DE102021102277A1 - Oberflächenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden halbleiterlasers - Google Patents

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Hubert Halbritter
Laura Kreiner
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) umfasst eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur (132) und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die aktive Zone (115) ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) angeordnet. Die geordnete photonische Struktur (132) ist in der ersten Halbleiterschicht (110) ausgebildet, und ein Teil der ersten Halbleiterschicht (110) grenzt an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur (132) an. Alternativ ist die geordnete photonische Struktur (132) in einer zusätzlichen Halbleiterschicht (130) zwischen der aktiven Zone (115) und der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet. Ein Teil der zusätzlichen Halbleiterschicht (130) ist zwischen der geordneten photonischen Struktur (132) und der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet.

Description

  • Oberflächenemittierende Laser, d.h. Laservorrichtungen, bei denen das erzeugte Laserlicht senkrecht zu einer Oberfläche einer Halbleiterschichtanordnung emittiert wird, können in vielfältigen Anwendungen, beispielsweise in AR-(„Augmented Reality“)-Anwendungen oder in 3D-Sensorsystemen, beispielsweise zur Gesichtserkennung oder zur Abstandsmessung beim autonomen Fahren, oder für allgemeine Beleuchtungszwecke beispielsweise für Anzeigevorrichtungen verwendet werden.
  • Generell werden Anstrengungen unternommen, derartige oberflächenemittierende Laser zu verbessern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die aktive Zone ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, die geordnete photonische Struktur ist in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet, und ein Teil der ersten Halbleiterschicht grenzt an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur an, oder die geordnete photonische Struktur ist in einer zusätzlichen Halbleiterschicht zwischen der aktiven Zone und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet, wobei ein Teil der zusätzlichen Halbleiterschicht zwischen der geordneten photonischen Struktur und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  • Beispielsweise umfasst die geordnete photonische Struktur eine Vielzahl von Löchern in der ersten Halbleiterschicht oder in der zusätzlichen Halbleiterschicht. Gemäß Ausführungsformen können die Löcher mit dielektrischem Material aufgefüllt sein. Beispielsweise erfolgt eine Emission erzeugter Laserstrahlung über eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst der oberflächenemittierende Halbleiterlaser ferner eine Spiegelschicht auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers umfasst das Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat, das Ausbilden einer Hartmaskenschicht über der ersten Halbleiterschicht, das Strukturieren der Hartmaskenschicht, so dass Bereiche einer Oberfläche einer Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht angrenzt, freiliegen und geeignet sind, eine geordnete photonische Struktur in einem nachfolgend aufgewachsenen zusätzlichen Halbleitermaterial zu definieren. Das Verfahren umfasst weiterhin das Aufwachsen des zusätzlichen Halbleitermaterials über den freiliegenden Bereichen der Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht angrenzt, das Entfernen der Hartmaskenschicht, wobei aufgewachsene strukturierte Halbleiterbereiche verbleiben und eine geordnete photonische Struktur darstellen, und das Aufwachsen des zusätzlichen Halbleitermaterials, wobei die strukturierten Halbleiterbereiche mit dem zusätzlichen Halbleitermaterial überwachsen werden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer aktiven Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
  • Beispielsweise kann die aktive Zone vor Ausbildung der Hartmaskenschicht ausgebildet werden, und das zusätzliche Halbleitermaterial stellt eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp dar.
  • Beispielsweise kann die Hartmaskenschicht angrenzend an die aktive Zone ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausbilden einer Zwischenschicht nach Ausbildung der aktiven Zone umfassen, wobei die Hartmaskenschicht angrenzend an die Zwischenschicht ausgebildet wird.
  • Alternativ kann die aktive Zone nach Aufwachsen des zusätzlichen Halbleitermaterials ausgebildet werden, wobei die Hartmaskenschicht angrenzend an die erste Halbleiterschicht ausgebildet wird. Das Verfahren kann ferner das Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser eine Vielzahl von Bildelementen, wobei jedes der Bildelemente eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur, und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst. Die aktive Zone ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet, die geordnete photonische Struktur ist zwischen der aktiven Zone und der ersten oder der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Die geordnete photonische Struktur eines ersten Bildelements ist verschieden von der geordneten photonischen Struktur eines zweiten Bildelements.
  • Beispielsweise ist die geordnete photonische Struktur des ersten Bildelements geeignet, eine andere Abstrahlcharakteristik der emittierten Laserstrahlung zu erzeugen als die geordnete photonische Struktur des zweiten Bildelements. Gemäß Ausführungsformen sind die Bildelemente über einem gemeinsamen Träger angeordnet.
  • Beispielsweise ist die Größe der Bildelemente jeweils größer als 10 µm.
  • Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser kann ferner eine Strahlformungsoptik aufweisen, die geeignet ist, emittierte elektromagnetische Strahlung zu formen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser eine erste n-dotierte Halbleiterschicht, eine geordnete photonische Struktur, eine aktive Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine zweite p-dotierte Halbleiterschicht, und eine dritte n-dotierte Halbleiterschicht. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser umfasst ferner einen Tunnelübergang, der geeignet ist, die zweite p-dotierte Halbleiterschicht mit der dritten n-dotierten Halbleiterschicht elektrisch zu verbinden. Die aktive Zone ist zwischen der zweiten p-dotierten Halbleiterschicht und der ersten n-dotierten Halbleiterschichten angeordnet. Die geordnete photonische Struktur ist in der ersten oder der dritten n-dotierten Halbleiterschicht ausgebildet.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst eine Laservorrichtung eine Anordnung einer Vielzahl oberflächenemittierender Halbleiterlaserelemente. Jedes der Halbleiterlaserelemente umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, und eine aktive Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Anordnung umfasst ferner eine geordnete photonische Struktur, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, ein erstes und ein zweites Kontaktelement. Die geordnete photonische Struktur und die zweite Halbleiterschicht sind mindestens zwei Halbleiterlaserelementen zugeordnet. Das zweite Kontaktelement ist mit der zweiten Halbleiterschicht elektrisch verbunden. Die aktive Zone ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Die geordnete photonische Struktur ist zwischen der aktiven Zone und dem zweiten Kontaktelement angeordnet.
  • Beispielsweise kann eine horizontale Abmessung der Halbleiterlaserelemente jeweils kleiner als 10 µm sein. Eine horizontale Abmessung der geordneten photonischen Struktur kann größer als 10 µm sein.
  • Beispielsweise sind die aktiven Zonen der einzelnen Halbleiterlaserelemente voneinander elektrisch isoliert, und ein Füllmaterial ist in einem Zwischenraum zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen angeordnet.
  • Gemäß Ausführungsformen grenzt die zweite Halbleiterschicht an das zweite Kontaktelement an, und die geordnete photonische Struktur ist in der zweiten Halbleiterschicht angeordnet.
  • Beispielsweise kann die Laservorrichtung ferner eine dritte Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, die an das zweite Kontaktelement angrenzt, sowie einen Tunnelübergang aufweisen, der geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht mit der dritten Halbleiterschicht elektrisch zu verbinden, wobei die geordnete photonische Struktur in der dritten Halbleiterschicht angeordnet ist.
  • 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.
    • 1 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit einer geordneten photonischen Struktur.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß Ausführungsformen.
    • Die 3A bis 3I veranschaulichen Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Durchführen eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen.
    • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • Die 5A bis 5F veranschaulichen Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Durchführung eines Verfahrens gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • Die 6A bis 6C veranschaulichen Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Weiterverarbeitung gemäß Ausführungsformen.
    • 6D und 6E zeigen Querschnittsansichten eines Werkstücks zur Veranschaulichung von Verfahrensvarianten.
    • 7 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
    • 8A zeigt eine Draufsicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß Ausführungsformen.
    • 8B zeigt eine Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß Ausführungsformen.
    • 8C zeigt eine Intensitätsverteilung einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 8D veranschaulicht eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 9A zeigt eine Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 9B zeigt eine Draufsicht auf eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 9C zeigt eine Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 10A zeigt eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 10B veranschaulicht eine Anwendung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 11A zeigt eine Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 11B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 11C zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 11D zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • 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 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, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN-Substrat oder einem Si-Substrat 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, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, 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. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
  • Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines allgemeinen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit geordneter photonischer Struktur oder mit photonischem Kristall (PCSEL, „Photonic Crystal Surface Emitting Laser“) zur Erläuterung seines Aufbaus und seiner Funktionsweise. Die hier beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen gelten für die nachfolgend beschriebenen oberflächenemittierenden Laservorrichtungen gemäß allen Ausführungsformen, sofern nichts anderes explizit angegeben ist.
  • Über einem geeigneten Substrat 100, beispielsweise einem Wachstumssubstrat ist ein Halbleiterkörper 119 angeordnet. Der Halbleiterkörper 119 umfasst einen Halbleiterschichtstapel. Der Halbleiterschichtstapel umfasst beispielsweise eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, und eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend. Eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung 115 ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet.
  • 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.
  • Zusätzlich ist eine Halbleiterschicht mit einer geordneten photonischen Struktur 132 innerhalb des Halbleiterkörpers 119 angeordnet. Generell bezeichnet der Begriff „geordnete photonische Struktur“ alternierende Bereiche mit jeweils unterschiedlichem Brechungsindex, die sich beispielsweise durch geeignetes Strukturieren eines Halbleitermaterials ausbilden lässt. Beispielsweise können Löcher 131 in einem HalbleiterMaterial ausgebildet werden, beispielsweise durch Ätzen. Beispielsweise können die Löcher 131 mit einem Material 133 mit einem anderen Brechungsindex als dem des umgebenden Halbleiter-Materials gefüllt werden. Weiterhin können vereinzelt Halbleiter-Strukturen ausgebildet werden.
  • Die Löcher oder die Halbleiterstrukturen können beispielsweise ein Gitter, beispielsweise ein hexagonales Gitter oder ein anderes Gitter, darstellen. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind aber auch nicht periodische Muster umfasst. Weiterhin kann ein Gitter mit einer nicht strengen Periodizität ebenfalls als geordnete photonische Struktur gelten. Generell ist ein mittlerer Abstand zwischen den Löchern oder den Halbleiterstrukturen vorgegeben. Die Position und Größe der Löcher oder Strukturen ist deterministisch. Ein Abstand a zwischen den einzelnen Löchern oder den erhabenen Strukturen kann beispielsweise im Bereich einer viertel bis halben Wellenlänge liegen, beispielsweise zwischen 80 und 560 nm. Die Strukturgrößen der geordneten photonischen Struktur 132 hängen sowohl von Brechungsindex als auch von der Wellenlänge ab. Ist beispielsweise ein dielektrisches Material in den Löchern der geordneten photonischen Struktur 132 eingelagert, so hängt die Strukturgröße von dem Brechungsindexunterschied ab. Generell skaliert die Gitterkonstante sowohl mit der Wellenlänge als auch mit dem Brechungsindex des Materials der geordneten photonischen Struktur 132. Die Gitterkonstante kann beispielsweise - je nach Wellenlänge als auch Brechungsindex - in einem Bereich von etwa 80 bis 300 nm, beispielsweise 100 bis 200 nm liegen.
  • Die Größe, beispielsweise der Durchmesser, der einzelnen Löcher oder Strukturen kann in einem Bereich von 40 bis 150 nm liegen. Eine Größe der Löcher oder Abmessungen in Wachstumsrichtung kann beispielsweise größer als 100 nm, beispielsweise in einem Bereich von 100 bis 300 nm liegen. Bei einer bestimmten lateralen Abmessung f der geordneten photonischen Struktur 132, beispielsweise in einem Bereich von f von größer als 1 µm, bildet sich durch die geordnete photonische Struktur ein photonischer Kristall aus. Entsprechend wird eine photonische Bandstruktur definiert, mit einem speziellen Reflexions- und Transmissionsverhalten in Abhängigkeit der Wellenlänge. Aufgrund des speziellen Reflexionsverhaltens der Schicht mit der geordneten photonischen Struktur 132 wird ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit dem in 1 dargestellten Schichtaufbau eine Wellenlänge, die durch die photonische Bandstruktur vorgegeben ist, emittieren. Beispielsweise wird durch den Abstand der Löcher die photonische Bandstruktur und damit die Emissionswellenlänge des Halbleiterlasers bestimmt.
  • Entsprechend liegt bei einem PCSEL, anders als bei üblichen oberflächenemittierenden Halbleiterlasern mit vertikalem Resonator (VCSEL, „Vertical Cavity Surface Emitting Laser“) kein optischer Resonator vor, in dem sich Lasermoden, die beispielsweise durch die Resonatorlänge vorgegeben sind, ausbilden können. Vielmehr wird bei einem PCSEL die Emissionswellenlänge durch die photonische Bandstruktur festgelegt. In entsprechender Weise ist ein Spiegel nicht erforderlich, um einen optischen Resonator auszubilden. Ein Spiegel kann als optionaler Bestandteil vorgesehen sein. Da bei einem PCSEL die Emissionswellenlänge durch die photonische Bandstruktur vorgegeben ist, findet bei einem PCSEL sogleich Laseremission statt. Anders als bei einem VCSEL findet im Betrieb des PCSELs nicht zunächst eine spontane Emission statt, die im Laufe des Betriebs durch induzierte Emission verdrängt wird. Entsprechend können derartige Laservorrichtungen sehr schnell geschalten werden. Beispielsweise ermöglicht dies eine reine Pulsweitenmodulation als Betriebsmodus. Weiterhin können sie zusätzlich mit einer analogen Regelung gekoppelt werden. Da die Wellenlänge primär durch die geordnete photonische Struktur definiert wird, kann die Emissionswellenlänge stabil gehalten werden. Beispielsweise ist es möglich, dass sich die Emissionswellenlänge bei Änderung der eingeprägten Stromstärke oder der Temperatur nicht oder nur in geringem Maße ändert.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 10 gemäß Ausführungsformen. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser umfasst einen Träger 140, beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, einem isolierenden oder leitenden Material, das je nach Anwendungsbereich des Halbleiterlasers ausgewählt ist. Eine isolierende Schicht 138 kann über dem Träger 140 angeordnet sein. Eine metallische Spiegelschicht 137, beispielsweise eine Silberschicht 137, kann über der isolierenden Schicht 138 angeordnet sein. Sodann kann eine dielektrische Spiegelschicht 135 über dem metallischen Spiegel 137 angeordnet sein.
  • Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegelschicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrische Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke A/4 betragen, wobei A die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben.
  • Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindizes stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend. Die dielektrische Spiegelschicht ist somit geeignet, Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren. Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 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.
  • Eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend, ist über der dielektrischen Spiegelschicht 135 angeordnet. Eine zusätzliche Halbleiterschicht 130 ist über der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Die zusätzliche Halbleiterschicht 130 kann beispielsweise ebenfalls vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Beispielsweise hat die zusätzliche Halbleiterschicht 130 dieselbe oder eine andere Zusammensetzung als die zweite Halbleiterschicht 120. Eine geordnete photonische Struktur 132 ist in der zusätzlichen Halbleiterschicht 130 angeordnet. Weiterhin ist eine Schutzschicht 116 über der geordneten photonischen Struktur 132 angeordnet. Über der Schutzschicht 116 ist eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, angeordnet. Ferner ist eine aktive Zone 115 zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Die Schutzschicht 116 ist optional. Weiterhin kann beispielsweise ein Wachstumssubstrat 100 über der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst ein oberflächenemittierenden Halbleiterlaser eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone 115, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur 132 sowie eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die aktive Zone 115 ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet. Wie in 2 dargestellt ist, ist die geordnete photonische Struktur in einer zusätzlichen Halbleiterschicht 130 zwischen der aktiven Zone 115 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Weiterhin ist ein Teil der zusätzlichen Halbleiterschicht 130 zwischen der geordneten photonischen Struktur 132 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet.
  • Wie in 2 weiterhin dargestellt ist, umfasst die geordnete photonische Struktur 132 eine Vielzahl von Löchern in der zusätzlichen Halbleiterschicht 130. Beispielsweise können die Löcher der geordneten photonischen Struktur 132 mit einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex verfüllt sein, beispielsweise einem Dielektrikum. Beispielsweise kann die zusätzliche Halbleiterschicht 130 eine GaN-haltige Schicht umfassen. Die zusätzliche Halbleiterschicht 130 kann jedoch auch aus einem anderen Materialsystem ausgewählt sein und beispielsweise GaAs oder InP enthalten. Beispiele für ein Material zum Verfüllen der Löcher umfasst beispielsweise SiO2 oder Si3N4. Wie in 2 weiterhin dargestellt ist, kann der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 10 ferner eine Spiegelschicht 135, 137 auf einer von der aktiven Zone 115 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht 120 aufweisen.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 10 beschrieben. 3A zeigt ein Werkstück 15, welches ein geeignetes Wachstumssubstart 100, eine erste Halbleiterschicht 110 sowie die aktive Zone 115 aufweist. Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat GaN sein, die erste Halbleiterschicht 110 kann GaN-haltige Schichten aufweisen. Die erste Halbleiterschicht 110 sowie die Schichten der aktiven Zone 115 können epitaktisch über dem Wachstumssubstrat 100 aufgewachsen worden sein.
  • Wie in 3B gezeigt ist, kann eine dünne Zwischenschicht oder Schutzschicht 116, beispielsweise aus SiO, SiN, AlO, AlN oder einer Kombination dieser Materialien kann gegebenenfalls über der aktiven Zone 115 aufgewachsen werden. Die Schutzschicht 116 schützt die Schichten der aktiven Zone 115, beispielsweise die Quantentopfschichten der aktiven Zone, während der nachfolgenden Strukturierung. Das Material der Zwischenschicht 116 sollte derart ausgewählt sein, dass es die nachfolgenden Wachstumsprozesse aushält.
  • Anschließend wird, wie in 3C dargestellt ist, eine Hartmaskenschicht, die beispielsweise SiO oder SiN enthalten kann, über der Schutzschicht 116 aufgebracht. Die Hartmaske wird anschließend strukturiert, beispielsweise mit einem Lift-Off-Verfahren, bei dem die Hartmaskenschicht über einer strukturierten Fotoresistschicht aufgebracht wird. Durch Lösen des Fotoresistmaterials in einem Lösungsmittel werden die Teile der Hartmaske über den Fotoresistteilen entfernt.
  • 3C zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15. Eine Hartmaske 117 ist über der Oberfläche der optionalen Schutzschicht 116 angeordnet. Wie nachfolgend erläutert werden wird, wird in einem nachfolgenden Aufwachsprozess zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial an den Bereichen, die durch die Hartmaske bedeckt sind, kein Aufwachsprozess stattfinden. Das heißt, durch die Bereiche, die mit Hartmaskenmaterial belegt sind, werden die in der Halbleiterschicht auszubildenden Löcher definiert. Breite und Abstand der Hartmaskenbereiche werden entsprechend der Größe und dem Abstand der auszubildenden Löcher in dem aufzuwachsenden Halbleitermaterial ausgewählt.
  • Nachfolgend findet, wie in 3D dargestellt ist, ein Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen der Halbleiterschicht 130 statt. Die Halbleiterschicht 130 kann beispielsweise eine GaN-haltige Halbleiterschicht sein. Gemäß Ausführungsformen können die Bedingungen beim Aufwachsen der Halbleiterschicht 130 in geeigneter Weise so eingestellt werden, dass ein Flankenwinkel einstellbar ist. Beispielsweise können senkrechte oder definiert schräge Flanken erzeugt werden. Dies kann beispielsweise durch Einstellen von Druck und Temperatur bei dem Aufwachsprozess erreicht werden. Die Aufwachsbedingungen können während des Aufwachsens der Schicht 130 auch variiert werden, so dass eine gestufte Abfolge verschiedener Winkel einstellbar ist. Beispielsweise kann die Schicht 130 mit einer Schichtdicke aufgewachsen werden, die in etwa einer vertikalen Bemessung der auszubildenden Löcher entspricht. Beispielsweise kann die Schichtdicke 100 bis 500 nm betragen.
  • Anschließend kann die Hartmaske entfernt werden, beispielsweise durch ein selektives Ätzverfahren. 3E zeigt ein Beispiel einer Querschnittsansicht eines Werkstücks nach Entfernen des Hartmaskenmaterials. Gegebenenfalls können nun die Löcher mit einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex verfüllt werden, beispielsweise einem Dielektrikum. Beispielsweise kann das Material SiO2 oder SiN oder eine Mischung aus diesen Materialien sein.
  • Anschließend wird das Wachstum der Halbleiterschicht 130 fortgesetzt. Die Wachstumsparameter sind verändert gegenüber denjenigen beim Aufwachsen der geordneten photonischen Struktur 132 wie in 3D dargestellt. Als Ergebnis werden die Löcher der geordneten photonischen Struktur 132 überwachsen, so dass eine geschlossene Halbleiterschicht 130 ausgebildet wird.
  • 3F zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15. Anschließend werden weitere Halbleiterschichten zur Fertigstellung des Halbleiterlasers epitaktisch aufgewachsen. Beispielsweise kann eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend aufgewachsen werden. Die zweite Halbleiterschicht 120 kann wiederum GaN enthalten.
  • 3G zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15.
  • Anschließend kann, wie in 3H veranschaulicht ist, eine dielektrische Spiegelschicht 135 aufgebracht werden. Die dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise ITO und/oder NbO/SiO, beispielsweise alternierende Schichten, die NbO oder SiO aufweisen, enthalten. Mit einem NbO/SiO-Spiegel wird insbesondere Strahlung mit flachen Einfallswinkeln effizient reflektiert. Gemäß Ausführungsformen können weiterhin Kontaktlöcher zur besseren elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 120 in der dielektrischen Spiegelschicht 137 ausgebildet werden. Anschließend kann eine metallische Spiegelschicht 137 aufgebracht werden. Beispielsweise kann die metallische Spiegelschicht 137 Silber enthalten oder aus Silber bestehen. In Kombination mit dem dielektrischen Spiegel 135 kann die Effizienz des Halbleiterlasers signifikant verbessert werden, da auch Strahlung genutzt werden kann, die in den unteren Halbraum emittiert wurde, d.h. in Richtung der dielektrischen Spiegelschicht 135.
  • 3I zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks 15. Nachfolgend kann beispielsweise gegebenenfalls eine Isolationsschicht 138, beispielsweise ein Oxid, aufgebracht werden. Das Werkstück 15 wird permanent auf einen Träger 140 gebondet. Das Wachstumssubstrat kann anschließend zumindest teilweise entfernt werden. Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat 100 über Schleifen und Polieren oder durch Ablösen an einer 2D-Schicht wie beispielsweise Graphen erfolgen. Derartige Verfahren sind wohlbekannt und werden hier nicht näher erläutert. Weiterhin kann ein Teil des verbleibenden Wachstumssubstrats 100 sowie ein Teil der ersten Halbleiterschicht 110 entfernt werden, so dass ein Teil einer ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 freiliegt. Auf diesem freiliegenden Bereich der ersten Hauptoberfläche 111 kann ein erstes Kontaktelement 112 zum elektrischen Kontaktieren der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet werden. Als Ergebnis kann beispielsweise die in 2 dargestellte Struktur erhalten werden.
  • 4 zeigt einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser gemäß weiteren Ausführungsformen. Der in 4 dargestellte oberflächenemittierende Halbleiterlaser 10 weist eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, eine aktive Zone 115, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur 132 und eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend auf. Die aktive Zone 115 ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet. Die geordnete photonische Struktur 132 ist in der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet. Ein Teil der ersten Halbleiterschicht 110 grenzt an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur 132 an. Beispielsweise kann die geordnete photonische Struktur 132 durch eine Vielzahl von Löchern in einem Bereich der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet sein.
  • Anders als bei Ausführungsformen, die beispielsweise in 2 dargestellt sind, ergibt sich bei Ausbildung der geordneten photonischen Struktur 132 in der n-leitenden Halbleiterschicht 110 der Vorteil einer höheren Beweglichkeit der Ladungsträger, wodurch eine verringerte Vorwärtsspannung und eine homogenere Stromverteilung ergibt.
  • Zur Herstellung des in 4 dargestellten oberflächenemittierenden Halbleiterlasers wird über einem geeigneten Wachstumssubstrat 100, beispielsweise einem GaN-Substrat eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend ausgebildet.
  • 5A zeigt eine Querschnittsansicht des sich ergebenden Werkstücks 15. Anschließend wird über der ersten Halbleiterschicht 110 eine Hartmaske 117 ausgebildet. Die Hartmaske kann wiederum unter Verwendung eines Lift-Off-Prozesses oder auch durch Ätzen unter Verwendung einer strukturierten Fotoresistmaske ausgebildet werden.
  • 5B zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks 15. Anschließend wird ein Epitaxieverfahren zum weiteren Aufwachsen der ersten Halbleiterschicht 110 durchgeführt. Aufgrund der Ausbildung der strukturierten Hartmaske sind die Bereiche der Oberfläche der Schicht 110, auf denen kein Schichtwachstum stattfindet, durch die Hartmaske 117 abgedeckt, so dass sich in der sich ergebenden Schicht Löcher ausbilden. Die Bedingungen beim Aufwachsen des Halbleitermaterials, insbesondere Druck und Temperatur bestimmen den Flankenwinkel. Entsprechend können senkrechte oder definierte schräge Flanken erzeugt werden. Durch Verändern der Bedingungen kann eine gestufte Abfolge verschiedener Winkel erreicht werden.
  • 5C zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15. Nachfolgend kann beispielsweise durch ein Verändern der Wachstumsbedingungen die erste Halbleiterschicht 110 derart aufgewachsen werden, dass die Schicht über den Löchern in der geordneten photonischen Struktur 132 geschlossen wird. Beispielsweise kann bei diesem Wachstumsprozess die Hartmaske überwachsen werden. Anschließend wird die aktive Zone 115 ausgebildet, beispielsweise durch Abscheiden der entsprechenden Schichten.
  • 5E zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks. Darauffolgend wird die zweite Halbleiterschicht 120 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, aufgewachsen. 5F zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werkstücks 15. Nachfolgend können die dielektrische Spiegelschicht 135 sowie die metallische Spiegelschicht 137 über der zweiten Halbleiterschicht 120 ausgebildet werden. Dies kann beispielsweise in der Weise, wie sie unter Bezugnahme auf 3H beschrieben worden ist, erfolgen. Als Ergebnis kann beispielsweise die in 4 dargestellte oberflächenemittierende Halbleiterlaserstruktur erhalten werden.
  • Zur Ausbildung von elektrischen Kontakten kann beispielsweise ausgehend von der in 6A gezeigten Struktur ein Teil der epitaktisch aufgewachsenen Schichten, beispielsweise durch Ätzen entfernt werden. Die Ätztiefe kann so bemessen werden, dass die geordnete photonische Struktur entfernt wird. Als Ergebnis wird ein Bereich einer ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 freigelegt. Dies ist in 6B veranschaulicht. Nachfolgend kann ein erstes Kontaktelement 112 über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ausgebildet werden. Weiterhin kann ein Teil der dielektrischen Spiegelschicht 135 und der metallischen Spiegelschicht 137 entfernt werden, so dass ein Teil der ersten Hauptoberfläche 121 der zweiten Halbleiterschicht 120 freigelegt wird. Über diesem Teil kann das zweite Kontaktelement 122 ausgebildet werden.
  • Wie in 6C dargestellt, kann anschließend der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 10 auf einem geeigneten Träger (nicht dargestellt) aufgebracht werden, wobei beispielsweise die metallische Spiegelschicht 137 zwischen Halbleiterlaser 10 und Träger angeordnet ist. Beispielsweise können entsprechende Kontakte auf diesem Träger vorgesehen sein. Eine Emission der erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20 kann über die erste Halbleiterschicht 110 und gegebenenfalls das Substrat 100 erfolgen. Dies ist in 6C veranschaulicht. Bei Ausführungsformen, die in 6C dargestellt sind, ist die geordnete photonische Struktur 132 weiter von der aktiven Zone 115 entfernt als bei Ausführungsformen, die beispielsweise in 6A oder 6B dargestellt sind. Als Ergebnis kann die aktive Zone in besserer epitaktischer Qualität gewachsen werden.
  • Alternativ kann ausgehend von der in 6A dargestellten Struktur das erste Kontaktelement 112 auch oberhalb der geordneten photonischen Struktur 132 platziert werden. Dies ist in 6D veranschaulicht. Wie in 6D gezeigt ist, werden die Schichten über einem Teil der ersten Hauptoberfläche 111 der Halbleiterschicht 110 zurückgeätzt. Die erste Halbleiterschicht 110 wird nur unwesentlich geätzt, so dass die geordnete photonische Struktur 132 beibehalten wird. Weiterhin kann ein zweites Kontaktelement 122 über der metallischen Spiegelschicht 137 ausgebildet werden. In diesem Fall kann beispielsweise die zweite Halbleiterschicht 120 über Via-Kontakte 139, die sich durch die dielektrische Spiegelschicht 135 erstrecken, kontaktiert werden.
  • Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 10 kann auf einem geeigneten Träger aufgebracht werden, so dass beispielsweise das zweite Kontaktelement 122 an den Träger angrenzt. In diesem Fall wird die erzeugte elektromagnetische Strahlung 20 über die erste Halbleiterschicht 110 und gegebenenfalls das Wachstumssubstrat 100 emittiert, wie in 6E angedeutet ist.
  • Bei Ausführungsformen, die beispielsweise in den 6D und 6E gezeigt sind, ist der Abstand der geordneten photonischen Struktur 132 zu der aktiven Zone 115 kleiner als bei Ausführungsformen, die beispielsweise in 6C gezeigt sind. Als Ergebnis kann der Effekt der geordneten photonischen Struktur auf die Lichtemission in der aktiven Zone vergrößert werden.
  • Die in den 6B und 6D angegebenen Kontaktierungsmöglichkeiten können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das in 6B gezeigte erste Kontaktelement 112 mit dem in 6D gezeigten zweiten Kontaktelement 122 kombiniert werden und umgekehrt.
  • 7 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers umfasst das Ausbilden (S100) einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat, das Ausbilden (S110) einer Hartmaskenschicht über der ersten Halbleiterschicht und das Strukturieren (S120) der Hartmaskenschicht, so dass Bereiche einer Oberfläche einer Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht angrenzt, freiliegen und geeignet sind, eine geordnete photonische Struktur in einem nachfolgend aufgewachsenen zusätzlichen Halbleitermaterial zu definieren. Das Verfahren umfasst weiterhin das Aufwachsen (S130) des zusätzlichen Halbleitermaterials über den freiliegenden Bereichen der Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht angrenzt, das Entfernen (S140) der Hartmaskenschicht, wobei aufgewachsene strukturierte Halbleiterbereiche verbleiben und eine geordnete photonische Struktur darstellen, und das Aufwachsen (S150) des zusätzlichen Halbleitermaterials, wobei die strukturierten Halbleiterbereiche mit dem zusätzlichen Halbleitermaterial überwachsen werden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden (S160) einer aktiven Zone, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
  • Beispielsweise kann die aktive Zone vor Ausbildung der Hartmaskenschicht ausgebildet werden. In diesem Fall kann das zusätzliche Halbleitermaterial eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp darstellen.
  • Beispielsweise wird die Hartmaskenschicht angrenzend an die aktive Zone ausgebildet. Das Verfahren kann jedoch auch ferner das Ausbilden einer Zwischenschicht nach Ausbildung der aktiven Zone umfassen. In diesem Fall kann die Hartmaskenschicht angrenzend an die Zwischenschicht ausgebildet werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die aktive Zone nach Aufwachsen des zusätzlichen Halbleitermaterials ausgebildet werden. In diesem Fall kann beispielsweise die Hartmaskenschicht angrenzend an die erste Halbleiterschicht ausgebildet werden. Das Verfahren kann ferner das Ausbilden (S170) einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen.
  • Durch das hier beschriebene Verfahren lässt sich eine geordnete photonische Struktur mit einer großen Präzision herstellen. Insbesondere lässt sich für Anwendungen im blauen oder grünen Spektralbereich des GaN-Materialsystems die benötigte Strukturgröße mit großer Genauigkeit herstellen. Als Folge lässt sich ein oberflächenemittierender Laser mit einer geordneten photonischen Struktur auch für das GaN-Materialsystem realisieren. Somit kann ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser im blauen oder grünen Spektralbereich bereitgestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, geeignete Spiegelschichten epitaktisch zu wachsen.
  • Die Strukturierung der geordneten photonischen Struktur wird dabei durch die Strukturierung der Hartmaske vorgegeben. Beispielsweise lässt sich die Hartmaske zu einer Vielzahl von möglichen Mustern strukturieren. Beispielsweise kann die Hartmaske derart strukturiert werden, dass beliebige Abweichungen von einem streng periodischen Muster erzeugt werden. Derartige Abweichungen umfassen beispielsweise Abweichungen von einer streng periodischen Anordnungsposition oder unterschiedliche Durchmesser der erzeugten Löcher. Weiterhin ist es möglich, ein Werkstück so zu strukturieren, dass eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden unterschiedlichen geordneten photonischen Strukturen erzeugt wird.
  • 8A zeigt eine Draufsicht auf einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser gemäß weiteren Ausführungsformen. Wie in 8A gezeigt ist, weist der oberflächenemittierende Halbleiterlaser eine Vielzahl von Bildelementen 1421, 1422, ..., 142n auf.
  • 8B zeigt eine Querschnittsansicht durch den oberflächenemittierenden Halbleiterlaser gemäß Ausführungsformen. Wie in 8B dargestellt ist, umfasst jedes der Bildelemente 1421, 1422, 1423 eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone 115, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, eine geordnete photonische Struktur 1451, 1452, 1453 und eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die aktive Zone 115 ist jeweils zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet. Die geordnete photonische Struktur 1451, 1452, 1453 ist zwischen der aktiven Zone 115 und der ersten oder der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet. Weiterhin ist die geordnete photonische Struktur 1451 eines ersten Bildelements 1421 verschieden von der geordneten photonischen Struktur 1452 eines zweiten Bildelements 1422.
  • Die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 sowie die aktive Zone 115 können jeweils einer Vielzahl von Bildelementen 142 zugeordnet sein.
  • Beispielsweise ist die geordnete photonische Struktur 1451, 1452, 1453 jeweils in einem Teil der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet, und ein Teil der ersten Halbleiterschicht 110 grenzt jeweils an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur 1451, 1452, 1453 an oder ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 120 abgewandten Seite der geordneten photonischen Struktur 1451, 1452, 1453 angeordnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die geordnete photonische Struktur 1451, 1452, 1453 jeweils in einem Teil der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet, und ein Teil der zweiten Halbleiterschicht 120 grenzt jeweils an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur 1451, 1452, 1453 an oder ist auf einer von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der geordneten photonischen Struktur 1451, 1452, 1453 angeordnet.
  • Wie in 8B dargestellt ist, ist die geordnete photonische Struktur 1451 von der geordneten photonischen Struktur 1452 verschieden. Weiterhin ist die zweite geordnete photonische Struktur 1452 von der geordneten photonischen Struktur 1453 verschieden. Entsprechend ist die Abstrahlcharakteristik 1531 des ersten Bildelements 1421 von der Abstrahlcharakteristik 1532 des zweiten Bildelements 1422 verschieden. Weiterhin ist die Abstrahlcharakteristik 1532 des zweiten Bildelements 1422 von der Abstrahlcharakteristik 1533 des dritten Bildelements 1423 verschieden.
  • Der Begriff „eine erste geordnete photonische Struktur ist von einer zweiten photonischen Struktur verschieden“ kann bedeuten, dass die Positionen der erzeugten Löcher beispielsweise lokal verschoben sein können. Beispielsweise kann eine Periodizität der angeordneten Löcher beibehalten werden, aber vorbestimmte Löcher sind gegenüber der vorgegebenen Anordnungsposition verschoben. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann dies auch bedeuten, dass die Größe oder Form der Löcher verändert ist, ohne dass sich beispielsweise der vorgegebene Abstand verändert.
  • Beispielsweise kann eine laterale Abmessung der Bildelemente größer als 10 µm sein.
  • Dadurch, dass die geordneten photonischen Strukturen mindestens zweier Bildelemente voneinander verschieden sind, kann durch die entsprechenden Bildelemente jeweils eine unterschiedliche Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Genauer gesagt strahlen die einzelnen Bereiche jeweils in eine andere Richtung ab. Damit können im Vergleich zu Bauteilen mit beispielsweise jeweils gleichbleibenden geordneten photonischen Strukturen höhere Intensitäten im Rand des Ausleuchtungsbereichs realisiert werden. Die Abstrahlrichtung wird dabei innerhalb des Halbleiterchips durch die spezielle Geometrie der photonischen Struktur 132 definiert. Insbesondere die Gitterkonstante sowie Form und Größe der einzelnen Strukturelemente entscheiden die jeweilige Abstrahlcharakteristik. Als Folge, beispielsweise bei Verwendung einer Vielzahl von Bildelementen mit jeweils unterschiedlichen geordneten photonischen Strukturen lässt sich durch den oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 10 eine kollimierte Abstrahlung in beliebige Raumwinkel erzielen. Die Emission erfolgt direkt aus dem Chip ohne zusätzliche Verluste. Entsprechend ist es ohne zusätzliche Strahlformungsoptik möglich, eine gleichmäßige Ausleuchtung eines bestimmten Gesichtsfelds zu erreichen. Insbesondere ist das Intensitätsprofil mit steilen Flanken realisiert.
  • Die ist beispielsweise in 8C veranschaulicht, die die Intensität in Abhängigkeit der x-Koordinate zeigt. Im Vergleich zu herkömmlichen Intensitätsverläufen nimmt die Intensität in einem Randbereich nicht allmählich ab, sondern stufenförmig. Als Ergebnis erhält man in einem Randbereich die maximale Ausleuchtungsintensität. Als Ergebnis kann das von der Oberfläche des Halbleiterlasers emittierte Licht fast in perfekter Weise in einer vertikalen Richtung vorkollimiert sein.
  • Gemäß Ausführungsformen kann der Halbleiterlaser 10 mit einem optischen Element 105 kombiniert werden, wodurch sich eine Laservorrichtung 25 ergibt. Das optische Element kann beispielsweise direkt auf den Chip oder über einen Luftspalt oder Klebstoff in einem Gehäuse mit dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser montiert werden. Beispiele für das optische Element umfassen beispielsweise optisch beugende oder brechende Elemente, Metalinsen oder beliebige Linsenanordnungen. Durch die perfekte Vorkollimierung der Emission aus dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser lässt sich ein beliebiges Intensitätsprofil mit herkömmlichen optischen Elementen 105 perfekt realisieren. Dies ist in 8D veranschaulicht.
  • Wie vorstehend beschrieben lässt sich somit eine sehr flache und kompakte Beleuchtungsvorrichtung bereitstellen. Eine Beleuchtungsvorrichtung, die den beschriebenen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser enthält, kann beispielsweise als allgemeine Beleuchtungsvorrichtung, für Messungen, beispielsweise Laufzeitmessungen (ToF, „time of flight“) oder auch Gesichtserkennungsverfahren verwendet werden.
  • Insbesondere, wenn der hier beschriebene oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit dem Verfahren hergestellt wird, das in den 3A bis 7 erläutert ist, lässt sich eine jeweils unterschiedliche geordnete photonische Struktur für eine Vielzahl von Bildelementen auf einfache Weise herstellen, nämlich durch eine geeignete Strukturierung der Hartmaske 117 wie beispielsweise in 3C gezeigt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen Anordnungen stark miniaturisierter oberflächenemittierender Halbleiter-Laserelemente mit einer geordneten photonischen Struktur kombiniert werden.
  • 9A zeigt eine Laservorrichtung 25 mit einer Anordnung einer Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen 1481, 1482, 1483 gemäß Ausführungsformen. Jedes der Halbleiterlaserelemente 1481, 1482, 1483 umfasst eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, eine aktive Zone 115, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die Anordnung umfasst ferner eine geordnete photonische Struktur 132 sowie eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und ein erstes und zweites Kontaktelement 112, 122. Die geordnete photonische Struktur 132 und die zweite Halbleiterschicht sind mindestens zwei Halbleiterlaserelementen 1481, 1482 zugeordnet. Das zweite Kontaktelement ist mit der zweiten Halbleiterschicht 120 elektrisch verbunden und die aktive Zone ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Die geordnete photonische Struktur 132 ist zwischen der aktiven Zone 115 und dem zweiten Kontaktelement 122 angeordnet. Beispielsweise grenzt die zweite Halbleiterschicht 120 direkt an das zweite Kontaktelement 122 an oder ist benachbart zu diesem angeordnet.
  • Wie zuvor beschrieben worden ist, benötigt die geordnete photonische Struktur 132 eine gewisse Mindestgröße in lateraler Richtung, beispielsweise mehr als 1 µm, so dass sich die photonische Bandstruktur ausbilden kann. Umgekehrt kann es aber für bestimmte Anwendungen, beispielsweise µ-Displays, erforderlich sein, besonders kleine Laserelemente 1481 zu verwenden. In diesem Fall kann eine geordnete photonische Struktur 132 mehreren Laserelementen 148 zugeordnet sein. Beispielsweise kann eine horizontale Abmessung d der Halbleiterlaserelemente kleiner als 10 µm sein. Eine horizontale Abmessung f der geordneten photonischen Struktur ist größer als 10 µm. Beispielsweise kann die horizontale Abmessung d der Halbleiterlaserelemente 148 kleiner als 1 µm, beispielsweise 200 bis 500 nm sein. Beispielsweise kann gemeinsam mit der geordneten photonischen Struktur 132 die zweite Halbleiterschicht 120 mehreren Laserelementen 148 zugeordnet sein.
  • Weiterhin kann das zweite Kontaktelement 122 mehreren Laserelementen 148 zugeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist aber auch möglich, dass für jedes Laserelement 148 ein zweites Kontaktelement 122 vorgesehen ist. Jedes einzelne Laserelement 148 kann über ein zugehöriges erstes Kontaktelement 1121, 1122, 1123 angesteuert werden. Beispielsweise können die einzelnen ersten Kontaktelemente 112 als Spiegel ausgebildet sein und beispielsweise ein metallisches reflektierendes Material enthalten, um die Lasereffizienz zu erhöhen. Beispielsweise kann jedes der Kontaktelemente 112 einen Schichtstapel, der Metall und ITO (Indiumzinnoxid) enthält, enthalten. Gemäß Ausführungsformen kann die geordnete photonische Struktur 132 entlang einer horizontalen Richtung, beispielsweise der x- oder y-Richtung variieren. Als Ergebnis kann eine breitere Wellenlängenverteilung aus dem aktiven Teil des Pixels erreicht werden. Genauer gesagt kann die Halbwertsbreite mehrere nm betragen, wodurch Interferenzeffekte minimiert werden können.
  • Der Abstand s zwischen benachbarten Laserelementen 148 kann beispielsweise größer als 1 µm oder sogar größer als 2 µm sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können benachbarte Laserelemente 148 auch direkt aneinander angrenzen. Beispielsweise kann in diesem Fall ein fließender Übergang der Abstrahlcharakteristik erfolgen. Der aktive Teil d des Laserelements 148 kann kleiner 1 µm sein. Die Abmessung f der geordneten photonischen Struktur 132 kann größer 10 µm, beispielsweise größer 100 µm sein. Entsprechend erstreckt sich die geordnete photonische Struktur 132 über mehrere Pixel. Mit dem beschriebenen Aufbau lässt sich ein geringer Pixelabstand realisieren.
  • Weiterhin lässt sich durch ein geeignetes Design der geordneten photonischen Struktur 132 für die gesamte Laservorrichtung eine erwünschte enge Abstrahlcharakteristik einstellen?
  • 9B zeigt eine Draufsicht auf die Laservorrichtung. Die einzelnen Laserelemente 1481, 1482 sind gestrichelt angedeutet.
  • 9C zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Laservorrichtung 25 gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend von der in 9A gezeigten Struktur weist hier die Laservorrichtung zusätzlich ein Füllmaterial 125 zwischen den aktiven Zonen 115 der einzelnen Laserelemente 1481, 1482, 1483 auf. Weitere Komponenten sind analog wie in 9A veranschaulicht ausgeführt. Das Füllmaterial 125 kann einen ähnlichen Brechungsindex wie die aktive Zone 115 haben. Beispielsweise kann das Füllmaterial das gleiche oder ein sehr ähnliches Material wie das der aktiven Zone 115 sein. Allerdings ist die aktive Zone 115 jeweils von dem Füllmaterial 125 isoliert, um ein Nebensprechen mit benachbarten Laserelementen zu unterdrücken. Die einzelnen Laserelemente 1481, 1482, 148,3 sind jeweils einzeln über die zweiten Kontaktelemente 1121, 1122, 1123 ansteuerbar, wodurch eine Stromverteilung in die benachbarten Pixel vermieden wird. Aufgrund der Anwesenheit des Füllmaterials kann die Funktionalität des photonischen Kristalls bzw. der geordneten photonischen Struktur 132 verbessert werden.
  • Wie beschrieben worden ist, wird somit eine Laservorrichtung mit einer Anordnung einer Vielzahl oberflächenemittierender Halbleiterlaserelemente zur Verfügung gestellt, bei denen eine enge Abstrahlcharakteristik und eine hohe Systemeffizienz erzielt werden. Die Laservorrichtung kann für ein µ-Display beispielsweise für AR-(„augmented reality“)- Anwendungen verwendet werden.
  • 10A zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 30 gemäß Ausführungsformen. Die Beleuchtungsvorrichtung 30 weist mehrere Laservorrichtungen 251, 252, 253 auf, die jeweils geeignet sind, Licht unterschiedlicher Wellenlängen, beispielsweise Rot, Grün, Blau, zu emittieren. Jede der Laservorrichtungen 251, 252, 253 kann beispielsweise wie in den 9A bis 9C dargestellt aufgebaut sein. Das Materialsystem der Laservorrichtungen ist jeweils so ausgewählt, dass elektromagnetische Strahlung einer vorgegebenen Farbe emittiert wird. Jeder der Laservorrichtungen 251, 252, 253 ist ein eigener Wellenleiter zugeordnet. Der erste Wellenleiter 101 weist beispielsweise ein Einkoppelelement und ein Auskoppelelement 108 auf. Ebenso weist der zweite und der dritte Wellenleiter jeweils ein Einkoppelelement 107 und ein Auskoppelelement 108 auf. Die erste, zweite und dritte Laservorrichtung 251, 252 und 253 sind in horizontaler Richtung (x-Richtung) benachbart zueinander angeordnet. Das erste, zweite und dritte Wellenleiterelement 101, 102, 103 sind beispielsweise in vertikaler Richtung (z-Richtung) übereinander angeordnet. Dabei bedeckt der zweite Wellenleiter einen Bereich des ersten Wellenleiters 101, der mit der ersten Laservorrichtung 251 überlappt, nicht. An dem freiliegenden Bereich des ersten Wellenleiters 101 ist eine Einkoppelstruktur 107, beispielsweise ein geeignetes Gitter oder eine andere geeignete Einkoppelstruktur vorgesehen. In entsprechender Weise ist ein Bereich des zweiten Wellenleiters 102, der der zweiten Laservorrichtung 252 gegenüberliegt, nicht bedeckt. Auch in diesem Bereich liegt ein entsprechendes Einkoppelelement 107 vor. Ein Bereich des dritten Wellenleiters 103, der der dritten Laservorrichtung 253 gegenüberliegt, weist ebenfalls ein Einkoppelelement 107 auf.
  • Auf diese Weise kann elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise von der ersten Laservorrichtung 251 emittiert worden ist, in den ersten Wellenleiter 101 eingekoppelt werden. Am anderen Ende jeweils der Wellenleiter liegt ein Auskoppelelement 108 vor. Hier sind die Auskoppelelemente 108 des ersten Wellenleiters 101, des zweiten Wellenleiters 102 und des dritten Wellenleiters 103 jeweils übereinander angeordnet, so dass die jeweils ausgekoppelten Lichtanteile miteinander überlagert werden. Als Ergebnis wird ein kombinierter Strahl 21, der emittierte Strahlung der ersten Laservorrichtung 251, der zweiten Laservorrichtung 252 und der dritten Laservorrichtung 253 enthält, ausgegeben. Auf diese Weise kann durch Modulation der einzelnen Laservorrichtungen ein RGB-Bild erzeugt werden. Aufgrund der hohen Intensität können die entsprechenden Laservorrichtungen auch mit verlustbehafteten optischen Systemen kombiniert werden.
  • Durch die Anordnung, die beispielsweise in 10A gezeigt ist, lässt sich eine sehr hohe Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung 20 erzielen. Aufgrund der speziellen Struktur der einzelnen Laservorrichtungen 251, 252 mit jeweils einer geordneten photonischen Struktur 132 ist es möglich, die Laservorrichtungen sehr schnell zu schalten, da hier die spontane Emission aufgrund des anderen Wellenlängenselektionsmechanismus unterdrückt wird. Die Anordnung kann in einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem µ-Display, insbesondere für AR-Anwendungen verwendet werden.
  • 10B zeigt ein System mit einer Laservorrichtung 25, wie beispielsweise in einer der 9A bis 9C gezeigt, und einem mikroelektromechanischen System 35, beispielsweise zur Ablenkung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20. Unter Verwendung des mikroelektromechanischen Systems 35 kann das Gesichtsfeld der Laservorrichtung 25 vergrößert werden. Durch die hohe Intensität der von der Laservorrichtung 25 emittierten Strahlung 20 ist die Intensität auch bei vergrößertem Gesichtsfeld auch noch ausreichend. Aufgrund der hohen Qualität der emittierten Strahlung 20 kann mit diesem Ansatz eine sehr hohe Auflösung erzielt werden.
  • Ein System mit der Laservorrichtung, die in den 9A bis 9C, 10A, 10B gezeigt ist, kann beispielsweise eine Anzeigevorrichtung sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann geordnete photonische Struktur 132 jeweils in einer n-leitenden Halbleiterschicht 114 ausgebildet werden. Auf diese Weise lässt sich eine vergrößerte Ladungsträgerbeweglichkeit in der geordneten photonischen Struktur 132 erzielen. Als Ergebnis wird die Vorwärtsspannung verringert und die Stromverteilung kann homogener ausgestaltet werden.
  • 11A zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Laservorrichtung 25 gemäß Ausführungsformen. Die Laservorrichtung 25 weist eine Anordnung einer Vielzahl von Halbleiterlaserelementen 1481, 1482, ... 148m auf, die jeweils eine erste Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 110 sowie eine aktive Zone 115 aufweisen. Ein erstes Kontaktelement 112 ist jeweils mit der ersten Halbleiterschicht 110 der Halbleiterlaserelemente 1481, 1482, 1483 angeordnet. Anders als beispielsweise in 9A dargestellt, grenzt hier die zweite Halbleiterschicht 120 an die aktive Zone 115 an. Die geordnete photonische Struktur 132 ist in einer dritten Halbleiterschicht 114 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Die dritte Halbleiterschicht 114 grenzt beispielsweise direkt an das zweite Kontaktelement 122 an oder ist benachbart zu diesem angeordnet. Die zweite Halbleiterschicht 120 ist mit der dritten Halbleiterschicht 114 über einen Tunnelkontakt 127 verbunden. Der Tunnelkontakt 127 weist eine hochdotierte Schicht 128 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p++-leitend, sowie eine hochdotierte Schicht 129 vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n++-leitend, auf.
  • Die p++-dotierte Schicht 128 sowie die n++-dotierte Schicht 129 sowie optional eine Zwischenschicht (nicht dargestellt) bilden eine Tunneldiode oder einen Tunnelübergang 127. Die n++-dotierte Schicht 129 des Tunnelübergangs 127 ist über die Schicht 114 vom ersten Leitfähigkeitstyp mit der positiven Elektrode oder dem zweiten Kontaktelement 122 elektrisch verbunden. Durch den Tunnelübergang 127, dessen n-Seite mit der positiven Elektrode oder dem zweiten Kontaktelement 122 verbunden ist, werden Löcher in den Bereich der aktiven Zone 115 injiziert. Dort rekombinieren die injizierten Löcher mit den durch die negative Elektrode oder das erste Kontaktelement 112 bereitgestellten Elektronen unter Emission von Photonen.
  • Wie in 11A dargestellt ist, ist der Tunnelübergang 127 ebenso wie die geordnete photonische Struktur 132, die dritte Halbleiterschicht 114 sowie die zweite Halbleiterschicht 120 einer Mehrzahl von Halbleiterlaserelementen 1481, 1482, 1483 zugeordnet.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sich der Tunnelübergang 127 auch bis teilweise in die geordnete photonische Struktur 132 erstrecken. Beispielsweise kann der Tunnelübergang 127 innerhalb der geordneten photonischen Struktur 132 liegen. Beispielsweise können Schichten der geordneten photonischen Struktur 132 einen Tunnelübergang ausbilden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Tunnelübergang auch oberhalb der geordneten photonischen Struktur 132 liegen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Tunnelübergang auch zwischen der aktiven Zone 115 und der geordneten photonischen Struktur 132 liegen.
  • 11B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Laservorrichtung 25 gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den in 11A dargestellten Komponenten weist die Laservorrichtung 25 noch eine reflexionsvermindernde Schicht 123 auf, beispielsweise eine ITO-Schicht oder eine andere geeignete Schicht, durch die eine Reflexion der erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20 an der Grenzfläche zwischen der dritten Halbleiterschicht 114 und Luft vermindert wird. Als Ergebnis wird die Intensität der emittierten Strahlung erhöht. Beispielsweise grenzt hier gemäß Ausführungsformen das zweite Kontaktelement 122 direkt an die reflexionsvermindernde Schicht 123 an. Die reflexionsvermindernde Schicht 123 grenzt direkt an die dritte Halbleiterschicht 114 an.
  • 11C zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Laservorrichtung 25 gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend von der in den 11A und 11B gezeigten Laservorrichtung 25 weist hier die Laservorrichtung 25 nicht eine Vielzahl von einzelnen Laserelementen 1481, 1482, 1483 auf, denen eine gemeinsame geordnete photonische Struktur 132 zugeordnet ist. Vielmehr ist hier ein einzelnes Halbleiterlaserelement der photonischen Struktur 132 zugeordnet. Beispielsweise kann das Halbleiterlaserelement eine Abmessung im Bereich von 1 µm oder größer haben. Die geordnete photonische Struktur 132 kann eine laterale Abmessung haben, die größer als die des Halbleiterlaserelements ist.
  • 11D zeigt eine Querschnittsansicht einer Laservorrichtung 25 gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend von den Halbleitervorrichtungen, die in den 11A bis 11C veranschaulicht sind, ist hier die geordnete photonische Struktur 132 in der ersten Halbleiterschicht 110 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Das erste Kontaktelement 112 ist angrenzend an die erste Halbleiterschicht 110 angeordnet. Die aktive Zone 115 ist angrenzend an die erste Halbleiterschicht 110 ausgebildet. Weiterhin ist die zweite Halbleiterschicht 120 angrenzend an die aktive Zone 115 ausgebildet. Ein Tunnelübergang 127 ist geeignet, die zweite Halbleiterschicht 120 mit der dritten Halbleiterschicht 114 vom ersten Leitfähigkeitstyp zu verbinden. Weiterhin kann eine reflexionsvermindernde Schicht 123 auf der Oberseite der dritten Halbleiterschicht 114 vorgesehen sein. Auch bei der in 11D gezeigten Ausführungsform ist die geordnete photonische Struktur 132 in einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend, ausgebildet.
  • Wie in den 11C und 11D gezeigt ist, umfasst ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser eine erste n-dotierte Halbleiterschicht 110, eine geordnete photonische Struktur 132 und eine aktive Zone 115, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser weist ferner eine zweite p-dotierte Halbleiterschicht 120 sowie eine dritte n-dotierte Halbleiterschicht 114 auf. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser enthält ferner einen Tunnelübergang 127, der geeignet ist, die zweite p-dotierte Halbleiterschicht 120 mit der dritten n-dotierten Halbleiterschicht 114 elektrisch zu verbinden. Die aktive Zone 115 ist zwischen der zweiten p-dotierten Halbleiterschicht 120 und der ersten n-dotierten Halbleiterschicht 110 angeordnet. Die geordnete photonische Struktur 132 ist in der ersten oder der dritten n-dotierten Halbleiterschicht 110, 114 ausgebildet.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele können weiter verändert werden und insbesondere unter Berücksichtigung der Merkmale, die in den 1 bis 10 beschrieben sind, modifiziert werden. Beispielsweise kann die geordnete photonische Struktur, wie in 8A bis 8C ausgeführt, mit einem Tunnelübergang 127 kombiniert werden. Genauer gesagt, kann bei der in 8B dargestellten Struktur die geordnete photonische Struktur 1451, 1452, 1453 jeweils in einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Der elektrische Kontakt zu einem zweiten Kontaktelement 122 kann über einen Tunnelkontakt 127 erfolgen.
  • 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
    Oberflächenemittierender Halbleiterlaser
    15
    Werkstück
    20
    elektromagnetische Strahlung
    21
    Kombinierter Strahl
    25, 251, 252, 253
    Laservorrichtung
    30
    Beleuchtungsvorrichtung
    35
    mikroelektromechanisches System
    40
    zu beleuchtendes Objekt
    100
    Substrat
    101
    erster Wellenleiter
    102
    zweiter Wellenleiter
    103
    dritter Wellenleiter
    105
    optisches Element
    107
    Einkoppelelement
    108
    Auskoppelelement
    110
    erste Halbleiterschicht
    111
    erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
    112, 1121, 1122, 1123
    erstes Kontaktelement
    114
    dritte Halbleiterschicht
    115
    aktive Zone
    116
    Schutzschicht
    117
    Hartmaske
    119
    Halbleiterkörper
    120
    zweite Halbleiterschicht
    122
    zweites Kontaktelement
    123
    reflexionsvermindernde Schicht
    125
    Füllmaterial
    127
    Tunnelübergang
    128
    erste Halbleiterschicht des Tunnelübergangs
    129
    zweite Halbleiterschicht des Tunnelübergangs
    130
    Halbleiterschicht
    131
    Loch
    132
    geordnete photonische Struktur
    133
    dielektrisches Material
    135
    dielektrische Spiegelschicht
    137
    metallische Spiegelschicht
    138
    isolierende Schicht
    139
    Via-Kontakt
    140
    Träger
    142, 1421, 1422
    Bildelement
    144
    Spiegel
    145, 1451, 1452
    geordnete photonische Struktur
    148, 1481, 1482, 1483
    Halbleiterlaserelement
    1531, 1532
    Abstrahlcharakteristik

Claims (21)

  1. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; einer aktiven Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen; einer geordneten photonischen Struktur (132); und einer zweiten Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die aktive Zone (115) zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) angeordnet ist, die geordnete photonische Struktur (132) in der ersten Halbleiterschicht (110) ausgebildet ist und ein Teil der ersten Halbleiterschicht (110) an beide Seiten der geordneten photonischen Struktur (132) angrenzt, oder die geordnete photonische Struktur (132) in einer zusätzlichen Halbleiterschicht (130) zwischen der aktiven Zone (115) und der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist, wobei ein Teil der zusätzlichen Halbleiterschicht (130) zwischen der geordneten photonischen Struktur (132) und der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist.
  2. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 1, wobei die geordnete photonische Struktur (132) eine Vielzahl von Löchern (131) in der ersten Halbleiterschicht (110) oder in der zusätzlichen Halbleiterschicht (130) umfasst.
  3. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 2, wobei die Löcher (131) mit dielektrischem Material (133) aufgefüllt sind.
  4. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Emission erzeugter Laserstrahlung (20) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) erfolgt.
  5. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Spiegelschicht (135, 137) auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (120).
  6. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers (10) mit Ausbilden (S100) einer ersten Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat (100); Ausbilden (S110) einer Hartmaskenschicht (117) über der ersten Halbleiterschicht (S110); Strukturieren (S120) der Hartmaskenschicht (117), so dass Bereiche einer Oberfläche einer Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht (S117) angrenzt, freiliegen und geeignet sind, eine geordnete photonische Struktur in einem nachfolgend aufgewachsenen zusätzlichen Halbleitermaterial zu definieren, Aufwachsen (S130) des zusätzlichen Halbleitermaterials (110, 130) über den freiliegenden Bereichen der Halbleiterschicht, die an die Hartmaskenschicht (S117) angrenzt, Entfernen (S140) der Hartmaskenschicht (S117), wobei aufgewachsene strukturierte Halbleiterbereiche verbleiben und eine geordnete photonische Struktur (132) darstellen, und Aufwachsen (S150) des zusätzlichen Halbleitermaterials, wobei die strukturierten Halbleiterbereiche mit dem zusätzlichen Halbleitermaterial überwachsen werden, wobei das Verfahren weiterhin das Ausbilden (S160) einer aktiven Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen, umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die aktive Zone (115) vor Ausbildung der Hartmaskenschicht (117) ausgebildet wird und das zusätzliche Halbleitermaterial (130) eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp darstellt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Hartmaskenschicht (117) angrenzend an die aktive Zone (115) ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner das Ausbilden einer Zwischenschicht (116) nach Ausbildung der aktiven Zone (115) umfasst, wobei die Hartmaskenschicht (117) angrenzend an die Zwischenschicht (116) ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die aktive Zone (115) nach Aufwachsen des zusätzlichen Halbleitermaterials ausgebildet wird, die Hartmaskenschicht (117) angrenzend an die erste Halbleiterschicht (110) ausgebildet wird und das Verfahren ferner das Ausbilden (S170) einer zweiten Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst.
  11. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10), mit einer Vielzahl von Bildelementen (142), wobei jedes der Bildelemente (142) folgendes umfasst: eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine aktive Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen; eine geordnete photonische Struktur (132); und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die aktive Zone (115) zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) angeordnet ist, die geordnete photonische Struktur (132) zwischen der aktiven Zone (115) und der ersten oder der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) angeordnet ist, und wobei die geordnete photonische Struktur (132) eines ersten Bildelements (1421) verschieden von der geordneten photonischen Struktur (132) eines zweiten Bildelements (1422) ist.
  12. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 11, wobei die geordnete photonische Struktur (132) des ersten Bildelements (1421) geeignet ist, eine andere Abstrahlcharakteristik (153) der emittierten Laserstrahlung (20) zu erzeugen als die geordnete photonische Struktur (132) des zweiten Bildelements (1422).
  13. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Bildelemente (142) über einem gemeinsamen Träger (140) angeordnet sind.
  14. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Größe der Bildelemente (142) jeweils größer als 10 µm ist.
  15. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner mit einem optischen Element (105), das geeignet ist, emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zu formen.
  16. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser (10), umfassend: eine erste n-dotierte Halbleiterschicht (110); eine geordnete photonische Struktur (132); eine aktive Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen; eine zweite p-dotierte Halbleiterschicht (120), eine dritte n-dotierte Halbleiterschicht (114), einen Tunnelübergang (127), der geeignet ist, die zweite p-dotierte Halbleiterschicht (120) mit der dritten n-dotierten Halbleiterschicht (114) elektrisch zu verbinden, wobei die aktive Zone (115) zwischen der zweiten p-dotierten Halbleiterschicht (120) und der ersten n-dotierten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist und die geordnete photonische Struktur (132) in der ersten oder der dritten n-dotierten Halbleiterschicht (110, 114) ausgebildet ist.
  17. Laservorrichtung (25) mit einer Anordnung einer Vielzahl oberflächenemittierender Halbleiterlaserelemente (1481, 1482, 1483), wobei jedes der Halbleiterlaserelemente (148) folgendes umfasst: eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; und eine aktive Zone (115), die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu erzeugen; wobei die Anordnung ferner eine geordnete photonische Struktur (132); eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, ein erstes und ein zweites Kontaktelement (112, 122) umfasst, wobei die geordnete photonische Struktur (132) und die zweite Halbleiterschicht (122) mindestens zwei Halbleiterlaserelementen (1481, 1482) zugeordnet sind, das zweite Kontaktelement (122) mit der zweiten Halbleiterschicht (120) elektrisch verbunden ist, wobei die aktive Zone (115) zwischen der ersten Halbleiterschicht (110) und der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist, die geordnete photonische Struktur (132) zwischen der aktiven Zone (115) und dem zweiten Kontaktelement (122) angeordnet ist.
  18. Laservorrichtung (25) nach Anspruch 17, wobei eine horizontale Abmessung der Halbleiterlaserelemente (148, 1481, 1482, 1483) jeweils kleiner als 10 µm ist und eine horizontale Abmessung der geordneten photonischen Struktur (132) größer als 10 µm ist.
  19. Laservorrichtung (25) nach Anspruch 17 oder 18, wobei die aktiven Zonen (115) der einzelnen Halbleiterlaserelemente (148, 1481, 1482, 1483) voneinander elektrisch isoliert sind und ein Füllmaterial (125) in einem Zwischenraum zwischen benachbarten Halbleiterlaserelementen (148, 1481, 1482, 1483) angeordnet ist.
  20. Laservorrichtung (25) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die zweite Halbleiterschicht (120) an das zweite Kontaktelement (122) angrenzt und die geordnete photonische Struktur (132) in der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist.
  21. Laservorrichtung (25) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner mit einer dritten Halbleiterschicht (114) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die an das zweite Kontaktelement (122) angrenzt, sowie einem Tunnelübergang (127), der geeignet ist, die zweite Halbleiterschicht (120) mit der dritten Halbleiterschicht (114) elektrisch zu verbinden, wobei die geordnete photonische Struktur (132) in der dritten Halbleiterschicht (114) angeordnet ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070201527A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Vertical cavity surface emitting laser
WO2010087231A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 コニカミノルタホールディングス株式会社 ２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法
US20110076791A1 (en) 2009-09-25 2011-03-31 Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING GaN-BASED FILM LED
US20190319428A1 (en) 2018-04-13 2019-10-17 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120072931A1 (en) * 2009-06-05 2012-03-22 Masahiro Imada Surface emitting semiconductor laser, optical recording head, and optical recording apparatus
JP5627361B2 (ja) * 2010-09-16 2014-11-19 キヤノン株式会社 ２次元フォトニック結晶面発光レーザ
JP6182230B1 (ja) * 2016-03-15 2017-08-16 株式会社東芝 面発光量子カスケードレーザ
JP7105441B2 (ja) * 2018-07-26 2022-07-25 セイコーエプソン株式会社 発光装置およびプロジェクター
JP7279875B2 (ja) * 2018-09-03 2023-05-23 国立大学法人京都大学 面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070201527A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Vertical cavity surface emitting laser
WO2010087231A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 コニカミノルタホールディングス株式会社 ２次元フォトニック結晶面発光レーザおよびその製造方法
US20110076791A1 (en) 2009-09-25 2011-03-31 Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING GaN-BASED FILM LED
US20190319428A1 (en) 2018-04-13 2019-10-17 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element

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