DE102018129051A1 - Kantenemittierender Halbleiterlaser - Google Patents

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Abstract

Es wird ein kantenemittierender Halbleiterlaser (100) angegeben, mit einer Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert, umfassend einen Wellenleiterbereich (3), der eine zwischen einer ersten Wellenleiterschicht (3A) und einer zweiten Wellenleiterschicht (3B) angeordnete aktive Schicht (4) aufweist, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (10) ein außerhalb des Wellenleiterbereichs (3) angeordnetes Schichtsystem (20) zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich (3) aufweist,
- das Schichtsystem (20) eine oder mehrere Schichten (21, 22) mit der Materialzusammensetzung AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1 aufweist,
- zumindest eine Schicht (21, 22) des Schichtsystems (22) einen Aluminiumanteil x ≥ 0,05 oder einen Indiumanteil y ≥ 0,02 aufweist, und
- eine Schichtspannung in dem Schichtsystem (20) zumindest bereichsweise mindestens 2 GPa beträgt.

Description

  • Die Anmeldung betrifft einen kantenemittierenden Halbleiterlaser.
  • Kantenemittierende Halbleiterlaser weisen einen Laserresonator auf, der parallel zu den Schichtebenen der Halbleiterschichtenfolge verläuft, wobei die Laserfacetten durch Seitenkanten der Halbleiterschichtenfolge gebildet werden. Das Herstellen der Laserfacetten erfolgt typischerweise durch Ritzen und Brechen.
  • Bei der Herstellung der Laserfacetten durch Ritzen und Brechen besteht das Risiko, dass an Grenzflächen der epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichten, die unterschiedliche Verspannungen aufweisen, Facettenstörungen entstehen. Insbesondere können an den Bruchkanten, welche die Laserfacetten ausbilden, sogenannte Querfacetten entstehen. Hierbei handelt es sich um Bereiche der Bruchkante, die nicht wie gewünscht genau senkrecht zu den Schichtebenen verlaufen. Beispielsweise kann eine solche Querfacette an der Bruchkante eine Stufe ausbilden. Durch Facettenstörungen wie insbesondere Querfacetten reduziert sich die Qualität der Laserfacetten. Dies kann zu einer Erhöhung der Temperatur der Laserfacette sowie zu einer Verminderung der Effizienz und der Stabilität des kantenemittierenden Halbleiterlasers führen. Darüber hinaus können durch Facettenstörungen Inhomogenitäten im Fernfeld des Halbleiterlasers auftreten, die insbesondere bei laserbasierten Projektionsanwendungen von Nachteil sind.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht somit darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaser anzugeben, der sich durch eine verbesserte Qualität der Laserfacetten auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung umfasst der kantenemittierende Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert. „Auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-NitridVerbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlxInyGa1-x-yN umfasst, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Laserdioden, die auf einem Nitridverbindungshalbleiter basieren, sind je nach Materialzusammensetzung insbesondere zur Emission von Strahlung im Spektralbereich des ultravioletten, blauen oder grünen Lichts geeignet.
  • Der kantenemittierende Halbleiterlaser umfasst gemäß einer Ausgestaltung einen Wellenleiterbereich, der eine zwischen einer ersten Wellenleiterschicht und einer zweiten Wellenleiterschicht angeordnete aktive Schicht aufweist. Der Wellenleiterbereich kann zwischen einer ersten Mantelschicht und einer zweiten Mantelschicht angeordnet sein, wobei die Mantelschichten einen geringeren Brechungsindex als die Wellenleiterschichten aufweisen und so eine Wellenführung der in der aktiven Schicht erzeugten Laserstrahlung in dem Wellenleiterbereich bewirken. Die erste Wellenleiterschicht und die zweite Wellenleiterschicht können beispielweise InGaN aufweisen. Durch den Indiumanteil in den Wellenleiterschichten vermindert sich die Bandlücke und vergrößert sich der Brechungsindex. Dies ist vorteilhaft, um einen hohen Brechungsindexkontrast zu den Mantelschichten zu erzielen, die beispielsweise AlGaN oder GaN aufweisen.
  • Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge ein außerhalb des Wellenleiterbereichs angeordnetes Schichtsystem zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich auf. Das Schichtsystem enthält eine oder mehrere Schichten mit der Materialzusammensetzung AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1, vorzugsweise mindestens eine Schicht mit 0 < x ≤ 0,3 und/oder 0 < y < 0,1. In dem Materialsystem AlxInyGa1-x-yN vermindert sich bei einer Erhöhung des Aluminiumanteils x die Gitterkonstante, so dass mit Alhaltigen AlxInyGa1-x-yN-Schichten eine tensile Spannung erzeugt werden kann. Weiterhin erhöht sich im Materialsystem AlxInyGa1-x-yN bei einer Erhöhung des Indiumanteils y die Gitterkonstante, so dass mit In-haltigen AlxInyGa1-x-yN-Schichten eine kompressive Spannung erzeugt werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist zumindest eine Schicht des Schichtsystems einen Aluminiumanteil x ≥ 0,05 oder einen Indiumanteil y ≥ 0,02 auf. Auf diese Weise wird in dem Schichtsystem eine tensile oder kompressive Spannung erzeugt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Schichtspannung in dem Schichtsystem zumindest bereichsweise mindestens 2 GPa. Die Schichtspannung kann ein positives oder negatives Vorzeichen aufweisen, also eine kompressive oder tensile Spannung sein. Der hier beschriebene kantenemittierenden Halbleiterlaser macht insbesondere von der Idee Gebrauch, außerhalb des Wellenleiterbereichs ein Schichtsystem anzuordnen, in dem die Materialzusammensetzung derart gewählt ist, dass eine größere Schichtspannung als in dem Wellenleiterbereich vorliegt. Es hat sich herausgestellt, dass Facettenstörungen wie insbesondere Querfacetten beim Herstellen der Laserfacetten durch Ritzen und Brechen an Grenzflächen auftreten können, an denen hohe Schichtspannungen bestehen. Insbesondere treten derartige Facettenstörungen an den Grenzflächen der Halbleiterschichtenfolge auf, an denen die Schichtspannungen am größten sind. Gemäß dem hier vorgeschlagenen Prinzip wird außerhalb des Wellenleiterbereichs gezielt eine Schichtspannung erzeugt, die mindestens 2 GPa beträgt und vorzugsweise größer ist als die höchste Schichtspannung in dem Wellenleiterbereich. Wenn beim Ritzen und Brechen innerhalb der Halbleiterschichtenfolge eine Facettenstörung entsteht, tritt diese mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit in einem Bereich des Schichtsystems auf, das außerhalb des Wellenleiterbereichs angeordnet ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft das Risiko vermindert, dass in dem Wellenleiterbereich eine Facettenstörung auftritt, welche die Qualität der Laserfacette in einem Bereich vermindert, an dem Laserstrahlung aus dem kantenemittierenden Halbleiterlaser austritt. Vielmehr bewirkt die in dem Schichtsystem erzeugte Schichtspannung, dass das Risiko einer solchen Facettenstörung auf einen Bereich verlagert wird, der außerhalb des Wellenleiterbereichs angeordnet ist.
  • Das Schichtsystem hat aufgrund der hohen Schichtspannung außerdem die Eigenschaft, dass es sich in der Halbleiterschichtenfolge ausbreitende Kristallstörungen, insbesondere Facettenstörungen, an der Ausbreitung hindern kann. Solche Facettenstörungen können an einer Grenzfläche mit einer hohen Schichtspannung in eine Richtung parallel zur Grenzfläche abknicken und breiten sich somit nicht mehr in der vertikalen Richtung aus. Auf diese Weise wird das Risiko vermindert, dass sich solche Facettenstörungen bis in den Wellenleiterbereich ausbreiten, insbesondere werden horizontal verlaufende Facettenstörungen im Bereich der aktiven Schicht vermieden.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung beträgt ein Abstand zwischen dem Schichtsystem und der aktiven Schicht mindestens 500 nm. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Schichtsystem und der aktiven Schicht mindestens 1 µm. Durch einen möglichst großen Abstand zwischen dem Schichtsystem und der aktiven Schicht wird das Risiko vermindert, dass Facettenstörungen im optisch aktiven Bereich des kantenemittierenden Halbleiterlasers auftreten.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist eine sich in dem Wellenleiterbereich ausbreitende Laserstrahlung eine maximale Intensität Imax auf, wobei die Intensität der Laserstrahlung in dem Schichtsystem nicht mehr als 0,2 * Imax beträgt. Bevorzugt beträgt die Intensität der Laserstrahlung in dem Schichtsystem nicht mehr als 0,1 * Imax und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,05 * Imax. Das Schichtsystem ist in diesen Fällen vorteilhaft derart weit von dem Wellenleiterbereich entfernt, dass die Intensität der Laserstrahlung nur noch 20 %, nur noch 10 % oder nur noch 5 % des Maximalwerts beträgt. Falls im Bereich die Schichtsystems eine Facettenstörung auftritt, hat diese deshalb nur noch eine sehr geringen Einfluss auf die Effizienz des Halbleiterlasers.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Wellenleiterbereich zwischen einer n-Typ Mantelschicht und einer p-Typ Mantelschicht angeordnet. Insbesondere sind die n-Typ Mantelschicht, die erste Wellenleiterschicht, die aktive Schicht, die zweite Wellenleiterschicht und die p-Typ Mantelschicht in der genannten Reihenfolge innerhalb der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Dies schließt nicht aus, dass zwischen den genannten Schichten eine oder mehrere weitere Schichten angeordnet sind. Die Mantelschichten, die Wellenleiterschichten und die aktive Schicht können jeweils durch eine Einzelschicht gebildet sein oder mehrere Teilschichten aufweisen. Vorzugsweise ist die n-Typ Mantelschicht einem Substrat des Halbleiterlasers zugewandt.
  • Das Substrat des Halbleiterlasers ist vorzugsweise ein GaN-Substrat. Das Schichtsystem zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich ist vorzugsweise zwischen dem Substrat und der n-Typ Mantelschicht angeordnet. Bei der Anordnung des Schichtsystems in diesem Bereich, insbesondere außerhalb der n-Typ Mantelschicht, ist die Intensität der Laserstrahlung in dem Schichtsystem besonders gering, so dass eine eventuelle Facettenstörung nur einen sehr geringen Einfluss auf die Effizienz des Halbleiterlasers hat.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält das Schichtsystem mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht, die einen Indiumanteil y ≥ 0,03 aufweist. Bevorzugt ist y ≥ 0,05, besonders bevorzugt y ≥ 0,07. Je größer der Indiumanteil in der Schicht ist, desto größere kompressive Spannungen können erzeugt werden. Um die Kristallqualität durch den Einbau von Indium in das Kristallgitter nicht zu stark zu beeinträchtigen, sollte der Indiumanteil aber nicht zu groß sein, so dass vorzugsweise y ≤ 0,1 ist. Vorzugsweise ist in der Indium enthaltenden Schicht x = 0, d.h. die Schicht ist eine InyGa1-yN-Schicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält das Schichtsystem mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht, die einen Aluminiumanteil x ≥ 0,1 aufweist. Bevorzugt ist x ≥ 0,15, besonders bevorzugt x ≥ 0,2. Je größer der Aluminiumanteil in der Schicht ist, desto größere tensile Spannungen können erzeugt werden. Vorzugsweise ist in der Aluminium enthaltenden Schicht y = 0, d.h. die Schicht ist eine AlxGa1-xN-Schicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht auf, die einen Gradienten des Indiumanteils und/oder des Aluminiumanteils aufweist. Durch einen solchen Gradienten kann die Schichtspannung kontinuierlich erhöht oder erniedrigt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem mindestens eine AlxGa1-xN-Schicht mit x > 0 und mindestens eine InyGa1-yN-Schicht mit y > 0 auf. Die Kombination mindestens einer AlGaN-Schicht und mindestens einer InGaN-Schicht ermöglicht es insbesondere, Spannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen in dem Schichtsystem zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform grenzen die AlGaN-Schicht und die InGaN-Schicht direkt aneinander an. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, eine abrupte Änderung der Schichtspannung in dem Schichtsystem zu erzeugen. An einer Grenzfläche, an der sich die Schichtspannung abrupt ändert, ist die Wahrscheinlichkeit besonders groß, dass eine Facettenstörung parallel zur Grenzfläche abgeleitet wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem eine derartige Materialzusammensetzung auf, dass die Schichtspannung in dem Schichtsystem größer ist als in dem Wellenleiterbereich. Auf diese Weise wird das Risiko von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich vermindert.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem zumindest eine Grenzfläche auf, an der sich die Schichtspannung um mehr als 2 GPa ändert. Eine solche Grenzfläche, an der sich die Schichtspannung um mindestens 2 GPa ändert, ist besonders gut geeignet, eine Facettenstörung abzuleiten.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem zumindest eine Grenzfläche auf, an der die Schichtspannung von kompressiver Spannung zu tensiler Spannung oder von tensiler Spannung zu kompressiver Spannung wechselt. Diese Grenzfläche kann beispielsweise eine Grenzfläche zwischen einer AlGaN-Schicht und einer InGaN-Schicht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem mehrere abwechselnde AlGaN-Schichten und InGaN-Schichten auf. Das Schichtsystem kann insbesondere ein Übergitter aufweisen, das eine Vielzahl von Schichtpaaren von abwechselnden AlGaN-Schichten und InGaN-Schichten aufweist. In einem solchen Schichtsystem aus abwechselnden AlGaN-Schichten und InGaN-Schichten sind mehrere Grenzflächen vorhanden, an denen sich der Spannungszustand ändert. Ein solches Schichtsystem ist besonders gut dazu geeignet, Facettenstörungen abzuleiten.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das Schichtsystem mindestens 3 und höchstens 100 Schichten auf. Durch die Erhöhung der Anzahl der Grenzflächen, an denen hohe Verspannungen auftreten, kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass eine Facettenstörung abgeleitet wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist der Halbleiterlaser eine erste Laserfacette und eine zweite Laserfacette auf, wobei die erste Laserfacette und die zweite Laserfacette in dem Wellenleiterbereich keine Facettenstörungen aufweisen. Dass der Halbleiterlaser in dem Wellenleiterbereich frei von Facettenstörungen ist, wird bei dem hier beschriebenen kantenemittierenden Halbleiterlaser insbesondere durch das zuvor beschriebene Schichtsystem zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich erreicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die erste Laserfacette oder die zweite Laserfacette in dem Bereich des Schichtsystems eine Facettenstörung auf. Diese Facettenstörung kann durch die in dem Schichtsystem erzeugte Schichtspannung bedingt sein. Diese Facettenstörung liegt in diesem Fall außerhalb des Wellenleiterbereichs vor und wird in Kauf genommen, um eine Facettenstörung im Bereich des Wellenleiterbereichs zu verhindern.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Halbleiterlaser ein Laserbarren, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Emittern aufweist. Bei einem Laserbarren ist die Vermeidung von Facettenstörungen im Bereich des Wellenleiterbereichs besonders wichtig, da bei einem Laserbarren der Ausfall eines einzigen Emitters zum Ausfall des gesamten Laserbarrens führen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt das Schichtsystem an eine GaN-Schicht an. Die GaN-Schicht folgt dem Schichtsystem insbesondere in Wachstumsrichtung direkt nach. Die Materialien des Schichtsystems sind vorzugsweise so gewählt, dass die von dem gesamten Schichtsystem bewirkte Biegung gleich null ist.
  • Der kantenemittierende Halbleiterlaser wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 26 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 bis 24 jeweils eine schematische Darstellung des Verlaufs der Spannung σ (jeweils die untere Kurve) und der Biegung B (jeweils die obere Kurve) in dem Schichtsystem bei verschiedenen Ausführungsbeispielen des kantenemittierenden Halbleiterlasers,
    • 25 den Verlauf der Intensität I der Laserstrahlung und des Brechungsindex n in der Halbleiterschichtenfolge bei einem Ausführungsbeispiel des kantenemittierenden Halbleiterlasers, und
    • 26 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des kantenemittierenden Halbleiterlasers 100 im Querschnitt dargestellt. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 100 weist eine Halbleiterschichtenfolge 10 auf, die in einer Wachstumsrichtung z auf ein Substrat 1 aufgewachsen ist. Die Halbleiterschichtenfolge 10 basiert auf einem Nitridverbindungshalbleiter, d.h. die Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge 10 weisen insbesondere AlxInyGa1-x-yN auf, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Das Substrat 1 ist ein zum Aufwachsen von Nitridverbindungshalbleitern geeignetes Substrat, vorzugsweise ein GaN-Substrat.
  • Zur Erzeugung von Laserstrahlung enthält der kantenemittierende Halbleiterlaser 100 eine aktive Schicht 4, die vorzugsweise als Einfach- oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet ist. Die aktive Schicht 4 kann mehrere Teilschichten, insbesondere eine Abfolge von Barriereschichten und einer oder mehreren Quantentopfschichten aufweisen, die in 1 zur Vereinfachung nicht einzeln dargestellt sind. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 100 emittiert Laserstrahlung senkrecht zur Wachstumsrichtung z, d.h. parallel zur Schichtebene der aktiven Schicht 4.
  • Die aktive Schicht 4 ist zwischen einer ersten Wellenleiterschicht 3A und einer zweiten Wellenleiterschicht 3B angeordnet, wobei die erste Wellenleiterschicht 3A an der n-Seite und die zweite Wellenleiterschicht 3B an der p-Seite an die aktive Schicht 4 angrenzt. Die Wellenleiterschichten 3A, 3B können jeweils eine Einzelschicht sein oder mehrere Teilschichten aufweisen. Die erste Wellenleiterschicht 3A und die zweite Wellenleiterschicht 3B, welche direkt an die aktive Schicht 4 angrenzen, weisen jeweils GaN oder vorzugsweise InGaN auf. Durch einen Indiumanteil in den Wellenleiterschichten 3A, 3B vermindert sich die Bandlücke und vergrößert sich der Brechungsindex. Die erste und die zweite Wellenleiterschicht können insbesondere InyGa1-yN mit 0,005 ≤ y ≤ 0,1 aufweisen, bevorzugt InyGa1-yN mit 0,02 ≤ y ≤ 0,07 und besonders bevorzugt InyGa1-yN mit 0,03 ≤ y ≤ 0,05.
  • Die aktive Schicht 4 und die Wellenleiterschichten 3A, 3B bilden einen Wellenleiterbereich 3 aus. Der Wellenleiterbereich 3 ist zwischen einer n-Typ Mantelschicht 2 und einer p-Typ Mantelschicht 6 angeordnet.
    Zur Führung der Laserstrahlung in dem Wellenleiterbereich 3 weisen die n-Typ Mantelschicht 2 und die p-Typ Mantelschicht 6 einen geringeren Brechungsindex als die Wellenleiterschichten 3A, 3B auf. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass die Mantelschichten 2, 6 zumindest bereichsweise einen höheren Aluminiumanteil und/oder geringeren Indiumanteil als die Wellenleiterschichten 3A, 3B aufweisen, woraus eine größere elektronische Bandlücke und ein geringerer Brechungsindex resultiert. Die n-Typ Mantelschicht 2 und die p-Typ Mantelschicht 6 können jeweils eine Einzelschicht sein oder mehrere Teilschichten aufweisen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und ist zwischen der zweiten Wellenleiterschicht 3B der p-Typ Mantelschicht 6 eine optionale Elektronenbarriereschicht 5 angeordnet. Die Elektronenbarriereschicht 5 weist vorzugsweise einen größeren Aluminiumanteil und dementsprechend eine noch größere Bandlücke als die p-Typ Mantelschicht 6 auf. Die Elektronenbarriereschicht 5 kann insbesondere AlzGa1-zN aufweisen, wobei der Aluminiumanteil z zwischen 0,05 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,3 und besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,25 beträgt. Die Elektronenbarriereschicht 5 weist eine größere Bandlücke Eg als die angrenzende zweite Wellenleiterschicht 3B auf. Dies hindert Elektronen daran, den Wellenleiterbereich 3 zu verlassen. Weiterhin resultiert aus der großen Bandlücke ein geringer Brechungsindex, der vorteilhaft klein im Vergleich zu den Wellenleiterschichten 3A, 3B ist. Dies verbessert die Wellenführung im Wellenleiterbereich 3.
  • Der p-Typ Mantelschicht 6 folgt an der von der aktiven Schicht 4 abgewandten Seite eine p-Kontaktschicht 7 nach. Bei der p-Kontaktschicht 7 kann es sich insbesondere um eine GaN-Schicht oder um eine InGaN-Schicht handeln. Die p-Kontaktschicht 7 ist eine p-dotierte Schicht, die vorteilhaft hoch dotiert ist. Die Dotierstoffkonzentration in der p-Kontaktschicht 7 beträgt vorteilhaft mindestens 5 * 1019 cm-3, bevorzugt mindestens 1 * 1020 cm-3. Die p-Kontaktschicht 7 kann sich von der p-Typ Mantelschicht 6 insbesondere dadurch unterscheiden, dass sie eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist.
  • Über der p-Kontaktschicht 7 ist eine p-Anschlussschicht 8 angeordnet. Weiterhin weist der kantenemittierende Halbleiterlaser 100 eine n-Anschlussschicht 9 auf, beispielsweise an einer Rückseite des Substrats 1. Die p-Anschlussschicht 8 und die n-Anschlussschicht 9 können beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 10 enthält ein Schichtsystem 20, das dazu vorgesehen ist, Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich 3 zu vermindern oder vorzugsweise vollständig zu vermeiden. Hierzu ist das Schichtsystem 20 außerhalb des Wellenleiterbereichs 3 angeordnet. Bei dem Beispiel der 1 ist das Schichtsystem 20 zwischen dem Substrat 1, das beispielsweise ein GaN-Substrat ist, und der n-Typ Mantelschicht 2 angeordnet. In dem Schichtsystem 20 werden durch eine Variation der Materialzusammensetzung Spannungen erzeugt, die dazu geeignet sind, die Ausbreitung einer eventuell auftretenden Facettenstörung in benachbarte Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 10 zu verhindern. Das Schichtsystem 20 macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass Facettenstörungen an Grenzflächen entstehen oder sich ausbreiten, die hohe Spannungen aufweisen. In dem Schichtsystem 20 wird mittels der Materialzusammensetzung insbesondere eine Spannung erzeugt, die größer als 2 GPa ist.
  • Wenn bei einer mechanischen Belastung der Halbleiterschichtenfolge 10, die insbesondere beim Erzeugen der Laserfacetten durch Ritzen und Brechen auftreten kann, eine Facettenstörung entsteht, wird sie deshalb mit hoher Wahrscheinlichkeit an einer Grenzfläche mit hoher Verspannung in dem Schichtsystem 20 auftreten und/oder kann an einer solchen Grenzfläche mit hoher Verspannung parallel zur Grenzfläche abgeleitet werden. Der gezielte Aufbau von Schichtspannungen außerhalb des Wellenleiterbereichs 3 in dem Schichtsystem 20 kann daher vorteilhaft Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich 3 vermeiden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 weist das Schichtsystem eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Schicht 21 und eine auf der InyGa1-yN-Schicht 21 angeordnete AlxGa1-xN-Schicht 22 auf. Die InyGa1-yN-Schicht 21 und die AlxGa1-xN-Schicht 22 sind jeweils als Gradientenschichten ausgeführt, wobei der Indiumanteil y in der Wachstumsrichtung z in der InyGa1-yN-Schicht 21 von y = 0 auf y = 0,05 ansteigt, und wobei der Aluminiumanteil x in der Wachstumsrichtung in der AlxGa1-xN-Schicht 22 von x = 0,18 auf x = 0 abfällt.
  • Die durch die Materialzusammensetzung in dem Schichtsystem 20 bewirkte Spannung σ sowie eine Biegung B, die aus einer solchen Spannung resultiert, sind in der 2 in Abhängigkeit einer in der Wachstumsrichtung verlaufenden Koordinate z dargestellt. In dem Diagramm der 2 sowie den nachfolgenden Diagrammen betreffen die ersten 100 nm und die letzten 100 nm des Diagramms jeweils einen Bereich außerhalb des Schichtsystems 20. In 2 stellt also der Bereich zwischen z = 100 nm und z = 500 nm den Bereich des Schichtsystems 20 dar.
  • Bei dem Schichtsystem 20 der 2 ist die InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 etwa 200 nm dick, wobei der in Wachstumsrichtung ansteigende Indiumanteil eine zunehmende kompressive Spannung σ und eine zunehmende Biegung B bewirkt. An der Grenzfläche 23 zur ebenfalls etwa 200 nm dicken AlxGa1-xN-Schicht 22 bewirkt der hohe Aluminiumanteil x = 0,18 einen Wechsel zu einer tensilen Spannung. Die Spannung σ und die Biegung B nehmen in der Wachstumsrichtung dann mit dem fallenden Aluminiumanteil derart wieder ab, dass sich nach dem Aufwachsen der AlxGa1-xN-Schicht 22 eine Spannung σ = 0 und Biegung B = 0 ergeben.
  • In dem Schichtsystem kann im Bereich der Grenzfläche 23 zwischen den benachbarten Schichten 21, 22 eine Dotierung der Halbleiterschichten 21, 22 erfolgen, zum Beispiel mit Si, Ge, C, O oder Mg. Ein dünner dotierter Bereich an der Grenzfläche 23, auch Dotierspike genannt, kann einen möglichen elektrischen Spannungsabfall durch piezoelektrische Felder an der Grenzfläche 23 vermeiden.
  • Generell kann eine Indium-haltige Schicht 21 dazu verwendet werden, eine kompressive Schichtspannung zu erzeugen, und eine Aluminium-haltige Schicht 22 dazu verwendet werden, eine tensile Schichtspannung zu erzeugen. Weiterhin kann eine Dotierung dazu eingesetzt werden, eine Schichtspannung zu generieren oder zu verstärken, zum Beispiel kann eine Si-Dotierung eine tensile Schichtspannung bewirken.
  • 3 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,05 ansteigt. Auf der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 ist eine AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 angeordnet, die 730 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0,05 auf x = 0 fällt. An der Grenzfläche 23 der Schichten 21, 22 liegt die höchste Verspannung vor, wobei die Gesamtspannung gleich null ist.
  • 4 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,05 ansteigt. Auf der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 ist eine AlxGa1-xN-Schicht 22 angeordnet, die 72 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil x = 0,25 beträgt. An der Grenzfläche 23 der Schichten 21, 22 liegt die höchste Verspannung vor, wobei die Gesamtspannung gleich null ist.
  • 5 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 fällt. Auf der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 ist eine AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 angeordnet, die 200 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0 auf x = 0,18 ansteigt. An der Grenzfläche 23 zwischen den Schichten 21, 22 ändert sich das Vorzeichen der Schichtspannung, d.h. die Schichtspannung wechselt von kompressiver zu tensiler Spannung. Die Gesamtspannung ist gleich null.
  • 6 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0,18 auf x = 0 fällt. An der Grenzfläche 23 zwischen dem Substrat 1 und der AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 liegt die höchste Verspannung vor. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Gesamtspannung des Schichtsystems nicht gleich null, vielmehr ist das Schichtsystem insgesamt tensil verspannt. Eine solche tensile Gesamtspannung kann vorteilhaft sein, wenn die Laserfacetten von der Rückseite her gebrochen werden.
  • 7 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0 auf x = 0,18 ansteigt. An einer vom Substrat abgewandten Grenzfläche 23 der AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 liegt die höchste Verspannung vor. Wie bei dem vorherigen Beispiel ist das Schichtsystem insgesamt tensil verspannt. Eine solche tensile Gesamtspannung kann vorteilhaft sein, wenn die Laserfacetten von der Rückseite her gebrochen werden.
  • 8 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22 auf, die 150 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0 auf x = 0,18 ansteigt. Auf der AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22 ist eine InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 angeordnet, die 50 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 abfällt. An der Grenzfläche 23 der Schichten 21, 22 liegt die höchste Verspannung vor, wobei das Schichtsystem wie bei den beiden vorherigen Beispielen insgesamt tensil verspannt ist.
  • 9 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21 auf, die 50 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,07 ansteigt. Auf der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 ist eine AlxGa1-xN-Gradientenschicht 22 angeordnet, die 150 nm dick ist, wobei der Aluminiumanteil in Wachstumsrichtung von x = 0,2 auf x = 0 fällt. An der Grenzfläche 23 der Schichten 21, 22 liegt die höchste Verspannung vor, wobei das Schichtsystem wie bei den drei vorherigen Beispielen insgesamt tensil verspannt ist.
  • 10 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21A auf, die 100 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,07 ansteigt. Auf der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21A ist eine weitere eine InyGa1-yN-Gradientenschicht 21B angeordnet, die 100 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0,07 auf y = 0 abfällt. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist das Schichtsystem insgesamt kompressiv verspannt. Eine solche kompressive Gesamtspannung kann vorteilhaft sein, wenn die Laserfacetten von der Vorderseite her gebrochen werden.
  • 11 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenchicht 21A auf, die 100 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,04 ansteigt. Darauf folgt eine InyGa1-yN-Schicht 21B, die 100 nm dick ist, mit einem konstanten Indiumanteil y = 0,04. Auf der InyGa1-yN-Schicht 21B ist eine InyGa1-yN-Gradientenschicht 21C angeordnet, die 100 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0,04 auf y = 0 abfällt. Wie bei dem vorherigen Beispiel ist das Schichtsystem insgesamt kompressiv verspannt.
  • 12 zeigt den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei einem weiteren Beispiel des Schichtsystems. Das Schichtsystem weist eine dem GaN-Substrat 1 nachfolgende InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 auf, die 200 nm dick ist, wobei der Indiumanteil in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 abfällt. An der Grenzfläche 23 zwischen dem Substrat 1 und der InyGa1-yN-Gradientenschicht 21 liegt die höchste Verspannung vor. Wie bei dem vorherigen Beispiel ist das Schichtsystem insgesamt kompressiv verspannt.
  • Die 13, 14 und 15 zeigen den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei weiteren Beispielen des Schichtsystems, die jeweils eine Übergitterstruktur aus abwechselnden InyGa1-yN-Schichten 21 und AlxGa1-xN-Schichten 22 aufweisen. Bei dem Beispiel der 13 weist das Schichtsystem abwechselnd InyGa1-yN-Schichten 21, die 20 nm dick sind und einen Indiumanteil y = 0,05 aufweisen, und AlxGa1-xN-Schichten 22, die 20 nm dick sind und einen Aluminiumanteil x = 0,15 aufweisen, auf. Bei dem Beispiel der 14 weist das Schichtsystem abwechselnd InyGa1-yN-Gradientenschichten 21, die 25 nm dick sind und einen von y = 0,08 auf y = 0 fallenden Indiumanteil aufweisen, und AlxGa1-xN-Gradientenschichten 22, die 25 nm dick sind und einen von x = 0 auf x = 0,2 steigenden Aluminiumanteil aufweisen, auf. Bei dem Beispiel der 15 weist das Schichtsystem abwechselnd InyGa1-yN-Gradientenschichten 21, die 25 nm dick sind und einen von y = 0,04 auf y = 0 fallenden Indiumanteil aufweisen, und AlxGa1-xN-Gradientenschichten 22, die 25 nm dick sind und einen von x = 0 auf x = 0,22 steigenden Aluminiumanteil aufweisen, auf. Übergitterstrukturen haben den Vorteil, dass sie eine Vielzahl von Grenzflächen aufweisen, die mögliche Facettenstörungen an der Ausbreitung hindern können.
  • Die folgenden 16, 17 und 18 zeigen den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei weiteren Beispielen des Schichtsystems, bei denen jeweils zwei Grenzflächen mit hoher Verspannung nahe beieinander liegen, so dass Facettenstörungen in einem möglichst kleinen definierten Bereich an der Ausbreitung gehindert werden.
  • Bei dem Beispiel der 16 weist das Schichtsystem ausgehend von dem GaN-Substrat 1 eine 50 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21A mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,05 ansteigenden Indiumanteil, eine 30 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21B mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 fallendem Indiumanteil, eine 30 nm dicke AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22A mit einem in Wachstumsrichtung von x = 0 auf x = 0,22 ansteigenden Aluminiumanteil, eine 30 nm dicke AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22B mit einem in Wachstumsrichtung von x = 0,22 auf x = 0 fallenden Aluminiumanteil, eine 30 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21C mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,05 ansteigenden Indiumanteil und eine 50 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21D mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 fallenden Indiumanteil auf.
  • Bei dem Beispiel der 17 weist das Schichtsystem ausgehend von dem GaN-Substrat 1 eine 50 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21A mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0 auf y = 0,05 ansteigenden Indiumanteil, eine 10 nm dicke AlxGa1-xN-Schicht 22 mit einem Aluminiumanteil x = 0,25 und eine 50 nm dicke InyGa1-yN-Gradientenchicht 21B mit einem in Wachstumsrichtung von y = 0,05 auf y = 0 fallenden Indiumanteil auf.
  • Bei dem Beispiel der 18 weist das Schichtsystem ausgehend von dem GaN-Substrat 1 eine 100 nm dicke AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22A mit einem in Wachstumsrichtung von x = 0 auf x = 0,12 ansteigenden Aluminiumanteil, eine 30 nm dicke InyGa1-yN-Schicht 21 mit einem Indiumanteil y = 0,05 und eine 100 nm dicke AlxGa1-xN-Gradientenchicht 22B mit einem in Wachstumsrichtung von x = 0,12 auf x = 0 fallenden Aluminiumteil auf.
  • Die folgenden 19, 20 und 21 zeigen den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei weiteren Beispielen des Schichtsystems, die jeweils alternierende AlxGa1-xN-Schichten 22 und InyGa1-yN-Schichten 21 aufweisen. Bei dem Beispiel der 19 nimmt der Aluminiumanteil der AlxGa1-xN-Schichten 22 von Schicht zu Schicht ab, während die InyGa1-yN-Schichten 21 jeweils den gleichen Indiumanteil aufweisen. Bei dem Beispiel der 20 nimmt der Aluminiumanteil der AlxGa1-xN-Schichten 22 von Schicht zu Schicht ab, und der Indiumanteil der InyGa1-yN-Schichten 21 nimmt von Schicht zu Schicht zu. Bei dem Beispiel der 21 nehmen sowohl der Aluminiumanteil der AlxGa1-xN-Schichten 22 als auch der Indiumanteil der InyGa1-yN-Schichten 21 von Schicht zu Schicht ab.
  • Die 22, 23 und 24 zeigen den Verlauf der Spannung σ und der Biegung B bei weiteren Beispielen des Schichtsystems, die jeweils alternierende AlxGa1-xN-Schichten 22 und InyGa1-yN-Schichten 21 aufweisen. Bei diesen Beispielen weisen die AlxGa1-xN-Schichten 22 jeweils den gleichen Aluminiumanteil und die InyGa1-yN-Schichten 21 jeweils den gleichen Indiumanteil auf. In den Schichtsystemen variiert aber die Dicke der AlxGa1-xN-Schichten 22 und InyGa1-yN-Schichten 21.
  • Die 25 zeigt schematisch den Verlauf der Intensität I der Laserstrahlung und des Brechungsindex n (beides in willkürlichen Einheiten) bei einem Ausführungsbeispiel des kantenemittierenden Halbleiterlasers in Abhängigkeit einer von der Oberfläche gemessenen Tiefe t. Die Laserstrahlung weist im Bereich der aktiven Schicht 4 die maximale Intensität auf. Am Ort des Schichtsystems 20 beträgt die Intensität weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% und besonders bevorzugt nur weniger als 5% der maximalen Intensität. Dies kann insbesondere durch einen ausreichend großen Abstand zwischen dem Schichtsystem 20 und der aktiven Schicht 4 erreicht werden, wobei der Abstand mindestens 500 nm, bevorzugt mindestens 1 µm beträgt.
  • Die 26 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des kantenemittierenden Halbleiterlasers 100 im Querschnitt. Die Anordnung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 10 entspricht dem Beispiel der 1 und wird deshalb nicht nochmals im Detail erläutert. Der Unterschied zum Beispiel der 1 besteht darin, dass der hier gezeigte kantenemittierende Halbleiterlaser 100 ein Laserbarren ist, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Emittern aufweist. An der Oberfläche des Laserbarrens ist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Rippenwellenleitern 11 ausgebildet, auf denen jeweils eine p-Anschlussschicht 8 angeordnet ist. Die p-Anschlussschichten 8 kontaktieren jeweils die Oberseite der Rippenwellenleiter 11 und sind ansonsten durch eine Passivierungsschicht 12 von der Halbleiterschichtenfolge 10 elektrisch isoliert. Das Schichtsystem 20 zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich 3 kann wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 beispielsweise zwischen dem Substrat 1 und der n-Typ Mantelschicht 2 angeordnet sein. Das Schichtsystem 20 zur Verminderung von Facettenstörungen ist bei einem Laserbarren besonders vorteilhaft, da eine Facettenstörung eines einzelnen Emitters zu einem Ausfall des gesamten Laserbarrens führen kann.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    n-Typ Mantelschicht
    3A
    erste Wellenleiterschicht
    3B
    zweite Wellenleiterschicht
    4
    aktive Schicht
    5
    Elektronenbarriereschicht
    6
    p-Typ Mantelschicht
    7
    p-Kontaktschicht
    8
    p-Anschlussschicht
    9
    n-Anschlussschicht
    10
    Halbleiterschichtenfolge
    11
    Rippenwellenleiter
    12
    Passivierungsschicht
    20
    Schichtsystem
    21
    InGaN-Schicht
    21A
    InGaN-Schicht
    21B
    InGaN-Schicht
    21C
    InGaN-Schicht
    21D
    InGaN-Schicht
    22
    AlGaN-Schicht
    22A
    AlGaN-Schicht
    22B
    AlGaN-Schicht
    100
    kantenemittierender Halbleiterlaser

Claims (19)

  1. Kantenemittierender Halbleiterlaser (100) mit einer Halbleiterschichtenfolge (10), die auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert, umfassend einen Wellenleiterbereich (3), der eine zwischen einer ersten Wellenleiterschicht (3A) und einer zweiten Wellenleiterschicht (3B) angeordnete aktive Schicht (4) aufweist, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (10) ein außerhalb des Wellenleiterbereichs (3) angeordnetes Schichtsystem (20) zur Verminderung von Facettenstörungen in dem Wellenleiterbereich (3) aufweist, - das Schichtsystem (20) eine oder mehrere Schichten (21, 22) mit der Materialzusammensetzung AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1 aufweist, wobei zumindest eine Schicht (21, 22) des Schichtsystems (20) einen Aluminiumanteil x ≥ 0,05 oder einen Indiumanteil y ≥ 0,02 aufweist, und - eine Schichtspannung zumindest bereichsweise mindestens 2 GPa beträgt.
  2. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen dem Schichtsystem (20) und der aktiven Schicht (4) mindestens 500 nm beträgt.
  3. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen dem Schichtsystem (20) und der aktiven Schicht (4) mindestens 1 µm beträgt.
  4. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine sich in dem Wellenleiterbereich (3) ausbreitende Laserstrahlung eine maximale Intensität Imax aufweist, und wobei die Intensität der Laserstrahlung in dem Schichtsystem (20) nicht mehr als 0,2 * Imax beträgt.
  5. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenleiterbereich (3) zwischen einer n-Typ Mantelschicht (2) und einer p-Typ Mantelschicht (6) angeordnet ist, und wobei das Schichtsystem (20) zwischen einem Substrat (1) des Halbleiterlasers und der n-Typ Mantelschicht (2) angeordnet ist.
  6. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht (21) aufweist, die einen Indiumanteil y ≥ 0,03 aufweist.
  7. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht (22) aufweist, die einen Aluminiumanteil x ≥ 0,1 aufweist.
  8. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mindestens eine AlxInyGa1-x-yN-Schicht (21, 22) aufweist, die einen Gradienten des Indiumanteils und/oder des Aluminiumanteils aufweist.
  9. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mindestens eine InyGa1-yN-Schicht (21) zur Erzeugung einer kompressiven Spannung und mindestens eine AlxGa1-xN-Schicht-Schicht (22) zur Erzeugung einer tensilen Spannung aufweist.
  10. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 9, wobei die InyGa1-yN-Schicht (21) und die AlxGa1-xN-Schicht (22) direkt aneinander angrenzen.
  11. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtspannung in dem Schichtsystem (20) zumindest bereichsweise größer ist als in dem Wellenleiterbereich (3).
  12. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) zumindest eine Grenzfläche (23) aufweist, an der sich die Schichtspannung um mehr als 2 GPa ändert.
  13. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) zumindest eine Grenzfläche (23) aufweist, an der die Schichtspannung von kompressiver Spannung zu tensiler Spannung oder von tensiler Spannung zu kompressiver Spannung wechselt.
  14. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mehrere abwechselnde InGaN-Schichten (21) und AlGaN-Schichten (22) aufweist.
  15. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) mindestens 3 und höchstens 100 Schichten (21, 22) aufweist.
  16. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kantenemittierende Halbleiterlaser (100) eine erste Laserfacette und eine zweite Laserfacette aufweist, und wobei die erste Laserfacette und die zweite Laserfacette in dem Wellenleiterbereich (3) keine Facettenstörungen aufweisen.
  17. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kantenemittierende Halbleiterlaser (100) eine erste Laserfacette und eine zweite Laserfacette aufweist, und wobei die erste Laserfacette oder die zweite Laserfacette in dem Bereich des Schichtsystems (20) eine Facettenstörung aufweist.
  18. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kantenemittierende Halbleiterlaser (100) ein Laserbarren ist, der eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Emittern aufweist.
  19. Kantenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (20) an eine GaN-Schicht angrenzt, und wobei eine von dem gesamten Schichtsystem bewirkte Biegung gleich null ist.
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