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Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
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Die Druckschrift
US 2015 / 0 092 802 A1 betrifft eine Laseranordnung, bei der ein zentraler VCSEL mittels eines Umlenkspiegels von seitlich neben dem zentralen VCSEL angeordneten Pump-VCSEL optisch gepumpt wird.
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Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das leistungsunabhängig Strahlung mit einer hohen Strahlqualität emittiert.
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Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
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Das optoelektronisches Halbleiterbauteil umfasst eine Primärlichtquelle und eine Sekundärlichtquelle. In der Primärlichtquelle wird Strahlung mittels Elektrolumineszenz erzeugt. Die Strahlungserzeugung in der Sekundärlichtquelle basiert auf Photolumineszenz. Die Sekundärlichtquelle wird durch die elektrisch betriebene Primärlichtquelle optisch gepumpt.
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Die Primärlichtquelle und die Sekundärlichtquelle sind in dem Halbleiterbauteil monolithisch integriert. Dies bedeutet, dass sich zwischen der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle ausschließlich kondensierte Materie befindet, bevorzugt ausschließlich Feststoffe. Das heißt, zwischen der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle befindet sich kein Luftspalt und/oder keine Freistrahlstrecke.
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Kein Luftspalt und keine Freistrahlstrecke schließt hier und im Folgenden jeweils ein, dass ein sehr kleiner Spalt vorhanden sein kann. Der eventuell vorhandene Spalt ist jedoch so dünn, dass er für die Strahlung optisch praktisch nicht relevant ist. Eine Dicke des eventuell vorhandenen Spalts ist kleiner als eine Reichweite eines evaneszenten Feldes der betreffenden Strahlung. Damit weist der eventuell vorhandene Spalt eine Breite von höchstens der Wellenlänge der Primärlaserstrahlung λ auf, bevorzugt höchstens λ/2, besonders bevorzugt höchstens λ/4 oder λ/8 und/oder von höchstens 1 µm, bevorzugt höchstens 0,5 um, besonders bevorzugt höchstens 250.
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Die Primärlichtquelle und die Sekundärlichtquelle sind direkt aneinander angebracht. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Moden von Lichtfeldern der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle überlappen, insbesondere evaneszente Felder. Ein Abstand zwischen der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle beträgt beispielsweise höchstens 5 µm oder 2 µm oder 1 µm. Das heißt, der Abstand zwischen der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle liegt bevorzugt unterhalb einem 10-fachen einer Vakuumwellenlänge der von der Sekundärlichtquelle erzeugten Strahlung, insbesondere bei höchstens einem 5-fachen oder einem doppelten der Vakuumwellenlänge.
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Die Primärlichtquelle umfasst einen ersten Resonator. In dem ersten Resonator befindet sich eine Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb des Halbleiterbauteils elektrisch gepumpt wird. Der Resonator weist eine Resonatorachse auf, die parallel oder näherungsweise parallel zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert ist. Die Primärlichtquelle ist zur Erzeugung einer Pumplaserstrahlung eingerichtet.
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Mit anderen Worten handelt es sich bei der Primärlichtquelle bevorzugt um eine Laserdiode mit einem vertikal angeordneten Resonator, auch als Vertical Cavity Surface Emitting Laser oder kurz VCSEL bezeichnet. Im Gegensatz zum einem herkömmlichen VCSEL ist die hier beschriebene Primärlichtquelle jedoch nicht zur Emission von Strahlung in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung eingerichtet.
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Die Sekundärlichtquelle umfasst ein oder mehrere Pumpmedien zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung. Das mindestens eine Pumpmedium wird von der Pumplaserstrahlung der Primärlichtquelle optisch gepumpt. Bevorzugt erfolgt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils in der Sekundärlichtquelle keine Elektrolumineszenz.
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Die Sekundärlichtquelle kann mit einem zweiten Resonator beispielsweise als VCSEL, als kantenemittierender Laser, als Festkörperlaserkristall oder als aktive optische Faser gestaltet sein. Alternativ zu einem zweiten Resonator kann die Sekundärlichtquelle auch resonatorfrei sein und beispielsweise durch einen Leuchtstoff als Pumpmedium realisiert sein und unkohärente Strahlung erzeugen.
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Die erste Resonatorachse des ersten Resonators der Primärlichtquelle weist an dem Pumpmedium der Sekundärlichtquelle vorbei. Dies bedeutet insbesondere, dass in Richtung parallel zur ersten Resonatorachse keine Strahlung oder kein signifikanter Strahlungsanteil der Pumplaserstrahlung zu dem Pumpmedium gelangt. Ein Pumpen des Pumpmediums erfolgt entlang eines Rands der Primärlichtquelle, also entlang der Resonatorachse und nicht über Resonatorendflächen des ersten Resonators. Das Pumpmedium wird insbesondere über ein evaneszentes Feld der Pumplaserstrahlung und/oder über im ersten Resonator gestreute Pumplaserstrahlung gepumpt.
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Somit umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Primärlichtquelle und eine Sekundärlichtquelle. Die Primärlichtquelle und die Sekundärlichtquelle sind in dem Halbleiterbauteil monolithisch integriert, sodass sich zwischen diesen ausschließlich kondensierte Materie oder nur ein vernachlässigbarer Spalt befindet. Die Primärlichtquelle umfasst einen ersten Resonator, der eine Halbleiterschichtenfolge beinhaltet, die im Betrieb elektrisch gepumpt wird. Eine erste Resonatorachse des ersten Resonators ist parallel zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge orientiert. Die Primärlichtquelle ist zur Erzeugung einer Pumplaserstrahlung eingerichtet. Die Sekundärlichtquelle umfasst mindestens ein Pumpmedium zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung und das Pumpmedium wird von der Pumplaserstrahlung optisch gepumpt. Die erste Resonatorachse weist an dem Pumpmedium vorbei.
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Laserdioden in Projektionsanwendungen und in vielen anderen Anwendungsbereichen erfordern eine möglichst stromunabhängige und leistungsunabhängige Strahlqualität, um den Laser mit hoher Effizienz fokussieren zu können. Ansonsten leidet abhängig von der Leistung des Lasers die Bildwiedergabequalität.
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Um höhere optische Ausgangsleistungen zu erreichen, werden üblicherweise breitere Resonatorstrukturen verwendet, bei denen es jedoch häufig zu einer inhomogenen Modenverteilung, einer sogenannten Filamentierung, kommt. Dies führt einerseits zu einer reduzierten Strahlqualität und andererseits zu sogenannten Hot Spots an einer Laserfacette, womit eine erhöhte Gefahr eines Facettenschadens verbunden ist. Daher sind herkömmliche Laserdioden, die hohe Anforderungen hinsichtlich der Strahlqualität erfüllen müssen, in ihrer optischen Leistung begrenzt. Umgekehrt weisen Laserdioden hoher optischer Leistung im Allgemeinen eine nur unzureichende Strahlqualität auf.
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Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist die Primärlichtquelle mit einer hohen Leistung betreibbar. Die Primärlichtquelle muss keine hohe Strahlqualität aufweisen, da keine Strahlung unmittelbar aus der Primärlichtquelle emittiert wird. Die in der Primärlichtquelle erzeugte Strahlung wird in der Sekundärlichtquelle umgewandelt, sodass lediglich die Sekundärlichtquelle Strahlung mit einer hohen Strahlqualität zu emittieren braucht. Die Sekundärlichtquelle kann als ein integriertes Element zur Strahlverbesserung aufgefasst werden.
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Indexgeführte oder gewinngeführte Laserstrukturen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die optische Mode in Richtung quer zu einer Wachstumsrichtung eines Halbleitermaterials durch einen Brechungsindexsprung zwischen einem Stegwellenleiter, auch als Streifen oder Ridge bezeichnet, und einem tiefer geätzten Bereich seitlich des Stegwellenleiters geführt wird. Treten im Zuge von Prozessschwankungen Inhomogenitäten in der horizontalen Wellenführung entlang des Stegwellenleiters auf, so gelangt Licht aus dem Resonator. Dieses Streulicht breitet sich im Halbleiterchip seitlich des Stegwellenleiters aus und interferiert nach Auskopplung über eine Facette des Laserchips mit der im Stegwellenleiter geführten Mode, was zu Störungen im optischen Fernfeld führt.
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Alternativ benötigen diodengepumpte Festkörperlaser vergleichsweise viel Platz, da die einzelnen Komponenten hintereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Zudem sind weitere optische Komponenten nötig, um einen Pumplaserstrahl auf den Festkörperlaserkristall abzubilden, den Resonator für den Festkörperlaserstrahl aufzubauen sowie den Festkörperlaserstrahl auszukoppeln. Die technische Umsetzung erfolgt durch eine relativ aufwendige Kombinationen von zueinander zu justierenden Einzelkomponenten. Wegen des hohen Platzbedarfs und der aufwendigen, kostspieligen Montage ist dieser Lösungsansatz für viele Anwendungen ungeeignet.
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Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist eine kompakte Bauweise bei gleichzeitig hoher Strahlqualität über einen großen Leistungsbereich hinweg ermöglicht. Dabei tritt beispielsweise anstelle eines Festkörperlaserkristalls die in eine VCSEL-Laserdiode integrierte Sekundärlichtquelle, welche zur Verbesserung der Strahlqualität dient. Bevorzugt befindet sich ein zweiter Resonator der Sekundärlichtquelle direkt angrenzend an den VCSEL, gebildet durch die Primärlichtquelle. Der oder die VCSEL pumpt oder pumpen das Pumpmedium des zweiten Resonators. Dazu wird die Pumplaserstrahlung aus dem ersten, VCSEL-Resonator ausgekoppelt und in den zweiten Resonator eingekoppelt. Der erste Resonator ist bevorzugt auf beiden Seiten hochreflektierend verspiegelt.
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In dieser Konfiguration lassen sich Materialen optisch pumpen, welche selbst nicht elektrisch gepumpt werden können. Beispielsweise können zur Emission im roten oder gelben Spektralbereich eingerichtete AlInGaN-Kantenemitter herangezogen werden, da diese im Falle eines optischen Pumpens ohne p-Seite ausgeführt werden können; stattdessen können Mantelschichten etwa aus Siliziumdioxid verwendet werden. Ferner können VCSEL-RGB-Arrays aufgebaut werden; so können VCSELs leicht aus den gleichen Materialien der gleichen Farbe hergestellt werden und Leuchtstoffe oder Konvertermaterialien lassen sich nachträglich beliebig aufbringen.
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Durch die Gestaltung der Primärlichtquelle als VCSEL lässt sich eine kompakte Pumplichtquelle erzielen, sodass eine Platzersparnis erreichbar ist. Ferner sind im Herstellungsprozess keine gebrochenen oder gespaltenen Facetten nötig. Es lässt sich eine flexible, nahezu beliebig formbare Pumplichtquelle aufbauen.
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Somit geben sich im Vergleich zu einem herkömmlichen, diodengepumpten Festkörperlaser bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil insbesondere die folgenden Vorteile:
- - Eine kompakte Bauform ist wegen der monolithischen Integration der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle gegeben.
- - Es ist eine hohe Strahlqualität erzielbar, weitgehend unabhängig von der Leistung der Primärlichtquelle.
- - Es lässt sich eine signifikant abgesenkte Laserschwelle der Primärlichtquelle erzielen.
- - Eine Emission der Pumplaserstrahlung lässt sich unterdrücken.
- - Eine erhöhte Einkopplung der Pumplaserstrahlung in die Sekundärlichtquelle ist erzielbar.
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Die Pumplaserstrahlung wird nur entlang der Resonatorachse geführt. Resonatorendflächen des ersten Resonators sind undurchlässig für die Pumplaserstrahlung. Undurchlässig bedeutet insbesondere, dass die Resonatorendflächen ein Transmissionsvermögen für die Pumplaserstrahlung von höchstens 1 % 10% (?) oder 3 % oder 1 % oder 0,1 % aufweisen oder vollständig undurchlässig sind. Insbesondere bei einem vergleichsweise hohen Transmissionsvermögen kann eine Monitordiode integriert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das optische Pumpen des Pumpmediums in Richtung senkrecht zur ersten Resonatorachse, insbesondere nur in Richtung senkrecht zur ersten Resonatorachse oder überwiegend in dieser Richtung. Überwiegend bedeutet beispielsweise zu einem Anteil von mindestens 80 % oder 90 % oder 95 %. Das Pumpen erfolgt bevorzugt über das evaneszente Feld der Pumplaserstrahlung, das in das Pumpmedium der Sekundärlichtquelle reicht. Damit ist erzielbar, dass die Pumplaserstrahlung das Halbleiterbauteil nicht oder im Wesentlichen nicht, also nur zu einem vernachlässigbaren Anteil, verlässt. Dies bedeutet zum Beispiel, dass der Leistungsanteil der Pumplaserstrahlung an der Gesamtstrahlung, die das Halbleiterbauteil verlässt, höchstens 10 % oder 1 % oder 0,1 % beträgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Sekundärlichtquelle einen zweiten Resonator. Das Pumpmedium befindet sich in dem zweiten Resonator. Damit kann die Sekundärstrahlung eine Laserstrahlung sein. Eine Lasermode der Pumplaserstrahlung überlappt bevorzugt mit einer Lasermode der Sekundärstrahlung.
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Alternativ handelt es sich bei der Sekundärstrahlung um eine inkohärente Strahlung, die beispielsweise von zumindest einem Leuchtstoff stammt. Das heißt, die Sekundärlichtquelle kann frei von einem Resonator sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Resonator eine zweite Resonatorachse auf. Innerhalb des zweiten Resonators wird die Sekundärstrahlung hauptsächlich parallel zur zweiten Resonatorachse und entlang der zweiten Resonatorachse geführt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Resonatorachse parallel zur ersten Resonatorachse ausgerichtet. Dies gilt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 20° oder 10° oder 5° oder 1°.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste Resonator und der zweite Resonator gemeinsam von mindestens einem Bragg-Spiegel begrenzt. Das heißt, der erste Resonator und der zweite Resonator werden entlang der ersten und der zweiten Resonatorachse von dem mindestens einen Bragg-Spiegel begrenzt. Der Bragg-Spiegel ist für die Pumplaserstrahlung bevorzugt hochreflektierend und/oder für die Sekundärstrahlung durchlässig. Hochreflektierend bedeutet bevorzugt einen Reflexionsgrad von mindestens 95 % oder 98 % oder 99 % oder 99,5 %. Durchlässig bedeutet insbesondere einen Transmissionsgrad von mindestens 20 % oder 60 % oder 90 %.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der gemeinsame Bragg-Spiegel an zumindest einem Resonatorende der einzige Resonatorendspiegel für die beiden Resonatoren. Damit lassen sich verschiedene Resonatorendspiegel vermeiden und das Halbleiterbauteil lässt sich effizient herstellen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite Resonatorachse senkrecht zur ersten Resonatorachse ausgerichtet. Dies gilt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 45° oder 30° oder 10° oder 5° oder 1°. Die Sekundärlichtquelle ist in diesem Fall bevorzugt als kantenemittierender Laser gestaltet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der erste Resonator das Pumpmedium an mindestens zwei Seiten. Dies gilt insbesondere in Draufsicht auf die erste Resonatorachse und parallel zur ersten Resonatorachse gesehen. Damit lässt sich das Pumpmedium von mehreren Seiten her insbesondere über ein evaneszentes Feld optisch pumpen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Pumpmedium in Draufsicht parallel zu ersten Resonatorachse gesehen ringsum von dem ersten Resonator umgeben. In diesem Fall ist eine Hauptabstrahlrichtung der Sekundärstrahlung bevorzugt parallel oder ungefähr parallel zur ersten Resonatorachse orientiert, sodass die Sekundärstrahlung nicht durch die Halbleiterschichtenfolge des ersten Resonators zu laufen braucht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Brechungsindex des Pumpmediums für die Pumplaserstrahlung mindestens so groß wie ein Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge für die Pumpstrahlung. Bevorzugt sind die Brechungsindizes des Pumpmediums und der Halbleiterschichtenfolge für die Pumpstrahlung näherungsweise gleich, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 0,2 oder 0,1 oder 0,05. Damit lässt sich erzielen, dass die Pumplaserstrahlung sich in dem Pumpmedium ähnlich einer Substratmode in herkömmlichen Lasern verhält.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Primärlichtquelle und der Sekundärlichtquelle eine oder mehrere Verbindungsschichten. Die mindestens eine Verbindungsschicht weist beispielsweise für die Pumplaserstrahlung eine geringere Reflektivität auf als für die Sekundärstrahlung. Damit kann die Verbindungsschicht als dichroitischer Spiegel wirken. Alternativ oder zusätzlich wird durch die Verbindungsschicht ein Brechungsindexsprung zwischen dem ersten Resonator und dem Pumpmedium in zwei oder mehr als zwei kleinerer Brechungsindexsprünge aufgeteilt. Die Verbindungsschicht kann durch einen Schichtenstapel gebildet sein, ähnlich oder gleich einem Bragg-Spiegel.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Pumpmedium in Richtung quer zu einer Hauptemissionsrichtung der Sekundärstrahlung bevorzugt an allen Seiten, die der Primärlichtquelle abgewandt sind, mit einer die Sekundärstrahlung reflektierenden Vergütungsschicht versehen. Es ist möglich, dass das Pumpmedium ringsum von der Vergütungsschicht zusammen mit einer optischen Ankoppelfläche an die Primärlichtquelle umgeben ist. Damit lässt sich vermeiden, dass Sekundärstrahlung in unerwünschte Richtungen emittiert wird. Bei der Vergütungsschicht kann es sich um einen dielektrischen Spiegel und/oder um eine reflektierende Metallschicht handeln. Die Vergütungsschicht kann auch für die Pumplaserstrahlung reflektierend gestaltet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil mehrere der Primärlichtquellen auf. Die Primärlichtquellen sind bevorzugt zum gemeinsamen Pumpen zumindest einer Sekundärlichtquelle eingerichtet. Das heißt, eine Sekundärlichtquelle kann von mehreren Primärlichtquellen optisch gepumpt werden. Sind mehrere Sekundärlichtquellen vorhanden, so kann jede der Sekundärlichtquellen von mehreren der Primärlichtquellen optisch gepumpt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Primärlichtquellen übereinander gestapelt angeordnet. Dabei sind die Primärlichtquellen in Richtung parallel zu den ersten Resonatorachsen bevorzugt voneinander optisch entkoppelt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Primärlichtquellen nebeneinander angeordnet. Das bedeutet, die Primärlichtquellen überlappen in Draufsicht parallel zu den ersten Resonatorachsen gesehen bevorzugt nicht. Mit einer solchen Anordnung lassen sich insbesondere Sekundärlichtquellen optisch pumpen, deren Hauptemissionsrichtung quer oder senkrecht zur ersten Resonatorachse orientiert ist. Es ist auch möglich, dass die ersten Resonatorachsen der Primärlichtquellen nicht alle parallel zueinander, sondern zumindest zum Teil schräg zueinander ausgerichtet sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere Sekundärlichtquellen, die im Betrieb gemeinsam von der oder von einer der Primärlichtquellen optisch gepumpt werden. Es können mehrere Gruppen von Sekundärlichtquellen vorliegen, wobei jede Gruppe von einer einzigen Primärlichtquelle optisch gepumpt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere Primärlichtquellen und mehrere Sekundärlichtquellen vorhanden. Die Primärlichtquellen oder Gruppen von Primärlichtquellen sind elektrisch unabhängig ansteuerbar. Zwischen den Primärlichtquellen und den Sekundärlichtquellen liegt bevorzugt eine eindeutige oder eineindeutige Zuordnung vor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Primärlichtquellen und die Sekundärlichtquellen in Draufsicht gesehen in einem regelmäßigen Feld angeordnet, beispielsweise in einem hexagonalen oder rechteckigen Raster.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um eine Anzeigeeinrichtung wie ein Display. Die Anzeigeeinrichtung kann monochrom oder vielfarbig gestaltet sein. Bevorzugt weist die Anzeigeeinrichtung eine Vielzahl von Bildpunkten auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, einstellbar und unabhängig voneinander rotes, grünes und blaues Licht zu emittieren. Das heißt, die Anzeigeeinrichtung kann ein RGB-Farbdisplay sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zumindest das rote und das grüne Licht von den Sekundärlichtquellen erzeugt. Es ist möglich, dass auch das blaue Licht von den Sekundärlichtquellen stammt, insbesondere falls die Pumplaserstrahlung im tiefblauen oder nahen ultravioletten Spektralbereich liegt. Wird von der Pumplichtquelle blaues Licht erzeugt, so kann das blaue Licht direkt emittiert werden, ohne dass eine Sekundärlichtquelle beteiligt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Pumpmedium teilweise oder vollständig in einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge integriert. Bei dem Pumpmedium kann es sich in diesem Fall beispielsweise um eine Dotierung in einem Material wie Saphir handeln, sodass das Aufwachssubstrat als Pumpmedium der Sekundärlichtquelle wirkt.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
- 1, 3 und 5 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
- 2, 4 und 6 schematische Schnittdarstellungen zu den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 5,
- 7 bis 12 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
- 13, 14 und 16 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
- 15 und 17 schematische Darstellungen von optischen Eigenschaften von Bragg-Spiegeln für die Ausführungsbeispiele der 13, 14 und 16,
- 18 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
- 19 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
- 20 bis 30 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
- 31 und 32 schematische Schnittdarstellungen zum Ausführungsbeispiel der 30,
- 33 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
- 34 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
- 35 eine schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der 34,
- 36 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils, und
- 37 bis 39 eine schematische Schnittdarstellung, eine Darstellung einer Intensitätsverteilung und eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterschichtenfolge für ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil.
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In 1 ist eine schematische Draufsicht und in 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt.
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Das Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Primärlichtquelle 11. Bei der Primärlichtquelle 11 handelt es sich um eine Laserdiode mit einem vertikalen Resonator, kurz VCSEL. In der Primärlichtquelle 11 wird in einem ersten Resonator 21 eine Pumplaserstrahlung P erzeugt. Der erste Resonator 21 wird entlang einer ersten Resonatorachse 51 von zwei für die Pumplaserstrahlung P undurchlässigen Resonatorspiegeln 71 begrenzt. Im ersten Resonator 21 befindet sich eine Halbleiterschichtenfolge 3, in der die Pumplaserstrahlung P über Elektrolumineszenz erzeugt wird. Die Pumplaserstrahlung P verläuft im ersten Resonator 21 parallel zu einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge 3.
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Direkt an der Primärlichtquelle 11 befindet sich eine Sekundärlichtquelle 12. Bei der Sekundärlichtquelle 12 kann es sich um einen optisch gepumpten VCSEL handeln, sodass sich die Halbleiterschichtenfolge 3 optional durchgehend über die beiden Lichtquellen 11, 12 erstreckt. Die Pumplaserstrahlung P propagiert in Richtung senkrecht zu den Resonatorspiegeln 71 und koppelt bevorzugt über ein evaneszentes Feld oder über Streustrahlung in ein Pumpmedium 4 der Sekundärlichtquelle 12.
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Bevorzugt weist die Sekundärlichtquelle 12 einen zweiten Resonator 22 auf, in dem sich das Pumpmedium 4, etwa eine Halbleiterschichtenfolge, befindet. Eine solche Halbleiterschichtenfolge kann für die Primärlichtquelle 11 eine andere Quantentopfstruktur aufweisen als für die Sekundärlichtquelle 12.
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Der zweite Resonator 22 wird von einem reflektierenden Resonatorspiegel 72 sowie von einer Auskoppelbeschichtung 73 abgeschlossen. Eine in der Sekundärlichtquelle 12 erzeugte Sekundärstrahlung S tritt durch die Auskoppelbeschichtung 73 aus dem Halbleiterbauteil 1 aus. Die Pumplaserstrahlung P wird nicht emittiert.
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Somit kann es sich bei der Sekundärstrahlung S um eine Laserstrahlung handeln. Ein Überlapp von Moden der beiden Laserstrahlungen P, S ist in den Figuren schematisch durch überlappende Schraffierungen veranschaulicht. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen der Moden der Laserstrahlungen P, S sind dabei nur stark vereinfacht gezeichnet. Die Sekundärstrahlung S weist eine größere Wellenlänge auf als die Pumplaserstrahlung P.
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Elektroden für die Halbleiterschichtenfolge 3 zur Bestromung desselben sind in 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Bevorzugt sind insbesondere metallische Kontakte oder Elektroden ganzflächig ausgeführt, da die Pumplaserstrahlung P nicht durch Öffnungen der Elektroden hindurch emittiert wird.
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Ein Brechungsindex des Pumpmediums 4, sofern dieses nicht durch die Halbleiterschichtenfolge 3 gebildet wird, ist bevorzugt mindestens so groß wie der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge 3. Bevorzugt weisen das Pumpmedium 4 und die Halbleiterschichtenfolge 3 ähnliche Brechungsindizes auf.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist gezeigt, dass Resonatorachsen 51, 52 des ersten Resonators 21 und des zweiten Resonators 22 senkrecht zueinander orientiert sind. In 3 wird die Pumplaserstrahlung P im ersten Resonator 21 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene geführt und die Sekundärstrahlung S in Richtung parallel zur Zeichenebene; 4 stellt die zugehörige Draufsicht dar. Damit sind die Resonatorendbeschichtungen 72, 73 der Sekundärlichtquelle 12 senkrecht zu den Resonatorspiegeln 71 der Primärlichtquelle 11 orientiert.
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Beim Ausführungsbeispiel der 5 und 6 ist gezeigt, dass die Mode der Pumplaserstrahlung P und damit die Form des ersten Resonators 21 angepasst werden können, um ein optimales Pumpen des Pumpmediums 4 zu erzielen. So ist eine Mode der Pumplaserstrahlung P in Draufsicht gesehen, siehe 5, länglich gestaltet und parallel zur zweiten Resonatorachse 52 orientiert. Die Pumplaserstrahlung P kann in der Primärlichtquelle 11 entlang der gesamten Länge der zweiten Resonatorachse 52 erzeugt werden. Elektroden zur Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 3 im Bereich des ersten Resonators 21, nicht gezeichnet, können entsprechend deckungsgleich mit der Mode der Pumplaserstrahlung P gestaltet sein, ebenso wie die Resonatorspiegel 71.
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Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 und 6 dem der 3 und 4.
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In den 7 bis 9 sind weitere beispielhafte Gestaltungen der Mode der Pumplaserstrahlung P jeweils in Draufsicht gezeigt. Die Resonatorachsen 51, 52 verlaufen in den 7 bis 9 je senkrecht zur Zeichenebene, können insbesondere in den 7 und 8 aber auch senkrecht zueinander ausgerichtet sein.
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Gemäß 7 ist die Mode der Pumplaserstrahlung P in Draufsicht gesehen L-förmig an zwei Seiten des Pumpmediums 4 angeordnet. Gemäß 8 ist die Mode der Pumplaserstrahlung P U-förmig und befindet sich an drei Seiten des Pumpmediums 4. In 9 umschließt die Mode der Pumplaserstrahlung P das Pumpmedium 4 in Draufsicht gesehen ringsum.
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In 10 ist dargestellt, dass sich zwischen der Primärlichtquelle 11 und der Sekundärlichtquelle 12 eine optische Verbindungsschicht 61 befindet. Die Verbindungsschicht 61 ist beispielsweise aus einem dielektrischen Material oder aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO. Durch Verbindungsschicht 61 kann ein Luftspalt und/oder ein großer Brechungsindexsprung zwischen den Lichtquellen 11, 12 vermieden oder zumindest reduziert werden.
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In 11 ist gezeigt, dass sich zwischen den Lichtquellen 11, 12 eine dichroitische Beschichtung 65 befindet. Damit kann die Pumplaserstrahlung P in die Sekundärlichtquelle 12 gelangen. Ein Eindringen der Sekundärlichtstrahlung S in die Primärlichtquelle 12 ist unterbunden oder reduziert. Beispielsweise wird die Sekundärstrahlung S im zweiten Resonator 22 über Totalreflexion geführt. Somit ist der zweite Resonator 22 in lateraler Richtung insbesondere mittels der Beschichtung 65 definierbar.
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Beispielsweise bei einer GaN-Laserdiode an einem SaphirKristall ist eine solche Schicht 65 vorteilhaft, da Saphir einen kleineren Brechungsindex als GaN besitzt und daher das Licht aus dem GaN-Kristall an der Grenzfläche Totalreflexion erfährt. In diesem Fall wäre das Pumpmedium 4 in den Saphirkristall integriert.
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Um möglichst wenig Licht an Seitenflächen des optisch gepumpten Pumpmediums 4 zu verlieren, ist dieses bevorzugt seitlich mit einer Vergütungsschicht 62 versehen. Die Vergütungsschicht 62 ist zumindest für die Pumplaserstrahlung P hochreflektierend, kann alternativ oder zusätzlich auch für die Sekundärstrahlung S reflektierend sein. Bei der Vergütungsschicht 62 handelt es sich beispielsweise um einen dielektrischen Bragg-Spiegel und/oder um eine Metallschicht. Durch die Vergütungsschicht 62 lässt sich eine Einkoppeleffizienz der Pumplaserstrahlung P in das Pumpmedium 4 erhöhen. Das Pumpmedium 4 ist bevorzugt ringsum von der Vergütungsschicht 62 zusammen mit der Primärlichtquelle 11 umgeben.
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Solche Schichten 61, 62, 65, wie in den 10 bis 12 gezeigt, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
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Im Ausführungsbeispiel der 13 ist veranschaulicht, dass die den zweiten Resonator 22 abschließenden Beschichtungen 72, 73 durchgehend auch über die Primärlichtquelle 11 geführt sind. In 14 ist gezeigt, dass die Resonatorspiegel 71 der Primärlichtquelle 11 weggelassen sind.
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Eine Reflektivität R in Prozent gegenüber einer Wellenlänge L in Nanometer eines geeigneten Bragg-Spiegels für die Beschichtungen 71, 73 der 13 und 14 ist in 15 illustriert. Mit einem solchen Bragg-Spiegel lässt sich beispielsweise bei der Wellenlänge der Pumplaserstrahlung P, insbesondere blaues Licht bei ungefähr 450 nm, eine hohe Reflektivität von nahezu 100 % realisieren. Demgegenüber liegt bei der Wellenlänge der Sekundärstrahlung S, beispielsweise oranges Licht bei ungefähr 575 nm, eine geringe Reflektivität R vor.
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Solche Bragg-Spiegel können auch für andere Wellenlängenpaarungen der Strahlungen P, S entsprechend gestaltet sein.
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In 16 ist illustriert, dass sowohl der Resonatorspiegel 71 des ersten Resonators 21 als auch die Resonatorendbeschichtungen 72, 73 des zweiten Resonators 72 jeweils als durchgehende Schichten gestaltet sind.
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Die Reflektivität R beispielhafter Bragg-Spiegel für die Beschichtungen 71, 73 der 16 ist in 17 veranschaulicht. Die Primärstrahlung P weist in diesem Beispiel eine Wellenlänge von ungefähr 525 nm im grünen Spektralbereich auf. Die Sekundärstrahlung S liegt bei ungefähr 595 nm im roten Spektralbereich. Somit lässt sich eine hohe Durchlässigkeit für die Sekundärstrahlung S bei einer hohen Reflektivität für die Pumplaserstrahlung P erzielen. Bevorzugt liegen die Beschichtungen 72, 73 außen an den Resonatorspiegeln 71 des ersten Resonators 21.
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Die zweite Beschichtung 72 an einer Unterseite des zweiten Resonators 22 ist bevorzugt hochreflektierend für die Sekundärstrahlung S gestaltet. In 17 ist die Beschichtung 72 der Unterseite nicht illustriert.
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Durch eine geeignete Reflektivität der Auskoppelbeschichtung 73 ist eine Verstärkung im zweiten Resonator 22 einstellbar, damit die Sekundärstrahlung S effizient erzeugt wird und gleichzeitig eine hohe Lichtauskoppeleffizienz erzielt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel der 18 sind mehrere der Primärlichtquellen 11 an der beispielsweise als Kantenemitter gestalteten Sekundärlichtquelle 12 angeordnet. Die ersten Resonatorachsen 51 können senkrecht zur zweiten Resonatorachse 52 gestaltet sein. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 18 dem der 1 und 2.
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Die Emissionsrichtung des zweiten Resonators 22 muss nicht mit der der Primärlichtquelle 11 übereinstimmen. Eine Richtung der Emission der Sekundärstrahlung S kann durch Wahl der Verspiegelungen auf den verschiedenen Seiten des zweiten Resonators 22 bestimmt werden. So können zwei VCSEL nebeneinander mit unterschiedlichen Emissionsrichtungen für die Lichtquellen 11, 12 angeordnet werden. Ebenso kann ein zweiter Resonator in Kantenemitter-Geometrie verwendet werden, wobei die Primärlichtquelle 11 senkrecht oder beliebig dazu als Pumplichtquelle dient und an Seitenflächen des Kantenemitters angebracht sein kann.
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Bevorzugt wird eine Lasermode der Primärlichtquelle 11 nicht kreisförmig ausgeführt, sondern in Draufsicht länglich, damit das Pumpmedium 4 im Falle eines Kantenemitters mit einem großen Überlapp der Moden gepumpt werden kann. Ferner können mehrere Primärlichtquellen 11 entlang von Seitenflächen des Kantenemitters in Form der Sekundärlichtquelle 12 angeordnet werden. Eine Kontaktierung insbesondere eines p-Kontakts der Sekundärlichtquelle 12 ist dann bevorzugt teilweise unterbrochen und/oder transparent ausgeführt, beispielsweise aus ITO.
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In 19 ist gezeigt, dass mehrere der Primärlichtquellen 11 entlang der zweiten Resonatorachse 52 übereinander gestapelt angeordnet sind. Die Primärlichtquellen 11 können voneinander beabstandet angebracht sein oder direkt aufeinander gestapelt folgen. Ebenso ist es möglich, dass sich die Primärlichtquellen 11 einen der Resonatorspiegel 71 teilen, siehe die beiden untersten in 19 gezeichneten Primärlichtquellen 11.
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In den Ausführungsbeispielen der 20 bis 23 sind jeweils mehrere der Primärlichtquellen 11 vorhanden, die gemeinsam die Sekundärlichtquelle 12 optisch pumpen. Die Primärlichtquellen 11 können elektrisch nur gemeinsam betreibbar sein oder auch elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
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Gemäß 20 liegt eine lineare Anordnung der Lichtquellen 11, 12 vor, wobei sich die Primärlichtquellen 11 beiderseits der Sekundärlichtquelle 12 befinden.
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Beim Ausführungsbeispiel der 21 sind die Primärlichtquellen 11 an vier Seiten um das Pumpmedium 4 herum angeordnet. Dabei ist die Mode der Sekundärstrahlung S länglich gestaltet und an einer Längsseite sind mehrere der Primärlichtquellen 11 angebracht.
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Gemäß 22 liegt eine kreuzförmige Anordnung vor. An jeder Seite des Pumpmediums 4 liegt die gleiche Anzahl von Primärlichtquellen 11 vor, beispielsweise jeweils eine der Primärlichtquellen 11.
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In 23 sind die Primärlichtquellen 11 blockförmig in einem quadratischen Raster angeordnet und umgeben das Pumpmedium 4 damit entlang von Diagonalen. Durch diese Anordnung lässt sich eine platzsparende Unterbringung der Lichtquellen 11, 12 erzielen.
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Die Anzahl und Anordnung der Primärlichtquellen 11 um die Sekundärlichtquelle 12 herum ist abhängig von der Gestaltung der Mode der Sekundärstrahlung S. Entsprechend ist die Anordnung der Primärlichtquellen 11 jeweils an die Form der Mode der Sekundärstrahlung S anzupassen, wie beispielsweise in 21 angedeutet.
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In den 24 und 25 ist je eine Primärlichtquelle 11 vorhanden, die mehrere der Sekundärlichtquellen 12 optisch pumpt. Dabei kann eine lineare Anordnung vorliegen, siehe 24, oder auch eine kreuzförmige Anordnung, vergleiche 25. Die Mode der Pumplaserstrahlung P ist bevorzugt an die Anordnung und Gestalt der Sekundärlichtquellen 12 angepasst, analog zu den Ausführungsbeispielen der 20 bis 23.
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In 26 ist illustriert, dass die Primärlichtquellen 11 und die Sekundärlichtquellen 12 in einer eineindeutigen Zuordnung vorliegen und insgesamt in einem regelmäßigen Feld angeordnet sind. Die Primärlichtquellen 11 sind bevorzugt unabhängig voneinander ansteuerbar, können aber auch beispielsweise zeilenmäßig, spaltenmäßig oder alle zusammen elektrisch zusammengefasst sein.
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Gemäß 26 liegen die Primärlichtquellen 11 und die Sekundärlichtquellen 12 jeweils in separaten Zeilen vor. Eine solche Anordnung ist nicht zwingend erforderlich, siehe 27. So können sich die Primärlichtquellen 11 und die Sekundärlichtquellen 12 entlang der Zeilen und/oder der Spalten einander abwechseln.
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Wie auch in den anderen bislang gezeigten Ausführungsbeispielen ist es nicht notwendig, dass die Sekundärlichtquelle 12 sichtbares Licht emittiert. So kann die Sekundärstrahlung S in infrarotem oder nahinfrarotem Bereich liegen, beispielsweise um eine großflächige Infrarotbeleuchtung für Überwachungsanwendungen zu realisieren.
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In den 28 und 29 ist illustriert, dass das Halbleiterbauteil 1 als Anzeigeeinrichtung 10 gestaltet ist. Dazu sind beispielsweise jeweils drei der Primärlichtquellen 11 und der Sekundärlichtquellen 12 zu einem Bildpunkt 8 gruppiert. Die Bildpunkte 8 sind bevorzugt RGB-Bildpunkte zur Emission von rotem, grünem und blauem Licht. Die Primärlichtquellen 11 sind bevorzugt elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar.
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In 28 ist gezeigt, dass bei einem Bildpunkt 8a die Primärstrahlung P im tiefblauen oder nahultravioletten Spektralbereich liegt. Damit emittieren die Sekundärlichtquellen 12 Sekundärstrahlungen S1, S2, S3 im blauen, grünen und roten Spektralbereich. Die zugehörigen Pumpmedien 4 der Sekundärlichtquellen sind beispielsweise jeweils durch einen Leuchtstoff gebildet, der über ein Dispensen oder Aufdrucken an der zugehörigen Primärlichtquelle 11 angebracht sein kann.
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Demgegenüber ist ein weiterer Bildpunkt 8b veranschaulicht, bei dem zwei Arten von Primärlichtquellen 11 vorhanden sind, die Pumplaserstrahlungen P1, P2 erzeugen. Die Pumplaserstrahlung P2 liegt im blauen oder nahultravioletten Spektralbereich, sodass die längerwelligen Sekundärstrahlungen S2, S3 im grünen und roten Spektralbereich erzeugt werden können. Die Sekundärstrahlung S1 ist optional und kann unmittelbar durch die Pumplaserstrahlung P1 ersetzt sein. Alternativ handelt es sich bei der Sekundärstrahlung S1 lediglich um gestreute Pumplaserstrahlung P1, sodass für blaues Licht kein Pumpmedium vorhanden ist, sondern beispielsweise lediglich ein Streumedium.
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Beide Konzepte, also die Erzeugung des roten, grünen und blauen Lichts jeweils durch die Pumpmedien 4 oder die Verwendung von blauem Licht direkt aus der Primärlichtquelle 11, können auch in anderen Anordnungen verwendet werden, siehe beispielsweise die lineare Anordnung in 29.
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In den 26 bis 29 sind die Sekundärlichtquellen 12 jeweils alle gleich groß dargestellt, ebenso wie die Primärlichtquellen 11. Dies ist nicht immer erforderlich. So können die Größen der Pumpmedien 4, sowie der Moden der Strahlungen P, S, an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden, beispielsweise um einen größeren Anteil an grünem Licht zu erzeugen. Ebenso ist es nicht notwendig, dass die Bildpunkte 8 jeweils durch drei Primärlichtquellen 11 und durch drei Sekundärlichtquellen 12 gebildet werden, auch hiervon abweichende Anzahlen können vorliegen.
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In 30 ist veranschaulicht, dass die Primärlichtquelle 11 in Draufsicht gesehen in der Sekundärlichtquelle 12 integriert ist. Damit können die Resonatorachsen 51, 52 parallel zueinander verlaufen, wie in den Schnittdarstellungen der 31 und 32 gezeigt. Entlang der Resonatorachsen 51, 52 kann die Primärlichtquelle 11 vollständig durch das Pumpmedium 4 hindurch verlaufen, siehe 32, oder sich auch nur zum Teil entlang der zweiten Resonatorachse 52 erstrecken, siehe 31.
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In 33 ist der umgekehrte Fall illustriert, wonach die Sekundärlichtquelle 12 innerhalb der Primärlichtquelle 11 platziert ist. Die Ausführungen zu den 30 bis 32 gelten für 33 entsprechend.
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In den 34 und 35 ist illustriert, dass das Pumpmedium 4 als Wachstumssubstrat 64 der Primärlichtquelle 11 dienen kann. Das Wachstumssubstrat 64 ist beispielsweise aus GaN, SiC oder Saphir und bevorzugt mit einem Dotierstoff wie Ce, Cr, Er, Nb, Ti, Pr und/oder Yb versehen. Der Dotierstoff wird von der Pumplaserstrahlung P optisch angeregt und dient somit selbst als Lasermedium oder als Lumineszenzmedium. Damit kann eine Substratmode als Pumpmode dienen.
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Beispielsweise wird ein blau, grün und/oder petrol-farben emittierender VCSEL als Primärlichtquelle 11 auf einem titandotierten Saphirsubstrat gewachsen. Die VCSEL-Struktur kann somit auf das optisch aktive Substrat 64 aufgebracht oder aufgewachsen werden. Über der VCSEL-Struktur der Primärlichtquelle 11 kann wieder ein optisch aktives Material wie das Substratmaterial oder ein anderes Material abgeschieden werden. Eine Verspiegelung der Primärlichtquelle 11 ist entsprechend anzupassen, sodass eine effiziente seitliche Ankopplung an das Aufwachssubstrat 64 und damit an das Pumpmedium 4 gegeben ist.
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In 34 ist gezeigt, dass das Aufwachssubstrat 64 die Primärlichtquellen 11 seitlich überragt. Pro Primärlichtquelle 11 kann eine Ausnehmung in dem Aufwachssubstrat 64 vorhanden sein.
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Bevorzugt ist das Aufwachssubstrat 64 stellenweise mit einer Vergütungsschicht versehen, analog zu 12. Eine solche Vergütungsschicht ist in den 34 und 35 nicht eigens dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel der 36 ist in die Halbleiterschichtenfolge 3 eine Ausnehmung mit Seitenwänden 91 geformt. Die Seitenwände 91 sind bevorzugt schräg angeordnet, sodass die Ausnehmung pyramidenstumpfförmig oder kegelstumpfförmig gestaltet sein kann. Abweichend von der Darstellung der 36 kann die Ausnehmung auch innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 3 enden, sodass die Ausnehmung die Halbleiterschichtenfolge 3 dann nicht vollständig durchläuft, sondern ein Sackloch ist.
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Das Pumpmedium 4 ist bevorzugt nachträglich in die Ausnehmung eingefüllt und kann Quantenpunkte, Leuchtstoffe oder ähnliches enthalten. Ein entsprechendes Pumpmedium 4 kann zum Beispiel mittels Aufdampfen, Sputtern oder epitaktischem Wachstum erzeugt werden.
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Auch ein umgekehrtes Herstellungsverfahren ist möglich, wonach zuerst das Pumpmedium 4 erzeugt wird und anschließend zum Beispiel um das Pumpmedium 4 herum die Halbleiterschichtenfolge 3 epitaktisch abgeschieden wird. Gleiches gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
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Arrays, wie insbesondere in den 26 bis 29 dargestellt, können dadurch erzeugt werden, dass die Primärlichtquellen und/oder die Sekundärlichtquellen über einen Transferprozess, beispielsweise einem gezielten Ablösen von einem Aufwachssubstrat, dicht benachbart nebeneinander angeordnet werden. Lücken zwischen benachbarten Lichtquellen 11, 12 können danach mit einem Material verfüllt werden, beispielsweise mit Spin-On-Glas oder mit einem Kunststoff mit einem bevorzugt hohen Brechungsindex.
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Solche Arrays der Lichtquellen 11, 12, siehe speziell die 26 bis 29, können auch durch selektives epitaktisches Wachstum unmittelbar nebeneinander hergestellt werden.
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Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Pumpmedium 4, dass etwa in die Ausnehmung der Halbleiterschichtenfolge 3 eingefüllt wird, um eine Quantenpunkt-Matrix handeln oder um einen dotierten Festkörperlaserkristall wie Nd:YAG oder Ti:Saphir. Ferner können kantenemittierende Halbleiterlaserstrukturen verwendet werden oder Nanosäulen, auch in einer sogenannten Nanorod-Wispering-Gallery-Laser-Anordnung.
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In 37 ist beispielhaft die Halbleiterschichtenfolge 3 für eine Primärlichtquelle 11 gezeigt. Zwischen einem ersten Bereich 31 und einem zweiten Bereich 32 der Halbleiterschichtenfolge 3 befindet sich eine aktive Zone 33 zur Erzeugung der Pumplaserstrahlung P. Die Resonatorspiegel 71 können gleichzeitig als Elektroden 35 dienen, sodass die Elektroden 35 ganzflächig aufgebracht sind. Die Halbleiterschichtenfolge 3 basiert beispielsweise auf dem Materialsystem AlInGaN, AlInGaAs oder AlInGaAlP, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
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Optional befindet sich in der Halbleiterschichtenfolge 3, beispielsweise nahe an der oder unmittelbar an der aktiven Zone 33, eine Stromblende 34. Die Stromblende 34 ist aus einem Halbleitermaterial oder auch aus einem Metall. In einem Bereich, in dem die Stromblende 34 vorhanden ist, erfolgt bevorzugt kein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolge 3 hindurch. Somit ist über die Stromblende 34 eine Eingrenzung des Stromflusses erreichbar und eine Form der Mode der Pumplaserstrahlung P definierbar.
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In 38 ist illustriert, dass sich in der Halbleiterschichtenfolge 3 entlang der ersten Resonatorachse 51 beispielsweise zwei Maxima einer Intensität I ausbilden können. Speziell im Falle von Geometrien, in denen die Resonatorachsen 51, 52 senkrecht zueinander angeordnet sind, siehe beispielsweise die 3 und 4, ist das Pumpmedium 4 in einem der Maxima angeordnet. Insbesondere liegt das Pumpmedium 4 in dem Maximum, in dem sich nicht das der aktiven Zone 33 zugeordnete Maximum befindet.
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Eine Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge 3 entlang der ersten Resonatorachse 51 ist bevorzugt gering und liegt beispielsweise bei höchstens 5 µm oder 3 µm. Damit ist es möglich, dass sich nur wenige Intensitätsmaxima ausbilden.
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In 39 ist beispielhaft eine Geometrie für die Stromblende 34 gezeigt. In Richtung hin zur Sekundärlichtquelle 12 ist die Stromblende 34 nicht vorhanden oder, um eine Bestromung zumindest nahe an einer Facette oder äußeren Grenzfläche der Primärlichtquelle 11 zu unterbinden, nur sehr schmal gestaltet.
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Es ist nicht erforderlich, dass die Öffnung in der Stromblende 34 kreisrund gestaltet ist, da die Pumplaserstrahlung P nicht aus dem Halbleiterbauteil 1 heraus emittiert wird und somit ein Strahlprofil der Pumplaserstrahlung P nicht zwingend wesentlich für das Strahlprofil der Sekundärstrahlung S ist.
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Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optoelektronisches Halbleiterbauteil
- 11
- Primärlichtquelle
- 12
- Sekundärlichtquelle
- 21
- erster Resonator
- 22
- zweiter Resonator
- 23
- Resonatorendfläche
- 3
- Halbleiterschichtenfolge
- 31
- erster Bereich der Halbleiterschichtenfolge
- 32
- zweiter Bereich der Halbleiterschichtenfolge
- 33
- aktive Zone
- 34
- Stromblende
- 35
- Elektrode
- 4
- Pumpmedium
- 51
- erste Resonatorachse des ersten Resonators
- 52
- zweite Resonatorachse des zweiten Resonators
- 61
- Verbindungsschicht
- 62
- Vergütungsschicht
- 63
- Bragg-Spiegel
- 64
- Aufwachssubstrat
- 65
- dichroitische Beschichtung
- 71
- Resonatorspiegel des ersten Resonators
- 72
- Resonatorspiegel des zweiten Resonators
- 73
- Auskoppelbeschichtung des zweiten Resonators
- 8
- Bildpunkt
- 9
- Füllung
- 91
- Seitenwand
- 10
- Anzeigeeinrichtung
- G
- Wachstumsrichtung
- L
- Wellenlänge in nm
- P
- Pumplaserstrahlung
- S
- Sekundärstrahlung
