DE102021113297A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR LASER DIODE AND SEMICONDUCTOR LASER DIODE - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode mit den folgenden Schritten angegeben:
- Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (1) mit einer Aufwachsfläche (2),
- Einbringen zumindest einer Struktur (10) zumindest in einen Facettenbereich (6) der Aufwachsfläche (2),
- epitaktisches Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) mit einer aktiven Zone (12), die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, auf der Aufwachsfläche (2), wobei
- die Struktur (10) von Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (3) überwachsen wird, so dass die aktive Zone (12) in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich (24) eine Bandlücke aufweist, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone (12).
Außerdem wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben.
A method for manufacturing a semiconductor laser diode is specified with the following steps:
- Providing a growth substrate (1) with a growth area (2),
- introducing at least one structure (10) into at least one facet region (6) of the growth area (2),
- Epitaxial growth of an epitaxial semiconductor layer sequence (3) with an active zone (12), which generates electromagnetic radiation during operation, on the growth area (2), wherein
- the structure (10) is overgrown by semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence (3), so that the active zone (12) has a band gap in a non-absorbing mirror region (24) that is larger than in the remaining region of the active zone (12).
A semiconductor laser diode is also provided.
Description
Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode und eine Halbleiterlaserdiode angegeben.A method for manufacturing a semiconductor laser diode and a semiconductor laser diode are specified.
Es soll eine Halbleiterlaserdiode angegeben werden, bei der insbesondere die Gefahr einer Schädigung der Facette im Betrieb verringert ist. Weiterhin soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterlaserdiode angegeben werden.A semiconductor laser diode is to be specified in which, in particular, the risk of damage to the facet during operation is reduced. Furthermore, a simplified method for producing such a semiconductor laser diode is to be specified.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch eine Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.These objects are solved by a method with the steps of patent claim 1 and by a semiconductor laser diode with the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode und der Halbleiterlaserdiode sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the method for producing the semiconductor laser diode and the semiconductor laser diode are specified in the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Wachstumssubstrat mit einer Aufwachsfläche bereitgestellt. Insbesondere ist die Aufwachsfläche eine Hauptfläche des Wachstumssubstrats. Das Wachstumssubstrat weist bevorzugt eine Gitterkonstante auf, die gleich oder ähnlich zu einer Gitterkonstante der aufzuwachsenden epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist.According to one embodiment of the method, a growth substrate having a growth area is provided. In particular, the growth area is a main area of the growth substrate. The growth substrate preferably has a lattice constant which is the same as or similar to a lattice constant of the epitaxial semiconductor layer sequence to be grown.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest eine Struktur in einen Facettenbereich der Aufwachsfläche eingebracht. Beispielsweise kann das Einbringen der Struktur in den Facettenbereich der Aufwachsfläche durch Ätzen, beispielsweise durch Trockenätzen, erfolgen.According to a further embodiment of the method, at least one structure is introduced into a facet area of the growth area. For example, the structure can be introduced into the facet region of the growth area by etching, for example by dry etching.
In Draufsicht über oder auf dem Facettenbereich der Aufwachsfläche ist bei der fertigen Halbleiterlaserdiode insbesondere eine Facette angeordnet.In a plan view above or on the facet region of the growth area, in the finished semiconductor laser diode, in particular one facet is arranged.
Hier und im Folgenden ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich von einer Struktur und einem Facettenbereich die Rede. Vorteilhafterweise weist die Aufwachsfläche des Wachstumssubstrats jedoch insbesondere eine Vielzahl an Facettenbereichen auf, in die eine oder mehrere Strukturen eingebracht werden. Insbesondere kann das Wachstumssubstrat als Wafer mit einer Aufwachsfläche bereitgestellt werden, die eine Vielzahl an Facettenbereichen aufweist. In diesem Fall kann mit Vorteil eine Vielzahl an Halbleiterlaserdioden gleichzeitig auf Waferebene erzeugt werden, die zum Schluss zu einzelnen Halbleiterlaserdioden vereinzelt werden.Here and in the following, for reasons of clarity, only one structure and one facet area are mentioned. Advantageously, however, the growth area of the growth substrate has, in particular, a multiplicity of facet regions into which one or more structures are introduced. In particular, the growth substrate can be provided as a wafer with a growth area that has a multiplicity of facet regions. In this case, a multiplicity of semiconductor laser diodes can advantageously be produced simultaneously at the wafer level, which are finally isolated to form individual semiconductor laser diodes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, auf der Aufwachsfläche epitaktisch aufgewachsen.According to a further embodiment of the method, an epitaxial semiconductor layer sequence with an active zone, which generates electromagnetic radiation during operation, is epitaxially grown on the growth area.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Struktur von Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge beim epitaktischen Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge überwachsen, sodass die aktive Zone in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke aufweist, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone.According to a further embodiment of the method, the structure of semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence is overgrown during the epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer sequence, so that the active zone has a band gap in a non-absorbing mirror region that is larger than in the remaining region of the active zone.
Der nichtabsorbierende Spiegelbereich ist beispielsweise in Draufsicht zumindest teilweise deckungsgleich mit dem Facettenbereich. Insbesondere ist der nichtabsorbierende Spiegelbereich von einem Resonator der fertigen Halbleiterlaserdiode umfasst und grenzt an eine Facette der Halbleiterlaserdiode an. Beispielsweise weist der nichtabsorbierende Spiegelbereich ausgehend von einer Facette der fertigen Halbleiterlaserdiode eine Länge in einer Haupterstreckungsrichtung des Resonator zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf. Insbesondere ist der nichtabsorbierende Spiegelbereich transparent für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone ausgebildet.The non-absorbing mirror area is at least partially congruent with the facet area, for example in a plan view. In particular, the non-absorbing mirror area is surrounded by a resonator of the finished semiconductor laser diode and is adjacent to a facet of the semiconductor laser diode. For example, starting from a facet of the finished semiconductor laser diode, the non-absorbing mirror area has a length in a main extension direction of the resonator of between 10 micrometers and 100 micrometers inclusive. In particular, the non-absorbing mirror area is transparent to electromagnetic radiation of the active zone.
Mit dem Begriff „transparent“ ist vorliegend insbesondere gemeint, dass das so bezeichnete Element zumindest 80 %, bevorzugt zumindest 85 % und besonders bevorzugt 95 % der elektromagnetischen Strahlung transmittiert.In the present case, the term “transparent” means in particular that the element designated in this way transmits at least 80%, preferably at least 85% and particularly preferably 95% of the electromagnetic radiation.
Insbesondere führt die Struktur in dem Facettenbereich der Aufwachsfläche dazu, dass das Halbleitermaterial der aktiven Zone in dem nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine erhöhte Bandlücke aufweist. Hierbei verändert die Struktur in dem Facettenbereich der Aufwachsfläche die Bandlücke beispielsweise in einem Bereich innerhalb eines Abstands zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 40 Mikrometer oder zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer oder zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 10 Mikrometer.In particular, the structure in the facet region of the growth area results in the semiconductor material of the active zone having an increased band gap in the non-absorbing mirror region. Here, the structure in the facet region of the growth surface changes the band gap, for example, in an area within a distance between 5 microns and 40 microns inclusive, or between 5 microns and 30 microns inclusive, or between 5 microns and 10 microns inclusive.
Beispielsweise weist die aktive Zone mindestens eine Quantenstruktur zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung im Betrieb der Halbleiterlaserdiode auf. Die Bezeichnung Quantenstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Quantenstrukturen. Beispielsweise weist zumindest die Quantenstruktur im nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke auf, die größer ist als im restlichen Bereich der Quantenstruktur. Bevorzugt ist auch die Bandlücke der gesamten aktiven Zone im nichtabsorbierenden Spiegelbereich größer als im restlichen Bereich der aktiven Zone.For example, the active zone has at least one quantum structure for generating the electromagnetic radiation during operation of the semiconductor laser diode. The term quantum structure does not contain any information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these quantum structures. For example, at least the quantum structure in the non-absorbing mirror area has a band gap that is larger than in the remaining area of the quan ten structure. The band gap of the entire active zone is also preferably larger in the non-absorbing mirror area than in the remaining area of the active zone.
Besonders bevorzugt ist die Bandlücke der gesamten epitaktischen Halbleiterschichtenfolge im nichtabsorbierenden Spiegelbereich größer als in dem restlichen Bereich der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere können auch Wellenleiterschichten, zwischen denen die aktive Zone angeordnet ist, im nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke aufweisen, die größer ist als im restlichen Bereich. So kann die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf oder über dem Facettenbereich angrenzend an eine Facette der späteren Halbleiterlaserdiode transparent für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet werden.The band gap of the entire epitaxial semiconductor layer sequence is particularly preferably larger in the non-absorbing mirror region than in the remaining region of the epitaxial semiconductor layer sequence. In particular, waveguide layers between which the active zone is arranged can also have a band gap in the non-absorbing mirror area that is larger than in the remaining area. In this way, the epitaxial semiconductor layer sequence can be embodied on or above the facet region adjoining a facet of the future semiconductor laser diode so that it is transparent to the electromagnetic radiation generated in the active zone.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen des Wachstumssubstrats mit der Aufwachsfläche,
- - Einbringen der zumindest einen Struktur in den Facettenbereich der Aufwachsfläche,
- - epitaktisches Aufwachsen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, auf der Aufwachsfläche, wobei
- - die Struktur von dem Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge überwachsen wird, so dass die aktive Zone in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke aufweist, die größer ist als in dem restlichen Bereich der aktiven Zone.
- - Provision of the growth substrate with the growth area,
- - introducing the at least one structure into the facet area of the growth area,
- - Epitaxial growth of the epitaxial semiconductor layer sequence with the active zone, which generates electromagnetic radiation during operation, on the growth area, wherein
- - the structure is overgrown by the semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence, so that the active zone has a band gap in a non-absorbing mirror region that is larger than in the remaining region of the active zone.
Bevorzugt werden die oben genannten Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.The above steps are preferably carried out in the order given.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben in einem weiteren Schritt wieder entfernt.According to a further embodiment of the method, the trenches are removed again in a further step.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Halbleitermaterial mit einem Indiumgehalt und der Indiumgehalt ist im nichtabsorbierenden Spiegelbereich erniedrigt, so dass die Bandlücke des Halbleitermaterials im nichtabsorbierenden Spiegelbereich größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone. Insbesondere ist die Bandlücke des Halbleitermaterials in einem Bereich der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erhöht, der bei der fertigen Halbleiterlaserdiode von einem Resonator umfasst ist und an eine Facette angrenzt.According to a further embodiment of the method, the epitaxial semiconductor layer sequence is based on a semiconductor material with an indium content and the indium content is lower in the non-absorbing mirror area, so that the band gap of the semiconductor material in the non-absorbing mirror area is larger than in the remaining area of the active zone. In particular, the band gap of the semiconductor material is increased in a region of the epitaxial semiconductor layer sequence, which is comprised by a resonator in the finished semiconductor laser diode and adjoins a facet.
Weiterhin ist es auch möglich, dass aufgrund der Struktur in dem Facettenbereich der Aufwachsfläche zusätzlich oder alternativ zu dem Indiumgehalt des Halbleitermaterials eine Dicke der aktiven Zone oder einer Quantenstruktur der aktiven Zone, ein Aluminiumgehalt des Halbleitermaterials, eine Atomkonzentration des Halbleitermaterial und/oder eine Verspannung in dem Halbleitermaterial verändert sind, so dass die Bandlücke wie gewünscht vergrößert ist.Furthermore, it is also possible that due to the structure in the facet region of the growth area, in addition or as an alternative to the indium content of the semiconductor material, a thickness of the active zone or a quantum structure of the active zone, an aluminum content of the semiconductor material, an atomic concentration of the semiconductor material and/or a strain in the semiconductor material are changed so that the band gap is increased as desired.
Beispielsweise variiert die Dicke der aktiven Zone oder der Quantenstruktur der aktiven Zone zwischen einschließlich 1% und einschließlich 5% pro einem Mikrometer Abstand zu der Struktur.For example, the thickness of the active region or the quantum structure of the active region varies between 1% and 5% inclusive per one micron of distance from the structure.
Beispielsweise variiert die Atomkonzentration des Halbleitermaterial zwischen einschließlich 5% und einschließlich 15% pro 5 Mikrometer Abstand zu der Struktur.For example, the atomic concentration of the semiconductor material varies between 5% inclusive and 15% inclusive per 5 micrometers distance from the structure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform basieren die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.In accordance with a further embodiment, the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular the active zone are based on a nitride compound semiconductor material.
Es ist auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial bestehen. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y < 1. Eine aktive Zone, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis grünen Spektralbereich zu erzeugen. Insbesondere sind Galliumnitrid, Saphir oder Siliziumkarbid als Wachstumssubstrat für eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.It is also possible for the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular the active zone to consist of a nitride compound semiconductor material. Nitride compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain nitrogen, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x+y < 1. An active region comprising based on a nitride compound semiconductor material or consists of a nitride compound semiconductor material is particularly suitable for generating electromagnetic radiation from the ultraviolet to green spectral range. In particular, gallium nitride, sapphire or silicon carbide are suitable as a growth substrate for an epitaxial semiconductor layer sequence based on a nitride compound semiconductor material.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basieren oder aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial bestehen. Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine aktive Zone, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem grünen bis roten Spektralbereich zu erzeugen. Insbesondere ist Galliumphosphid als Wachstumssubstrat für eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.Furthermore, it is also possible that the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular the active zone are based on a phosphide compound semiconductor material or consist of a phosphide compound semiconductor material. Phosphide compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain phosphorus, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy P with 0≦x≦1, 0≦y≦1 and x+y≦1 based on a phosphide compound semiconductor material or consists of a phosphide compound semiconductor material is particularly suitable for generating electromagnetic radiation from the green to red spectral range. In particular, gallium phosphide is used as a growth substrate for an epitaxial semiconductor layer sequence that is based on a phosphide compound semiconductor material.
Außerdem können die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basieren oder aus einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial bestehen. Arsenid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine aktive Zone, die auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem roten bis infraroten Spektralbereich zu erzeugen. Insbesondere ist Galliumarsenid als Wachstumssubstrat für eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. In addition, the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular the active zone can be based on an arsenide compound semiconductor material or consist of an arsenide compound semiconductor material. Arsenide compound semiconductor materials are compound semiconductor materials that contain arsenic, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy As with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x+y ≤ 1. An active region comprising an arsenide compound semiconductor material is based or consists of an arsenide compound semiconductor material, is particularly suitable for generating electromagnetic radiation from the red to infrared spectral range. In particular, gallium arsenide is suitable as a growth substrate for an epitaxial semiconductor layer sequence based on an arsenide compound semiconductor material.
Schließlich können die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere die aktive Zone auf einem Antimonid-Verbindungshalbleitermaterial basieren oder aus einem Antimonid-Verbindungshalbleitermaterial bestehen. Antimonid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Antimon enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-ySb mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Eine aktive Zone, die auf einem Antimonid-Verbindungshalbleitermaterial beruht oder aus einem Antimonid-Verbindungshalbleitermaterial besteht, ist insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem infraroten Spektralbereich zu erzeugen. Insbesondere ist Galliumantimonid als Wachstumssubstrat für eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge geeignet, die auf einem Antimonid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.Finally, the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular the active zone can be based on an antimonide compound semiconductor material or consist of an antimonide compound semiconductor material. Antimonide compound semiconductor materials are compound semiconductor materials containing antimony, such as the materials from the system In x Al y Ga 1-xy Sb with 0≦x≦1, 0≦y≦1 and x+y≦1 an antimonide compound semiconductor material is based or consists of an antimonide compound semiconductor material is particularly suitable for generating electromagnetic radiation from the infrared spectral range. In particular, gallium antimonide is suitable as a growth substrate for an epitaxial semiconductor layer sequence that is based on an antimonide compound semiconductor material.
Das Verfahren beruht unter anderem auf der Idee, einen Indiumgehalt des Halbleitermaterials der epitaktischen Halbleiterschichten in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich, der in der Regel an die Facette angrenzt und bei der fertigen Halbleiterlaserdiode von einem Resonator umfasst ist, gegenüber dem restlichen Halbleitermaterial zu erniedrigen, so dass die Bandlücke des Halbleitermaterials vergrößert ist. So ist der Resonator der fertigen Halbleiterlaserdiode in dem nichtabsorbierenden Spiegelbereich transparent für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung ausgebildet. So wird die Gefahr einer Schädigung der Facette etwa aufgrund COD (kurz für englisch: „catastrophic optical damage“) und/oder COMD (kurz für englisch: „catastrophic optical mirror damage“) deutlich verringert wird. Wie oben ausgeführt, ist es auch möglich, dass andere Parameter der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, wie die Schichtdicke, die Verspannung, die Atomkonzentration und/oder Aluminiumgehalt durch die Struktur stelleweise verändert werden und die Bandlücke des Halbleitermaterials erhöht wird.The method is based, among other things, on the idea of reducing an indium content of the semiconductor material of the epitaxial semiconductor layers in a non-absorbing mirror region, which usually borders the facet and is surrounded by a resonator in the finished semiconductor laser diode, compared to the remaining semiconductor material, so that the Band gap of the semiconductor material is increased. Thus, the resonator of the finished semiconductor laser diode is transparent in the non-absorbing mirror area for the electromagnetic radiation generated in the active zone. The risk of damage to the facet, for example due to COD (“catastrophic optical damage”) and/or COMD (“catastrophic optical mirror damage”), is significantly reduced. As explained above, it is also possible that other parameters of the epitaxial semiconductor layer sequence, such as the layer thickness, the stress, the atomic concentration and/or aluminum content, are changed in places by the structure and the band gap of the semiconductor material is increased.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung auf. Insbesondere weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung auf, die seitlich neben einem Resonatorbereich der Aufwachsfläche angeordnet ist. In Draufsicht auf oder über Resonator der Aufwachsfläche ist insbesondere ein Resonator bei der fertigen Halbleiterlaserdiode angeordnet.According to a further embodiment of the method, the structure has a trench-shaped recess. In particular, the structure has a trench-shaped recess that is arranged laterally next to a resonator area of the growth area. A resonator in particular is arranged in the finished semiconductor laser diode in a top view on or above the resonator of the growth area.
Die grabenförmige Ausnehmung weist von dem Resonatorbereich beispielsweise einen Abstand zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf. Beispielsweise erstreckt sich die grabenförmige Ausnehmung über eine Länge zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer entlang einer Hauterstreckungsrichtung des Resonatorbereichs. Beispielsweise weist die grabenförmige Ausnehmung eine Tiefe zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 10 Mikrometer auf.The trench-shaped recess is at a distance from the resonator region, for example, of between 1 micrometer and 100 micrometers inclusive. For example, the trench-shaped recess extends over a length of between 5 micrometers and 100 micrometers inclusive along a main direction of extension of the resonator region. For example, the trench-shaped recess has a depth of between 1 micrometer and 10 micrometers inclusive.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Facette der Halbleiterlaserdiode durch Brechen durch die Facettenbereiche oder durch Ätzen durch die Facettenbereiche erzeugt. Insbesondere können bei einem Verfahren auf Waferebene die Vielzahl an Halbleiterlaserdioden durch das Brechen oder durch das Ätzen ganz oder teilweise vereinzelt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Facette eine Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode ausbildet. Insbesondere bei einer geätzten Facette ist es jedoch auch möglich, dass die Facette gegenüber der Seitenfläche zurückversetzt angeordnet ist.According to a further embodiment of the method, a facet of the semiconductor laser diode is produced by breaking through the facet areas or by etching through the facet areas. In particular, in a method at the wafer level, the multiplicity of semiconductor laser diodes can be completely or partially isolated by breaking or by etching. In other words, it is possible for the facet to form a side surface of the semiconductor laser diode. In the case of an etched facet in particular, however, it is also possible for the facet to be arranged set back in relation to the side surface.
Vorliegend werden Merkmale und Ausgestaltungen aus Gründen der Klarheit häufig anhand einer Facette beschrieben. Derartige Merkmale und Ausgestaltungen können jedoch bei einigen oder allen Facetten, die bei dem Verfahren, beispielsweise auf Waferebene, erzeugt werden, ausgebildet sein.Features and configurations are often described herein using a facet for the sake of clarity. However, such features and configurations may be formed on some or all of the facets produced in the process, for example at the wafer level.
Das hier beschriebene Verfahren ist dazu vorgesehen und geeignet, eine Halbleiterlaserdiode herzustellen. Sämtliche Merkmale, die in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können daher auch bei der Halbleiterlaserdiode ausgebildet sein und umgekehrt.The method described here is intended and suitable for producing a semiconductor laser diode. All features that are described in connection with the method can therefore also be implemented in the semiconductor laser diode and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode ein Wachstumssubstrat mit einer Aufwachsfläche, in die eine Struktur in einem Facettenbereich eingebracht ist.In accordance with one embodiment, the semiconductor laser diode comprises a growth substrate with a growth area into which a structure is introduced in a facet region.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterlaserdiode eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf, die auf der Aufwachsfläche epitaktisch aufgewachsen ist und eine aktive Zone umfasst, die im Betrieb der Halbleiterlaserdiode elektromagnetische Strahlung erzeugt.In accordance with a further embodiment, the semiconductor laser diode has an epitaxial semiconductor layer sequence which is formed on the growth area is grown epitaxially and includes an active zone that generates electromagnetic radiation during operation of the semiconductor laser diode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die Struktur von Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge überwachsen.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure of semiconductor material overgrows the epitaxial semiconductor layer sequence.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die aktive Zone in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke auf, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the active zone has a band gap in a non-absorbing mirror area that is larger than in the remaining area of the active zone.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode ein Wachstumssubstrat mit einer Aufwachsfläche, in die in einem Facettenbereich eine Struktur eingebracht ist und eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf der Aufwachsfläche epitaktisch aufgewachsen ist und eine aktive Zone umfasst, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt. Insbesondere ist die Struktur bei dieser Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode von Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge überwachsen und die aktive Zone weist in einem nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke auf, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone.According to a preferred embodiment, the semiconductor laser diode comprises a growth substrate with a growth area, in which a structure is introduced in a facet area, and an epitaxial semiconductor layer sequence, which is epitaxially grown on the growth area and includes an active zone that generates electromagnetic radiation during operation. In particular, the structure in this embodiment of the semiconductor laser diode is overgrown by semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence and the active zone has a band gap in a non-absorbing mirror area that is larger than in the remaining area of the active zone.
Bevorzugt weist die Halbleiterlaserdiode zwei nichtabsorbierende Spiegelbereiche auf, die einander gegenüber liegen und jeweils an eine Facette der Halbleiterlaserdiode angrenzen.The semiconductor laser diode preferably has two non-absorbing mirror regions which lie opposite one another and each adjoin a facet of the semiconductor laser diode.
Da zumindest die aktive Zone im nichtabsorbierenden Spiegelbereich eine Bandlücke aufweist, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone, kann insbesondere elektromagnetische Strahlung, die im restlichen Bereich der aktiven Zone erzeugt und/oder geführt wird, durch die Bereiche mit der erhöhten Bandlücke sehr gut transmittiert werden, da diese transparent sind für die elektromagnetische Strahlung. So wird eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung an der Facette verringert, sodass die Gefahr für eine Schädigung der Facette, beispielsweise durch COD und/oder COMD deutlich verringert wird.Since at least the active zone in the non-absorbing mirror area has a band gap that is larger than in the remaining area of the active zone, electromagnetic radiation that is generated and/or guided in the remaining area of the active zone can pass through the areas with the increased band gap very much can be transmitted well, as they are transparent to electromagnetic radiation. In this way, absorption of the electromagnetic radiation at the facet is reduced, so that the risk of damage to the facet, for example by COD and/or COMD, is significantly reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode zwei Facetten, die einen Resonator ausbilden. Die Facetten sind insbesondere gegenüberliegend angeordnet. Die Facetten sind bevorzugt zumindest teilweise reflektierend für die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, ausgebildet. Insbesondere bildet sich in dem Resonator zwischen den beiden Facetten eine stehende Welle der elektromagnetischen Strahlung aus, die in der aktiven Zone erzeugt wird. Der Resonator ist insbesondere in Draufsicht auf oder über einem Resonatorbereich der Aufwachsfläche des Wachstumssubstrats angeordnet.According to a further embodiment, the semiconductor laser diode includes two facets that form a resonator. In particular, the facets are arranged opposite one another. The facets are preferably designed to be at least partially reflective for the electromagnetic radiation that is generated in the active zone. In particular, a standing wave of the electromagnetic radiation that is generated in the active zone forms in the resonator between the two facets. The resonator is arranged on or above a resonator region of the growth area of the growth substrate, in particular in a plan view.
Beispielsweise ist eine der Facetten hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone ausgebildet, während eine weitere Facette teildurchlässig für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone ist. Durch die teildurchlässige Facette wird im Betrieb der Halbleiterlaserdiode elektromagnetische Strahlung aus der teildurchlässigen Facette ausgekoppelt.For example, one of the facets is designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation of the active zone, while another facet is partially transparent for the electromagnetic radiation of the active zone. During operation of the semiconductor laser diode, electromagnetic radiation is coupled out of the partially transparent facet through the partially transparent facet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Resonator einen Verstärkerbereich. Der Verstärkerbereich ist insbesondere der Bereich des Resonators, in dem eine Besetzungsinversion in dem Halbleitermaterial der aktiven Zone im Betrieb erzeugt wird. Aufgrund der Besetzungsinversion wird die elektromagnetische Strahlung in der aktiven Zone durch stimulierte Emission erzeugt, die zur Ausbildung von elektromagnetischer Laserstrahlung führt. Insbesondere weist die aktive Zone innerhalb des Verstärkerbereichs eine Bandlücke auf, die nicht vergrößert ist, wie in dem nichtabsorbierenden Spiegelbereich. Bevorzugt ist der Verstärkerbereich zwischen zwei nichtabsorbierenden Spiegelbereichen angeordnet. Beispielsweise sind der Verstärkerbereich und die zwei nichtabsorbierenden Spiegelbereiche von dem Resonator umfasst oder mit dem Resonator deckungsgleich.According to one embodiment, the resonator includes an amplifier section. The amplifier area is in particular the area of the resonator in which a population inversion is generated in the semiconductor material of the active zone during operation. Due to the population inversion, the electromagnetic radiation in the active zone is generated by stimulated emission, which leads to the formation of electromagnetic laser radiation. In particular, the active zone within the amplifier region has a bandgap that is not increased as in the non-absorbing mirror region. The amplifier area is preferably arranged between two non-absorbing mirror areas. For example, the amplifier area and the two non-absorbing mirror areas are encompassed by the resonator or are congruent with the resonator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist auf einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ein elektrischer Kontakt in Abstand zu der Facette angeordnet. Beispielsweise ist der elektrische Kontakt mittig zwischen den beiden Facetten auf der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Insbesondere ist der elektrische Kontakt dazu eingerichtet und vorgesehen, elektrischen Strom in die epitaktische Halbleiterschichtenfolge und insbesondere in die aktive Zone im Betrieb einzuprägen. Beispielsweise ist der elektrische Kontakt in Draufsicht überlappend oder deckungsgleich mit dem Verstärkerbereich angeordnet.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, an electrical contact is arranged at a distance from the facet on a main area of the epitaxial semiconductor layer sequence. For example, the electrical contact is arranged centrally between the two facets on the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence. In particular, the electrical contact is set up and provided for impressing electrical current into the epitaxial semiconductor layer sequence and in particular into the active zone during operation. For example, the electrical contact is arranged in a top view so that it overlaps or is congruent with the amplifier area.
Aufgrund der Erzeugung der elektromagnetischen Laserstrahlung durch stimulierte Emission weist die elektromagnetische Laserstrahlung im Unterschied zu elektromagnetischer Strahlung, die durch spontane Emission erzeugt wird, in der Regel eine sehr hohe Kohärenzlänge, ein sehr schmales Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.Due to the generation of the electromagnetic laser radiation by stimulated emission, the electromagnetic laser radiation, in contrast to electromagnetic radiation that is generated by spontaneous emission, usually has a very long coherence length, a very narrow emission spectrum and/or a high degree of polarization.
Die in dem Verstärkerbereich erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung wird an den Facetten des Resonators zumindest teilweise gespiegelt, so dass sich eine stehende Welle der elektromagnetischen Laserstrahlung in dem Resonator ausbildet. Außerhalb des Verstärkerbereichs in den nichtabsorbierenden Spiegelbereichen wirkt der Resonator lediglich wellenleitend für die elektromagnetische Laserstrahlung.The electromagnetic laser radiation generated in the amplifier area is at least partially reflected at the facets of the resonator, so that a standing wave of the electromagnetic laser radiation forms in the resonator. Outside the amplifier area in the non-absorbing mirror areas, the resonator only has a wave-guiding effect for the electromagnetic laser radiation.
Der Resonator weist also insbesondere neben dem Verstärkerbereich, in dem eine Besetzungsinversion in der aktiven Zone erzeugt ist, auch die nichtabsorbierenden Spiegelbereiche auf, in denen sich zwar eine stehende Welle der elektromagnetischen Laserstrahlung aufgrund der Spiegelung an den Facetten ausbildet, diese jedoch nicht durch die Besetzungsinversion verstärkt wird. Die nichtabsorbierenden Spiegelbereiche sind lediglich wellenleitend für die elektromagnetische Laserstrahlung ausgebildet.In addition to the amplifier area, in which a population inversion is generated in the active zone, the resonator also has the non-absorbing mirror areas in which a standing wave of the electromagnetic laser radiation forms due to the reflection at the facets, but not due to the population inversion is reinforced. The non-absorbing mirror areas are only designed to be wave-guiding for the electromagnetic laser radiation.
Der Verstärkerbereich ist bevorzugt vollständig von dem Resonator umfasst, der durch die Facetten vorgegeben wird.The amplifier area is preferably completely surrounded by the resonator, which is defined by the facets.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Länge des Verstärkerbereichs kürzer ausgebildet als eine Kante der Halbleiterlaserdiode. So kann mit Vorteil eine Halbleiterlaserdiode mit den Eigenschaften eines kurzen Resonators erzielt werden, die jedoch gleichzeitig eine große Chipfläche aufweist, so dass die Handhabung und die Herstellung vereinfacht sind.According to a further embodiment, a length of the amplifier region is shorter than an edge of the semiconductor laser diode. In this way, a semiconductor laser diode with the properties of a short resonator can advantageously be achieved, which, however, at the same time has a large chip area, so that handling and manufacture are simplified.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Länge des Verstärkerbereichs höchstens 300 Mikrometer, bevorzugt höchstens 100 Mikrometer auf.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the length of the amplifier region is at most 300 micrometers, preferably at most 100 micrometers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist eine Kantenlänge der Halbleiterlaserdiode mindestens 300 Mikrometer, bevorzugt mindestens 600 Mikrometer auf.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the edge length of the semiconductor laser diode is at least 300 micrometers, preferably at least 600 micrometers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung in der Aufwachsfläche auf, die eine Kante aufweist, die direkt an die Facette angrenzt. Bei dieser Ausführungsform kann die Facette an einer Seitenfläche der Hableiterlaserdiode ausgebildet sein. Ist die Facette an einer Seitenfläche der Hableiterlaserdiode ausgebildet, so wird die Facette insbesondere durch Brechen gebildet. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Facette gegenüber der Seitenfläche zurückversetzt angeordnet ist. Eine Facette, die zurückversetzt zur Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode angeordnet ist, wird insbesondere durch Ätzen erzeugt.In accordance with a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess in the growth area, which has an edge that is directly adjacent to the facet. In this embodiment, the facet may be formed on a side face of the semiconductor laser diode. If the facet is formed on a side face of the semiconductor laser diode, the facet is formed by breaking in particular. Furthermore, it is also possible for the facet to be set back from the side surface. A facet that is set back from the side surface of the semiconductor laser diode is produced, in particular, by etching.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung in der Aufwachsfläche auf, wobei die grabenförmige Ausnehmung eine Kante aufweist, die in Draufsicht zurückversetzt zu einer Facette angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist ein Brechen zur Erzeugung der Facette erleichtert.In accordance with a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess in the growth area, the trench-shaped recess having an edge which is arranged set back from a facet in a plan view. In this embodiment of the semiconductor laser diode, breaking to form the facet is facilitated.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung in der Aufwachsfläche auf, die in Draufsicht auf die Aufwachsfläche eine dreieckige Grundfläche aufweist. Mit anderen Worten variiert hier die Breite der grabenförmigen Ausnehmung. Insbesondere nimmt die Breite ausgehend von der Facette ab. Dies führt zu einer Variation des Indiumgehalts oder einer der anderen bereits oben aufgeführten Parameter in dem Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge im nichtabsorbierenden Spiegelbereich mit dem Abstand von der Facette. Insbesondere nimmt der Indiumgehalt mit dem Abstand zur Facette zu, so dass die Bandlücke des Halbleitermaterials mit dem Abstand zur Facette abnimmt.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess in the growth area, which has a triangular base area in a plan view of the growth area. In other words, the width of the trench-shaped recess varies here. In particular, the width decreases starting from the facet. This leads to a variation in the indium content or one of the other parameters already listed above in the semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence in the non-absorbing mirror region with the distance from the facet. In particular, the indium content increases with the distance from the facet, so that the band gap of the semiconductor material decreases with the distance from the facet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode einen Stegwellenleiter, wobei die Struktur seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist. Beispielsweise ist der Stegwellenleiter durch einen stegförmigen Vorsprung gebildet, der beispielsweise durch Ätzen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt ist. Beispielsweise ist ein elektrischer Kontakt auf der Oberfläche des Stegwellenleiters angeordnet, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Strom in die aktive Zone im Betrieb einzuprägen. Insbesondere ist der Stegwellenleiter von dem Resonator umfasst oder bildet einen Teil des Resonators aus.According to a further embodiment, the semiconductor laser diode comprises a ridge waveguide, the structure being arranged to the side of the ridge waveguide. For example, the ridge waveguide is formed by a ridge-shaped projection that is produced, for example, by etching the epitaxial semiconductor layer sequence. For example, an electrical contact is arranged on the surface of the ridge waveguide, which is provided and set up to impress current into the active zone during operation. In particular, the ridge waveguide is encompassed by the resonator or forms part of the resonator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung auf, wobei eine Haupterstreckungsrichtung der grabenförmigen Ausnehmung in Draufsicht schräg zu einer Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode angeordnet ist.In accordance with a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess, with a main extension direction of the trench-shaped recess being arranged obliquely to a side surface of the semiconductor laser diode in a plan view.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung auf, deren Breite in Draufsicht auf die Aufwachsfläche entlang der Haupterstreckungsrichtung variiert.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess, the width of which varies along the main extension direction in a plan view of the growth area.
Es ist möglich, dass die Struktur mehrere Strukturelemente aufweist, beispielsweise mehrere grabenförmige Ausnehmungen. Die Strukturelemente einer Struktur können gleichartig oder verschieden ausgebildet sein. Umfasst die Struktur mehrere Strukturelemente, so sind diese bevorzugt symmetrisch zu einer Symmetrieachse des Resonators angeordnet.It is possible for the structure to have a number of structural elements, for example a number of trench-shaped recesses. The structural elements of a structure can be designed in the same way or differently. If the structure comprises a plurality of structural elements, these are preferably arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry of the resonator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Struktur eine grabenförmige Ausnehmung auf, deren Abstand zu einem Resonator, der durch Facetten gebildet wird, entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Resonators variiert. Insbesondere weist die grabenförmige Ausnehmung in dem Facettenbereich einen kleineren Abstand zu dem Resonator auf als in einem zentralen Bereich der Aufwachsfläche. Ist der Abstand der grabenförmigen Ausnehmung zu dem Resonator kleiner, so ist der Indiumgehalt verringert und damit die Bandlücke des Halbleitermaterials vergrößert. Weiterhin kann auch einer der anderen oben genannten Parameter der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, wie Dicke, Aluminiumgehalt, Atommkonzentration und/oder Verspannung variiert sein und zu einer Erhöhung der Bandlücke führen oder zumindest beitragen.According to a further embodiment of the semiconductor laser diode, the structure has a trench-shaped recess whose spacing increases a resonator, which is formed by facets, varies along a main extension direction of the resonator. In particular, the trench-shaped recess in the facet area is at a smaller distance from the resonator than in a central area of the growth area. If the distance between the trench-shaped recess and the resonator is smaller, then the indium content is reduced and the band gap of the semiconductor material is thus increased. Furthermore, one of the other above-mentioned parameters of the epitaxial semiconductor layer sequence, such as thickness, aluminum content, atomic concentration and/or strain, can also be varied and lead to or at least contribute to an increase in the band gap.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Halbleiterlaserdiode ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
- Die
schematischen Schnittdarstellungen der 1 ,3 und4 zeigen Stadien eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Aufwachsfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
6 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung der Halbleiterlaserdiode gemäßdem Ausführungsbeispiel der 5 . -
7 zeigt exemplarisch die Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung einer aktiven Zone in Abhängigkeit vom Abstand von einer grabenförmigen Ausnehmung. Die 8 bis 22 zeigen schematische Draufsichten auf Halbleiterlaserdioden gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
- The schematic sectional views of the
1 ,3 and4 show stages of a method according to an embodiment. -
2 shows a schematic plan view of a growth area according to an embodiment. -
5 shows a schematic plan view of a semiconductor laser diode according to an embodiment. -
6 shows a detail of a schematic sectional view of the semiconductor laser diode according to the embodiment of FIG5 . -
7 shows an example of the wavelength of an electromagnetic radiation of an active zone as a function of the distance from a trench-shaped recess. - the
8th until22 show schematic plan views of semiconductor laser diodes according to various embodiments.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Elements that are the same, of the same type or have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the relative sizes of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown in an exaggerated size for better representation and/or for better understanding.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die schematische Draufsicht auf die Aufwachsfläche 2 der
In die Aufwachsfläche 2 wird eine Vielzahl an Strukturen 10 eingebracht (
In einem nächsten Schritt wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 auf der Aufwachsfläche 2 epitaktisch abgeschieden (siehe
Ein Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 3 überwächst beim epitaktischen Wachstum die grabenförmigen Ausnehmungen 11, so dass die aktive Zone 12 im Bereich der Struktur 10 eine Bandlücke aufweist, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone 12. Insbesondere ist die Bandlücke der aktiven Zone 12 auf oder über den Facettenbereichen 6 größer als im Rest der aktiven Zone 12.A semiconductor material of the epitaxial
In einem letzten Schritt werden die im Waferverbund erzeugten Halbleiterlaserdioden 4 voneinander getrennt, so dass eine Vielzahl an Halbleiterlaserdioden 4 entsteht (nicht dargestellt).In a last step, the
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdiode 4 umfasst weiterhin eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3, die auf der Aufwachsfläche 2 epitaktisch aufgewachsen ist und eine aktive Zone 12 umfasst, die im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 4 elektromagnetische Strahlung erzeugt (
An Seitenflächen 16 der Halbleiterlaserdiode 4 sind Facetten 17 angeordnet. Die Facetten 17 liegen einander gegenüber und bilden einen Resonator 18 aus. Der Resonator 18 ist auf einem Resonatorbereich 8 der Aufwachsfläche 2 angeordnet. In dem Resonator 18 bildet sich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode eine stehende Welle an elektromagnetischer Laserstrahlung aus.
Die Halbleiterlaserdiode 4 umfasst weiterhin einen Stegwellenleiter 14, auf dem ein elektrischer Kontakt 15 angeordnet ist. Der Stegwellenleiter ist hierbei von dem Resonator umfasst. Der Stegwellenleiter 14 ist beispielsweise als ein stegförmiger Vorsprung in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 3 ausgebildet und dazu eingerichtet, elektromagnetische Laserstrahlung innerhalb eines Resonators 18 zu führen.The
Der elektrische Kontakt 15 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 im Betrieb zu bestromen und insbesondere die aktive Zone 12 elektrisch zu pumpen, so dass eine Besetzungsinversion zur Erzeugung elektromagnetischer Laserstrahlung in der aktiven Zone 12 erzielt wird.The
Der elektrische Kontakt 15 ist vorliegend auf oder über einem Verstärkerbereich 19 angeordnet, der von dem Resonator 18 umfasst ist. In dem Verstärkerbereich 19 ist eine Besetzungsinversion innerhalb der aktiven Zone 12 im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 4 ausgebildet. Weiterhin sind von dem Resonator 18 nichtabsorbierende Spiegelbereiche 24 umfasst, die lediglich wellenleitenden Charakter aufweisen.In the present case, the
Die grabenförmigen Ausnehmungen 11 in der Aufwachsfläche 2 erstrecken sich ausgehend von den Seitenflächen 16 der Halbleiterlaserdiode 4 seitlich entlang des Resonators 18 bis zu dem Verstärkerbereich 19. Mit anderen Worten erstrecken sich die grabenförmigen Ausnehmungen 11 bis zum Verstärkerbereich19. Die grabenförmige Ausnehmung 11 grenzt direkt an die Facette 17 an.Starting from the side faces 16 of the
Insbesondere weist die aktive Zone 12 im Bereich der grabenförmigen Ausnehmung 11 eine Bandlücke auf, die größer ist als im restlichen Bereich der aktiven Zone 12. Grund hierfür ist, dass ein Indiumgehalt des Halbleitermaterials der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 3 mit dem Abstand x zu der Kante 21 der grabenförmigen Ausnehmung 11 zunimmt. Weiterhin ist es auch möglich, dass aufgrund der Struktur 10 ein anderer Parameter der epitaktische Halbleiterschichtenfolge 3 variiert, wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung offenbart.In particular, the
Der Einfachheit halber ist in den
Die Halbleiterlaserdioden 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß zum Ausführungsbeispiel der
Beispielsweise ist die Facette 17 teildurchlässig für elektromagnetische Laserstrahlung ausgebildet, die von der Halbleiterlaserdiode 4 erzeugt wird. In diesem Fall ist die Facette 17 als Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterlaserdiode 4 ausgebildet.For example, the
Die grabenförmigen Ausnehmungen 11 weisen eine gleichbleibende Breite auf. In Draufsicht weisen die grabenförmigen Ausnehmungen 11 eine rechteckige Grundfläche auf.The trench-shaped
Die grabenförmigen Ausnehmungen 11 sind bei der vorliegenden Halbleiterlaserdiode 4 symmetrisch zu einer Symmetrieachse 22 eines Resonators 18 angeordnet. Der Resonator 18 wird durch die zwei gegenüberliegenden Facetten 17 ausgebildet. Vorliegend erstrecken sich die grabenförmigen Ausnehmungen 11 entlang eines nichtabsorbierenden Spiegelbereichs 24 des Resonators 18, der lediglich wellenleitend ausgebildet ist. Eine weitere Kante 21 der grabenförmigen Ausnehmungen 11 grenzt an einen elektrischen Kontakt 15 auf einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 3 an. Weiterhin ist es auch möglich, dass die grabenförmige Ausnehmung 11 in Draufsicht mit dem elektrischen Kontakt 15 überlappt.The trench-shaped
Im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Ebenso sind die Kanten 20 der grabenförmigen Ausnehmungen 11 der Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Auch die grabenförmigen Ausnehmungen 11 der Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdioden 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Bei der Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Der Indiumgehalt ist hierbei in den nichtabsorbierenden Spiegelbereichen 24 nicht nur in der aktiven Zone 12 und deren Quantenstrukturen verringert, sondern auch in umgebenden Wellenleiterschichten, zwischen denen die aktive Zone 12 angeordnet ist. So kann die Führung der elektromagnetischen Laserstrahlung in dem Resonator 18 mit Vorteil beeinflusst werden. Ist der Indiumgehalt niedriger ausgebildet, so wird die elektromagnetische Strahlung schwächer geführt und ein Nahfeld der von der Halbleiterlaserdiode 4 abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist breiter, während ein Fernfeld schmaler ausgebildet ist. Dies trägt zu einer Verringerung der Belastung der Facette 17 während dem Betrieb der Halbleiterlaserdiode 4 bei.In this case, the indium content is reduced in the
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Auch bei den Halbleiterlaserdioden 4 gemäß den Ausführungsbeispielen der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.The invention is not limited to these by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Wachstumssubstratgrowth substrate
- 22
- Aufwachsflächegrowth area
- 33
- epitaktische Halbleiterschichtenfolgeepitaxial semiconductor layer sequence
- 44
- Halbleiterlaserdiodesemiconductor laser diode
- 55
- Trennlinieparting line
- 66
- Facettenbereichfacet area
- 77
- Facettefacet
- 88th
- Resonatorbereichresonator area
- 99
- Resonatorresonator
- 1010
- Strukturstructure
- 1111
- grabenförmige Ausnehmungtrench-shaped recess
- 1212
- aktive Zoneactive zone
- 1313
- Strukturelementstructural element
- 1414
- Stegwellenleiterridge waveguide
- 1515
- elektrischer Kontaktelectric contact
- 1616
- Seitenflächeside face
- 1717
- Facettenfacets
- 1818
- Resonatorresonator
- 1919
- Verstärkerbereichamplifier section
- 2020
- Kanteedge
- 2121
- weitere Kanteanother edge
- 2222
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 2323
- Haupterstreckungsrichtungmain extension direction
- 2424
- nichtabsorbierender Spiegelbereichnon-absorbing mirror area
Claims (17)
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-
2022
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