicht im zumindest einen ersten Teilbereich bewirken. Im Gegensatz dazu kann die Kontaktschicht im zumindest einen zweiten Teilbereich unverändert bleiben, so dass im zumindest einen zweiten Teilbereich keine Materialdurchmischung und somit kein Einlegieren erfolgt. Weist die Kontaktschicht eine Schichtstruktur in Form eines Schichtenstapels auf, kann diese Struktur im zumindest einen zweiten Teilbereich erhalten bleiben, während diese Struktur im zumindest einen ersten Teilbereich durch das Einlegieren verändert wird. Der hier beschriebene Halbleiterlaser kann somit eine zusammenhängende Kontaktschicht mit zumindest einem ersten Teilbereich und zumindest einem zweiten Teilbereich auf einer der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegenden Unterseite des Substrats aufweisen, wobei der zumindest eine erste Teilbereich getempert ist und der zumindest eine zweite Teilbereich ungetempert ist. Der zumindest eine zweite Teilbereich verbleibt insbesondere im fertiggestellten Halbleiterlaser ungetempert. Dies gilt auch für jeden der zweiten Teilbereiche im Falle einer Kontaktschicht mit einer Mehrzahl von zweiten Teilbereichen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Halbleiterschichtenfolge nach dem Aufwachsen auf einem Substrat in Form eines Wafers zunächst auf der vom Substrat abgewandten Seite, die wie weiter oben beschrieben auch als Epitaxieseite im Vergleich zur Substratseite bezeichnet werden kann, bearbeitet. Bei der Epitaxieseite kann es sich besonders bevorzugt um die p-Seite der Halbleiterschichtenfolge handeln, während die Substratseite die n-Seite der Halbleiterschichtenfolge sein kann. Alternativ kann die Polarität der Halbleiterschichtenfolge auch umgekehrt sein. Beim Bearbeiten der Epitaxieseite werden üblicherweise die aktiven Bereiche einer Vielzahl von Halbleiterlasern beispielsweise durch die Herstellung von Stegwellenleiterstrukturen erzeugt, die anschließend eine seitliche dielektrische Passivierung erhalten. Darüber wird die Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Epitaxieseite abgeschieden. Anschließend kann das Substrat gedünnt werden, um ein verbessertes Facettenbrechen und/oder eine verringerte Betriebsspannung im späteren Betrieb der Halbleiterlaser erreichen zu können. Anschließend kann auf der Unterseite des Substrats die Kontaktschicht aufgebracht und lokal in den ersten Teilbereichen getempert werden. Nach dem Aufbringen der substratseitigen Kontaktschicht kann der Waferprozess abgeschlossen sein. Durch ein anschließendes Brechen der Laserfacetten können Laserbarren mit einer Vielzahl von aktiven Bereichen hergestellt werden. Anschließend kann eine Verspiegelung der Facetten erzeugt werden. Weiterhin kann ein Vereinzeln eines Laserbarrens in Laserbarren mit weniger aktiven Bereichen oder in Einzellaser erfolgen. Der hier beschriebene Halbleiterlaser kann somit ein Einzellaser mit einem aktiven Bereich oder ein Laserbarren mit einer Mehrzahl von aktiven Bereichen sein. Im Falle von Verfahrensschritten, die im Waferverbund durchgeführt werden, kann die Bezeichnung Halbleiterlaser hier und im Folgenden auch für die Bereiche des Wafers gelten, die den später vereinzelten Halbleiterlasern entsprechen.
  • Bei Laserdioden, bei denen der substratseitige Kontakt thermisch nicht einlegiert wird, zeigt dieser nur unzureichendes ohmsches Verhalten. Jedoch wird im Stand der Technik eine solches Einlegieren oftmals vermieden, da die vorher aufgebrachte epitaxieseitige Elektrodenschicht bei typischen Temperbedingung von 250°C bis 500°C, abhängig vom Materialsystem und den Kontaktmaterialien, elektrische Spannungseinbußen erleiden würde. Außerdem würde bei den erhöhten Temperaturen des Einlegierens eine Durchmischung der Kontaktmaterialien, die typischerweise in Schichtenstapeln aufgebracht werden, stattfinden. Weiterhin könnten beispielsweise im Falle eines Ga-haltigen Substrats Gallium aus dem Substrat sowie Titan bei der Verwendung dieses beispielsweise als Haftvermittlerschicht eines Kontakts partiell an die Oberfläche des Bauteils gelangen und über eine entsprechende Oxidbildung ein Bonddraht-Bonden oder ein Auflöten des Bauteils im Montageprozess beeinträchtigen oder sogar verhindern.
  • Eine potentielle Möglichkeit, den epitaxieseitigen Kontakt nicht beim Einlegieren des substratseitigen Kontakts zu schädigen, bestünde in einer Umkehrung eines Teils der Prozessreihenfolge, entsprechend einem Aufbringen des epitaxieseitigen Kontakts erst nach dem Einlegieren des substratseitigen Kontakts. Diese Prozessfolge würde allerdings voraussetzen, dass der Wafer bereits vor der langen Prozessfolge auf der Epitaxieseite wie etwa einer Aktivierung, einer Herstellung von Stegwellenleiterstrukturen, einer Passivierung, einer Metallisierung und/oder einer Mesaätzung gedünnt werden müsste. Damit hat diese umgekehrte Prozessfolge den signifikanten Nachteil, dass die meisten Technologieschritte wegen des gedünnten Wafers ein erhöhtes Bruchrisiko tragen, so dass deshalb mit hohen Ausbeuteverlusten zu rechnen sein müsste.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das lokale Tempern durch eine Bestrahlung. Insbesondere wird die Kontaktschicht von der dem Substrat abgewandten Seite her bestrahlt. Als Bestrahlungsverfahren kann insbesondere ein laserbasiertes Bestrahlungsverfahren verwendet werden. Es kann also ein Laser verwendet werden, mit dem die Kontaktschicht und die Unterseite des Substrats von der dem Substrat abgewandten Seite der Kontaktschicht her bestrahlt wird. Die selektive Bestrahlung der Kontaktschicht im zumindest einen ersten Teilbereich kann durch Einsatz eines Lasers erfolgen, so dass eine lokale Erwärmung und damit ein lokales Tempern bewirkt werden kann. Die selektive Bestrahlung kann durch ein Abrastern erfolgen, so dass eine lokale Erwärmung gezielt im Hinblick auf die Größe, Form und Anzahl der ersten Teilbereiche erfolgen kann. Für eine effektive Erwärmung kann insbesondere Laserlicht verwendet werden, das zumindest teilweise vom Substrat absorbiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann Laserlicht verwendet werden, das zumindest teilweise von einem oder mehreren Materialien der Kontaktschicht absorbiert wird. Alternativ zu einem Laser kann es auch möglich sein, eine andere Lichtquelle zu verwenden, beispielsweise fokussiertes Licht einer oder mehrerer Leuchtdioden und/oder Halogenlampen und/oder Gasentladungslampen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kontaktschicht ganzflächig auf der Unterseite des Substrats aufgebracht. Das kann insbesondere bedeuten, dass der Halbleiterlaser eine Kontaktschicht aufweist, die die Unterseite des Substrats vollständig bedeckt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kontaktschicht so aufgebracht, dass ein Randbereich der Unterseite des Substrats des Halbleiterlasers frei von der Kontaktschicht ist. Insbesondere kann ein umlaufender Randbereich der Unterseite des Substrats des Halbleiterlasers frei von der Kontaktschicht sein, so dass die Kontaktschicht in lateraler Richtung in einem umlaufenden Bereich nicht bis zum Substratrand heranreicht. Eine entsprechende Strukturierung der Kontaktschicht kann bereits im Waferverbund, also vor dem Vereinzeln in einzelne Halbleiterlaser, erfolgen, wobei jeder Bereich, der einem später vereinzelten Halbleiterlaser entspricht, einen entsprechenden Randbereich aufweist, der frei von der Kontaktschicht ist. Durch die von der Kontaktschicht freien Bereiche kann ein einfacheres Vereinzeln entlang dieser Bereiche erreicht werden. Insbesondere kann ein unkontrolliertes Reißen der Kontaktschicht und ein damit verbundenes ungewolltes „Ausfransen“ der Kontaktschicht beim Vereinzeln verhindert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kontaktschicht zumindest eine metallische Schicht auf, also eine Schicht mit einem oder mehreren Metallen, einer Metalllegierung und/oder einer Metallmischung. Insbesondere kann die Kontaktschicht einen Schichtenstapel mit mehreren metallischen Schichten aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Kontaktschicht in diesem Fall unmittelbar angrenzend an die Unterseite des Substrats eine Haftschicht auf, beispielsweise mit oder aus Ti. Auf einer dem Substrat abgewandten Oberseite kann die Kontaktschicht eine Schicht mit oder aus Au aufweisen, die beispielsweise als Bondschicht für eine Drahtbondung vorgesehen und eingerichtet ist. In diesem Fall kann die Bondschicht bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 400 nm und kleiner oder gleich 1,5 µm aufweisen. Dazwischen kann die Kontaktschicht eine oder mehrere weitere Schichten wie etwa Diffusionsbarriereschichten aufweisen, beispielsweise mit oder aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus Pt, Pd, Ni, Cr und TiWN. Ist die Kontaktschicht zum Auflöten des Halbleiterlasers vorgesehen, können anstelle oder auf der vorab beschriebenen Bondschicht eine oder mehrere weitere Schichten, insbesondere beispielsweise eine weitere Diffusionsbarriereschicht mit einem oder mehreren der vorgenannten Materialien und/oder eine weitere Schicht mit oder aus Au aufgebracht sein, die dünner als die vorab beschriebene Bondschicht ist. Das lokale Tempern im zumindest einen ersten Teilbereich kann insbesondere zur Folge haben, dass eine Au-haltige Schicht versprödet und dadurch nicht mehr für ein Drahtbonden oder einen Lötprozess geeignet ist. Dadurch, dass der zumindest eine zweite Teilbereich ungetempert verbleibt, kann dieser zum Anschluss der Kontaktschicht per Bonden oder Löten verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Unterseite des Substrats eine Oberflächenstruktur auf. Die Oberflächenstruktur kann insbesondere eine Vertiefung im zumindest einen ersten Teilbereich aufweisen. Die Vertiefung kann beispielsweise mittels Ätzen vor dem Aufbringen der Kontaktschicht hergestellt werden. Dadurch kann das partielle Tempern der Kontaktschicht mit partiellen, beispielsweise durch Ätzen hergestellten Oberflächenstrukturen kombiniert werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Betriebsspannungsreduktion durch eine in diesen Bereichen verringerte Substratdicke erzielt werden. Ist der zumindest eine erste Teilbereich in einem Randbereich der Unterseite des Substrats des Halbleiterlasers angebracht, so kann durch eine zusätzlich in diesem Bereich hergestellte Vertiefung eine erleichtere Vereinzelung erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem lokalen Tempern eine weitere Schicht der Kontaktschicht aufgebracht. Die weitere Schicht kann auf dem zumindest einen ersten und/oder zweiten Teilbereich aufgebracht werden. Insbesondere kann die zweite Schicht großflächig, also auf den ersten und zweiten Teilbereichen, aufgebracht werden und beispielsweise Au aufweisen oder daraus sein. Weist die Substratunterseite eine Oberflächenstruktur, also insbesondere eine oder mehrere Vertiefungen, auf, so kann die weitere Schicht auch einer Planarisierung dienen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine erste Teilbereich zumindest teilweise in einem Randbereich der Substratunterseite des Halbleiterlasers aufgebracht, in dem eine Vereinzelung durchgeführt wird. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn durch das lokale Tempern, insbesondere durch die Bestrahlung, auch das Substrat derart geschädigt wird, dass dadurch ein Bruchkeim zum Vereinzeln des Wafers und/oder eines Laserbarrens entsteht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterlasers 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. Der zumindest eine erste Teilbereich kann zumindest teilweise parallel zur Stegwellenleiterstruktur verlaufen, so dass eine Stromeinprägung parallel zur Stegwellenleiterstruktur erfolgen kann. Der zumindest eine erste Teilbereich kann insbesondere weiterhin bei einer Aufsicht auf die Unterseite des Substrats zumindest teilweise mit der Stegwellenleiterstruktur überlappen. Dadurch kann eine Stromeinprägung von der Substratseite möglichst nahe am aktiven Bereich der aktiven Schicht erreicht werden.
  • Das hier beschriebene teilweise Tempern und damit das teilweise Einlegieren der Kontaktschicht weist den Vorteil auf, dass das ohmesche Verhalten der Kontaktschicht im Vergleich zu komplett ungetemperten Kontakten verbessert wird, ohne dass die epitaxieseitige Elektrodenschicht thermisch geschädigt wird. Insgesamt ergibt sich dadurch eine wesentliche Verringerung der Betriebsspannung im Vergleich zu entsprechenden ungetemperten Laserdioden, was sich in einer gesteigerten Effizienz niederschlägt. Von wesentlicher Bedeutung für den Einsatz des beschriebenen Verfahrens ist es, dass der bevorzugt lasergestützte, nur lokal im zumindest einen ersten Teilbereich wirkende Temperprozess zu einem entsprechenden lokalen Legierprozess und damit nicht zu einer ganzflächigen Durchmischung der Kontaktschicht auf der Substratunterseite führt. Dadurch ist eine nachfolgende elektrisch und thermisch verlustarme Montage des Bauteils möglich. Insbesondere kann durch das hier beschriebene Verfahren verhindert werden, dass beispielsweise Gallium aus einem Ga-haltigen Substrat oder beispielsweise Titan aus der Kontaktschicht großflächig an die Oberfläche der Kontaktschicht gelangen können, wo sie nach einem unvermeidbaren Oxidieren zu einer elektrischen und thermischen Verschlechterung der Bauteileigenschaften führen würden. Die entsprechende Oxidierung findet lediglich im einen oder den mehreren ersten Teilbereichen statt, während die Kontaktschicht in dem einen oder in den mehreren zweiten Teilbereichen vom Tempern unbeeinflusst bleibt. Abhängig von der Art der späteren Montage des Halbleiterlasers mit der Kontaktschicht nach oben oder unten auf eine Wärmesenke gibt es vorteilhafte Ausführungsformen, bei denen das Einlegieren der Kontaktschicht gezielt nur in einem oder mehreren gewünschten ersten Teilbereichen des Kontaktschicht erfolgt. Beispielsweise bei einer späteren Montage des Halbleiterlasers mit der epitaxieseitigen Elektrodenschicht nach unten durch ein entsprechendes Auflöten auf einer Wärmesenke kann ein zweiter Teilbereich der Kontaktschicht ungetempert bleiben und so vom Einlegieren ausgespart werden, der zum Aufbringen eines Bonddrahts vorgesehen ist. Im Falle einer gewünschten homogeneren Stromeinprägung, beispielsweise für Powerlaser mit hohen Betriebsströmen, können auch mehrere solcher zweiten Teilbereiche vorteilhaft sein, wodurch entsprechend mehr Bonddrähte verwendet werden können.
  • Eine weitere technologisch vorteilhafte Kombination besteht darin, in den durch den oder die ersten Teilbereiche gebildeten partiellen Temperbereichen zusätzlich verspannungsrelaxierende Strukturen zu integrieren. Diese beispielsweise durch Ätzung oder durch laserinduzierten Materialabtrag erzeugten Relaxationsstrukturen können beispielsweise bei großflächigen Chips oder Laserbarren von Vorteil sein, um eine Durchbiegung des Bauteils zu reduzieren und damit eine verlust- und verspannungsarme, stabile Montage zu ermöglichen.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1A bis 1E schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2A bis 9C schematische Darstellungen von Halbleiterlasern gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
    • 10A bis 10D schematische Darstellungen von Halbleiterlasern gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
    • 11A bis 11C schematische Darstellungen von Halbleiterlasern gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
    • 12A bis 12C Aufnahmen von Ausschnitten von Halbleiterlasern 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 bis 1E ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, wobei in den 1A und 1B Schnittdarstellungen durch einen Waferverbund dargestellt sind. Der einem später vereinzelten Halbleiterlaser 100 entsprechende Bereich ist in den 1A und 1B durch die gestrichelten senkrechten Linien angedeutet. In den 1C bis 1E sind Ansichten eines vereinzelten und fertiggestellten Halbleiterlasers 100 in einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 6, in einer Darstellung eines Schnitts durch die Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Schnittebene senkrecht zur Lichtauskoppelfläche 6 sowie in einer Aufsicht auf die Unterseite 10 des Substrats 1 gezeigt.
  • Zur Herstellung des Halbleiterlasers 100 wird, wie in 1A gezeigt ist, ein Substrat 1 in Form eines Wafers bereitgestellt, 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 wird. Darüber hinaus sind auch andere Materialien, insbesondere wie im allgemeinen Teil beschrieben, für das Substrat 1 und die Halbleiterschichtenfolge 2 möglich. 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 eine als Lichtauskoppelfläche 6 ausgebildete Facette abzustrahlen, wir in 1D angedeutet 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. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge 2 eine n-dotierte und eine p-dotierte Seite aufweisen, die durch jeweilige Halbleiterschichten gebildet werden und zwischen denen die aktive Schicht 3 angeordnet ist. Rein beispielhaft ist die Halbleiterschichtenfolge 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel auf dem Substrat 1 zuerst mit den n-dotierten Halbleiterschichten, darauf mit der aktiven Schicht 3 und auf dieser mit den p-dotierten Schichten aufgewachsen. Alternativ kann auch eine umgekehrte Polarität der Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1 möglich sein, insbesondere wenn das Substrat 1 durch ein Trägersubstrat gebildet wird.
  • An der dem Substrat 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2, also auf der Epitaxieseite, ist eine Elektrodenschicht 4 aufgebracht, die zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 von der Epitaxieseite her vorgesehen ist. Die Elektrodenschicht 4 kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Metalle aufweisen: Ag, Al, Au, Pt, Pd. In der dem Substrat 1 abgewandten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 ist weiterhin 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 und ist in lateraler Richtung beidseitig durch Seitenflächen begrenzt. Die Stegseitenflächen sowie die übrige Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 sind durch ein Passivierungsmaterial 19 bedeckt, beispielsweise ein elektrisch isolierendes Oxid, Nitrid oder Oxinitrid mit einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus Si, Al und Ti. 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.
  • Weiterhin können nach einem Vereinzeln des Waferverbunds auf der Lichtauskoppelfläche 6 und der gegenüberliegenden Rückseitenfläche 7, die wie in den 1C und 1D gezeigt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 und des Substrats 1 bilden, reflektierende oder teilreflektierende oder entspiegelnde 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.
  • Nach dem Verfahrensschritt des Bereitstellens des Substrats 1 mit der Halbleiterschichtenfolge 2 mit der aktiven Schicht 3, der in 1A gezeigt ist, wird, wie in 1B dargestellt ist, eine Kontaktschicht 11 auf der der Halbleiterschichtenfolge 2 gegenüberliegenden Unterseite 10 des Substrats 1 aufgebracht. Zusammen mit der Elektrodenschicht 4 auf der Halbleiterschichtenfolge 2 dient die Kontaktschicht 11 im Betrieb des Halbleiterlasers 100 der Einprägung von Strom in die Halbleiterschichtenfolge 2 und insbesondere in die aktive Schicht 3. Die Kontaktschicht 11 weist zumindest einen ersten Teilbereich 12 und zumindest einen zweiten Teilbereich 13 auf, die zusammenhängend ausgebildet sind. Der zumindest eine erste Teilbereich 12 und der zumindest eine zweite Teilbereich 13 bilden einen zusammenhängenden Teil der Kontaktschicht 11 und grenzen in einer lateralen Richtung unmittelbar aneinander an. Insbesondere wird die erste Kontaktschicht 11 großflächig aufgebracht und alle ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 weisen unmittelbar nach dem Aufbringen die gleiche Struktur und Zusammensetzung auf. Falls ein Randbereich des später vereinzelten Halbleiterlasers 100, wie in einigen weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigt, frei von der Kontaktschicht 11 sein soll, kann diese noch im Waferverbund entsprechend strukturiert werden, so dass die Unterseite 10 an den Grenzen benachbarter Halbleiterlaser, also im Bereich der in den 1A und 1B eingezeichneten senkrechten gestrichelten Linien, frei von der Kontaktschicht 11 ist.
  • Die Kontaktschicht 11 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine einzelne Schicht oder bevorzugt eine Schichtstruktur mit metallischen Schichten auf. Insbesondere kann die Kontaktschicht 11 unmittelbar auf der Unterseite 10 des Substrats 1 eine Haftvermittlerschicht, beispielsweise aus oder mit Ti, darüber eine oder mehrere Diffusionsbarriereschichten, beispielsweise mit oder aus einem oder mehreren Materialien ausgewählt aus Pt, Pd, Ni, Cr und TiWN, und darüber eine Schicht mit oder aus Au aufweisen. Für den Fall, dass der Halbleiterlaser 100 mit der Elektrodenschicht 4 auf eine Wärmesenke gelötet und an der Kontaktschicht 11 mit einem Bonddraht elektrisch angeschlossen wird, kann die oberste Schicht der Kontaktschicht 11 mit oder aus Au eine Dicke von bevorzugt größer oder gleich 400 nm und kleiner oder gleich 1,5 µm aufweisen. Soll der Halbleiterlaser 100 mit der Kontaktschicht 11 auf eine Wärmesenke aufgelötet werden, kann die Kontaktschicht auf oder anstelle der beschriebenen Au-Schicht eine oder mehrere weitere Diffusionsbarriereschichten und eine weitere Schicht aus oder mit Au aufweisen, die eine geringere Dicke aufweist.
  • Die Kontaktschicht 11 wird nach dem Aufbringen, wie in 1B angedeutet ist, im zumindest einen ersten Teilbereich 12 durch eine Bestrahlung 90 getempert. Insbesondere wird die Kontaktschicht 11 nur im zumindest einen ersten Teilbereich 12 getempert, während die Kontaktschicht 11 in keinem zweiten Teilbereich 13 getempert wird. Das Bestrahlen 90, das besonders bevorzugt mittels einer Lichtquelle erfolgt, bewirkt lokal im zumindest einen ersten Teilbereich 12 eine Temperaturerhöhung, wodurch im zumindest einen ersten Teilbereich 12 eine Durchmischung von Materialien der Kontaktschicht 11 und des Substrats 1 erfolgt. Das Tempern kann somit ein Einlegieren zumindest eines Teils der Kontaktschicht 11 im zumindest einen ersten Teilbereich 12 bewirken, während die Kontaktschicht 11 im zumindest einen zweiten Teilbereich 13 unverändert bleibt und dort keine Materialdurchmischung und somit kein Einlegieren erfolgen. Der zumindest eine zweite Teilbereich 13 verbleibt insbesondere im fertiggestellten Halbleiterlaser 100 ungetempert. Die Bestrahlung erfolgt bevorzugt mittels Laserlicht, das beispielsweise mittels Abrastern den zumindest einen ersten Teilbereichs 12 abdecken kann und das besonders bevorzugt eine Wellenlänge aufweist, die vom Substrat 1 zumindest teilweise absorbiert wird.
  • Durch das lokale Tempern nur im zumindest einen ersten Teilbereich 12 wird dort insbesondere die Schichtstruktur der Kontaktschicht 11 verändert und es kommt wie vorab beschrieben zu einer Mischung von Materialien an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Kontaktschicht 11 durch ein zumindest teilweises Aufschmelzen der jeweiligen Materialien. Dadurch kommt es zu einer deutlichen Verbesserung der Flussspannung der Halbleiterlaser 100, wie durch die Erfinder mehrfach experimentell nachgewiesen werden konnte. Weiterhin kann es durch das lokale Tempern im zumindest einen ersten Teilbereich 12 aber auch zu einem Verspröden der Au-haltigen Schicht sowie zu einem Wandern von Ti aus der Haftvermittlerschicht und/oder Ga aus dem Substrat 1 an die Oberfläche und dort zu einer Oxidation kommen. Dadurch ist die Kontaktschicht 11 im zumindest einen ersten Teilbereich 12 nicht mehr gut bond- oder lötbar, weist aber den beschriebenen geringen Kontaktwiderstand auf. Im ungetemperten zumindest einen zweiten Teilbereich 13 behält die Kontaktschicht 11 hingegen ihre gewünschte Struktur und ihre gute Bond- oder Lötbarkeit. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der erste Teilbereich 12 streifenförmig parallel zur Stegwellenleiterstruktur 9 zwischen den Facetten, also von der Lichtauskoppelfläche 6 bis zur Rückseitenfläche 7, und überlappt mit der Stegwellenleiterstruktur 9 in einer Aufsicht entlang der Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 2. Mit anderen Worten ist der erste Teilbereich 12 unterhalb der Stegwellenleiterstruktur 9 angeordnet, so dass im Betrieb ein möglichst kurzer Stromweg in der Halbleiterschichtenfolge 2 erreicht wird.
  • Nach dem lokalen Tempern erfolgt die Vereinzelung des Waferverbunds in Halbleiterlaser 100, von denen einer in den 1C bis 1E dargestellt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kontaktschicht 11 im vereinzelten Halbleiterlaser 100 einen getemperten streifenförmigen ersten Teilbereich 12 auf, der rein beispielhaft parallel zur und überlappend mit der Stegwellenleiterstruktur 9 verläuft und der zwischen zwei ungetemperten zweiten Teilbereichen 13 angeordnet ist. Durch die nur partiell einlegierte Kontaktschicht 11 weist der Halbleiterlaser 100 eine verringerte Flussspannung auf, was zu einer besseren Bauteileffizienz und damit auch zu einer verbesserten Bauteilstabilität führt. Die unlegierten Bereiche der Kontaktschicht 11 wiederum gewährleisten wie vorab beschrieben eine gute Montierbarkeit für einen zuverlässigen, verlustarmen und thermisch optimierten Löt- oder Bondprozess.
  • Die in den 1A bis 1E gezeigte Form, Größe und Anzahl der ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 ist rein beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann die Kontaktschicht 11 eine Mehrzahl von ersten und/oder eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 12, 13 in unterschiedlichen geometrischen Anordnungen aufweisen. Beispielsweise kann ein erster Teilbereich 12 eine oder mehrere geometrische Formen aufweisen, die ausgewählt sind aus: Linie, Kreuz, Kreis, Ellipse, Spirale, Gitter, Viereck, Schlangenlinie, Mäander sowie Kombinationen daraus. In den nachfolgenden Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterlaser 100 soweit nicht anders beschrieben in einer der 1E entsprechenden Darstellung gezeigt, die Kontaktschichten 11 mit einer Vielzahl von möglichen Variationen der ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 aufweisen. Insbesondere können die verschiedenen Variationen der ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 der gezeigten Kontaktschichten 11 auch miteinander kombiniert werden.
  • Der in 2A gezeigte Halbleiterlaser 100 weist eine Kontaktschicht 11 auf, die wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ganzflächig auf der Unterseite des Substrats aufgebracht ist und diese vollständig bedeckt. Die Kontaktschicht 11 weist im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel jedoch zwei erste Teilbereiche 12 auf, zwischen denen in lateraler Richtung ein zweiter Teilbereich 13 angeordnet ist. Zur besseren Illustration ist auch die rein beispielhafte Lage der Stegwellenleiterstruktur 9 durch den gestrichelten Bereich angedeutet. Die zwei ersten Teilbereiche 12 sind in seitlichen Randbereichen der Substratunterseite angeordnet. Dadurch kann eine von den Substraträndern her homogene Stromeinprägung möglich sein, während der dazwischen liegende zweite Teilbereich 13 zum elektrischen Anschluss durch einen Bonddraht oder zur Montage mittels Löten vorgesehen ist. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn durch das lokale Tempern in den ersten Teilbereichen 12, insbesondere durch die Bestrahlung, auch das Substrat derart geschädigt wird, dass dadurch ein Bruchkeim zum Vereinzeln entsteht. Die in 2A gezeigte Struktur kann auch als sogenannte Scribing-Struktur bezeichnet werden. Derselbe Vorteil der Kombination einer Legierstruktur mit Bruchkeimen für eine verbesserte Vereinzelung kann auch in folgenden Ausführungsbeispielen mit ersten Teilbereichen 12 in Randbereichen der Substratunterseite vorliegen.
  • In 2B ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Unterseite 10 des Substrats 1 in einem Randbereich frei von der Kontaktschicht 11 ist. Insbesondere weist der Halbleiterlaser 100 einen in lateraler Richtung umlaufenden Randbereich der Unterseite 10 auf, der frei von der Kontaktschicht 11 ist. Eine derartig strukturierte Kontaktschicht 11 kann vorteilhaft im Hinblick auf das Vereinzeln sein, da ein unkontrolliertes Abreißen der Kontaktschicht 11 beispielsweise während des Facettenbrechens im Rahmen des Vereinzelungsprozesses vermieden werden kann.
  • In 3A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktschicht 11 gezeigt, bei der die Anordnung eines ersten Teilbereichs 12 entlang der Stegwellenleiterstruktur 9 und zwischen zwei zweiten Teilbereichen 13 dem in Verbindung mit den 1A bis 1E beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. In dieser Ausführung wird ein möglichst kurzer Stromweg in der Halbleiterschichtenfolge erreicht. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1A bis 1E ist aber, wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2B beschrieben, ein umlaufender Randbereich der Unterseite 10 des Substrats 1 frei von der Kontaktschicht 11.
  • In den in den 3B und 3C gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Kontaktschicht 11 parallel zur Stegwellenleiterstruktur 9 neben dieser sowie überlappend mit dieser mehrere erste Teilbereiche 12 auf, die durch einen zusammenhängenden zweiten Teilbereich 13 voneinander getrennt sind. Durch den zusammenhängenden zweiten Teilbereich 13 kann eine Verbesserung der Querleitfähigkeit der Kontaktschicht 11 erreicht werden.
  • In 4A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktschicht 11 gezeigt, die einen kreuzförmigen ersten Teilbereich 12 aufweist, der vier zweite Teilbereiche 13 voneinander trennt. Jeder der zweiten Teilbereiche 13 kann beispielsweise für den Anschluss eines Bonddrahts vorgesehen sein, wodurch eine hohe Stromeinprägung, beispielsweise für Hochstromanwendungen, erreicht werden kann. In 4B ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der erste Teilbereich 12 zur Verbesserung des elektrischen Anschlusses der Kontaktschicht 11 an das Substrat zusätzlich in einem umlaufenden Randbereich ausgebildet ist. Das in 4C gezeigte Ausführungsbeispiel weist im Vergleich zu den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen rein beispielhaft sechs zweite Teilbereiche 13 auf, die durch den zusammenhängenden ersten Teilbereich 12 voneinander getrennt sind. Alternativ hierzu sind auch mehr oder weniger zweite Teilbereiche 13 möglich.
  • Das in 4D gezeigte Ausführungsbeispiel weist im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen 12 auf, die jeweils parallel zur Stegwellenleiterstruktur 9 ausgebildet sind und die in zwei Gruppen entlang der Abstrahlrichtung angeordnet sind. Jede der Gruppen der ersten Teilbereiche 12 weist in einer Richtung senkrecht zur Abstrahlrichtung eine Mehrzahl der ersten Teilbereiche 12 auf. Der zweite Teilbereich 13 ist zusammenhängend ausgebildet. In Abstrahlrichtung zwischen der Lichtauskoppelfläche und einer der Gruppen von ersten Teilbereichen 12, zwischen den beiden Gruppen von Teilbereichen 12 sowie zwischen der Rückseite und der anderen der beiden Gruppen weist der zweite Teilbereich 13 jeweils einen oder mehrere Bereiche auf, die jeweils zum Anschluss eines Bonddrahts vorgesehen sind, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Hierdurch kann eine hohe Stromeinprägung für Hochleistungsdioden erreicht werden. Die gezeigte Anzahl, Größe und Dichte der ersten Teilbereiche 12 und der Gruppen von ersten Teilbereichen 12 ist rein beispielhaft zu verstehen und kann je nach den Anforderungen an die Halbleiterlaserdiode auch variieren.
  • Die in den 5A bis 5C gezeigten Ausführungsbeispiele entsprechen den in Verbindung mit den 4A bis 4C beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei die in den 4A bis 4C voneinander getrennten zweiten Teilbereiche 13 in den Ausführungsbeispielen der 5A bis 5C jeweils als zusammenhängender zweiter Teilbereich 13 zur Verbesserung der Querleitfähigkeit der Kontaktschicht 11 ausgebildet sind.
  • In 6A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktschicht 11 gezeigt, die einen ersten Teilbereich 12 in einem lateral umlaufenden Randbereich der Unterseite des Substrats aufweist, der einen zweiten Teilbereich 13 in lateraler Richtung vollständig umgibt. Im Ausführungsbeispiel der 6B ist im Unterschied dazu der Bereich an den Facetten ausgespart, in denen die Stegwellenleiterstruktur angeordnet ist. Die Kontaktschicht 11 des in 6C gezeigten Ausführungsbeispiels weist hingegen einen randseitig umlaufenden ersten Teilbereich 12 auf, der zusätzlich fingerartige Strukturen aufweist, die in einen Mittenbereich ragen, um einen homogeneren elektrischen Anschluss der Kontaktschicht 11 an das Substrat zu ermöglichen.
  • Die in den 7A bis 7C sowie in den 8A bis 8C gezeigten Ausführungsbeispiele weisen schlangenlinienartige beziehungsweise mäanderförmige sowie spiralförmige erste Teilbereiche 12 auf. In den 7A und 8A ist die Unterseite 10 des Substrats 1 in einem umlaufenden Randbereich frei von der Kontaktschicht 11, während die Kontaktschichten 11 der Ausführungsbeispiele der 7B und 8B ganzflächig aufgebracht sind. Die in den 7C und 8C gezeigten Ausführungsbeispiele weisen zusätzliche randseitige erste Teilbereiche 12 in Form einer oben in Verbindung mit 2A beschriebene Scribing-Struktur zur leichteren Vereinzelung auf.
  • In den 9A und 9B sind Kontaktschichten 11 gezeigt, die mit einem freien umlaufenden Randbereich (9A) oder auch ganzflächig (9B) aufgebracht sind und die kreisförmige erste Teilbereiche 12 aufweisen, die durch entsprechende zweite Teilbereiche 13 voneinander getrennt sind. In 9C ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die kreisförmigen ersten Teilbereiche 12 geöffnet sind, so dass ein zusammenhängender zweiter Teilbereich 13 zur Verbesserung der Querleitfähigkeit der Kontaktschicht 11 ausgebildet ist.
  • Während die in den bisherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Halbleiterlaser 100 als Einzelemitter ausgebildet sind, sind in den 10A bis 10D als Laserbarren ausgebildete Halbleiterlaser 100 gezeigt, die jeweils eine Mehrzahl von Stegwellenleiterstrukturen 9 und somit eine Mehrzahl von aktiven Bereichen zur Laserlichtabstrahlung aufweisen. Die Anzahl der Stegwellenleiterstrukturen 9 ist in den 10A bis 10D rein exemplarisch zu verstehen und kann bevorzugt größer oder gleich 2 und kleiner oder gleich 50 sein. Auf der Substratunterseite kann zusammenhängend jeweils eine Kontaktschicht 11 aufgebracht sein, die einen ersten Teilbereich 12 umlaufenden sowie rein beispielhaft zwischen benachbarten (10A) oder paarweise benachbarten aktiven Bereichen (10B) aufweist. Wie in 10C gezeigt ist, können sich erste Teilbereiche 12 auch transversal über die aktiven Bereiche erstrecken. Weiterhin können erste Teilbereiche 12 auch zwischen den aktiven Bereichen angeordnet sein, wie in 10D gezeigt ist. Alternativ zu den gezeigten Formen der ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 können diese auch wie in den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet sein.
  • In 11A ist ein Halbleiterlaser 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Aufsicht auf die Kontaktschicht 11 und in einem Ausschnitt einer Schnittdarstellung entlang der eingezeichneten Schnittebene AA gezeigt, bei dem das Substrat 1 an der Unterseite 10 eine Oberflächenstruktur 20 aufweist, die als Vertiefung ausgebildet ist. Rein beispielhaft ist die Kontaktschicht 11 im Hinblick auf die ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 wie oben in Verbindung mit 4A beschrieben ausgeführt. Alternativ dazu kann die Oberflächenstruktur 20 aber auch mit jedem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden. Die auf der Unterseite 10 aufgebrachte Kontaktschicht 11 weist zumindest einen ersten Teilbereich 12 auf, der in der Vertiefung angeordnet ist. Insbesondere kann der zumindest eine erste Teilbereich 12 die gesamte Vertiefung wie im Ausführungsbeispiel gezeigt überdecken. Das bedeutet mit anderen Worten, dass überall dort, wo der erste Teilbereich 12 der Kontaktschicht 11 ausgebildet ist, auch eine Vertiefung in der Unterseite 10 des Substrats 1 vorhanden ist. Die Oberflächenstruktur 20 kann im Hinblick auf den Verlauf einer oder mehrerer Vertiefungen wie die im Zusammenhang mit den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten ersten Teilbereiche 12 ausgebildet sein.
  • Die Oberflächenstruktur kann insbesondere beispielsweise mittels Ätzen oder Laserabtrags vor dem Aufbringen der Kontaktschicht 11 in der Unterseite 10 des Substrats 1 hergestellt werden. Beim partiellen Tempern der Kontaktschicht 11 kann dann die Unterseite 10 entlang der Oberflächenstruktur 20 mittels Laserbestrahlung abgerastert werden, so dass die Vertiefung oder die Vertiefungen mit einem oder mehreren ersten Teilbereichen 12 abgedeckt werden. Die Oberflächenstruktur 20 kann beispielsweise zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem ersten Teilbereich 12 und dem Substrat 1 sowie zu einer Verringerung der Substratdicke im Bereich des ersten Teilbereichs 12 führen, was zu einem kleineren elektrischen Widerstand des Halbleiterlasers 100 führen kann. Weiterhin kann die Oberflächenstruktur zu einer Verbesserung im Hinblick auf Verspannungen durch die Kombination von Legier- und verspannungsrelaxierenden Strukturen führen.
  • In 11B ist ein Halbleiterlaser 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Aufsicht auf die Kontaktschicht 11 und in einem Ausschnitt einer Schnittdarstellung entlang der eingezeichneten Schnittebene AA gezeigt. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 11A weist die Kontaktschicht 11 im Ausführungsbeispiel der 11B über dem ersten und zweiten Teilbereich 12, 13 eine weitere Schicht 14 auf, die nach dem lokalen Tempern aufgebracht wird. Die weitere Schicht 14 kann auch nur auf dem zumindest einen ersten oder zweiten Teilbereich 12, 13 aufgebracht werden. Besonders bevorzugt kann die weitere Schicht 14 wie gezeigt großflächig, also auf allen ersten und zweiten Teilbereichen 12, 13, aufgebracht werden und beispielsweise Au aufweisen oder daraus sein. Weist die Unterseite 10 des Substrats 1 wie im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Oberflächenstruktur 20, also insbesondere eine oder mehrere Vertiefungen, auf, so kann die weitere Schicht 14 insbesondere auch einer Planarisierung dienen, die die Oberflächenstruktur 20 einebnet. Die weitere Schicht 14 kann auch Teil der Kontaktschichten 11 aller anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sein.
  • In 11C ist ein Halbleiterlaser 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Aufsicht auf die Kontaktschicht 11 und in einem Ausschnitt einer Schnittdarstellung entlang der eingezeichneten Schnittebene AA gezeigt, bei dem die Oberflächenstruktur 20 eine Vertiefung in einem Randbereich der Unterseite 10 des Substrats 1 aufweist. Gleichzeitig ist die Kontaktschicht 11 in diesem Randbereich lokal getempert, so dass im Randbereich ein erster Teilbereich 12 ausgebildet ist. Rein beispielhaft ist die Kontaktschicht 11 im Hinblick auf die ersten und zweiten Teilbereiche 12, 13 wie oben in Verbindung mit 6B beschrieben ausgeführt. Alternativ dazu kann die Oberflächenstruktur 20 mit einer randseitigen Vertiefung aber auch mit jedem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden. Der die Vertiefung bildende Graben kombiniert mit dem die Vertiefung überdeckenden lokal einlegierten ersten Teilbereich 12 am Chiprand ermöglicht neben einem verbesserten elektrischen Kontakt zwischen der Kontaktschicht 11 und dem Substrat 1 auch einem verbesserten Vereinzelungsprozess, insbesondere durch Brechen des Substrats 1 im Bereich der randseitigen Vertiefung. Dies kann insbesondere auch eine verbesserte Facettenbruchqualität zur Folge haben.
  • In den 12A bis 12C sind Aufnahmen von Ausschnitten eines Halbleiterlasers gezeigt, der rein beispielhaft wie das oben in Verbindung mit 2A beschriebene Ausführungsbeispiel ausgeführt ist. Gut zu erkennen sind jeweils die lokal getemperten ersten Teilbereiche 12 und ungetemperten zweiten Teilbereiche 13 der Kontaktschicht 11.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
  • 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
    Unterseite
    11
    Kontaktschicht
    12
    erster Teilbereich
    13
    zweiter Teilbereich
    14
    Schicht
    20
    Oberflächenstruktur
    19
    Passivierungsschicht
    90
    Bestrahlung
    100
    Halbleiterlaserdiode

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers (100) umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Substrats (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb des Halbleiterlasers (100) Licht (8) zu erzeugen, - Aufbringen einer zusammenhängenden Kontaktschicht (11) mit zumindest einem ersten Teilbereich (12) und zumindest einem zweiten Teilbereich (13) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (2) gegenüberliegenden Unterseite (10) des Substrats (1), - lokales Tempern der Kontaktschicht (11) nur im zumindest einen ersten Teilbereich (12).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das lokale Tempern durch ein laserbasiertes Bestrahlungsverfahren (90) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim laserbasierten Bestrahlungsverfahren (90) Laserlicht verwendet wird, das vom Substrat (1) zumindest teilweise absorbiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kontaktschicht (11) ganzflächig auf der Unterseite (10) des Substrats (1) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kontaktschicht (11) bis auf einen Randbereich die gesamte Unterseite (10) des Substrats (1) bedeckt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktschicht (11) eine Mehrzahl von Schichten aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem nach dem Tempern eine weitere Schicht (14) der Kontaktschicht (11) aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die weitere Schicht (14) zumindest auf dem ersten Teilbereich (12) aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine erste Teilbereich (12) der Kontaktschicht (11) in einer Vertiefung in der Unterseite (10) des Substrats (1) aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kontaktschicht (11) eine Mehrzahl von durch einen oder mehrere zweite Teilbereiche (13) voneinander getrennte erste Teilbereiche (12) aufweist, die lokal getempert werden.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine erste Teilbereich (12) in einem Randbereich der ersten Kontaktschicht (11) angeordnet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Stegwellenleiterstruktur (9) aufweist und der zumindest eine erste Teilbereich (12) parallel zur Stegwellenleiterstruktur (9) verläuft.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der zumindest eine erste Teilbereich (12) bei einer Aufsicht auf die Unterseite (10) des Substrats (1) mit der Stegwellenleiterstruktur (9) überlappt.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zumindest eine erste Teilbereich (12) eine oder mehrere geometrische Formen aufweist, die ausgewählt sind aus: Linie, Kreuz, Kreis, Ellipse, Spirale, Gitter, Viereck, Schlangenlinie, Mäander.
  15. Halbleiterlaser (100), aufweisend - ein Substrat (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb des Halbleiterlasers (100) Licht (8) zu erzeugen, - eine Kontaktschicht (11) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (2) gegenüberliegenden Unterseite (10) des Substrats (1), wobei die Kontaktschicht (11) zusammenhängend zumindest einen ersten Teilbereich (12) und zumindest einen zweiten Teilbereich (13) aufweist und wobei der zumindest eine erste Teilbereich (12) getempert ist und der zumindest eine zweite Teilbereich (13) ungetempert ist.
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