DE102018128336A1 - Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse - Google Patents

Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse Download PDF

Info

Publication number
DE102018128336A1
DE102018128336A1 DE102018128336.9A DE102018128336A DE102018128336A1 DE 102018128336 A1 DE102018128336 A1 DE 102018128336A1 DE 102018128336 A DE102018128336 A DE 102018128336A DE 102018128336 A1 DE102018128336 A1 DE 102018128336A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lens
compound semiconductor
main surface
semiconductor layer
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018128336.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Petrus Sundgren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102018128336.9A priority Critical patent/DE102018128336A1/de
Publication of DE102018128336A1 publication Critical patent/DE102018128336A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18388—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0052—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a laser diode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021—Silicon based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282—Passivation layers or treatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34326—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on InGa(Al)P, e.g. red laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Ein optisches Element (128, 130) ist aus einem InGaAlP-Material aufgebaut. Dabei hat das InGaAlP-Material ein sich in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche (111) streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis. Die erste Hauptoberfläche (111) ist strukturiert.

Description

  • HINTERGRUND
  • Oberflächenemittierende Laser, d.h. Laservorrichtungen, bei denen das erzeugte Laserlicht senkrecht zu einer Oberfläche einer Halbleiterschichtanordnung emittiert wird, werden weit verbreitet als Laser-Lichtquelle eingesetzt.
  • Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen auf einfache Weise eine Laservorrichtung mit Linse hergestellt werden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiter-Laservorrichtung mit Linse zur Verfügung zu stellen. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laservorrichtung mit Linse bereitzustellen.
  • Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein optisches Element ist aus einem InxGayAl1-x-yP-Material aufgebaut. Dabei hat das InxGayAl1-x-yP-Material ein sich in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis hat. Weiterhin ist die erste Hauptoberfläche strukturiert.
  • Beispielsweise ist das optische Element eine Linse. Die erste Hauptoberfläche kann eine Eintritts- oder Austrittsfläche für elektromagnetische Strahlung sein.
  • Gemäß Ausführungsformen weist eine optoelektronische Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper und eine Linse aus InxGayAl1-x-yP-Material auf. Dabei ist die Linse über einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist.
  • Beispielsweise kann die optoelektronische Halbleitervorrichtung eine Halbleiter-Laservorrichtung sein, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleiterkörpers zu emittieren. Die Halbleiter-Laservorrichtung weist eine Linse aus InxGayAl1-x-yP-Material auf, die über der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist.
  • Das InxGayAl1-x-yP-Material kann ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis haben. Beispielsweise kann ein Verhältnis eines Al-Gehalts zu einem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche abnehmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann dieses Verhältnis zunehmen.
  • Die Halbleiter-Laservorrichtung kann ferner einen ersten und einen zweiten Resonatorspiegel aufweisen, die jeweils in dem Halbleiterkörper angeordnet sind. Dabei können der erste und der zweite Resonatorspiegel jeweils Halbleiterschichten aus AlxGa1-xAs-Material enthalten. Beispielsweise ist die Linse in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper angeordnet.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements das Ausbilden einer Verbindungshalbleiter-Schicht, die ein in vertikaler Richtung sich streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist, über einem Träger. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung umfasst gemäß Ausführungsformen das Ausbilden eines Halbleiterkörpers. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Verbindungshalbleiter-Schicht, die ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist, und das Durchführen eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht. Dabei ist die Verbindungshalbleiter-Schicht über einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet.
  • Beispielsweise kann das Ausbilden eines Halbleiterkörpers das Ausbilden einer Halbleiter-Laservorrichtung umfassen. Die Halbleiter-Laservorrichtung kann geeignet sein, elektromagnetische Strahlung in einer Richtung senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zu emittieren.
  • Beispielsweise wird die Verbindungshalbleiter-Schicht nach Ausbilden des Halbleiterkörpers ausgebildet. Alternativ kann der Halbleiterkörper nach Ausbilden der Verbindungshalbleiter-Schicht ausgebildet werden.
  • Beispielsweise enthält die Verbindungshalbleiter-Schicht AlxGa1-xAs. Dabei kann x mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zunehmen oder abnehmen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen enthält die Verbindungshalbleiter-Schicht InxGayAl1-x-yP. Beispielsweise kann ein Verhältnis eines Al-Gehalts zu einem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zunehmen oder abnehmen.
  • Gemäß Ausführungsformen kann durch das Ätzverfahren eine Linse aus der Verbindungshalbleiterschicht ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine vertikale Veränderung des Zusammensetzungsverhältnisses eine Krümmung der Linse bestimmen.
  • Das Verfahren kann ferner das Ausbilden einer Maske über der Verbindungshalbleiterschicht vor Durchführen des Ätzverfahrens umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird eine reflexionsvermindernde Schicht über einer Oberfläche der Linse ausgebildet.
  • Beispielsweise kann das Ätzverfahren ein nasschemisches Ätzverfahren umfassen. Das Ätzmittel zur Durchführung des nasschemischen Ätzverfahrens kann beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, eine Mischung aus Phosphorsäure und Wasserstoffperoxid oder eine Mischung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid umfassen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Elements gemäß Ausführungsformen.
    • 1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Elements gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiter-Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 3B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiter-Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 4A bis 4C veranschaulichen Querschnittsansichten eines Halbleiterschichtstapels zur Ausbildung einer Linse.
    • 5A bis 5C veranschaulichen Querschnittsansichten eines Halbleiterschichtstapels zur Ausbildung einer Linse.
    • 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 7A veranschaulicht ein Verfahren gemäß Ausführungsformen.
    • 7B veranschaulicht ein Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
  • Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können prinzipiell jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen.
  • Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
  • Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
  • Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
  • Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
  • Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
  • 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Elements 128 gemäß Ausführungsformen. Wie nachfolgend erläutert werden wird, umfasst das optische Element 128 ein InxGayAl1-x-yP-Material 110 oder ist aus diesem aufgebaut. Das InxGayAl1-x-yP-Material hat ein sich in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche 111 des optischen Elements 128 streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis. Weiterhin ist die erste Hauptoberfläche 111 des optischen Elements strukturiert. Beispielsweise kann ein Al-Gehalt oder ein Verhältnis des Al-Gehalts zu dem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche zunehmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Al-Gehalt oder ein Verhältnis des Al-Gehalts zu dem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche abnehmen.
  • Das optische Element 128 kann auf einem geeigneten Substrat 100 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Substrat 100 ein GaAs-Substrat oder ein Halbleiterkörper sein. Das optische Element 128 kann beispielsweise eine Linse 130 sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optische Element 128 auch ein Linsenraster sein, bei dem eine Vielzahl von linsenartigen Elementen horizontal nebeneinander angeordnet ist. 1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Elements 128, welches als ein Linsenraster ausgeführt ist. Das in 1B gezeigte optische Element kann auf einem Substrat 100 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optische Element auch ein Phasengitter sein.
  • Generell kann das optische Element insbesondere eine Oberfläche 111 oder Oberflächenbereiche haben, die gegenüber einer horizontalen, planen Oberfläche nach innen oder nach außen gewölbt ist. Aufgrund der Beschaffenheit des Verbindungshalbleitermaterials mit einem sich verändernden Zusammensetzungsverhältnis lässt sich das optische Element aus dem Verbindungshalbleitermaterials durch ein Ätzverfahren, bei dem die Ätzrate von dem Zusammensetzungsverhältnis abhängt, strukturieren.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen. Die optoelektronische Halbleitervorrichtung 10 weist einen Halbleiterkörper 139 und eine Linse 130 aus einem InxGayAl1-x-yP-Material 110 auf. Die Linse 130 ist über einer ersten Hauptoberfläche 131 des Halbleiterkörpers 139 angeordnet. Beispielsweise steht die Linse 130 in direktem Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche 131 des Halbleiterkörpers. Der Halbleiterkörper 139 kann beispielsweise Schichten aufweisen, auf denen das InxGayAl1-x-yP-Material epitaktisch aufwachsbar ist. Der Halbleiterkörper 139 kann beispielsweise Halbleiterschichten aufweisen, die in der Lage sind, elektromagnetische Strahlung 15 zu emittieren. Gemäß weiteren Ausführungsformen können Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 139 in der Lage sein, einfallende elektromagnetische Strahlung 16 aufzunehmen oder zu detektieren. Beispielsweise kann die optoelektronische Halbleitervorrichtung 10 eine lichtemittierende Vorrichtung (z.B. eine LED oder ein Laser) oder eine lichtaufnehmende Vorrichtung (z.B. ein Photodetektor oder ein Bildsensor) sein.
  • Beispielsweise kann das InxGayAl1-x-yP-Material ein sich in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche 111 der Linse oder des Halbleiterkörpers 139 streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis haben. Beispielsweise kann ein Al-Gehalt oder ein Verhältnis des Al-Gehalts zu dem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche zunehmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Al-Gehalt oder ein Verhältnis des Al-Gehalts zu dem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche abnehmen.
  • 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen, die als Halbleiter-Laservorrichtung ausgeführt ist. Die in 3A dargestellte Halbleiter-Laservorrichtung 10 ist geeignet, elektromagnetische Strahlung 147 in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche 131 eines Halbleiterkörpers 139 zu emittieren. Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 weist eine Linse 130 aus InxGayAl1-x-yP-Material (0<x<1, 0<y<1) auf, die über der ersten Hauptoberfläche 131 angeordnet ist. Gemäß Ausführungsformen kann die Linse 130 in direktem Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche 131 oder in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 139 angeordnet sein. Beispielsweise hat das InxGayAl1-x-yP-Material ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis. Beispielsweise kann ein Verhältnis des Ga-Gehalts y zu dem Gehalt von Al und Ga (1-x) sich in vertikaler Richtung verändern. Beispielsweise kann dieses Verhältnis mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche 131 abnehmen. Der Halbleiterkörper 139 kann einen ersten Resonatorspiegel 133, einen zweiten Resonatorspiegel 135 sowie eine zwischen erstem und zweitem Resonatorspiegel 133, 135 angeordnete aktive Zone 134 umfassen. Dabei kann der erste Resonatorspiegel 133 jeweils alternierend gestapelte erste Schichten 133a einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 133b einer zweiten Zusammensetzung aufweisen. Der zweite Resonatorspiegel 135 kann ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 135a, 135b mit jeweils unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen.
  • Beispielsweise kann eine aktive Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel angeordnet sein. Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.
  • Die jeweils alternierend gestapelten Schichten des ersten oder zweiten Resonatorspiegels 133, 135 weisen jeweils unterschiedliche Brechungsindizes auf. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (N > 3,1) und einen niedrigen Brechungsindex (N < 3,1) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 oder ein Mehrfaches von λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem entsprechenden Medium angibt. Der erste oder der zweite Resonatorspiegel 133, 135 kann beispielsweise 2 bis 50 unterschiedliche Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielsweise 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind. Beispielsweise kann der zweite Resonatorspiegel 135 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8 % oder mehr für die Laserstrahlung haben. Der erste Resonatorspiegel 133 kann als Auskoppelspiegel für die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist beispielsweise ein geringeres Reflexionsvermögen als der zweite Resonatorspiegel auf.
  • In der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung 147 kann zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel 135 derart reflektiert werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld für die Erzeugung kohärenter Strahlung (Laserstrahlung) über induzierte Emission in der aktiven Zone ausbildet. Insgesamt entspricht die Schichtdicke der aktiven Zone 134 mindestens der halben effektiven emittierten Wellenlänge (λ/2N, wobei N der Brechzahl der aktiven Zone entspricht), so dass sich innerhalb des Resonators stehende Wellen ausbilden können. Die erzeugte Laserstrahlung 147 kann beispielsweise über den ersten Resonatorspiegel 133 aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 bildet somit einen sogenannten VCSEL, d.h. oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator („Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser“) aus.
  • Gemäß Ausführungsformen können die alternierend gestapelten Schichten zur Ausbildung des ersten und/oder zweiten Resonatorspiegels 133, 135 Halbleiterschichten aufweisen, von denen mindestens eine Schicht jeweils dotiert ist. Beispielsweise kann mindestens eine Halbleiterschicht der gestapelten Schichten des ersten Resonatorspiegels 133 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p- oder n-Typ, dotiert sein. In entsprechender Weise kann mindestens eine der Halbleiterschichten des zweiten Resonatorspiegels 135 mit Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise n- oder p-Typ, dotiert sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann mindestens der erste oder der zweite Resonatorspiegel 133, 135 ausschließlich aus dielektrischen Schichten aufgebaut sein. In diesem Fall weist der Halbleiterkörper 139 zusätzlich eine erste Halbleiterschicht (nicht gezeigt) vom ersten Leitfähigkeitstyp sowie eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (nicht gezeigt) auf. Beispielsweise können in diesem Fall die alternierend angeordneten dielektrischen Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (N > 1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (N < 1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein.
  • Beispielsweise können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels sowie der aktiven Zone auf dem AlGaAs-Schichtsystem basieren und jeweils Schichten der Zusammensetzung AlxGa1-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels sowie der aktiven Zone auch auf dem InGaAlP-Materialsystem basieren und Halbleiterschichten der Zusammensetzung InxGayAl1-x-yP mit 0 ≤ x, y ≤ 1 umfassen.
  • Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 weist darüber hinaus ein erstes elektrisches Kontaktelement 141 sowie ein zweites elektrisches Kontaktelement 142 auf. Beispielsweise sind die Schichten des ersten Resonatorspiegels 133 mit dem ersten elektrischen Kontaktelement 141 verbunden. Über das erste elektrische Kontaktelement 141 sind beispielsweise die Schichten des ersten Resonatorspiegels 133 ansteuerbar. Weiterhin können die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 135 mit dem zweiten elektrischen Kontaktelement 142 verbunden sein. Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 135 können über das zweite elektrische Kontaktelement 142 ansteuerbar sein. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktelement 141, 142 ist die Halbleiter-Laservorrichtung elektrisch pumpbar.
  • Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 kann weiterhin eine Oxid-Blende bzw. Oxid-Apertur 138 aufweisen. Durch diese Oxid-Blende 138 kann der Strompfad innerhalb des Halbleiterkörpers 139 gezielt geführt werden, so dass Emission elektromagnetischer Strahlung insbesondere in den Halbleiterbereichen innerhalb der Oxid-Apertur 138 auftritt. Selbstverständlich kann die Apertur 138 auch durch andere Elemente realisiert werden.
  • Die Schichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 133, 135 sowie die aktive Zone 134 können über einem geeigneten Substrat 145 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Substrat 145 ein GaAs-Substrat sein. Die Linse 130 ist über der ersten Hauptoberfläche 131 des Halbleiterkörpers 139 angeordnet. Beispielsweise befindet sich die Linse 130 in direktem Kontakt mit einer der Schichten 133a, 133b des ersten Resonatorspiegels 133. Dadurch, dass die Linse 130 in direktem Kontakt zu der ersten oder zweiten Schicht 133a, 133b des ersten Resonatorspiegels 133 angeordnet ist, kann die Halbleiter-Laservorrichtung in kompakter Bauweise realisiert werden. Gemäß Ausführungsformen kann weiterhin eine Schutzschicht oder eine reflexionsvermindernde Schicht 132 aus zum Beispiel SixOy, SixNy, SixOyNz, AlxOy, ITO (Indiumzinnoxid, „indium tin oxide“) oder ZnO über der Linse 130 ausgebildet sein.
  • 3B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Halbleiter-Laservorrichtung 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die in 3B dargestellte Halbleiter-Laservorrichtung ist ähnlich wie die in 3A aufgebaut. Abweichend hiervon ist jedoch das Kontaktelement 142 zwischen dem zweiten Resonatorspiegel 135 und Substrat 145 angeordnet. Beispielsweise kann das Substrat 145 in der in 3B dargestellten Ausführungsform auch ein von einem Wachstumssubstrat verschiedenes Substrat sein. Beispielsweise kann das Substrat 145 aus Silizium aufgebaut sein.
  • Die 4A bis 4C veranschaulichen Elemente eines Verfahrens zur Herstellung eines optischen Elements. Wie nachfolgend diskutiert werden wird, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements das Ausbilden einer Verbindungshalbleiter-Schicht 110 über einem Träger, wobei die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 ein in vertikaler Richtung sich streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht, wodurch eine Linse ausgebildet wird. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 über einer ersten Hauptoberfläche 131 eines Halbleiterkörpers 139 ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich zu dem optischen Element 128 oder der Linse 130 eine optoelektronische Halbleitervorrichtung in dem Halbleiterkörper 139 ausgebildet werden. Beispielsweise umfasst ein Verfahren zur Ausbildung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung zusätzlich das Ausbilden einer Halbleiter-Laservorrichtung in einem Halbleiterkörper 139. Die Halbleiter-Laservorrichtung ist geeignet, elektromagnetische Strahlung in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche 131 eines Halbleiterkörpers 139 zu emittieren.
  • Das Verfahren zum Ausbilden des optischen Elements, beispielsweise einer Linse, ist in den 4A bis 4C veranschaulicht. Über einem Substrat 100, beispielsweise einem GaAs-Substrat ist eine Verbindungshalbleiter-Schicht 110 ausgebildet. Die Verbindungshalbleiterschicht-Schicht weist ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis auf. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Schicht eine AlxGa1-xAs-Schicht sein, mit 0 ≤ x ≤ 1, wobei x sich in einer vertikalen z-Richtung verändert. Insbesondere kann x mit zunehmendem Abstand von dem Substrat 100 abnehmen (oder zunehmen). Mit anderen Worten hat die Schicht 110 in einem Bereich, der dem Substrat 100 zugewandt ist, einen niedrigeren Al-Anteil als in einem Bereich, der von dem Substrat 100 abgewandt ist. Zusätzlich kann eine Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105, beispielsweise eine AlxGa1-xAs-Schicht mit einem niedrigeren x-Anteil als die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 zwischen der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 und dem Substrat 100 angeordnet sein. Zusätzlich kann eine Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 über der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 wiederum eine AlxGa1-xAs-Schicht mit einem höheren Al-Gehalt als die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 sein. Das heißt, x nimmt im Bereich der Schicht 113 einen Wert größer 0,5 oder größer 0,7 an. Über einer Oberfläche 112 der Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 kann zusätzlich eine Maske 115 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Maske 115 aus einem Fotoresistmaterial oder aus einem Hartmaskenmaterial, beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder einer Kombination dieser Schichten aufgebaut sein. Die Maske 115 kann einen Teil der Oberfläche 112 der Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 bedecken und einen weiteren Teil der Oberfläche 112 der Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 unbedeckt lassen. Beispielsweise kann die Maske 115 den Teil der Oberfläche 112 der Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113, in dem die Linse auszubilden ist bedecken. Die Teile der Verbindungshalbleiter-Opferschicht, die vollständig wegzuätzen sind, sind von der Maske 115 nicht bedeckt.
  • Wird nun ein Ätzverfahren mit einem geeigneten Ätzmittel durchgeführt, so kann beispielsweise die Ätzrate in Abhängigkeit von dem Al-Gehalt der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 variieren.
  • 4B veranschaulicht den Vorgang 120 des Ätzens der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 sowie der Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 und der Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105.
  • Beispielsweise können Nassätzverfahren zum Ätzen der Verbindungshalbleiterschichten verwendet werden. Beispielsweise kann die Ätzung unter Verwendung von Schwefelsäure, einer Mischung aus Phosphorsäure und Wasserstoffperoxid oder einer Mischung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid durchgeführt werden. Die jeweiligen Säuren können gegebenenfalls verdünnt sein. Gemäß Ausführungsformen kann ein geeignetes Ätzmittels in Abhängigkeit von einer gewünschten Ätzselektivität ausgewählt werden.
  • Beispielsweise kann ein Teil der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 mit höherem Al-Gehalt mit einer größeren Ätzrate geätzt werden als ein Teil der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 mit niedrigerem Al-Gehalt. Als Folge bildet sich eine gekrümmte Oberfläche 111 der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 aus. Die Krümmung der Oberfläche 111 kann von einer Veränderung des Zusammensetzungsverhältnisses der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 abhängen. Beispielsweise kann das Ätzverfahren so lange durchgeführt werden, bis die Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 vollständig geätzt ist und die Maske 115 von der Oberfläche der Verbindungshalbleiter-Schicht gelöst ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Maskenmaterial sich ebenfalls in dem Ätzmittel auflösen, allerdings bei einer geringeren Ätzrate als die Verbindungshalbleiter-Schicht 110. Als Ergebnis wird die Maske 115 sich nach einiger Zeit in dem Ätzmittel auflösen und die Weiterverarbeitung der Linse nicht stören.
  • 4C zeigt eine Querschnittsansicht der geätzten Linse 130 über dem Substrat 100 und der Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105. Die Maske 115 ist von einer Oberfläche der Linse 130 entfernt.
  • Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105 eine Schicht des ersten Resonatorspiegels 133 mit sehr niedrigem Al-Gehalt sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann eine spezielle Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105 mit niedrigem Al-Gehalt über einer abschließenden Schicht des ersten Resonatorspiegels 133 ausgebildet sein und in Kontakt mit der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 stehen. Das Substrat 100 kann beispielsweise durch die Schichten der Halbleiter-Laservorrichtung, zum Beispiel den ersten Resonatorspiegel 133 realisiert sein.
  • Gemäß Ausführungsformen kann bei Ausbildung der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 mit variierendem Zusammensetzungsverhältnis der Al-Gehalt oder der Gehalt einer anderen Komponente gezielt in Abhängigkeit von einer vertikalen Position entlang der z-Achse ausgewählt werden, um ein erwünschtes Zusammensetzungsprofil zu erhalten. Durch dieses speziell ausgebildete Zusammensetzungsprofil kann die Form der durch den Ätzvorgang herzustellenden Linse bestimmt werden. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 durch ein epitaktisches Verfahren ausgebildet werden. Bei einem derartigen epitaktischen Verfahren ist es möglich, das Al-Zusammensetzungsprofil exakt zu steuern.
  • Als Beispiel ist vorstehend die Ätzung einer AlxGa1-xAs-Schicht beschrieben worden. Beispielsweise kann diese AlxGa1-xAs-Schicht in Kombination mit einem ersten und zweiten Resonatorspiegel, die jeweils auf dem AlGaAs-Materialsystem basieren, verwendet werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Linse auch aus einer InxGayAl1-x-yP-Schicht ausgebildet werden. Beispielsweise kann die InxGayAl1-x-yP-Schicht in Kombination mit einem ersten und zweiten Resonatorspiegel, die jeweils auf dem InGaAlP-Materialsystem basieren, verwendet werden.
  • Gemäß Ausführungsformen werden auf einem geeigneten Substrat 145 zunächst die entsprechenden Schichten zur Ausbildung von zweitem Resonatorspiegel 135, aktiver Zone 134 und erstem Resonatorspiegel 133 ausgebildet, beispielsweise epitaktisch aufgewachsen. Sodann wird die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 über den Schichten des zweiten Resonatorspiegels 135 ausgebildet, beispielsweise epitaktisch aufgewachsen. Anschließend wird das Verfahren zum Ätzen der Linse wie unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben durchgeführt. Gegebenenfalls kann anschließend eine reflexionsvermindernde Schicht 132 über der Oberfläche der Linse ausgebildet werden 132. Gegebenenfalls kann das Substrat 145 gedünnt werden. Zusätzlich können erstes und ein zweites Kontaktelement 141, 142 zum Kontaktieren der Halbleiter-Laservorrichtung ausgebildet werden. Als Ergebnis kann beispielsweise die in 3A dargestellte Halbleiter-Laservorrichtung 10 erhalten werden.
  • 5A bis 5C veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • Durch das in den 5A bis 5C gezeigte Verfahren soll insbesondere eine Konkavlinse, also ein optisches Element mit nach innen gewölbter Oberfläche, ausgebildet werden. Dabei ist die Oberfläche der Konkavlinse gegenüber einer planen horizontalen Oberfläche nach innen gewölbt.
  • Zunächst wird die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 über einem geeigneten Träger aufgebracht. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 in ähnlicher Weise wie in 2A über einer Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105 und eine Substrat angeordnet sein. Wie unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben, weist die Verbindungshalbleiter-Schicht 110 ein sich in senkrechter Richtung zu der ersten Hauptoberfläche streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis auf. Ein Verhältnis des Ga-Gehalts zu dem Gehalt von Al und Ga kann mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche 131 abnehmen. Eine Verbindungshalbleiter-Opferschicht 1113 kann über der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 angeordnet sein. Eine Maske 115 wird über der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 aufgebracht. Anders als in 4A dargestellt, lässt die Maske 115 einen zentralen Teil der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 unbedeckt. Die Maske 115 bedeckt insbesondere den Randbereich der Verbindungshalbleiter-Schicht 110. 5A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks.
  • Anschließend wird ein Ätzverfahren durchgeführt. Wie in 5B dargestellt ist, wird in dem zentralen Bereich in vertikaler Richtung schneller geätzt als in einem Bereich in der Nähe des Randbereichs. Als Ergebnis ergibt sich eine konkave Form des optischen Elements.
  • 5C zeigt eine schematische Querschnittsansicht des optischen Elements 128 nach Entfernen der Maske 115. Wie zu sehen ist, ist das optische Element 128 als konkave Linse 130 ausgeführt. Auch hier bestimmt die Veränderung des Al-Gehalts der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 die Krümmung der Linse 130.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der in 4A gezeigte Schichtstapel aus Verbindungshalbleiter-Schichten auch in umgekehrter Reihenfolge auf einem Wachstumssubstrat 102 ausgebildet werden, wie in 6 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann die Verbindungshalbleiter-Opferschicht 113 direkt angrenzend an ein geeignetes Wachstumssubstrat 102 ausgebildet, beispielsweise epitaktisch gewachsen werden, gefolgt von der Verbindungshalbleiter-Schicht 110 sowie gegebenenfalls einer Verbindungshalbleiter-Basisschicht 105. Sodann werden die Elemente des Halbleiterkörpers 139, in dem gemäß Ausführungsformen die Halbleiter-Laservorrichtung ausgebildet ist, ausgebildet. Beispielsweise werden der erste Resonatorspiegel 133, die aktive Zone 134 sowie der zweite Resonatorspiegel 135 auf der von dem Wachstumssubstrat 102 abgewandten Seite des Schichtstapels epitaktisch gewachsen.
  • Anschließend werden die Halbleiterschichten auf einem geeigneten Träger umgebondet. Beispielsweise kann der geeignete Träger ein Silizium-Substrat sein. Sodann kann das Ätzverfahren wie unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben durchgeführt werden. Bei Durchführung dieser Verfahrensvariante kann beispielsweise die in 3B gezeigte Halbleiter-Laservorrichtung hergestellt werden. In diesem Fall kann beispielsweise der Umbondprozess auf ein Silizium-Substrat 145 mit darauf aufgebrachtem zweiten Kontaktelement 142 erfolgen.
  • 7A fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements umfasst das Ausbilden (S110) einer Verbindungshalbleiter-Schicht (110) über einem Träger. Die Verbindungshalbleiter-Schicht (110) weist ein in vertikaler Richtung sich streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis auf. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen (S120) eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht (110).
  • 7B fasst ein Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen zusammen. Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung das Ausbilden eines Halbleiterkörpers (S100) und das Ausbilden (S110) einer Verbindungshalbleiter-Schicht, die ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist. Dabei kann die Reihenfolge dieser Schritte beliebig sein. Zunächst kann der Halbleiterkörper ausgebildet werden (S100), gefolgt von der Ausbildung der Verbindungshalbleiter-Schicht (S110). Alternativ kann zuerst die Verbindungshalbleiter-Schicht ausgebildet werden (S110), gefolgt von der Ausbildung des Halbleiterkörpers (S100). Als Ergebnis ist in beiden Fällen die Verbindungshalbleiter-Schicht über einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Anschließend erfolgt ein Ätzverfahren (S120) zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht.
  • Wie beschrieben worden ist, kann durch das Verfahren eine optoelektronische Halbleitervorrichtung mit Linse auf einfache Weise hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, die Linse in direktem Kontakt mit der Halbleiter-Laservorrichtung und auf Waferlevel herzustellen. Beispielsweise können Schichten eines Linsenmaterials epitaktisch auf einem Halbleiterkörper hergestellt werden. Durch das beschriebene Ätzverfahren zur Herstellung der Linse ist es möglich, diese mit kleinen Abmessungen herzustellen. Auch kann eine Ausrichtung der Linse in einfacher Weise erfolgen. Die Form der Linse kann durch Einstellen der Schichtzusammensetzung und durch eine geeignete Gestaltung der Maske auf einfache Weise eingestellt werden.
  • Insbesondere können die Schichtzusammensetzung und die Gestaltung der Maske mit hoher Präzision eingestellt oder kontrolliert werden.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    optoelektronische Halbleitervorrichtung
    15
    austretende elektromagnetische Strahlung
    16
    eintretende elektromagnetische Strahlung
    100
    Substrat
    102
    Wachstumssubstrat
    105
    Verbindungshalbleiter-Basisschicht
    110
    Verbindungshalbleiterschicht mit variierendem Zusammensetzungsverhältnis
    111
    Oberfläche der Verbindungshalbleiterschicht
    112
    Oberfläche der Verbindungshalbleiter-Opferschicht
    113
    Verbindungshalbleiter-Opferschicht
    115
    Maske
    120
    Ätzvorgang
    128
    optisches Element
    130
    Linse
    131
    erste Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers
    132
    reflexionsvermindernde Schicht
    133
    erster Resonatorspiegel
    133a
    erste Schicht des ersten Resonatorspiegels
    133b
    zweite Schicht des ersten Resonatorspiegels
    134
    aktive Zone
    135
    zweiter Resonatorspiegel
    135a
    erste Schicht des zweiten Resonatorspiegels
    135b
    zweite Schicht des zweiten Resonatorspiegels
    138
    Apertur
    139
    Halbleiterkörper
    141
    erstes Kontaktelement
    142
    zweites Kontaktelement
    145
    Substrat
    147
    erzeugte elektromagnetische Strahlung

Claims (21)

  1. Optisches Element (128, 130) aus einem InxGayAl1-x-yP-Material, wobei das InxGayAl1-x-yP-Material ein sich in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche (111) streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis hat und die erste Hauptoberfläche (111) strukturiert ist.
  2. Optisches Element (128, 130) nach Anspruch 1, wobei das optische Element (128) eine Linse (130) ist und die erste Hauptoberfläche (111) eine Eintritts- oder Austrittsfläche für elektromagnetische Strahlung (15, 16) ist.
  3. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10), die einen Halbleiterkörper (139) und eine Linse (130) aus InxGayAl1-x-yP-Material aufweist, wobei die Linse (130) über einer ersten Hauptoberfläche (131) des Halbleiterkörpers (139) angeordnet ist.
  4. Optoelektronische Halbleitervorrichtung(10) nach Anspruch 3, bei dem das InxGayAl1-x-yP-Material ein sich in vertikaler Richtung veränderndes Zusammensetzungsverhältnis hat.
  5. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 4, bei dem ein Verhältnis eines Al-Gehalts zu einem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche (131) abnimmt.
  6. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 4, bei dem ein Verhältnis eines Al-Gehalts zu einem Gesamtgehalt von Al und Ga mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche (131) zunimmt.
  7. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Halbleiterkörper (139) ein AlxGa1-xAs-Material enthält.
  8. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Halbleiterkörper (139) ein InxGayAl1-x-yP-Material enthält.
  9. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die optoelektronische Halbleitervorrichtung eine Laservorrichtung ist, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (147) in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche (131) des Halbleiterkörpers (139) zu emittieren.
  10. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (10) nach einem Ansprüche 3 bis 9, bei der die Linse (130) in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper (139) angeordnet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit Ausbilden (S110) einer Verbindungshalbleiter-Schicht (110), die ein in vertikaler Richtung sich streng monoton veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist, über einem Träger; und Durchführen (S120) eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht (110).
  12. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung mit Ausbilden (S100) eines Halbleiterkörpers (139); Ausbilden (S110) einer Verbindungshalbleiter-Schicht (110), die ein in vertikaler Richtung sich veränderndes Zusammensetzungsverhältnis aufweist, über einer ersten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers; und Durchführen (S120) eines Ätzverfahrens zum Ätzen der Verbindungshalbleiter-Schicht (110).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Ausbilden eines Halbleiterkörpers das Ausbilden (S100) einer Halbleiter-Laservorrichtung (10), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (147) in einer Richtung senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche (131) des Halbleiterkörpers (139) zu emittieren, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Verbindungshalbleiter-Schicht (110) nach Ausbilden des Halbleiterkörpers (139) ausgebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Halbleiterkörper nach Ausbilden der Verbindungshalbleiter-Schicht (110) ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Verbindungshalbleiter-Schicht (110) AlxGa1-xAs enthält.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Verbindungshalbleiter-Schicht (110) InxGayAl1-x-yP enthält.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem durch das Ätzverfahren eine Linse (130) aus der Verbindungshalbleiterschicht (110) ausgebildet wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem eine Veränderung des Zusammensetzungsverhältnisses in vertikaler Richtung eine Krümmung der Linse (130) bestimmt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, ferner umfassend das Ausbilden einer Maske (115) über der Verbindungshalbleiterschicht (110) vor Durchführen des Ätzverfahrens.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem das Ätzverfahren ein nasschemisches Ätzverfahren umfasst.
DE102018128336.9A 2018-11-13 2018-11-13 Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse Withdrawn DE102018128336A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018128336.9A DE102018128336A1 (de) 2018-11-13 2018-11-13 Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018128336.9A DE102018128336A1 (de) 2018-11-13 2018-11-13 Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018128336A1 true DE102018128336A1 (de) 2020-05-14

Family

ID=70469301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018128336.9A Withdrawn DE102018128336A1 (de) 2018-11-13 2018-11-13 Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018128336A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5633527A (en) * 1995-02-06 1997-05-27 Sandia Corporation Unitary lens semiconductor device
JP2003121611A (ja) * 2001-10-16 2003-04-23 Canon Inc Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子及び、レンズの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5633527A (en) * 1995-02-06 1997-05-27 Sandia Corporation Unitary lens semiconductor device
JP2003121611A (ja) * 2001-10-16 2003-04-23 Canon Inc Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子及び、レンズの製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008049395B4 (de) Verfahren zum Ausbilden eines feinen Musters und Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-LED
DE112017006428T5 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP2248235B1 (de) Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines kantenemittierenden halbleiterlasers
DE112017003307T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer optischen Halbleitervorrichtung und optische Halbleitervorrichtung
DE112018001450B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018118824A1 (de) Halbleiterbauelement mit einer stresskompensationsschicht und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102018128336A1 (de) Optisches element, optoelektronische halbleitervorrichtung mit linse, verfahren zur herstellung des optischen elements und verfahren zur herstellung der halbleitervorrichtung mit linse
DE102019216710A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement, anordnung von optoelektronischen halbleiterbauelementen, optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelementes
WO2021239407A1 (de) Halbleiterlaser mit horizontalem und vertikalem laserelement, lidar-system und verfahren zur herstellung
WO2020239749A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit verbindungsbereichen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102019103638A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit abschnitten einer leitfähigen schicht und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102018133123A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem zentralen Bereich und einem Randbereich und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102018130562A1 (de) Optoelektronisches halbleiter-bauelement mit stromverteilungsschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiter-bauelements
DE112022002708T5 (de) Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements und halbleiterbauelement
DE102020126388A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser
DE102019100624A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit erster und zweiter dielektrischer schicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102022120161A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit epitaktisch gewachsener schicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
WO2010012266A1 (de) Herstellungsverfahren fur einen iii-v basierten indium- haltigen optoelektronischen halbleiterchip und entsprechender chip
DE102021102277A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden halbleiterlasers
DE102022129759A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements und optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102021117534A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden halbleiterlasers
DE112019007731T5 (de) Optoelektronischer halbleiterchip mit einem kontaktelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102018120490A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102018133047A1 (de) Leuchtdiode, verfahren zur herstellung einer leuchtdiode und optoelektronische vorrichtung
DE112022003396T5 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement, anordnung von optoelektronischen halbleiterbauelementen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee