DE102021132164A1 - Laserdiodenbauelement und verfahren zur herstellung zumindest eines laserdiodenbauelements - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Laserdiodenbauelement (1) angegeben umfassend
- einen ersten Halbleiterschichtenstapel (2), der eine erste aktive Zone (4) zur Emission einer ersten Laserstrahlung (S1) aufweist,
- einen zweiten Halbleiterschichtenstapel (6), der eine zweite aktive Zone (8) zur Emission einer zweiten Laserstrahlung (S2) aufweist, wobei der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel (2, 6) in einer Hauptabstrahlrichtung (H1) aufeinanderfolgen,
- einen Resonator (13), der eine erste Reflexionsschicht (14) und eine zweite Reflexionsschicht (15) aufweist, und
- einen zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel (2, 6) angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungsbereich (10), der eine erste Verbindungsschicht (11) und eine zweite Verbindungsschicht (12) aufweist, wobei
die erste Verbindungsschicht (11) auf dem ersten Halbleiterschichtenstapel (2) aufgebracht ist und die zweite Verbindungsschicht (12) auf dem zweiten Halbleiterschichtenstapel (6) aufgebracht ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements (1) angegeben.

Description

  • Es werden ein Laserdiodenbauelement und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements angegeben. Beispielsweise ist das Laserdiodenbauelement dafür geeignet, kohärente Strahlung, etwa im kurzwelligen, sichtbaren Spektralbereich, zu emittieren.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend unter anderem darin, ein leistungsfähiges Laserdiodenbauelement anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht vorliegend unter anderem darin, ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Laserdiodenbauelements anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein Laserdiodenbauelement und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen eines Laserdiodenbauelements sowie eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Laserdiodenbauelements umfasst dieses einen ersten Halbleiterschichtenstapel, der eine erste aktive Zone zur Emission einer ersten Laserstrahlung aufweist, und einen zweiten Halbleiterschichtenstapel, der eine zweite aktive Zone zur Emission einer zweiten Laserstrahlung aufweist.
  • Es ist möglich, dass das Laserdiodenbauelement mehr als zwei Halbleiterschichtenstapel aufweist.
  • Das Laserdiodenbauelement ist für einen kontinuierlichen und gepulsten Betrieb geeignet.
  • Die aktiven Zonen können jeweils eine Folge von Einzelschichten aufweisen, mittels welchen eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW, multiple quantum well), ausgebildet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel in einer Hauptabstrahlrichtung aufeinander. Der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel können also in einer Hauptabstrahlrichtung aufeinander gestapelt sein. Die Hauptabstrahlrichtung bezeichnet eine Richtung, in welcher ein wesentlicher Teil der Laserstrahlung aus dem Laserdiodenbauelement emittiert wird. Das Laserdiodenbauelement kann eine oder mehrere Hauptabstrahlrichtungen aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Laserdiodenbauelements umfasst dieses einen Resonator, der eine erste Reflexionsschicht und eine zweite Reflexionsschicht aufweist. Dabei kann die erste Reflexionsschicht auf einer dem zweiten Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels und die zweite Reflexionsschicht auf einer dem ersten Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite des zweiten Halbleiterschichtenstapels angeordnet sein. Der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel sind also in einem gemeinsamen Resonator angeordnet. Beispielsweise kann die Reflexionsschicht, die auf einer Strahlungsauskoppelseite des Laserdiodenbauelements angeordnet ist, eine geringere Reflektivität aufweisen als die auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüberliegenden Seite angeordnete Reflexionsschicht. Beispielsweise ist vorliegend unter der Laserstrahlung eine kohärente Strahlung in der Grundmode des Resonators zu verstehen. Die erste und zweite Laserstrahlung können eine ähnliche oder identische Wellenlänge beziehungsweise ein ähnliches oder identisches Wellenlängenspektrum aufweisen.
  • Durch die Mehrzahl von Halbleiterschichtenstapeln beziehungsweise die Mehrzahl von aktiven Zonen kann eine Ausgangsleistung des Laserdiodenbauelements gegenüber einem Laserdiodenbauelement mit einer einzigen aktiven Zone erhöht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Laserdiodenbauelements umfasst dieses einen zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungsbereich, der eine erste Verbindungsschicht und eine zweite Verbindungsschicht aufweist. Beispielsweise sind die erste Verbindungsschicht auf dem ersten Halbleiterschichtenstapel und die zweite Verbindungsschicht auf dem zweiten Halbleiterschichtenstapel aufgebracht. Die erste und zweite Verbindungsschicht können direkt aneinandergrenzen. Der Verbindungsbereich ist dafür vorgesehen, die einzelnen, also insbesondere nicht monolithisch integrierten Halbleiterschichtenstapel mechanisch miteinander zu verbinden. Darüber hinaus ist der Verbindungsbereich dafür vorgesehen, die Halbleiterschichtenstapel elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Dabei ist der Verbindungsbereich insbesondere frei von einem Tunnelkontakt. Die Vermeidung eines Tunnelkontakts im Verbindungsbereich hat unter anderem den Vorteil eines geringeren Spannungsabfalls.
  • Des Weiteren kann der Verbindungsbereich für die erste und zweite Laserstrahlung strahlungsdurchlässig ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Laserdiodenbauelements umfasst dieses:
    • - einen ersten Halbleiterschichtenstapel, der eine erste aktive Zone zur Emission einer ersten Laserstrahlung aufweist,
    • - einen zweiten Halbleiterschichtenstapel, der eine zweite aktive Zone zur Emission einer zweiten Laserstrahlung aufweist, wobei der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel in einer Hauptabstrahlrichtung aufeinanderfolgen,
    • - einen Resonator, der eine erste Reflexionsschicht und eine zweite Reflexionsschicht aufweist, wobei die erste Reflexionsschicht auf einer dem zweiten Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels angeordnet ist und die zweite Reflexionsschicht auf einer dem ersten Halbleiterschichtenstapel abgewandten Seite des zweiten Halbleiterschichtenstapels angeordnet ist, und
    • - einen zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungsbereich, der eine erste Verbindungsschicht und eine zweite Verbindungsschicht aufweist, wobei die erste Verbindungsschicht auf dem ersten Halbleiterschichtenstapel aufgebracht ist und die zweite Verbindungsschicht auf dem zweiten Halbleiterschichtenstapel aufgebracht ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Laserdiodenbauelement um einen VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser). Hierbei wird Strahlung vertikal zu einer Ebene der aktiven Zone(n) des Laserdiodenbauelements abgestrahlt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung sind die erste und zweite Verbindungsschicht elektrisch leitend. Entsprechend können die erste und zweite Verbindungsschicht jeweils ein elektrisch leitendes Material beziehungsweise elektrisch leitende Materialien enthalten. Beispielsweise enthalten die erste und zweite Verbindungsschicht jeweils TCO (transparent conductive oxide) oder bestehen daraus.
  • TCOs sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
  • Durch die Verwendung von TCO für die erste und zweite Verbindungsschicht können der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel beziehungsweise eine erste Halbleiterschichtenfolge und eine zweite Halbleiterschichtenfolge, aus welchen die Halbleiterschichtenstapel erzeugt werden, mittels Waferbondens miteinander verbunden werden. Mit dieser Verbindungstechnik lässt sich das Laserdiodenbauelement auf effiziente Weise herstellen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der erste und der zweite Halbleiterschichtenstapel jeweils einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise einen n-dotierten Halbleiterbereich, und einen zweiten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise einen p-dotierten Halbleiterbereich, auf. Zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich ist jeweils die aktive Zone angeordnet. Beispielsweise sind die ersten und zweiten Halbleiterbereiche in der Hauptabstrahlrichtung abwechselnd angeordnet. In anderen Worten kann bei dem Laserdiodenbauelement eine pn-pn-... beziehungsweise np-np-... Struktur verwirklicht sein. Der Verbindungsbereich kann also Halbleiterbereiche verschiedenen Leitfähigkeitstyps miteinander verbinden. Die ersten und zweiten Halbleiterbereiche können jeweils eine Folge von Einzelschichten aufweisen, die teilweise undotiert oder gering dotiert sein können. Bei den Einzelschichten kann es sich um epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichten handeln.
  • Für die Halbleiterbereiche beziehungsweise Einzelschichten der Halbleiterschichtenstapel kommen beispielsweise auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichten AlnGamIn1-n-mAs, AlnGamIn1-n-mP, InnGa1-nAsmP1-m oder AlnGamIn1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 < m < 1 und n+m ≤ 1 gilt. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mAs-, AlnGamIn1-n-mP-, InnGa1-nAsmP1-m- oder AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As bzw. P bzw. N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Auch ein quinternärer Halbleiter aus Al, Ga, In (Gruppe III) und P und As (Gruppe V) ist denkbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung ist zumindest einer der beiden Halbleiterschichtenstapel im Wesentlichen frei von einem Aufwachssubstrat. Das Aufwachssubstrat kann im Laufe der Herstellung zumindest gedünnt oder vollständig abgelöst werden, so dass höchstens ein geringer Teil des Aufwachssubstrats am Halbleiterschichtenstapel verbleibt. Mit anderen Worten kann es sich zumindest bei einem der beiden Halbleiterschichtenstapel um eine Dünnfilm-Struktur handeln. Insbesondere ist von dem zweiten Halbleiterschichtenstapel das Aufwachssubstrat zumindest teilweise abgelöst. Weiterhin kann das Aufwachssubstrat auch bei dem ersten Halbleiterschichtenstapel zumindest teilweise abgelöst sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Aufwachssubstrat an dem ersten Halbleiterschichtenstapel verbleibt und die Strahlungsauskopplung durch das Aufwachssubstrat hindurch erfolgt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung ist der Verbindungsbereich an einem Knoten einer in dem Resonator ausgebildeten stehenden Welle angeordnet. Dadurch kann die Absorption der Strahlung im Verbindungsbereich reduziert werden.
  • Die Resonanzbedingung für die Ausbildung stehender Wellen lautet bei im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Reflexionsschichten: n*Ä/2 = L, wobei n eine ganze Zahl, A die Wellenlänge der Laserstrahlung, also der ersten oder zweiten Laserstrahlung, im Medium und L der Abstand zwischen der ersten und zweiten Reflexionsschicht ist. Knoten befinden sich hierbei in Abständen d = n*Ä/2 zu den Reflexionsschichten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist der n-dotierte beziehungsweise erste Halbleiterbereich eine größere vertikale Ausdehnung auf als der p-dotierte beziehungsweise zweite Halbleiterbereich. Die vertikale Ausdehnung wird beispielsweise parallel zu einer vertikalen Richtung bestimmt. Beispielsweise kann die vertikale Ausdehnung des n-dotierten beziehungsweise ersten Halbleiterbereichs n*Ä/2 betragen, während die vertikale Ausdehnung des p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereichs möglichst gering ist und etwa A/4 betragen kann.
  • Durch die geringere vertikale Ausdehnung des p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereichs können Absorptionsverluste reduziert werden. Die erste Verbindungsschicht kann direkt an den p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereich des ersten Halbleiterschichtenstapels angrenzen und eine Stromaufweitung im p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereich verbessern.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist die erste Reflexionsschicht abwechselnd angeordnete Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex auf. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Reflexionsschicht um einen Bragg-Spiegel. Die erste Reflexionsschicht kann Halbleitermaterialien, beispielsweise abwechselnd angeordnete Schichten aus GaN und AlInN, enthalten. Ferner ist es möglich, dass die erste Reflexionsschicht dielektrische Materialien enthält.
  • Ferner kann die zweite Reflexionsschicht abwechselnd angeordnete Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex aufweisen und dielektrische Materialien enthalten. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten Reflexionsschicht um einen Bragg-Spiegel. Für die zweite Reflexionsschicht kommen beispielsweise abwechselnd angeordnete Schichten aus Titanoxid oder Hafniumoxid und Nioboxid in Frage.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung umfasst das Laserdiodenbauelement eine dritte Reflexionsschicht, die auf einer der ersten Reflexionsschicht abgewandten Seite der zweiten Reflexionsschicht angeordnet ist. Beispielsweise kann die dritte Reflexionsschicht eine Metallschicht sein. Für die dritte Reflexionsschicht kommen Metalle mit vergleichsweise hoher Reflektivität, beispielsweise Au oder Ag, in Frage. Die dritte Reflexionsschicht ist dafür vorgesehen, die Reflektivität auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüberliegenden Seite des Laserdiodenbauelements zu verbessern.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung umfasst das Laserdiodenbauelement eine Kontaktschicht, die zwischen dem zweiten Halbleiterschichtenstapel und der zweiten Reflexionsschicht angeordnet ist. Die Kontaktschicht kann zur elektrischen Kontaktierung des Laserdiodenbauelements vorgesehen sein. Für die Kontaktschicht kommen zum Beispiel TCOs in Betracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist das Laserdiodenbauelement zumindest einen Stromeinengungsbereich auf, der zwischen der zweiten Reflexionsschicht und dem ersten Halbleiterschichtenstapel angeordnet ist. Der zumindest eine Stromeinengungsbereich begrenzt einen Stromfluss auf eine definierte Apertur. Beispielsweise kann es sich bei dem Stromeinengungsbereich um einen geätzten Bereich einer der beiden Verbindungsschichten oder um einen geätzten Bereich eines an den Verbindungsbereich grenzenden Halbleiterbereichs handeln. Ferner kann es sich bei dem zumindest einen Stromeinengungsbereich um eine dielektrische Schicht mit einer definierten Apertur handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung umfasst das Laserdiodenbauelement ein Trägerelement, auf dem der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel angeordnet sind, wobei der zweite Halbleiterschichtenstapel zwischen dem Trägerelement und dem ersten Halbleiterstapel angeordnet ist. Das Trägerelement ist beispielsweise dafür vorgesehen, den ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel anstelle des zumindest einen abgelösten Aufwachssubstrats zu stabilisieren. Bei dem Trägerelement kann es sich zum Beispiel um ein Halbleitersubstrat, etwa ein GaN-, Si- oder Ge-Substrat, einen Metallträger, etwa aus Ni, oder einen Keramikträger handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung ist der erste Halbleiterschichtenstapel auf einem Aufwachssubstrat angeordnet, das sich auf einer dem Trägerelement abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels befindet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung weist das Laserdiodenbauelement eine Umhüllungsschicht auf, welche die zweite Reflexionsschicht lateral umgibt. Die Umhüllungsschicht kann zur Kühlung des Laserdiodenbauelements vorgesehen sein. Dabei kommen für die Umhüllungsschicht Materialien mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Cu oder Au in Frage.
  • Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements der oben genannten Art geeignet. Im Zusammenhang mit dem Laserdiodenbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements der oben genannten Art umfasst dieses folgende Schritte:
    • - Bereitstellen einer ersten Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung zumindest eines ersten Halbleiterschichtenstapels,
    • - Aufbringen einer ersten Verbindungsausgangsschicht auf die erste Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung zumindest einer ersten Verbindungsschicht eines Verbindungsbereichs,
    • - Bereitstellen einer zweiten Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung zumindest eines zweiten Halbleiterschichtenstapels,
    • - Aufbringen einer zweiten Verbindungsausgangsschicht auf die zweite Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung zumindest einer zweiten Verbindungsschicht eines Verbindungsbereichs, wobei
    die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge mittels der ersten und zweiten Verbindungsausgangsschicht miteinander verbunden werden,
    • - Bereitstellen einer ersten Reflexionsausgangsschicht und einer zweiten Reflexionsausgangsschicht zur Herstellung zumindest eines Resonators.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung des Verfahrens wird die erste Halbleiterschichtenfolge auf einem ersten Aufwachssubstrat bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Aufwachssubstrat um ein Halbleitersubstrat, etwa um ein GaN-Substrat. In der ersten Halbleiterschichtenfolge enthaltene Einzelschichten können auf dem ersten Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird die erste Verbindungsausgangsschicht auf einer dem ersten Aufwachssubstrat abgewandten Seite der ersten Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Für die erste Verbindungsausgangsschicht kommen, wie für die erste Verbindungsschicht, die aus der ersten Verbindungsausgangsschicht hergestellt wird, beispielsweise TCOs in Betracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird die erste Reflexionsausgangsschicht zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge und dem ersten Aufwachssubstrat auf das erste Aufwachssubstrat aufgewachsen. Zunächst kann also die erste Reflexionsausgangsschicht auf das erste Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Anschließend kann die erste Halbleiterschichtenfolge auf die erste Reflexionsausgangsschicht aufgewachsen werden. Die erste Reflexionsausgangsschicht kann wie die erste Reflexionsschicht, die aus der ersten Reflexionsausgangsschicht hergestellt wird, aus abwechselnd angeordneten Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex gebildet werden. Für die epitaktische Herstellung eignen sich Halbleitermaterialien, wobei die erste Reflexionsausgangsschicht beispielsweise aus abwechselnd angeordneten Schichten aus GaN und AlInN gebildet werden kann.
  • Alternativ kann die erste Reflexionsausgangsschicht auf die erste Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und aus verschiedenen dielektrischen Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex gebildet werden. Vor Abscheidung der ersten Reflexionsausgangsschicht auf der ersten Halbleiterschichtenfolge kann das erste Aufwachssubstrat abgelöst werden. Zwischen dem ersten Aufwachssubstrat und der ersten Halbleiterschichtenfolge kann eine Opferschicht angeordnet sein, welche bei der Ablösung des ersten Aufwachssubstrats von der ersten Halbleiterschichtenfolge beispielsweise durch einen elektrochemischen Prozess entfernt wird. Das erste Aufwachssubstrat kann nach dem Verbinden der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge abgelöst werden, wobei die erste Reflexionsausgangsschicht auf der Seite des abgelösten Aufwachssubstrats auf die erste Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird die zweite Halbleiterschichtenfolge auf einem zweiten Aufwachssubstrat bereitgestellt beziehungsweise aufgewachsen. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Aufwachssubstrat um ein Halbleitersubstrat, etwa um ein GaN-Substrat. In der zweiten Halbleiterschichtenfolge enthaltene Einzelschichten können auf dem zweiten Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird das zweite Aufwachssubstrat nach Anordnen der zweiten Halbleiterschichtenfolge auf einem Träger abgelöst. Zwischen dem zweiten Aufwachssubstrat und der zweiten Halbleiterschichtenfolge kann eine Opferschicht angeordnet sein, welche bei der Ablösung des zweiten Aufwachssubstrats von der zweiten Halbleiterschichtenfolge beispielsweise durch einen elektrochemischen Prozess entfernt wird. Bei dem Träger kann es sich zum Beispiel um ein Halbleitersubstrat, etwa ein GaN-, Si- oder Ge-Substrat, einen Metallträger, etwa aus Ni, oder einen Keramikträger handeln. Das Trägerelement des Laserdiodenbauelements geht aus dem Träger hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird die zweite Verbindungsausgangsschicht, aus welcher die zweite Verbindungsschicht hergestellt wird, auf der Seite des abgelösten zweiten Aufwachssubstrats auf die zweite Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Für die zweite Verbindungsausgangsschicht kommen, wie für die zweite Verbindungsschicht, beispielsweise TCOs in Betracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform oder Ausgestaltung wird die zweite Reflexionsausgangsschicht auf einer dem zweiten Aufwachssubstrat abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Dieser Schritt erfolgt beispielsweise, bevor das zweite Aufwachssubstrat abgelöst wird.
  • Wie bereits oben erwähnt können die Halbleiterschichtenfolgen, beispielsweise bei der Verwendung von TCO für die Verbindungsausgangsschichten, durch Waferbonden mechanisch miteinander verbunden werden. Dadurch wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung von Laserdiodenbauelementen realisiert.
  • Die Laserdiodenbauelemente eignen sich besonders für AR (Augmented Reality)-Anwendungen, für Anwendungen in der Materialbearbeitung, für LIDAR (Light Detection And Ranging, auch Light Imaging, Detection And Ranging)-Systeme sowie zur Verwendung für Festplatten, CD-ROM und Blu-ray oder die optische Datenübertragung.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1A und 1B und 2A bis 2C verschiedene Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements,
    • 3 und 4 Querschnittsansichten von Laserdiodenbauelementen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen,
    • 5A bis 5D verschiedene Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements,
    • 6 bis 9 Querschnittsansichten von Laserdiodenbauelementen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Anhand der 1A und 1B sowie 2A bis 2C wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements beschrieben.
  • Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer ersten Halbleiterschichtenfolge 21 zur Herstellung zumindest eines ersten Halbleiterschichtenstapels mit einem ersten Halbleiterbereich 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone 4 und einem zweiten Halbleiterbereich 5 eines zweiten Leitfähigkeitstyps (vgl. 1A, unten). Für die Halbleiterbereiche 3, 4, 5 beziehungsweise Einzelschichten des Halbleiterschichtenstapels beziehungsweise der Halbleiterschichtenfolge 21 kommen wie bereits weiter oben erwähnt beispielsweise auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht.
  • Die erste Halbleiterschichtenfolge 21 wird auf einem ersten Aufwachssubstrat 27, beispielsweise einem GaN-Substrat, bereitgestellt. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge 21 auf dem ersten Aufwachssubstrat 27 epitaktisch aufgewachsen werden.
  • Weiterhin umfasst das Verfahren das Bereitstellen beziehungsweise die Herstellung einer ersten Reflexionsausgangsschicht 25, aus der eine erste Reflexionsschicht gebildet wird, die im fertigen Laserdiodenelement einen Teil eines Resonators bildet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der ersten Reflexionsausgangsschicht 25 um eine epitaxierte Schicht, die eine Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex aufweisen kann, wobei die Reflexionsausgangsschicht 25 zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge 21 und dem ersten Aufwachssubstrat 27 auf das erste Aufwachssubstrat 27 aufgewachsen wird. Beispielsweise werden die abwechselnd angeordneten Schichten aus GaN und AlInN gebildet.
  • Auf einer dem ersten Aufwachssubstrat 27 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschichtenfolge 21 wird eine erste Verbindungsausgangsschicht 23 zur Herstellung zumindest einer ersten Verbindungsschicht auf die erste Halbleiterschichtenfolge 21 aufgebracht. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann die erste Verbindungsausgangsschicht 23 aus TCO gebildet werden. Als Herstellungsmethode kommt für die erste Verbindungsausgangsschicht 23 beispielsweise die chemische Gasphasenabscheidung in Frage.
  • Weiterhin umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 zur Herstellung zumindest eines zweiten Halbleiterschichtenstapels mit einem ersten Halbleiterbereich 7 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone 8 und einem zweiten Halbleiterbereich 9 eines zweiten Leitfähigkeitstyps (vgl. 1A, oben). Für die Halbleiterbereiche 7, 8, 9 beziehungsweise Einzelschichten des zweiten Halbleiterschichtenstapels beziehungsweise der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 kommen, wie für den ersten Halbleiterschichtenstapel beziehungsweise die erste Halbleiterschichtenfolge 21, beispielsweise auf Arsenid-, Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht.
  • Außerdem umfasst das Verfahren das Aufbringen einer zweiten Verbindungsausgangsschicht 24 auf die zweite Halbleiterschichtenfolge 22 zur Herstellung zumindest einer zweiten Verbindungsschicht (vgl. 1A, oben). Analog zur ersten Verbindungsausgangsschicht 23 kann auch die zweite Verbindungsausgangsschicht 24 aus TCO gebildet werden. Als Herstellungsmethode kommt auch für die zweite Verbindungsausgangsschicht 24 beispielsweise die chemische Gasphasenabscheidung in Frage.
  • In einem weiteren Schritt werden die erste Halbleiterschichtenfolge 21 und die zweite Halbleiterschichtenfolge 22 mittels der ersten und zweiten Verbindungsausgangsschichten 23, 24 miteinander verbunden (vgl. 1B). Dies kann durch Waferbonden erfolgen, wenn zum Beispiel die beiden Verbindungsausgangsschichten 23, 24 aus TCO gebildet sind. Dadurch wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung von Laserdiodenbauelementen realisiert.
  • Im Zusammenhang mit den 2A bis 2C werden Verfahrensschritte beschrieben, die dem in 1A dargestellten Verfahrensschritt vorausgehen können und das Bereitstellen der zweiten Halbleitschichtenfolge 22, das Aufbringen der zweiten Verbindungsausgangsschicht 24 sowie das Bereitstellen einer zweiten Reflexionsausgangsschicht 26 betreffen.
  • Die zweite Halbleiterschichtenfolge 22 wird zunächst auf einem zweiten Aufwachssubstrat 28, beispielsweise einem GaN-Substrat, bereitgestellt. Die zweite Halbleiterschichtenfolge 22 kann auf dem Aufwachssubstrat 28 epitaktisch aufgewachsen werden. Zwischen dem zweiten Aufwachssubstrat 28 und der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 wird eine Opferschicht 29 angeordnet (vgl. 2A). Beispielsweise kann die Opferschicht 29 auf das zweite Aufwachssubstrat 28 epitaktisch aufgewachsen werden.
  • Auf einer dem zweiten Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 wird eine zweite Reflexionsausgangsschicht 26 zur Herstellung eines Teils eines Resonators des fertigen Laserdiodenbauelements aufgebracht. Beispielsweise kann die zweite Reflexionsausgangsschicht 26 aus abwechselnd angeordneten Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex gebildet werden, für die dielektrische Materialien in Frage kommen. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd aus Titanoxid oder Hafniumoxid und Nioboxid gebildet werden.
  • Weiterhin wird auf einer dem zweiten Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite der zweiten Reflexionsausgangsschicht 26 eine dritte Reflexionsausgangsschicht 30 zur Herstellung einer dritten Reflexionsschicht aufgebracht. Beispielsweise kann die dritte Reflexionsausgangsschicht 30 eine Metallschicht sein. Für die dritte Reflexionsausgangsschicht 30 kommen Metalle mit vergleichsweise hoher Reflektivität, beispielsweise Au oder Ag, in Frage.
  • Anschließend wird auf einer dem Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22, insbesondere auf einer dem Aufwachssubstrat 28 abgewandten Seite der dritten Reflexionsausgangsschicht 30, ein Träger 31 angeordnet. Bei dem Träger 31 kann es sich zum Beispiel um ein Halbleitersubstrat, etwa ein GaN-, Si- oder Ge-Substrat, einen Metallträger, etwa aus Ni, oder einen Keramikträger handeln (vgl. 2B).
  • Nachfolgend wird das zweite Aufwachssubstrat 28 von der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 durch Entfernen der Opferschicht 29 abgelöst. Beispielsweise kann die Opferschicht 29 durch einen elektrochemischen Prozess entfernt werden (vgl. 2B). Bei der Herstellung des zweiten Schichtenstapels kommt also Dünnfilmtechnologie zum Einsatz.
  • Die zweite Verbindungsausgangsschicht 24 wird auf der Seite des abgelösten zweiten Aufwachssubstrats 28 auf die zweite Halbleiterschichtenfolge 22 aufgebracht (vgl. 2C).
  • Anhand von 3 wird ein Ausführungsbeispiel eines Laserdiodenbauelements 1 beschrieben, das mittels des in Verbindung mit den 1A und 1B sowie 2A bis 2C beschriebenen Verfahrens hergestellt werden kann. Bei dem Laserdiodenbauelement 1 handelt es sich um einen VCSEL.
  • Das Laserdiodenbauelement 1 umfasst einen ersten Halbleiterschichtenstapel 2, der einen ersten Halbleiterbereich 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine erste aktive Zone 4 zur Emission einer ersten Laserstrahlung S1 mit einer ersten Wellenlänge beziehungsweise einem ersten Wellenlängenspektrum λ1 und einen zweiten Halbleiterbereich 5 eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
  • Ferner umfasst das Laserdiodenbauelement 1 einen zweiten Halbleiterschichtenstapel 6, der einen ersten Halbleiterbereich 7 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine zweite aktive Zone 8 zur Emission einer zweiten Laserstrahlung S2 mit einer zweiten Wellenlänge beziehungsweise einem zweiten Wellenlängenspektrum A2 und einen zweiten Halbleiterbereich 9 eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei der erste Halbleiterschichtenstapel 2 in einer Hauptabstrahlrichtung H1 auf den zweiten Halbleiterschichtenstapel 6 folgt. Beispielsweise verläuft die Hauptabstrahlrichtung H1 parallel zu einer vertikalen Richtung V und antiparallel zu einer Wachstumsrichtung, in welcher die Halbleiterbereiche 3, 4, 5, sowie 7, 8, 9 aufeinander aufgewachsen sind.
  • Bei den ersten Halbleiterbereichen 3, 7 kann es sich um n-dotierte beziehungsweise n-leitende Halbleiterbereiche und bei den zweiten Halbleiterbereichen 5, 9 um p-dotierte beziehungsweise p-leitende Halbleiterbereiche handeln. Damit ist bei dem Laserdiodenbauelement 1 in der Hauptabstrahlrichtung H1 eine pn-pn-Struktur verwirklicht. Es ist jedoch auch möglich, dass das Laserdiodenbauelement 1 eine np-np-Struktur aufweist.
  • Das Laserdiodenbauelement 1 umfasst einen Resonator 13, der eine erste Reflexionsschicht 14 und eine zweite Reflexionsschicht 15 aufweist, wobei die erste Reflexionsschicht 14 auf einer dem zweiten Halbleiterschichtenstapel 6 abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels 2 angeordnet ist und die zweite Reflexionsschicht 15 auf einer dem ersten Halbleiterschichtenstapel 2 abgewandten Seite des zweiten Halbleiterschichtenstapels 6 angeordnet ist. Die Reflexionsschichten 14, 15 entsprechen in ihrer Zusammensetzung den Reflexionsausgangsschichten 25, 26, aus welchen sie hergestellt werden, und können entsprechend mehrschichtig aus Halbleitermaterialien oder dielektrischen Materialen gebildet sein. Insbesondere handelt es sich bei den Reflexionsschichten 14, 15 um Bragg-Spiegel.
  • Dabei ist die erste Reflexionsschicht 14 auf einer Strahlungsauskoppelseite des Laserdiodenbauelements 1 angeordnet und weist eine geringere Reflektivität auf als die auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüberliegenden Seite angeordnete zweite Reflexionsschicht 15. Unter der ersten und zweiten Laserstrahlung S1, S2 ist vorzugsweise eine kohärente Strahlung in der Grundmode des Resonators 13 zu verstehen. Die erste und zweite Laserstrahlung S1, S2 können eine ähnliche oder identische Wellenlänge beziehungsweise ein ähnliches oder identisches Wellenlängenspektrum aufweisen. Mit anderen Worten kann λ1 ungefähr gleich λ2 sein. Der Wertebereich für λ1 und λ2 liegt beispielsweise im kurzwelligen, sichtbaren Spektralbereich.
  • Auf einer der ersten Reflexionsschicht 14 abgewandten Seite der zweiten Reflexionsschicht 15 ist eine dritte Reflexionsschicht 18 zur Verbesserung der Reflektivität auf einer der Strahlungsauskoppelseite gegenüberliegenden Seite des Laserdiodenbauelements 1 angeordnet. Die Reflexionsschicht 18 entspricht in ihrer Zusammensetzung der dritten Reflexionsausgangsschicht 30, aus welcher sie hergestellt wird, und kann entsprechend eine Metallschicht sein, für die Metalle mit vergleichsweise hoher Reflektivität, beispielsweise Au oder Ag, in Frage kommen.
  • Zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel 2, 6 weist das Laserdiodenbauelement 1 einen elektrisch leitenden Verbindungsbereich 10 auf, der eine erste, elektrisch leitende Verbindungsschicht 11 und eine zweite, elektrisch leitende Verbindungsschicht 12 umfasst, wobei die erste Verbindungsschicht 11 auf dem ersten Halbleiterschichtenstapel 2 aufgebracht ist und die zweite Verbindungsschicht 12 auf dem zweiten Halbleiterschichtenstapel 6 aufgebracht ist. Die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 sind dabei nicht monolithisch integriert, sondern separate Körper, die mittels des Verbindungsbereichs 10 mechanisch miteinander verbunden sind.
  • Ferner sind die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 mittels des Verbindungsbereichs 10 elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei ist der Verbindungsbereich 10 tunnelkontaktfrei. Dadurch kann ein üblicherweise an einem Tunnelkontakt auftretender Spannungsabfall vermieden werden. Die Verbindungsschichten 11, 12 entsprechen in ihrer Zusammensetzung den Verbindungsausgangsschichten 23, 24, aus welchen sie hergestellt werden, und können entsprechend TCO enthalten.
  • Eine vertikale Ausdehnung a1 der n-dotierten beziehungsweise ersten Halbleiterbereiche 3, 7 kann größer sein als eine vertikale Ausdehnung a2 der p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereiche 5, 9. Die vertikale Ausdehnung wird parallel zu der vertikalen Richtung V bestimmt. Eine Reduzierung der vertikalen Ausdehnung a2 der p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereiche 5, 9 ist aufgrund des Verbindungsbereichs 10 möglich, der für eine vorteilhafte elektrische Verbindung der Halbleiterschichtstapel 2, 6 sorgt. Ferner sorgt der Verbindungsbereich 10 für einen Abstand zwischen den aktiven Zonen 4, 8, so dass im Laserdiodenbauelement 1 eine bessere Wärmeabfuhr möglich ist als bei monolithisch integrierten Halbleiterschichtenstapeln.
  • Zur Regulierung der Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 weist das Laserdiodenbauelement 1 einen ersten Stromeinengungsbereich 16A mit einer definierten Apertur A1 auf, der in dem Verbindungsbereich 10 angeordnet ist. Bei dem Stromeinengungsbereich 16A kann es sich beispielsweise um einen geätzten Bereich der ersten und/oder zweiten Verbindungsschicht 11, 12 handeln. Alternativ kann es sich bei dem Stromeinengungsbereich 16A um eine dielektrische Schicht handeln. Der Stromeinengungsbereich 16A begrenzt den Stromfluss auf die Apertur A1.
  • Darüber hinaus weist das Laserdiodenbauelement 1 einen zweiten Stromeinengungsbereich 16B auf, der zwischen der zweiten Reflexionsschicht 15 und dem zweiten Halbleiterschichtenstapel 6 angeordnet ist. Bei dem zweiten Stromeinengungsbereich 16B kann es sich beispielsweise um einen geätzten Bereich einer Kontaktschicht 19 handeln.
  • Alternativ kann es sich bei dem Stromeinengungsbereich 16B um eine dielektrische Schicht handeln. Der Stromeinengungsbereich 16B begrenzt den Stromfluss auf die Apertur A2, die mit der Apertur A1 übereinstimmen kann.
  • Das Laserdiodenbauelement 1 umfasst weiterhin ein Trägerelement 17, auf dem der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel 2, 6 angeordnet sind, wobei der zweite Halbleiterschichtenstapel 6 zwischen dem Trägerelement 17 und dem ersten Halbleiterstapel 2 angeordnet ist. Das Trägerelement 17 entspricht in seiner Materialzusammensetzung dem Träger 31, aus dem es hergestellt wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel verbleibt das erste Aufwachssubstrat 27 im Laserdiodenbauelement 1 und ist auf einer dem Trägerelement 17 abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels 2 angeordnet. Die erste und zweite Laserstrahlung S1, S2 werden im Betrieb durch das Aufwachssubstrat 27 hindurch aus dem Laserdiodenbauelement 1 ausgekoppelt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Laserdiodenbauelement 1 beidseitig emittierend ist, wobei ein Teil der ersten und zweiten Laserstrahlung S1, S2 zusätzlich auf der Seite des Trägerelements 17 ausgekoppelt wird, so dass eine weitere Hauptabstrahlrichtung im Wesentlichen antiparallel zur Hauptabstrahlrichtung H1 verläuft.
  • Wie aus 3 hervorgeht, weisen die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 einen größeren Querschnitt auf als die erste Reflexionsschicht 14 beziehungsweise das Aufwachssubstrat 27, so dass die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 jeweils einen die erste Reflexionsschicht 14 beziehungsweise das Aufwachssubstrat 27 lateral überragenden Randbereich 2A, 6A aufweisen. „Lateral“ bedeutet hierbei parallel zu einer Ebene, die durch eine erste laterale Richtung E1 und eine senkrecht zur ersten Richtung E1 angeordnete, zweite laterale Richtung aufgespannt wird, wobei die vertikale Richtung V senkrecht zu den lateralen Richtungen angeordnet ist. Auf dem Randbereich 2A des ersten Halbleiterschichtenstapels 2 ist ein erstes Kontaktelement 32 angeordnet, das eine erste Elektrode des Laserdiodenbauelements 1 bildet.
  • Ferner weisen die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 einen kleineren Querschnitt auf als das Trägerelement 17 beziehungsweise die zweite Reflexionsschicht 15 und die Kontaktschicht 19, so dass diese jeweils einen Randbereich 17A, 15A, 19A aufweisen, der über die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 lateral hinausragt. Auf dem Randbereich 19A der Kontaktschicht 19 ist ein zweites Kontaktelement 33 angeordnet, das eine zweite Elektrode des Laserdiodenbauelements 1 bildet. Die Halbleiterschichtenstapel 2, 6 sind dabei in Reihe geschaltet.
  • In dem Resonator 13 ist die Resonanzbedingung insbesondere dann erfüllt, wenn n*A1/2 = L und n*A2/2 = L, wobei n eine ganze Zahl und L die Resonatorlänge beziehungsweise der Abstand zwischen der ersten und zweiten Reflexionsschicht 14, 15 ist. Knoten befinden sich hierbei in Abständen d1 = n*A1/2 beziehungsweise d2 = n*A2/2 zu den Reflexionsschichten 14, 15.
  • Der Verbindungsbereich 10 ist an einem Knoten angeordnet. Dadurch kann die Absorption der Laserstrahlung S1, S2 im Verbindungsbereich 10 reduziert werden.
  • Beispielsweise kann die vertikale Ausdehnung a1 der n-dotierten beziehungsweise ersten Halbleiterbereiche 3, 7 n*A1/2 beziehungsweise n*A2/2 betragen, während die vertikale Ausdehnung a2 der p-dotierten beziehungsweise zweiten Halbleiterbereiche 5, 9 möglichst gering ist und etwa A1/4 beziehungsweise A2/4 betragen kann. Dabei kann die vertikale Ausdehnung a2 Werte von höchstens 100 nm, bevorzugt von höchstens 50 nm, besonders bevorzugt von höchstens 20 nm annehmen. Die Verbindungsschichten 11, 12 können genauso dick ausgebildet sein wie die zweiten Halbleiterbereiche 5, 9.
  • Zwischen den Reflexionsschichten 14, 15 und den ihnen jeweils zugewandten Halbleiterschichtenstapeln 2, 6 können jeweils weitere Schichten, beispielsweise dielektrische Schichten, angeordnet sein, um die Resonatorlänge L so anzupassen, dass die Resonanzbedingung erfüllt ist.
  • Das Laserdiodenbauelement 1 weist mit der Mehrzahl von Halbleiterschichtenstapeln 2, 6 beziehungsweise von aktiven Zonen 4, 8, die mittels des elektrisch leitenden Verbindungsbereichs 10 miteinander verbunden sind, eine bessere Ausgangsleistung auf als ein Laserdiodenbauelement mit einer einzigen aktiven Zone beziehungsweise mit aktiven Zonen, die durch einen Tunnelkontakt elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Anhand von 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Laserdiodenbauelements 1 beschrieben, das mittels des in Verbindung mit den 1A und 1B sowie 2A bis 2C beschriebenen Verfahrens hergestellt werden kann.
  • Das Laserdiodenbauelement 1 weist eine Umhüllungsschicht 20 auf, welche die zweite Reflexionsschicht 15 lateral umgibt.
  • Dabei ersetzt die Umhüllungsschicht 20 den abgetrennten Randbereich 15A der zweiten Reflexionsschicht 15 (vgl. 3). Die Umhüllungsschicht 20 ist dafür vorgesehen, die Kühlung des Laserdiodenbauelements 1 zu verbessern. Dabei kommen für die Umhüllungsschicht 20 Materialien mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Cu oder Au, in Frage.
  • Darüber hinaus kann das Laserdiodenbauelement 1 sämtliche in Verbindung mit den weiteren Ausführungsbeispielen genannte Merkmale, Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
  • Anhand der 5A bis 5D wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements beschrieben.
  • Hierbei wird eine erste Halbleiterschichtenfolge 21 auf einem ersten Aufwachssubstrat 27 bereitgestellt, wobei zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge 21 und dem ersten Aufwachssubstrat 27 eine Opferschicht 29 angeordnet ist. Ferner wird eine zweite Halbleiterschichtenfolge 22 auf einem Träger 31 bereitgestellt (vgl. 5A). Die Bereitstellung der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 kann die in Verbindung mit den 2A bis 2C näher erläuterten Verfahrensschritte umfassen.
  • Die Halbleiterschichtenfolgen 21, 22 werden mittels einer ersten und zweiten Verbindungsausgangsschicht 23, 24 mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die erste Verbindungsausgangsschicht 23 auf einer dem ersten Aufwachssubstrat 27 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschichtenfolge 21 und die zweite Verbindungsausgangsschicht 24 auf einer dem Träger 31 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge 22 angeordnet ist (vgl. 5B). Das Verbinden kann mittels Waferbondens erfolgen (vgl. hierzu die Ausführungen zur 1B) .
  • Nach dem Verbinden der Halbleiterschichtenfolgen 21, 22 wird das erste Aufwachssubstrat 27 entfernt, wobei die Opferschicht 29, zum Beispiel durch einen elektrochemischen Prozess, durchtrennt wird (vgl. 5C). Bei der Herstellung des ersten Schichtenstapels kommt also Dünnfilmtechnologie zum Einsatz.
  • Nach dem Entfernen des ersten Aufwachssubstrats 27 wird eine erste Reflexionsausgangsschicht 25 auf der Seite des abgelösten Aufwachssubstrats 27 auf die erste Halbleiterschichtenfolge 21 aufgebracht (vgl. 5D). Die erste Reflexionsausgangsschicht 25 kann aus verschiedenen dielektrischen Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex gebildet werden.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren sämtliche in Verbindung mit den weiteren Ausführungsbeispielen genannte Merkmale, Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
  • Anhand der 6 bis 9 werden weitere Ausführungsbeispiele von Laserdiodenbauelementen 1 beschrieben, die mittels des in Verbindung mit den 5A bis 5D beschriebenen Verfahrens hergestellt werden können und jeweils eine erste Reflexionsschicht 14 aus dielektrischem Material beziehungsweise dielektrischen Materialien aufweisen. Die ersten Reflexionsschichten 14 können eine höhere Reflektivität aufweisen als die aus Halbleitermaterial(ien) gebildeten ersten Reflexionsschichten 14 der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele.
  • Weiterhin sind die ersten Halbleiterschichtenstapel 2 der in den 6 bis 9 dargestellten Laserdiodenbauelemente 1 jeweils im Wesentlichen frei von einem Aufwachssubstrat, so dass es sich, wie bei den zweiten Halbleiterschichtenstapeln 6, auch bei den ersten Halbleiterschichtenstapeln 2 um Dünnfilm-Strukturen handelt.
  • Das in 6 dargestellte Laserdiodenbauelement 1 ist bis auf die unterschiedliche erste Reflexionsschicht 14 und das fehlende Aufwachssubstrat 27 wie das in 3 dargestellte Laserdiodenbauelement 1 ausgebildet, so dass die in Verbindung mit 3 gemachten Ausführungen entsprechend gelten.
  • Das in 7 dargestellte Laserdiodenbauelement 1 ist bis auf die unterschiedliche erste Reflexionsschicht 14 und das fehlende Aufwachssubstrat 27 wie das in 4 dargestellte Laserdiodenbauelement 1 ausgebildet, so dass die in Verbindung mit 4 gemachten Ausführungen entsprechend gelten.
  • Dem in 8 dargestellten Laserdiodenbauelement 1 fehlt im Vergleich zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die dritte Reflexionsschicht 18.
  • Dem in 9 dargestellten Laserdiodenbauelement 1 fehlt im Vergleich zu dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der in dem Verbindungsbereich 10 angeordnete Stromeinengungsbereich 16A.
  • Darüber hinaus können die in den 6 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele sämtliche in Verbindung mit den weiteren Ausführungsbeispielen genannte Merkmale, Eigenschaften und Vorteile aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Laserdiodenbauelement
    2
    erster Halbleiterschichtenstapel
    2A
    Randbereich
    3
    erster Halbleiterbereich
    4
    aktive Zone
    5
    zweiter Halbleiterbereich
    6
    zweiter Halbleiterschichtenstapel
    7
    erster Halbleiterbereich
    8
    aktive Zone
    9
    zweiter Halbleiterbereich
    10
    Verbindungsbereich
    11
    erste Verbindungsschicht
    12
    zweite Verbindungsschicht
    13
    Resonator
    14
    erste Reflexionsschicht
    15
    zweite Reflexionsschicht
    15A
    Randbereich
    16A, 16B
    Stromeinengungsbereich
    17
    Trägerelement
    17A
    Randbereich
    18
    dritte Reflexionsschicht
    19
    Kontaktschicht
    19A
    Randbereich
    20
    Umhüllungsschicht
    21
    erste Halbleiterschichtenfolge
    22
    zweite Halbleiterschichtenfolge
    23
    erste Verbindungsausgangsschicht
    24
    zweite Verbindungsausgangsschicht
    25
    erste Reflexionsausgangsschicht
    26
    zweite Reflexionsausgangsschicht
    27
    erstes Aufwachssubstrat
    28
    zweites Aufwachssubstrat
    29
    Opferschicht
    30
    dritte Reflexionsausgangsschicht
    31
    Träger
    32
    erstes Kontaktelement
    33
    zweites Kontaktelement
    a1, a2
    vertikale Ausdehnung
    d1, d2
    Abstand
    A1, A2
    Apertur
    H1
    Hauptabstrahlrichtung
    E1
    erste laterale Richtung
    L
    Resonatorlänge
    S1
    erste Laserstrahlung
    S2
    zweite Laserstrahlung
    V
    vertikale Richtung

Claims (18)

  1. Laserdiodenbauelement (1) umfassend - einen ersten Halbleiterschichtenstapel (2), der eine erste aktive Zone (4) zur Emission einer ersten Laserstrahlung (S1) aufweist, - einen zweiten Halbleiterschichtenstapel (6), der eine zweite aktive Zone (8) zur Emission einer zweiten Laserstrahlung (S2) aufweist, wobei der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel (2, 6) in einer Hauptabstrahlrichtung (H1) aufeinanderfolgen, - einen Resonator (13), der eine erste Reflexionsschicht (14) und eine zweite Reflexionsschicht (15) aufweist, wobei die erste Reflexionsschicht (14) auf einer dem zweiten Halbleiterschichtenstapel (6) abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels (2) angeordnet ist und die zweite Reflexionsschicht (15) auf einer dem ersten Halbleiterschichtenstapel (2) abgewandten Seite des zweiten Halbleiterschichtenstapels (6) angeordnet ist, und - einen zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterschichtenstapel (2, 6) angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungsbereich (10), der eine erste Verbindungsschicht (11) und eine zweite Verbindungsschicht (12) aufweist, wobei die erste Verbindungsschicht (11) auf dem ersten Halbleiterschichtenstapel (2) aufgebracht ist und die zweite Verbindungsschicht (12) auf dem zweiten Halbleiterschichtenstapel (6) aufgebracht ist.
  2. Laserdiodenbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, das ein VCSEL ist.
  3. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und zweite Verbindungsschicht (11, 12) jeweils TCO enthalten.
  4. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Halbleiterschichtenstapel (2, 6) jeweils einen ersten Halbleiterbereich (3, 7) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Halbleiterbereich (5, 9) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, wobei die ersten und zweiten Halbleiterbereiche (3, 7, 5, 9) in der Hauptabstrahlrichtung (H1) abwechselnd angeordnet sind.
  5. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der beiden Halbleiterschichtenstapel (2, 6) im Wesentlichen frei ist von einem Aufwachssubstrat (27, 28).
  6. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsbereich (10) an einem Knoten einer in dem Resonator (13) ausgebildeten stehenden Welle angeordnet ist.
  7. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflexionsschicht (14) abwechselnd angeordnete Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex aufweist und Halbleitermaterialien oder dielektrische Materialien enthält.
  8. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflexionsschicht (15) abwechselnd angeordnete Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex aufweist und dielektrische Materialien enthält.
  9. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das zumindest einen Stromeinengungsbereich (16A, 16B) aufweist, der zwischen der zweiten Reflexionsschicht (15) und dem ersten Halbleiterschichtenstapel (2) angeordnet ist.
  10. Laserdiodenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Trägerelement (17) aufweist, auf dem der erste und zweite Halbleiterschichtenstapel (2, 6) angeordnet sind, wobei der zweite Halbleiterschichtenstapel (6) zwischen dem Trägerelement (17) und dem ersten Halbleiterstapel (2) angeordnet ist.
  11. Laserdiodenbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Halbleiterschichtenstapel (2) auf einem Aufwachssubstrat (27) angeordnet ist, das sich auf einer dem Trägerelement (17) abgewandten Seite des ersten Halbleiterschichtenstapels (2) befindet.
  12. Verfahren zur Herstellung zumindest eines Laserdiodenbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: - Bereitstellen einer ersten Halbleiterschichtenfolge (21) zur Herstellung zumindest eines ersten Halbleiterschichtenstapels (2), - Aufbringen einer ersten Verbindungsausgangsschicht (23) auf die erste Halbleiterschichtenfolge (21) zur Herstellung zumindest einer ersten Verbindungsschicht (11) eines Verbindungsbereichs (10), - Bereitstellen einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (22) zur Herstellung zumindest eines zweiten Halbleiterschichtenstapels (6), - Aufbringen einer zweiten Verbindungsausgangsschicht (24) auf die zweite Halbleiterschichtenfolge (22) zur Herstellung zumindest einer zweiten Verbindungsschicht (12) eines Verbindungsbereichs (10), wobei die erste Halbleiterschichtenfolge (21) und die zweite Halbleiterschichtenfolge (22) mittels der ersten und zweiten Verbindungsausgangsschicht (23, 24) miteinander verbunden werden, - Bereitstellen einer ersten Reflexionsausgangsschicht (25) und einer zweiten Reflexionsausgangsschicht (26) zur Herstellung zumindest eines Resonators (13).
  13. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Halbleiterschichtenfolge (21) auf einem ersten Aufwachssubstrat (27) bereitgestellt wird und die erste Verbindungsausgangsschicht (23) auf einer dem ersten Aufwachssubstrat (27) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschichtenfolge (21) aufgebracht wird.
  14. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Reflexionsausgangsschicht (25) zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (21) und dem ersten Aufwachssubstrat (27) auf das erste Aufwachssubstrat (27) aufgewachsen wird.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das erste Aufwachssubstrat (27) nach dem Verbinden der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge (21, 22) abgelöst wird und die erste Reflexionsausgangsschicht (25) auf der Seite des abgelösten Aufwachssubstrats (27) auf die erste Halbleiterschichtenfolge (21) aufgebracht wird.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die zweite Halbleiterschichtenfolge (22) auf einem zweiten Aufwachssubstrat (28) bereitgestellt wird und das zweite Aufwachssubstrat (28) nach Anordnen der zweiten Halbleiterschichtenfolge (22) auf einem Träger (31) abgelöst wird.
  17. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Verbindungsausgangsschicht (24) auf der Seite des abgelösten zweiten Aufwachssubstrats (28) auf die zweite Halbleiterschichtenfolge (22) aufgebracht wird.
  18. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflexionsausgangsschicht (26) auf einer dem zweiten Aufwachssubstrat (28) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge (22) aufgebracht wird.
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