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Die Erfindung betrifft eine Laserdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, Laserdioden mit Halbleiterschichten herzustellen, wobei die Laserdioden eine gewinngeführte Wellenleiterstruktur oder eine indexgeführte Wellenleiterstruktur aufweisen. Für eine elektrische Kontaktierung der Laserdioden wird ein so genannter Bell-Kontakt verwendet, der eine Schichtstruktur aus Titan, Platin und Gold aufweist. Die Titanschicht ist auf einer Halbleiterschicht abgeschieden und dient als Haftschicht. Auf die Titanschicht ist Platin als Diffusionsbarriere und anschließend Gold abgeschieden. Für eine weitere elektrische Kontaktierung kann auf die Goldschicht ein Lot aufgebracht werden.
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Die Laserdioden sind ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung über eine Abstrahlseite in einem Abstrahlwinkelbereich abzugeben. Der Abstrahlwinkelbereich ist in einer lateralen Ebene, die parallel zur Ebene der aktiven Zone angeordnet ist, und in einer vertikalen Ebene, die senkrecht zur Ebene der aktiven Zone ausgebildet ist, begrenzt.
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Aus der nachveröffentlichten Offenlegungsschrift
DE 10 2016 106 949 A1 ist eine Laserdiode mit einer Schichtanordnung mit zwei übereinander angeordneten Halbleiterschichten bekannt, wobei die Halbleiterschichten in einer Ebene eine aktive Zone bilden. Die aktive Zone ist ausgebildet, um über eine Abstrahlseite die Strahlung in einem lateralen Abstrahlwinkelbereich zur Ebene der aktiven Zone abzugeben. Auf einer Oberseite der Schichtanordnung ist ein elektrischer Kontakt ausgebildet. Der elektrische Kontakt weist eine metallische Haftschicht und wenigstens eine metallische Kontaktschicht auf. Die Haftschicht ist auf der Schichtanordnung angeordnet und weist eine erste und eine zweite Schicht auf. Die erste Schicht ist auf der Schichtanordnung angeordnet, wobei die zweite Schicht in eine erste Teilfläche und in eine zweite Teilfläche unterteilt ist, wobei die erste Teilfläche auf der Haftschicht angeordnet ist, und wobei auf der ersten Teilfläche und in der zweiten Teilfläche die Kontaktschicht angeordnet ist.
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Aus
US 2003/0179795 A1 ist eine Laserdiode bekannt, die auf einer Oberseite einen Steg aufweist, auf dem eine Kontaktschicht angeordnet ist. Die Kontaktschicht und der Steg sind mit einem Elektrodenfilm bedeckt. Der Elektrodenfilm steht unter Zugspannung.
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Aus
DE 10 2008 014 092 A1 ist ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip bekannt, der einen strukturierten Kontaktstreifen aufweist, wobei der Kontaktstreifen derart strukturiert ist, dass die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone zu der Seite des Halbleiterlaserchips abnimmt, an der sich die Auskoppelfacette befindet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laserdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode bereitzustellen, bei der der laterale Winkelbereich für die Abgabe der elektromagnetischen Strahlung eine definierte Größe aufweist und insbesondere einen kleinen lateralen Winkelbereich umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungen der Erfindung angegeben.
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Es wird eine Laserdiode vorgeschlagen, die eine Schichtanordnung mit wenigstens zwei übereinander angeordneten Halbleiterschichten aufweist. Die Halbleiterschichten bilden in einer Ebene eine aktive Zone. Die aktive Zone ist ausgebildet, um eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und über eine Abstrahlseite abzugeben. Die elektromagnetische Strahlung wird in einem lateralen Winkelbereich in der Ebene der aktiven Zone abgegeben. Zur elektrischen Kontaktierung ist auf der Oberseite der Schichtanordnung ein elektrischer Kontakt ausgebildet. Der elektrische Kontakt weist eine metallische Haftschicht und wenigstens eine metallische Kontaktschicht auf. Die Haftschicht ist auf der Schichtanordnung angeordnet. Die metallische Kontaktschicht ist auf der Haftschicht angeordnet. Die Haftschicht weist einen Schichtstapel mit einer ersten und einer zweiten Schicht auf. Dabei ist die erste Schicht flächig auf der Schichtanordnung der Halbleiterschichten angeordnet. Die zweite Schicht ist in wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Teilfläche unterteilt. In der ersten Teilfläche ist die Haftschicht angeordnet. In der zweiten Teilfläche ist die Kontaktschicht angeordnet. Die Kontaktschicht kann beispielsweise als Goldschicht oder als Platinschicht ausgebildet sein. Zudem kann auf der Platinschicht eine Goldschicht ausgebildet sein. Die zweite Teilschicht kann mehrere erste Teilflächen und zweite Teilflächen aufweisen.
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Durch die Strukturierung der Haftschicht in die erste flächige Schicht und die zweite strukturierte Schicht kann ein gewünschter lateraler Winkelbereich für die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung eingestellt werden. Durch die erste Schicht wird die Haftfunktion der Haftschicht realisiert. Durch die zweite strukturierte Schicht der Haftschicht wird die gewünschte Beeinflussung des lateralen Abstrahlwinkelbereiches erreicht.
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Die vorgeschlagene Laserdiode weist den Vorteil auf, dass der laterale Winkelbereich für die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung durch die Dicke und/oder die Struktur der Haftschicht beeinflusst, insbesondere festgelegt ist. Die Haftschicht kann als Verspannungsschicht eingesetzt werden und beispielsweise durch eine Reduzierung der Schichtdicke der Haftschicht oder durch eine Strukturierung der Haftschicht kann auch der laterale Abstrahlwinkelbereich reduziert werden.
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Durch eine Reduzierung des lateralen Abstrahlwinkels kann die Laserdiode bei einer Einkopplung der Strahlung in einen Lichtleiter auch bei höheren Leistungen betrieben werden. Somit kann der Abstrahlwinkel unabhängig von dem übrigen Aufbau der Laserdiode nur aufgrund der Schichtdicke und/oder der Struktur der Haftschicht in der gewünschten Weise beeinflusst, insbesondere auf einen kleineren Bereich reduziert werden.
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Die vorgeschlagene Laserdiode kann sowohl mit einer gewinngeführten Wellenleiterstruktur als auch mit einer indexgeführten Wellenleiterstruktur realisiert werden. Ebenso kann die Laserdiode in einem Barren angeordnet sein, wobei der Barren mehrere Laserdioden nebeneinander aufweist. Versuche haben gezeigt, dass der laterale Abstrahlwinkelbereich umso kleiner ist, je dünner die Haftschicht ausgebildet wird. Insbesondere bei Laserdioden aus einem GaAs-Materialsystem und/oder insbesondere bei der Verwendung von Titan als Haftschicht kann dieser Effekt vorteilhaft eingesetzt werden.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die ersten und/oder die zweiten Teilflächen als Streifen ausgebildet sein. Die Streifen können beispielsweise quer zu einer Längsrichtung eines aktiven Bereiches der aktiven Zone angeordnet sein.
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Weiterhin können die ersten und/oder die zweiten Teilflächen als Quadrate ausgebildet sein.
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Zudem können die ersten und/oder die zweiten Teilflächen als Kreisflächen ausgebildet sein. Sowohl die Quadrate als auch Kreisflächen eignen sich für eine definierte Beeinflussung des lateralen Abstrahlwinkels der elektromagnetischen Strahlung.
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In der Kontaktschicht eine Verspannungsschicht angeordnet. Die Verspannungsschicht ist elektrisch leitend ausgebildet und weist eine Dicke und/oder eine Struktur auf, um den lateralen Abstrahlwinkel zu beeinflussen. Somit kann unabhängig von der Haftschicht mithilfe der Verspannungsschicht ein gewünschter lateraler Abstrahlwinkel eingestellt werden. Als Materialien für die Verspannungsschicht eignen sich beispielsweise Titan oder Titan-Wolfram-Nitrit. Die Verspannungsschicht ist aus einem anderen Material wie die angrenzende Metallschicht gebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und/oder die zweiten Teilflächen in einem Raster mit festgelegten Abständen angeordnet. Durch die Verwendung eines Rasters kann eine gleichmäßige Beeinflussung des lateralen Abstrahlwinkelbereiches erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Kontaktschicht eine Schichtanordnung mit einer Platinschicht und einer Goldschicht auf. Dabei ist die Platinschicht als Diffusionssperre für die Goldatome ausgebildet und auf der Haftschicht angeordnet. Die Goldschicht ist auf der Platinschicht angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Haftschicht Titan auf oder ist aus Titan gebildet. Titan eignet sich besonders für die Ausbildung der Haftschicht.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode vorgeschlagen, bei dem auf eine Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone eine Haftschicht für einen metallischen Kontakt aufgebracht wird, wobei die Haftschicht in der Weise ausgebildet wird, dass eine Dicke und/oder eine Struktur der Haftschicht einen definierten lateralen Abstrahlwinkelbereich der elektromagnetischen Strahlung der Laserdiode festlegt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Laserdiode,
- 2 eine schematische Darstellung einer indexgeführten Laserdiode,
- 3 eine schematische Darstellung einer gewinngeführten Laserdiode,
- 4 einen Querschnitt durch einen Teil eines Laserbarrens,
- 5 einen Querschnitt durch einen Teil eines weiteren Laserbarrens,
- 6 bis 13 schematische Darstellungen von verschiedenen Haftschichten,
- 14 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Laserdiode und einem Lichtleiter.
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Laserdiode 1, die eine Schichtanordnung 2 mit zwei übereinander angeordneten Halbleiterschichten 3, 4 aufweist. Neben der Laserdiode 1 ist ein orthogonales Koordinatensystem mit orthogonal aufeinander stehenden y-,z- und x-Achsen dargestellt. Die Halbleiterschichten 3, 4 sind positiv beziehungsweise negativ leitend dotiert und bilden an einer Grenzfläche eine aktive Zone 5. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Halbleiterschicht 3 positiv dotiert und die zweite Halbleiterschicht 4 ist negativ dotiert. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die aktive Zone 5 als einfache Grenzfläche oder als Quantentopfstruktur mit Quantentopfschichten und Barriereschichten ausgebildet sein.
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Zudem können noch weitere Halbleiterschichten in der Schichtanordnung vorgesehen sein.
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Auf der Schichtanordnung 2 ist ein elektrischer Kontakt 6 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt 6 als lateraler Streifen entlang der z-Richtung ausgebildet, wobei der Kontakt 6 eine kleinere Breite in der x-Richtung als die Schichtanordnung 2 aufweist. Die Schichtanordnung 2 weist eine größere Erstreckung in der z-Richtung als in der x-Richtung auf. Zudem weist die Schichtanordnung 2 in der Y-Richtung eine kleinere Erstreckung als in der x-Richtung auf. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 3, 4 sind in z-x-Ebenen ausgebildet und in einer y-Richtung übereinander angeordnet. Die aktive Zone 5 erstreckt sich in einer z-x-Ebene.
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Der elektrische Kontakt 6 weist eine Haftschicht 7 auf, die in eine z-x-Ebene auf der Schichtanordnung 2 angeordnet ist. Zudem weist der elektrische Kontakt 6 eine Kontaktschicht 8 auf, die auf der Haftschicht 7 angeordnet ist. Die Haftschicht 7 ist aus einem metallischen Material, insbesondere aus Titan, gebildet oder weist wenigstens ein metallisches Material, insbesondere Titan, auf. Die Kontaktschicht 8 ist ebenfalls aus einem metallischen Material gebildet oder weist ein metallisches Material auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die metallische Kontaktschicht 8 zwei Schichten, insbesondere eine Platinschicht 81 und eine Goldschicht 82 aufweisen. Die Platinschicht 81 ist auf der Haftschicht 7 angeordnet. Die Goldschicht 82 ist auf der Platinschicht 81 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführung kann sich der Kontakt 6 auch seitlich über die dargestellte Streifenform hinaus erstrecken. Dabei ist dann jedoch eine Isolationsschicht zwischen der Oberseite der ersten Halbleiterschicht 3 und dem Kontakt 6 außerhalb der Streifenform angeordnet, um eine streifenförmige Begrenzung der Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 3 zu erhalten.
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Die aktive Zone 5 ist ausgebildet, um eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und über einen Abstrahlbereich 9 an einer Seitenfläche 14, die eine Abstrahlseite darstellt, abzugeben. In der dargestellten Ausführung erstreckt sich die Abstrahlseite 14 in einer y-x-Ebene. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die Abstrahlseite auch geneigt zur z-Richtung in einem Winkel ungleich 90° angeordnet sein. Der Abstrahlbereich 9 weist einen lateralen Abstrahlwinkelbereich 10 und einen vertikalen Abstrahlwinkelbereich 11 auf. Der laterale Abstrahlwinkelbereich 10 ist in der Ebene der aktiven Zone 5, das heißt in der z-x-Ebene angeordnet. Der vertikale Winkelbereich 11 ist in der y-z-Ebene angeordnet.
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Versuche haben gezeigt, dass durch eine definierte Dicke und/oder durch eine definierte Struktur der Haftschicht 7 ein gewünschter lateraler Abstrahlwinkelbereich 10 eingestellt werden kann. Somit kann die Haftschicht 7 zusätzlich zu der Haftfunktion für die Kontaktschicht 8 auch zur Einstellung eines gewünschten lateralen Abstrahlwinkelbereiches 10 eingesetzt werden. Zudem haben Versuche gezeigt, dass mit abnehmender Dicke der Haftschicht 7 der laterale Abstrahlwinkelwinkelbereich 10 kleiner ausgebildet ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn beispielsweise eine hohe Strahlqualität bzw. Brillanz erreicht werden soll. Ein kleiner lateraler Abstrahlwinkelbereich 10 ist insbesondere von Vorteil, wenn die elektromagnetische Strahlung in ein weiteres optisches Element wie zum Beispiel eine optische Faser oder einen optischen Faserlaser eingekoppelt werden soll.
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Als Material für die Haftschicht 7 ist insbesondere Titan bei einer Schichtanordnung 2 basierend auf einem GaAs-Materialsystem von Vorteil. Die Haftschicht 7 aus Titan weist gegenüber der Schichtanordnung 2 basierend auf Galliumarsenid eine Verspannung auf. Die Verspannung der Haftschicht überträgt sich auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Schichtstruktur 2. Durch eine Reduzierung der Verspannung, d. h. durch eine Reduzierung der Schichtdicke der Haftschicht 7 kann gleichzeitig eine Reduzierung des lateralen Abstrahlwinkelbereiches erreicht werden.
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2 zeigt eine indexgeführten Laserdiode 1, bei der auch eine Haftschicht mit einer definierten Dicke und/oder Struktur eingesetzt wird, um einen definierten lateralen Abstrahlwinkelbereich 10 einzustellen. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Halbleiterschicht 3 auf einer Oberseite mit einem lateralen Steg versehen, der entlang der z-Achse ausgerichtet ist. Auf dem Steg der Halbleiterschicht 3 ist der streifenförmige elektrische Kontakt 6 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführung kann sich der elektrische Kontakt 6 auch seitlich über den lateralen Steg der ersten Halbleiterschicht 3 hinaus erstrecken. Dabei ist dann jedoch eine Isolationsschicht auf Seitenflächen des Steges der ersten Halbleiterschicht 3 und auf der Oberseite der ersten Halbleiterschicht 3 seitlich des Steges angeordnet. Die Isolationsschicht trennt die Seitenflächen des Steges der ersten Halbleiterschicht 3 und die Oberseite der ersten Halbleiterschicht 3 seitlich des Steges von dem elektrischen Kontakt 6, um eine streifenförmige Begrenzung der elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 3 auf den Steg zu erhalten.
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Das Prinzip der Beeinflussung des lateralen Abstrahlwinkelbereiches 10 durch eine entsprechende Dicke und/oder Struktur der Haftschicht 7, das anhand von 1 erläutert wurde, kann auch bei der Ausführungsform der indexgeführten Laserdiode 1, wie in 3 schematisch dargestellt ist, eingesetzt werden. 3 zeigt einen Blick auf eine Laserdiode 1, die als indexgeführte Laserdiode 1 ausgebildet ist. Dabei wird zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 3, 4 die aktive Zone 5 auf einen lateralen Bereich begrenzt, das heißt nur in einem begrenzten Bereich der x-Richtung ausgebildet. Die Bereiche neben der aktiven Zone 5 sind mit weiteren Schichten 12, 13 aufgefüllt, die einen kleineren optischen Brechungsindex als die aktive Zone 5 aufweisen. Die aktive Zone 5 erstreckt entlang der z-Richtung wie bei den anderen Beispielen.
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4 zeigt einen schematischen Teilquerschnitt in einer y-x-Ebene durch einen Laserbarren 28, der mehrere nebeneinander angeordnete Laserdioden 1 aufweist. Beispielsweise kann ein Laserbarren 28 fünf Laserdioden 1 nebeneinander aufweisen, die in einer Schichtanordnung 2 ausgebildet sind. In der 4 ist ein Teilquerschnitt durch den Laserbarren 28 dargestellt, der eine Laserdiode 1 zeigt. Die weiteren in 4 nicht dargestellten Laserdioden 1 sind analog zu der dargestellten Laserdiode 1 ausgebildet. Die Laserdiode 1 erstreckt sich in der z-Richtung über eine vorgegebene Resonatorlänge. Der Laserbarren 28 und damit die Laserdiode 1 kann eine Resonatorlänge entlang der z-Achse aufweisen, die beispielsweise 4 mm lang ist. Die Laserdiode 1 weist eine Schichtanordnung 2 mit einer ersten Halbleiterschicht 3 und einer zweiten Halbleiterschicht 4 auf. Die zweite Halbleiterschicht 4 ist negativ dotiert. Die erste Halbleiterschicht 3 ist positiv dotiert. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Dotierungen auch invers ausgebildet sein. Zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 3, 4 ist eine aktive Zone 5 ausgebildet. In die Schichtanordnung 2 sind streifenförmige Ausnehmungen 15, 16 eingebracht, die sich entlang der z-Achse über die gesamte Resonatorlänge erstrecken. Die Ausnehmungen 15, 16 stellen Gräben dar und sind in einem festgelegten Abstand in der x-Richtung parallel angeordnet.
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Die Ausnehmungen 15, 16 erstrecken sich in der Y-Richtung von einer Oberseite der ersten Halbleiterschicht 3 bis in die zweite Halbleiterschicht 4. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Ausnehmungen 15, 16 auch nur in die erste Halbleiterschicht 3 eingebracht sein und nicht bis an die aktive Zone 5 oder bis in die zweite Halbleiterschicht 4 reichen. Auf der ersten Halbleiterschicht 3 ist zwischen den Ausnehmungen 15, 16 eine positiv dotierte halbleitende weitere Kontaktschicht 17 ausgebildet. Die weitere Kontaktschicht 17 deckt einen Teil der Breite der ersten Halbleiterschicht 3 entlang der x-Richtung zwischen den Ausnehmungen 15, 16 ab. Die weitere Kontaktschicht 17 ist streifenförmig ausgebildet und erstreckt sich in der z-Richtung über die gesamte Länge der Laserdiode 1. Die weitere Kontaktschicht 17 besteht beispielsweise aus dem gleichem halbleitenden Material wie die erste halbleitende Schicht 3 und ist insbesondere mit einer höheren positiven Dotierung versehen. Ist die erste halbleitende Schicht 3 negativ dotiert, so kann die weitere Kontaktschicht 17 als höher negativ dotierte Schicht aus dem gleichen Material wie die negativ dotierte Halbleiterschicht 3 ausgebildet sein.
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Eine Oberseite der Schichtanordnung 2 ist mit einer Passivierungsschicht 18 versehen. Die Passivierungsschicht 18 ist elektrisch isolierend ausgebildet und beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet. Die Passivierungsschicht 18 weist streifenförmige Öffnungen 19 oberhalb der weiteren Kontaktschicht 17 auf. Die Öffnungen 19 erstrecken sich entlang der z-Richtung. Auf der Passivierungsschicht 18 und in der Öffnung 19 ist der elektrische Kontakt 6 in Form einer Schicht aufgebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Kontakt 6 auf der gesamten Oberfläche der Passivierungsschicht 18 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der elektrische Kontakt 6 nur in der Öffnung 19, das heißt auf der weiteren Kontaktschicht 17 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform weist der elektrische Kontakt 6 eine streifenartige Struktur auf, die sich entlang der z-Richtung erstreckt.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auf die weitere halbleitende Kontaktschicht 17 verzichtet werden, wobei bei dieser Ausführungsform die erste Halbleiterschicht 3 an die Öffnung 19 der Passivierungsschicht 18 angrenzt. Bei dieser Ausführungsform ist der elektrische Kontakt 6 direkt auf der ersten Halbleiterschicht 3 angeordnet. Der elektrische Kontakt 6 ist in Form einer Schichtstruktur ausgebildet, die eine Haftschicht 7 und eine Kontaktschicht 8 aufweist. Die Haftschicht 7 ist direkt auf der weiteren Kontaktschicht 17 beziehungsweise auf der Passivierungsschicht 18 angeordnet. Auf der Haftschicht 7 ist die Kontaktschicht 8 aufgebracht.
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Die Haftschicht 7 ist aus einem metallischen Material, insbesondere aus Titan, gebildet oder weist wenigstens ein metallisches Material, insbesondere Titan auf.
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Die Kontaktschicht 8 weist wenigstens eine metallische Schicht auf. Die metallische Schicht kann in Form einer Goldschicht ausgebildet sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die metallische Kontaktschicht 8 eine Diffusionsbarriereschicht z.B. in Form einer Platinschicht aufweisen, die auf der Haftschicht 7 angeordnet ist. Auf der Diffusionsbarriereschicht ist eine weitere metallische Schicht z.B. aus Goldschicht angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Metalle als Platin oder Gold für die Ausbildung der Kontaktschicht 8 verwendet werden.
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In dem elektrischen Kontakt 6 kann eine Verspannungsschicht 21 ausgebildet sein. Die Verspannungsschicht 21 ist als elektrisch leitende Schicht ausgebildet. Die Verspannungsschicht 21 kann aus einem Metall gebildet sein oder Metall aufweisen. Die Verspannungsschicht 21 kann beispielsweise aus Titan-Wolfram-Nitrit gebildet sein. Eine Funktion der Verspannungsschicht 21 besteht darin, eine gewünschte Verspannung der Schichtanordnung 2 zu erreichen, um einen definierten lateralen Abstrahlwinkelbereich festzulegen. Die Verspannungsschicht 21 erstreckt sich wenigstens über die gesamte Fläche des elektrischen Kontaktes 6. Da der elektrische Kontakt 6 als Schichten nacheinander auf die Oberseite der Passivierungsschicht 18 abgeschieden wurde, sind die Formen des ersten und des zweiten Grabens 15, 16 entsprechend in der Form des elektrischen Kontaktes 6, der Form der weiteren Metallschicht 20 und der Form der Verspannungsschicht 21 abgebildet.
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5 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Laserbarrens 28 mit einer Laserdiode 1, die im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der 4 ausgebildet ist. Der Laserbarren 28 kann mehrere Laserdioden 1 aufweisen, die nebeneinander im Laserbarren angeordnet. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 4 weist in dieser Ausführungsform die Haftschicht 7 eine erste Schicht 22 und eine zweite strukturierte Schicht 23 auf. Die erste Schicht 22 ist als flächige Schicht ausgebildet. Die erste Schicht 22 bedeckt vollflächig wenigstens die Öffnung 19 der Passivierungsschicht 18. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedeckt die erste Schicht 22 der Haftschicht 7 die gesamte Oberfläche der Passivierungsschicht 18 und die Oberfläche der Öffnung 19. Auf der ersten Schicht 22 der Haftschicht 7 ist eine zweite strukturierte Schicht 23 der Haftschicht 7 ausgebildet.
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Die zweite Schicht 23 ist in erste Teilflächen 24 und in zweite Teilflächen 25 unterteilt. In den ersten Teilflächen 24 ist die Haftschicht 7 angeordnet. In den zweiten Teilflächen 25 ist die Kontaktschicht 8 angeordnet. Die ersten und die zweiten Teilflächen 24, 25 sind in dem dargestelltem Ausführungsbeispiel nur schematisch dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Haftschicht 7 und/oder die Kontaktschicht 8 auch in dieser Ausführungsform nur oberhalb der Öffnung 19 der Passivierungsschicht 18 angeordnet sein. Die zweite Schicht 23 der Haftschicht 7 ist mithilfe einer gestrichelten Linie schematisch dargestellt. Durch diese Ausführungsform der Haftschicht 7 kann zum einen die Haftfunktion der Haftschicht 7 realisiert werden. Zum anderen kann mithilfe der strukturierten zweiten Schicht 23 der Haftschicht 7 die gewünschte Verspannung für die gewünschte Einstellung des lateralen Abstrahlwinkelbereiches erreicht werden. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine Verspannungsschicht 21 in der Kontaktschicht 8 vorgesehen sein.
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Die folgenden 6 bis 13 zeigen verschiedene Ausführungen der Haftschicht 7 von Laserdioden. Die Haftschichten 7 können bei einer der beschriebenen Laserdioden der 1 bis 5 vorgesehen sein. Bei diesen Darstellungen sind die Schichten oberhalb der Haftschicht 7 und unterhalb der Haftschicht 7 nicht dargestellt. Unter der Haftschicht 7 befindet sich in der Schichtanordnung 2 ein streifenartiger aktiver Bereich 26 der aktiven Zone 5. Der aktive Bereich 26 der aktiven Zone 5 ist schematisch durch zwei gepunktete Linien dargestellt. Über die Abstrahlseiten 14 wird elektromagnetische Strahlung in einem lateralen Abstrahlwinkelbereich 10 ausgestrahlt.
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6 zeigt eine schematische Draufsicht von oben auf eine plane Haftschicht 7 einer Laserdiode, die gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 ausgebildet sein kann.
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7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Haftschicht 7 einer Laserdiode, die gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 ausgebildet sein kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die Haftschicht 7 in Form einer ersten Schicht 22 und einer zweiten Schicht 23 ausgebildet. Die erste Schicht 22 ist als flächige Schicht ausgebildet, die wenigstens die Öffnung 19 der Passivierungsschicht 18, insbesondere die gesamte Passivierungsschicht 18 bedeckt. Die Öffnung 19 ist schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt. Die zweite Schicht 23 der Haftschicht 7 ist in erste Teilflächen 24 und in eine zweite Teilfläche 25 unterteilt. Die ersten Teilflächen 24 sind mit der Haftschicht 7 gefüllt. Die ersten Teilflächen 24 sind in Form von Streifen ausgebildet, die quer zur Längsachse der Öffnung 19 und damit quer zur Längsachse der Laserdiode 1 ausgerichtet sind. Beispielsweise können die ersten Teilflächen eine Rechteckform aufweisen. Die Rechteckform kann ein Verhältnis einer Länge zu einer Breite von 20 zu 1 aufweisen. Beispielsweise können die ersten Teilflächen 24 200µm lang und 10µm breit sein.
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Die zweite Teilfläche 25 umfasst den übrigen Bereich der zweiten Schicht 23. In der dargestellten Ausführungsform sind sechs streifenartige erste Teilflächen 24 ausgebildet. Die streifenartigen ersten Teilflächen 24 sind in einem Winkel ungleich 90° geneigt zur Längsachse, d.h. zur z-Richtung der Laserdiode 1 angeordnet. Die streifenartigen Teilflächen 24 erstrecken sich über eine Breite von ungefähr zwei Drittel der Breite der Laserdiode 1 in der x-Richtung. Zudem weisen die ersten streifenförmigen Teilflächen 24 eine Breite in der z-Richtung auf, die ungefähr einem Viertel der Länge der ersten Teilflächen 24 entspricht.
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8 zeigt einen schematischen Querschnitt in der Ebene der Haftschicht 7 einer Laserdiode, die gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 ausgebildet sein kann. Die Haftschicht 7 ist in eine erste Schicht 22 und eine zweite Schicht 23 unterteilt ist. Die zweite Schicht 23 weist erste quadratische Teilflächen 24 auf. Der übrige Bereich der zweiten Schicht 23 ist durch die zweite Teilfläche 25 ausgefüllt. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 sind in drei Reihen angeordnet, wobei jede Reihe parallel zu einer Längsachse der Laserdiode 1 ausgerichtet ist. Zudem sind die ersten Teilflächen 24 voneinander in einem gleich großen Abstand angeordnet. In den ersten Teilflächen 24 ist die Haftschicht 7 angeordnet. In der zweiten Teilfläche 25 ist die Kontaktschicht 8 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehr als drei Reihen oder wenigstens drei Reihen von ersten quadratischen Teilflächen 24 vorgesehen sein. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 können z.B. 10pm*10pm groß sein. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 können auch andere Größen aufweisen, die kleiner oder größer als 10pm*10pm sind. Zudem können die ersten Teilflächen 24 auch rechteckförmig ausgebildet sein.
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9 zeigt einen Querschnitt durch eine Haftschicht 7 einer Laserdiode, die gemäß den beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 ausgebildet sein kann. Die Haftschicht 7 weist eine ganzflächige erste Schicht 22 und eine strukturierte zweite Schicht 23 aufweist. Erste Teilflächen 24 der zweiten Schicht 23 sind in Form von Quadraten ausgebildet. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 sind ungeordnet über der ersten Schicht 22 angeordnet. Im Bereich der zweiten Teilflächen 25 der zweiten Schicht 23 ist die Kontaktschicht 8 angeordnet. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 können z.B. 10pm*10pm groß sein. Die ersten quadratischen Teilflächen 24 können auch andere Größen aufweisen, die kleiner oder größer als 10µm*10µm sind. Zudem können die ersten Teilflächen 24 auch rechteckförmig ausgebildet sein.
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10 zeigt eine Draufsicht auf einer Haftschicht 7, die im Wesentlichen gemäß der Anordnung der 8 ausgebildet ist, wobei jedoch in dieser Ausführungsform die ersten Teilflächen 24 in Form von Kreisflächen ausgebildet sind. Beispielsweise kann der Durchmesser der Kreisfläche im Bereich von 10µm liegen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Durchmesser der Kreisfläche auch um ein Vielfaches größer oder kleiner sein.
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11 zeigt einen Querschnitt im Bereich der Haftschicht 7 einer Laserdiode 1, wobei diese Ausführungsform im Wesentlichen der Haftschicht 7 der 9 entspricht. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 9 weisen in dieser Ausführungsform die ersten Teilflächen 24 Kreisflächenformen auf. Die ersten kreisförmigen Teilflächen 24 sind mit der Haftschicht 7 aufgefüllt. Beispielsweise kann der Durchmesser der kreisförmigen Teilflächen 24 im Bereich von 10µm liegen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Durchmesser der Kreisfläche auch um ein Vielfaches größer oder kleiner sein. In der zweiten Teilfläche 25 ist die Kontaktschicht 8 angeordnet.
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12 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode 1 im Bereich der Haftschicht 7. Die Haftschicht 7 ist in der dargestellten Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform der 7 ausgebildet, wobei bei dieser Ausführungsform die ersten streifenförmigen Teilflächen 24 in einem rechten Winkel zur Längserstreckung, d.h. der z-Achse der Laserdiode 1 angeordnet sind.
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13 zeigt einen Querschnitt durch eine Haftschicht 7 einer weiteren Ausführungsform einer Laserdiode 1, wobei diese Ausführungsform im Wesentlichen der Ausführungsform der 11 entspricht, wobei jedoch die zweiten Teilflächen 25 als Kreisflächen ausgebildet sind und die erste Teilfläche 24 den übrigen Bereich der zweiten Schicht 23 ausfüllt. Beispielsweise kann der Durchmesser der kreisförmigen ersten Teilflächen 24 im Bereich von 10µm liegen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Durchmesser der Kreisfläche auch um ein Vielfaches größer oder kleiner sein.
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In analoger Weise können auch die Ausführungsformen der 7 bis 12 invers ausgebildet sein, so dass die zweiten Teilflächen die Form der ersten Teilflächen und die ersten Teilflächen die Form der zweiten Teilflächen aufweisen.
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In den beschriebenen Ausführungen kann die Haftschicht 7, insbesondere eine Titanschicht, eine Dicke von 35 Angström aufweisen. Die Halbleiterschichten der Schichtanordnung können mithilfe von epitaktischen Abscheideverfahren hergestellt werden. Die weitere halbleitende Kontaktschicht 17 kann durch eine entsprechende Strukturierung der ersten Halbleiterschicht 3 erzeugt werden. Sowohl die Haftschicht 7 als auch die Kontaktschicht 8 können lateral strukturiert werden. Neben der Haftschicht tragen auch die anderen Metallschichten zur Verspannung der Halbleiterschichten bei. Zur Herstellung der Laserdiode wird ein Temperprozess eingesetzt. Dabei wird die Laserdiode auf Temperaturen von beispielsweise 350° C oder mehr, insbesondere 400° C oder mehr für eine Zeitdauer von beispielsweise 3 Minuten oder länger, insbesondere für 5 Minuten oder länger aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt. Für den Temperprozess kann ein RTA Ofen eingesetzt werden.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Laserdioden kann die zweite Schicht der Haftschicht mehr als 10% der Fläche die erste Teilfläche oder die zweite Teilfläche aufweisen. Zudem kann in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Laserdioden die zweite Schicht der Haftschicht mehr als 20% der Fläche oder mehr als 30% der Fläche oder mehr als 40% der die erste Teilfläche oder die zweite Teilfläche aufweisen.
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14 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Laserdiode 1, auf deren Abstrahlseite 14 eine Linse 28 angeordnet ist. Die Laserdiode 1 strahlt die elektromagnetische Strahlung in einem lateralen Abstrahlwinkel 10 in Richtung auf die Linse 28 ab. Die Linse 28 koppelt die Strahlung in die den Lichtleiter 27 ein, der in Form einer Lichtfaser ausgebildet ist. Abhängig von der gewählten Ausführung können auch zwei Linsen oder mehrere Linsen vorgesehen sein, um die Einkopplung zu verbessern. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Lichtleiter 27 auch in Form eines Faserlasers ausgebildet sein. Zudem kann die Laserdiode 1 die elektromagnetische Strahlung auch ohne Linsen und/oder ohne Lichtleiter 27 abgeben. Die Laserdiode 1 kann die elektromagnetische Strahlung auch ohne Lichtleiter abstrahlen.
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Die vorab beschriebenen Ausführungsformen der Laserdioden, insbesondere auch der Laserbarren eignen sich für das in 14 dargestellte System zum optischen Pumpen eines Faserlasers. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die beschriebenen Laserdioden 1 beziehungsweise die beschriebenen Laserbarren auch für andere Anwendungen eingesetzt werden.
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Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Laserdiode
- 2
- Schichtanordnung
- 3
- erste Halbleiterschicht
- 4
- zweite Halbleiterschicht
- 5
- aktive Zone
- 6
- elektrischer Kontakt
- 7
- Haftschicht
- 8
- Kontaktschicht
- 9
- Abstrahlbereich
- 10
- lateraler Abstrahlwinkelbereich
- 11
- vertikaler Abstrahlwinkelbereich
- 12
- erste weitere Halbleiterschicht
- 13
- zweite weitere Halbleiterschicht
- 14
- Abstrahlseite
- 15
- erster Graben
- 16
- zweiter Graben
- 17
- weitere Kontaktschicht
- 18
- Passivierungsschicht
- 19
- Öffnung
- 20
- weitere Metallschicht
- 21
- Verspannungsschicht
- 22
- erste Schicht der Haftschicht
- 23
- zweite Schicht der Haftschicht
- 24
- erste Teilfläche
- 25
- zweite Teilfläche
- 26
- aktiver Bereich der aktiven Zone
- 27
- Lichtleiter
- 28
- Laserbarren
- 29
- Linse
- 81
- Platinschicht
- 82
- Goldschicht
