DE102022121857A1 - Kantenemittierende halbleiterlaserdiode; verfahren zur herstellung eines halbleiterlaserbauelements und halbleiterlaserbauelement - Google Patents

Kantenemittierende halbleiterlaserdiode; verfahren zur herstellung eines halbleiterlaserbauelements und halbleiterlaserbauelement Download PDF

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Abstract

Neben einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements und eines Halbleiterlaserbauelements ist eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode vorgesehen mit- eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer ersten Halbleiterschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einem aktiven Bereich (5), der zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung (6) im Betrieb eingerichtet ist, wobei der aktive Bereich (5) zwischen der ersten Halbleiterschicht (3) und der zweiten Halbleiterschicht (4) angeordnet ist,- einen Stegwellenleiter (8) in einer Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2),- eine erste elektrische Kontaktschicht (12), die auf der Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (12) die erste Halbleiterschicht (3) elektrisch kontaktiert, und eine zweite elektrische Kontaktschicht (13), die auf dem Stegwellenleiter (8) angeordnet ist, wobei die zweite elektrische Kontaktschicht (13) die zweite Halbleiterschicht (4) elektrisch kontaktiert,wobei die erste elektrische Kontaktschicht (12) auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht (13) angeordnet ist, so dass elektrische Montageflächen (27) der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode (1) in einer gemeinsamen Ebene (29) angeordnet sind.

Description

  • Es werden eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements und ein Halbleiterlaserbauelement angegeben.
  • Es soll eine verbesserte kantenemittierende Halbleiterlaserdiode bereitgestellt werden. Insbesondere soll eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode bereitgestellt werden, die leicht in eine integrierte photonische Schaltung integriert werden kann. Außerdem sollen ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements und ein verbessertes Halbleiterlaserbauelement bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgaben werden mit einer kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements mit den Schritten des Anspruchs 14 und einem Halbleiterlaserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
  • Weitere Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode, des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserbauelements und des Halbleiterlaserbauelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Zum Beispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp ein n-leitender Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-leitender Typ. In diesem Fall ist die erste Halbleiterschicht eine n-dotierte Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht ist eine p-dotierte Halbleiterschicht. Es ist auch möglich, dass der erste Leitfähigkeitstyp ein p-leitender Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp ein n-leitender Typ ist. In diesem Fall ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und die zweite Halbleiterschicht n-dotiert.
  • Die Halbleiterschichtenfolge basiert beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial und ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich eingerichtet. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind stickstoffhaltige Verbindungshalbleitermaterialien, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y< 1.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist ein aktiver Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet, wobei der aktive Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Laserstrahlung während des Betriebs der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode eingerichtet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode einen Stegwellenleiter in einer Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge. Der Stegwellenleiter ist insbesondere ein Vorsprung in der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge und zur Führung der elektromagnetischen Laserstrahlung eingerichtet. Der Stegwellenleiter hat beispielsweise eine Höhe von nicht mehr als 800 Nanometer. Insbesondere umfasst eine Seitenfläche des Stegwellenleiters, die Teil einer Facette der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist, eine Lichtaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge, wobei die Lichtaustrittsfläche im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung emittiert.
  • Die Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge hat eine Normale, die einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge entspricht. Ferner erstreckt sich der Stegwellenleiter insbesondere in einer longitudinalen Richtung, die parallel zur Hauptfläche verläuft. Die longitudinale Richtung entspricht dabei insbesondere einer Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Laserstrahlung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine erste elektrische Kontaktschicht, die auf der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, wobei die erste elektrische Kontaktschicht die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert. Insbesondere umfasst oder besteht die erste elektrische Kontaktschicht aus einem Metall. Die erste elektrische Kontaktschicht hat zum Beispiel eine Dicke zwischen 200 Nanometer und 3 Mikrometer, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine zweite elektrische Kontaktschicht, die auf dem Stegwellenleiter angeordnet ist, wobei die zweite elektrische Kontaktschicht die zweite Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert. Um die zweite Halbleiterschicht elektrisch zu kontaktieren, ist die zweite elektrische Kontaktschicht insbesondere zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht. Insbesondere umfasst oder besteht die zweite elektrische Kontaktschicht aus einem Metall, wie Pd. Die zweite elektrische Kontaktschicht hat zum Beispiel eine Dicke zwischen 20 Nanometer und 200 Nanometer, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode hat die zweite elektrische Kontaktschicht eine Dicke von einschließlich 2 % bis einschließlich 20 % der Dicke der ersten elektrischen Kontaktschicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die erste elektrische Kontaktschicht auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht angeordnet, so dass die elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Für den Fachmann ist klar, dass „die elektrischen Montageflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind“ im Rahmen der Fertigungstoleranz gemeint ist. Beispielsweise weichen die obersten Stellen der Oberflächen der elektrischen Montageflächen nicht mehr als 15 %, nicht mehr als 5 % oder nicht mehr als 2 % von der gemeinsamen Ebene ab.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode basiert insbesondere auf der Idee, die erste elektrische Kontaktschicht, die die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert und eine vergleichsweise hohe Dicke aufweist, auch auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht anzuordnen, die vergleichsweise dünn ist, um elektrische Kontaktpads zu erhalten, die elektrische Montageflächen auf gleicher Höhe aufweisen. Auf diese Weise kann eine oberflächenmontierbare kantenemittierende Halbleiterlaserdiode erzielt werden.
  • Insbesondere handelt es sich bei der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode um einen Flip-Chip mit elektrischen Montageflächen auf der gleichen Fläche, so dass die elektrischen Montageflächen mit einer Fügeschicht mit einem weiteren Element, zum Beispiel einer photonischen integrierten Schaltung, verbunden werden können. Das Fügematerial der Fügeschicht ist beispielsweise ein Lot. Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode in Flip-Chip-Bauweise hat den Vorteil, dass kein Drahtbond für die externe elektrische Verbindung erforderlich ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode:
    • - eine Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einem aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung im Betrieb ausgelegt ist, wobei der aktive Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist,
    • - einen Stegwellenleiter in einer Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge,
    • - eine erste elektrische Kontaktierungsschicht, die auf der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, wobei die erste elektrische Kontaktierungsschicht die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert,
    • - eine zweite elektrische Kontaktierungsschicht, die auf einer Hauptfläche des Stegwellenleiters angeordnet ist, wobei die zweite elektrische Kontaktierungsschicht die zweite Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert,

    wobei
    die erste elektrische Kontaktschicht auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht angeordnet ist, so dass elektrische Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine elektrisch isolierende Schicht, die einen Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht, der die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert, und einen Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht, der auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht angeordnet ist, elektrisch voneinander isoliert. Insbesondere ist die erste elektrische Kontaktschicht strukturiert und umfasst verschiedene nicht zusammenhängende Teile. Insbesondere umfasst oder besteht die erste elektrische Kontaktschicht aus mindestens zwei in derselben Ebene angeordneten, aber nicht miteinander verbundenen Teilen, wobei ein Teil die erste Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert und ein Teil auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht ist ebenfalls zumindest teilweise in der gleichen Ebene wie die erste elektrische Kontaktschicht angeordnet und in einem Bereich zwischen den beiden Teilen der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet, um diese elektrisch zu isolieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die elektrisch isolierende Schicht ein verteilter Bragg-Reflektor. Insbesondere erstreckt sich die elektrisch isolierende Schicht, die ein verteilter Bragg-Reflektor ist, über die erste Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge und über eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge, wobei die Seitenfläche Facetten mit der Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode aufweist. In diesem Fall bildet der verteilte Bragg-Reflektor vorzugsweise einen Resonator für die elektromagnetische Laserstrahlung an den Facetten der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode. Insbesondere weist die elektrisch isolierende Schicht als verteilter Bragg-Reflektor an der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge eine geringere Dicke auf als auf der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise aus prozessbedingten Gründen.
  • Die elektrisch isolierende Schicht hat zum Beispiel eine Dicke von mindestens 0,5 Mikrometer, von mindestens 1 Mikrometer oder von mindestens 3 Mikrometer über der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge. Auf der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge hat die elektrisch isolierende Schicht, die ein verteilter Bragg-Reflektor ist, beispielsweise eine Dicke von mindestens 200 Nanometern, von mindestens 500 Nanometern oder von mindestens 900 Nanometern. Der verteilte Bragg-Reflektor umfasst oder besteht beispielsweise aus alternierenden SiO2-Schichten und SiN-Schichten. Die Schichten des verteilten Bragg-Reflektors werden zum Beispiel durch PCVD (kurz für „plasma chemical vapour deposition“) abgeschieden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die elektrisch isolierende Schicht mindestens zwei Öffnungen auf, und die erste elektrische Kontaktschicht und eine elektrische Pad-Schicht sind in direktem Kontakt innerhalb der Öffnungen angeordnet. Beispielsweise ist die elektrisch isolierende Schicht zwischen der ersten elektrischen Kontaktschicht und der elektrischen Pad-Schicht innerhalb des elektrischen Kontaktpads angeordnet, außer innerhalb der Öffnung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist der Stegwellenleiter teilweise in mindestens einer Öffnung der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet. Insbesondere überragt die elektrisch isolierende Schicht den Stegwellenleiter in vertikaler Richtung. Mit anderen Worten hat die elektrisch isolierende Schicht eine größere Dicke als die Höhe des Stegwellenleiters. Auf diese Weise wird der Stegwellenleiter geschützt, insbesondere beim Zusammenfügen mit einem weiteren Element. Besonders bevorzugt ist die erste elektrische Kontaktschicht zumindest innerhalb der Öffnung über dem Stegwellenleiter angeordnet, um den Stegwellenleiter weiter zu schützen und zur Wärmeableitung im Betrieb. Auch die elektrische Pad-Schicht ist vorzugsweise innerhalb der Öffnung angeordnet, beispielsweise in direktem Kontakt mit der ersten elektrischen Kontaktschicht.
  • Insbesondere ist der Stegwellenleiter in mindestens einer Öffnung der elektrisch isolierenden Schicht von der zweiten elektrischen Kontaktschicht, der ersten elektrischen Kontaktschicht und der elektrischen Pad-Schicht bedeckt.
  • Dabei ist die zweite elektrische Kontaktschicht vorzugsweise zwischen dem Stegwellenleiter und der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet. Insbesondere sind über dem Stegwellenleiter die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge in direktem Kontakt miteinander angeordnet:
    • - zweite elektrische Kontaktschicht,
    • - erste elektrische Kontaktschicht,
    • - elektrische Pad-Schicht.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die Halbleiterschichtenfolge eine Durchkontaktierung auf, die die Halbleiterschichtenfolge von der Hauptfläche aus durchdringt. Beispielsweise durchdringt die Durchkontaktierung die Halbleiterschichtenfolge vollständig bis zu einem Substrat, auf das die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Substrat elektrisch leitfähig ist. Es ist auch möglich, dass die Durchkontaktierung die Halbleiterschichtenfolge nur bis zur ersten Halbleiterschicht durchdringt. Insbesondere steht die erste elektrische Kontaktschicht in der Durchkontaktierung in direktem physikalischen Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht und/oder dem Substrat. Insbesondere verläuft die Durchkontaktierung parallel zum Stegwellenleiter.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode verläuft die Durchkontaktierung parallel zum Stegwellenleiter und unterteilt die Halbleiterschichtenfolge in der Draufsicht auf die Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge in einen ersten Bereich und in einen zweiten Bereich. Diese Geometrie führt zu einer guten Stromverteilung innerhalb der Halbleiterschichtenfolge.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die elektrische Kontaktschicht zumindest teilweise von mindestens einem ersten elektrischen Kontaktpad und von mindestens einem zweiten elektrischen Kontaktpad umfasst. Das erste elektrische Kontaktpad ist im ersten Bereich angeordnet und das zweite elektrische Kontaktpad ist im zweiten Bereich angeordnet. Insbesondere ist das erste elektrische Kontaktpad zur externen elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht und das zweite elektrische Kontaktpad zur externen elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht eingerichtet. Besonders bevorzugt umfasst oder bildet eine Oberfläche des ersten elektrischen Kontaktpads und eine Oberfläche des zweiten elektrischen Kontaktpads die elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weisen das erste elektrische Kontaktpad und/oder das zweite elektrische Kontaktpad in Draufsicht auf die Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge eine kreisförmige Geometrie auf. Beispielsweise weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode drei erste elektrische Kontaktpads auf, die in dem ersten Bereich der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind, und drei zweite elektrische Kontaktpads, die in dem zweiten Bereich der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind. Insbesondere sind die drei ersten elektrischen Kontaktpads in einer Linie parallel zu dem Stegwellenleiter und zu einem Rand der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode angeordnet. Auch die drei zweiten elektrischen Kontaktpads sind besonders bevorzugt in einer Linie parallel zum Stegwellenleiter und zu einem Rand der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die elektrisch isolierende Schicht zumindest stellenweise auf oder über der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht weist in einem Randbereich mindestens eine Ausnehmung auf. Insbesondere ist die Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge in der Ausnehmung frei zugänglich. Dies hat den Vorteil, dass die Oberfläche gegenüber dem Stegwellenleiter, der die Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode umfasst, sehr gut definiert ist.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ist dazu eingerichtet, Teil eines Halbleiterlaserbauelements zu sein. Im Folgenden werden ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements und ein Halbleiterlaserbauelement beschrieben. Merkmale und Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode beschrieben sind, können auch bei dem Halbleiterlaserbauelement und dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiterlaserbauelements ausgebildet sein und umgekehrt.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements wird eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode bereitgestellt, insbesondere wie bereits beschrieben. Insbesondere weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mindestens zwei elektrische Montageflächen auf derselben Fläche auf. Mit anderen Worten ist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode als Flip-Chip ausgebildet. Vorzugsweise sind die elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine photonische integrierte Schaltung mit externen Montagepads bereitgestellt. Insbesondere weist die photonische integrierte Schaltung mindestens zwei externe Montagepads auf, die so eingerichtet sind, dass die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mit den elektrischen Montageflächen an den externen Montagepads befestigt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode mechanisch stabil und elektrisch leitfähig mit den externen Montagepads verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf oder über der Halbleiterschichtenfolge zumindest stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht weist in einem Randbereich mindestens eine Ausnehmung auf. Vorzugsweise ist die Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge in den Ausnehmungen frei zugänglich. Weiterhin weist die photonische integrierte Schaltung mindestens eine z-Ausrichtungsstruktur auf, die bei der Verbindung der elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode mit den externen Montagepads in die Ausnehmung eingesetzt wird. Die z-Ausrichtungsstruktur der photonischen integrierten Schaltung ist insbesondere zumindest zur Ausrichtung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verbinden der elektrischen Befestigungsbereiche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode mit den externen Montagepads das Anordnen eines die externen Montagepads zumindest teilweise bildenden festen Lots und das versetzte Anordnen der elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode auf dem festen Lot. Insbesondere wird das feste Lot verflüssigt, insbesondere nach dem Anordnen der elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode auf dem festen Lot. Die Verflüssigung wird beispielsweise durch einen Reflow-Prozess erreicht. Insbesondere benetzt das flüssige Lot die elektrischen Montageflächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode und Das flüssige Lot bewegt die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode so, dass sich eine Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode selbstjustierend zu einem aktiven optischen Element der photonischen integrierten Schaltung ausrichtet. Insbesondere ermöglicht eine kreisförmige Geometrie der elektrischen Kontaktpads der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode die Steuerung der Bewegung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode in dem selbstjustierenden Prozess.
  • Insbesondere während des Aufschmelzens des flüssigen Lots bewegen Oberflächenspannungskräfte, wie z. B. Kapillarkräfte, des flüssigen Lots die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode. Dies führt zu einer selbstjustierenden Ausrichtung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode, indem solche Bewegungen mit Hilfe der z-Ausrichtungsstruktur eingeschränkt werden.
  • Neben der auf der photonischen integrierten Schaltung angeordneten z-Ausrichtungsstruktur kann die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode auch mit mindestens einer x-Ausrichtungsstruktur und mindestens einer y-Ausrichtungsstruktur versehen sein, die die Bewegung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode auch in x- und y-Richtung einschränken, wobei x und y eine Ebene parallel zur Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge aufspannen. Außerdem entspricht die y-Richtung der longitudinalen Richtung. Die x-Ausrichtungsstruktur, die y-Ausrichtungsstruktur und/oder die z-Ausrichtungsstruktur werden zum Beispiel lithographisch hergestellt. Mit Hilfe der x-Ausrichtungsstruktur und/oder der y-Ausrichtungsstruktur, die in die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode integriert sind, kann bei der Herstellung des Halbleiterlaserbauelements eine hohe Platzierungsgenauigkeit erreicht werden.
  • Y-Ausrichtungsstrukturen sind beispielsweise in der deutschen Anmeldung DE 102022106009.8 offenbart, die hier durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Das aktive optische Element ist z. B. ein optischer Wellenleiter. Bei der selbstjustierenden kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode wird die Lichtaustrittsfläche zum Beispiel auf eine Lichteintrittsfläche des Wellenleiters gelegt. Vorzugsweise bedeckt die Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode die Lichteintrittsfläche des Wellenleiters.
  • Das selbstjustierende Verfahren beruht insbesondere auf der Idee, dass die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode versetzt zu einer Endposition auf der photonischen integrierten Schaltung platziert und durch Rückstellkräfte des flüssigen Lots in ihre Endposition bewegt wird, wobei sie durch die Ausrichtungsstrukturen geführt und in vertikaler Richtung durch die z-Ausrichtungsstruktur, in x-Richtung durch die x-Ausrichtungsstruktur und in longitudinaler Richtung durch die y-Ausrichtungsstruktur ausgerichtet wird. Auf diese Weise wird eine einfache Herstellung des Halbleiterlaserbauelements erreicht, wobei insbesondere Elemente der integrierten photonischen Schaltung, wie die Lichteintrittsfläche eines optischen Wellenleiters, genau auf die Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ausgerichtet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterlaserbauelement eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode. Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode emittiert im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung von einer Lichtaustrittsfläche.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Halbleiterlaserbauelement eine integrierte photonische Schaltung mit einem aktiven optischen Element. Das aktive optische Element ist mit iner Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ausgerichtet. Insbesondere bedeckt die Lichtaustrittsfläche eine Lichteintrittsfläche des aktiven optischen Elements.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterlaserbauelements ist auf der Halbleiterschichtenfolge zumindest stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht ist beispielsweise ein verteilter Bragg-Reflektor, der auch auf Facetten und insbesondere auf der Lichtaustrittsfläche der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode angeordnet ist.
  • Die elektrisch isolierende Schicht weist vorzugsweise mindestens eine Ausnehmung in einem Randbereich auf. Die photonische integrierte Schaltung weist mindestens eine in die Ausnehmung eingefügte z-Ausrichtungsstruktur auf. Vorzugsweise ist in jeder Ausnehmung genau eine z-Ausrichtungsstruktur eingefügt.
  • Die z-Ausrichtungsstruktur ist beispielsweise eine Säule, die sich von einer Hauptfläche der integrierten photonischen Schaltung in die Ausnehmung hinein erstreckt.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode und der Halbleiterlaser können in den Bereichen Datenverschlüsselung, Datensicherheit, Zufallszahlenerzeugtung, Visualisierung, künstliche Realität oder virtuelle Realität eingesetzt werden. Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode sowie das Halbleiterlaserbauelement sind beispielsweise Teil eines Displays, einer Telekommunikationseinrichtung oder einer Detektiervorrichtung.
  • Insbesondere ist die oberflächenmontierbare, kantenemittierende Halbleiterlaserdiode dazu eingerichtet, mit Hilfe von Ausrichtungsstrukturen, insbesondere z-Ausrichtungsstrukturen, in einem selbstausrichtenden Prozess auf einer photonischen integrierten Schaltung montiert zu werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode, des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements und des Halbleiterlaserbauelements ergeben sich aus den nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    • 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt schematisch eine Schnittansicht der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 entlang der Linie AA' von 1.
    • 3 zeigt schematisch eine Halbleiterschichtenfolge auf einem Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt schematisch den in 2 mit B gekennzeichneten Ausschnitt.
    • 5 zeigt schematisch den in 2 mit C gekennzeichneten Ausschnitt.
    • 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des in 2 mit B gekennzeichneten Ausschnitts.
    • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 8 zeigt schematisch ein Stadium des Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7.
    • 9 zeigt schematisch eine Schnittansicht von 8 entlang der Linie AA'.
    • Die 10 und 11 zeigen schematisch Schnittanschichten von Stadien des Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel von 7.
    • 12 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Halbleiterlaserbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 13 zeigt schematisch eine Schnittansicht entlang der Linie AA' von 12.
  • Gleiche oder ähnliche Elemente sowie Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren und die Proportionen der in den Figuren gezeigten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichten, zum Zwecke der besseren Darstellung und/oder des besseren Verständnisses in ihrer Größe übertrieben dargestellt sein.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer ersten Halbleiterschicht 3 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 4 eines zweiten Leitfähigkeitstyps ( 2 und 3). Weiterhin umfasst die Halbleiterschichtenfolge 2 einen aktiven Bereich 5, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung 6 im Betrieb eingerichtet ist. Der aktive Bereich 5 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 4 angeordnet (3).
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Halbleiterschicht 3 eine n-dotierte Halbleiterschicht, die n-leitend ist, während die zweite Halbleiterschicht 4 eine p-dotierte Halbleiterschicht ist, die p-leitend ist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem Substrat 7 angeordnet. Das Substrat 7 ist beispielsweise ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 2 und die Halbleiterschichtenfolge 2 wird in einer Aufwachsrichtung 45 epitaktisch auf dem Substrat 7 aufgewachsen. Das Substrat 7 umfasst oder besteht vorliegend aus n-dotiertem Galliumnitrid, das elektrisch leitfähig ist.
  • Ferner umfasst die kantenemittierende Halbleiterschichtenfolge 2 einen Stegwellenleiter 8, der ein Vorsprung in einer Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist (1, 2 und 5). Der Stegwellenleiter 8 leitet die elektromagnetische Laserstrahlung 6 während des Betriebs der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 in einer longitudinalen Richtung 46 innerhalb des Stegwellenleiters 8.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 weist an einer Seitenfläche Facetten 10 auf, wobei die Facetten 10 vorliegend geätzt und nicht durch Ritzen und Brechen hergestellt sind. Eine Lichtaustrittsfläche 11, die im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung 6 emittiert, ist von einer Facette 10 im Bereich des Stegwellenleiters 8 umfasst (siehe 5).
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 umfasst eine erste elektrische Kontaktschicht 12, die auf einer Isolationsschicht 47 angeordnet ist, die auf der Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist. Die Isolationsschicht ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 angeordnet. Die Isolationsschicht 47 ist dazu eingerichtet, ein Kurzschließen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 4 durch die erste elektrische Kontaktschicht 12 zu vermeiden.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 umfasst ferner eine Durchkontaktierung 14 in der Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2. Die Durchkontaktierung 14 ermöglicht die elektrische Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 3 durch die erste elektrische Kontaktschicht 12. Wie in 4 dargestellt, durchdringt die Durchkontaktierung 14 die Halbleiterschichtenfolge 2 bis zum Substrat 7. Die erste elektrische Kontaktschicht 12 steht innerhalb der Durchkontaktierung 14 in direktem Kontakt mit dem Substrat 7. Die Durchkontaktierung 14 verläuft parallel zum Stegwellenleiter 8 in longitudinaler Richtung 46 und unterteilt die Halbleiterschichtenfolge 2 in Draufsicht auf die Hauptfläche 9 in einen ersten Bereich 15 und in einen zweiten Bereich 16 (1).
  • Innerhalb der Durchkontaktierung 14 ist eine Durchführung 48 in der Isolationsschicht 47 angeordnet, so dass die erste elektrische Kontaktschicht 12 die erste Halbleiterschicht 2 elektrisch kontaktiert. Vorliegend ist die erste elektrische Kontaktschicht 12 eine n-Kontaktschicht. Wie zum Beispiel in 5 zu sehen ist, ist eine zweite elektrische Kontaktschicht 13 in direktem Kontakt auf dem Stegwellenleiter 8 angeordnet. Die zweite elektrische Kontaktschicht 13 kontaktiert die zweite Halbleiterschicht 4 elektrisch. Vorliegend ist die zweite elektrische Kontaktschicht 13 eine p-Kontaktschicht.
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 umfasst außerdem eine elektrische Pad-Schicht 17. Die elektrische Pad-Schicht 17 ist zumindest teilweise von drei ersten elektrischen Kontaktpads 18 und drei zweiten elektrischen Kontaktpads 19 mit einer kreisförmigen Geometrie umfasst, wie in 1 zu sehen ist. Die drei ersten elektrischen Kontaktpads 18 sind entlang einer Linie angeordnet, die parallel zur Durchkontaktierung 14 und auch zum Stegwellenleiter 8 verläuft. Die drei zweiten Kontaktpads 19 sind ebenfalls auf einer Linie angeordnet, die parallel zum Stegwellenleiter 8 und zur Durchkontaktierung 14 verläuft.
  • Ferner umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 eine elektrisch isolierende Schicht 20, bei der es sich vorliegend um einen verteilten Bragg-Reflektor 21 handelt. Die elektrisch isolierende Schicht 20, die als verteilter Bragg-Reflektor 21 ausgebildet ist, bedeckt die gesamte Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 und auch die Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge 2. Insbesondere werden Facetten 10 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 durch den verteilten Bragg-Reflektor 21 bedeckt. Insbesondere sind eine Vorderseite 22 des Stegwellenleiters und eine Rückseite 23 des Stegwellenleiters 8 vollständig von dem verteilten Bragg-Reflektor 21 bedeckt, so dass ein Resonator 24 für die im aktiven Bereich 5 der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung 6 gebildet wird. Der Resonator 24 weist eine optische Achse 25 auf, die sich entlang des Stegwellenleiters 8 parallel zur longitudinalen Richtung 46 erstreckt.
  • Insbesondere ist der verteilte Bragg-Reflektor 21 für die elektromagnetische Laserstrahlung 6 hochreflektierend.
  • Insbesondere steht die erste elektrische Kontaktschicht 12 in direktem Kontakt mit dem n-leitenden Substrat 7 in der Durchkontaktierung 14 (4). Da das Substrat 7 elektrisch leitfähig ist, kontaktiert die mit dem Substrat 7 direktem Kontakt stehende erste elektrische Kontaktschicht 12 die erste Halbleiterschicht 3 elektrisch, die in direktem Kontakt mit dem Substrat 7 steht. In direktem Kontakt ist die elektrisch isolierende Schicht 20 auf der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 in der Durchkontaktierung 14 angeordnet.
  • Die erste elektrische Kontaktschicht 12 ist so strukturiert, dass ein Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 in dem ersten Bereich 15 und ein zweiter Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 in dem zweiten Bereich 16 angeordnet ist, wobei zwischen den Teilen der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 ein Spalt angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht 20 füllt den Spalt aus und isoliert die Teile der ersten elektrischen Kontaktschicht 12 elektrisch voneinander (2).
  • Außerdem weist die elektrisch isolierende Schicht 20 Öffnungen 26 auf. Drei Öffnungen 26 der elektrisch isolierenden Schicht 20 sind innerhalb des ersten Bereichs 15 angeordnet, während drei Öffnungen 20 der elektrisch isolierenden Schicht 20 im zweiten Bereich 16 angeordnet sind. Innerhalb der Öffnungen 26 sind die elektrische Pad-Schicht 17 und die erste elektrische Kontaktschicht 12 in direkte Kontakt angeordnet.
  • In den im zweiten Bereich 16 der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordneten Öffnungen 26 ist der Stegwellenleiter 8 teilweise angeordnet (2 und 5). Die elektrisch isolierende Schicht 20 hat in vertikaler Richtung 45 eine Höhe, die den Stegwellenleiter 8 überragt, um diesen zu schützen. Auf dem Stegwellenleiter 8 ist die zweite elektrische Kontaktschicht 13 in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet.
  • Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 ist die Isolationsschicht 47 angeordnet, um ein Kurzschließen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 4 durch die erste elektrische Kontaktschicht 12 zu vermeiden. In der Isolationsschicht 47 ist eine weitere Durchführung 48 angeordnet, um einen elektrischen Kontakt zwischen der zweiten elektrischen Kontaktschicht 13 und der ersten elektrischen Kontaktschicht 13 zu ermöglichen (5).
  • Außerdem bedeckt die erste elektrische Kontaktschicht 12 den Stegwellenleiter 8 innerhalb der Öffnung 26 vollständig. Auch die elektrische Pad-Schicht 17 bedeckt den Stegwellenleiter 8 vollständig. Ferner ist die Anordnung der ersten elektrischen Kontaktschicht 12, der elektrisch isolierenden Schicht 20 und der elektrischen Kontaktschicht 17 in den Bereichen der elektrischen Kontaktpads 17, 18 symmetrisch zu der Durchkontaktierung 14 (2).
  • Oberflächen der elektrischen Pad-Schicht 17 bilden elektrische Montageflächen 27 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1, die dazu eingerichtet sind mechanisch und/oder elektrisch leitfähig mit externen Befestigungspads 28 verbunden zu werden. Die Anordnung der ersten elektrischen Kontaktfläche 12, der elektrisch isolierenden Schicht 20 und der elektrischen Pad-Schicht 17 im ersten Bereich 15 und im zweiten Bereich 16 der Halbleiterschichtenfolge 2, insbesondere symmetrisch, führt zu elektrischen Montageflächen 27, die in einer gemeinsamen Ebene 29 angeordnet sind.
  • Ferner weist die elektrisch isolierende Schicht 20 vorliegend drei Ausnehmungen 30 in einem Randbereich 31 auf, die in der Draufsicht eine runde, zum Beispiel ovale oder kreisförmige, Geometrie aufweisen (1). Die Ausnehmungen 30 in der elektrisch isolierenden Schicht 20 legen die Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 frei (2).
  • Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 ist beispielsweise bis auf die Geometrie innerhalb der Durchkontaktierung 14 wie die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 ausgestaltet. Im Gegensatz zu der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 der 1 bis 5 durchdringt die Durchkontaktierung 14 die Halbleiterschichtenfolge 2 nicht vollständig bis zum Substrat 7, sondern nur durch die zweite Halbleiterschicht 4 bis zur ersten Halbleiterschicht 3. Die erste elektrische Kontaktschicht 12 kontaktiert die erste Halbleiterschicht 3 innerhalb der Durchkontaktierung 14 elektrisch. Das Ausführungsbeispiel der Durchkontaktierung 14 aus 6 zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 3 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Substrat 7 verwendet wird, das nicht elektrisch leitfähig ist, wie z.B. ein Saphirsubstrat, oder wenn die erste Halbleiterschicht 3 eine höhere laterale elektrische Leitfähigkeit als das Substrat aufweist, um eine gute Stromverteilung in der Halbleiterschichtenfolge 2 zu ermöglichen.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 11 wird im ersten Schritt S1 eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 bereitgestellt. Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 ist beispielsweise so ausgestaltet, wie bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschrieben.
  • In einem nächsten Schritt S2 wird eine photonische integrierte Schaltung 32 bereitgestellt. Die photonische integrierte Schaltung 32 umfasst oder besteht zum Beispiel aus Silizium. Die photonische integrierte Schaltung 32 hat eine Grundfläche 33, die größer ist als die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1, und eine Erstreckungsebene parallel zur Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 (8 und 9). In einem Kantenbereich 34, der einen zentralen Bereich 35 der photonischen integrierten Schaltung 32 umgibt, weist die photonische integrierte Schaltung 32 eine rahmenförmige Erhebungen auf. Die photonische integrierte Schaltung 32 umfasst eine z-Ausrichtungsstruktur 37 in Form einer Säule 38, die sich von einer Hauptfläche 49 der photonischen integrierten Schaltung 32 entgegen der vertikalen Richtung 45 erstreckt.
  • Ferner umfasst die integrierte photonische Schaltung 32 ein aktives optisches Element 39, vorliegend einen optischen Wellenleiter mit einer Lichteintrittsfläche 40.
  • Auf der Hauptfläche 49 der photonischen integrierten Schaltung 32 wird eine strukturierte Keimschicht 50 für die Abscheidung eines festen Lots 42 aufgebracht. Auf der Keimschicht 50 wird ein festes Lot 42 abgeschieden, beispielsweise galvanisch, wobei das feste Lot 42 zumindest teilweise externe Montagepads 28 der photonischen integrierten Schaltung 32 bildet.
  • Insbesondere sind das feste Lot 42 und die elektrischen Montageflächen 27 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 vorliegend kreisförmig. Der Durchmesser der elektrischen Montageflächen 27 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 ist größer als der Durchmesser des festen Lots 42 (siehe 10).
  • In einem weiteren Schritt S3 wird die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 mechanisch stabil und elektrisch leitfähig mit der photonischen integrierten Schaltung 32 durch Löten verbunden.
  • Zur Verbindung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 mit der photonischen integrierten Schaltung 32 durch eine Lötstelle 41 ist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 versetzt zur photonischen integrierten Schaltung 32 auf dem festen Lot 42 angeordnet, das die externen Montagepads 28 bildet (8). Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 weist eine y-Ausrichtungsstruktur 43 und eine x-Ausrichtungsstruktur 44 zur lateralen Ausrichtung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 in einer Ebene parallel zur Hauptfläche 9 der Halbleiterschichtenfolge 2 auf.
  • Dann wird das feste Lot 42 zu einem flüssigen Lot 42' verflüssigt. Das flüssige Lot 42' benetzt die elektrischen Montageflächen 27 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 und ein Volumen des flüssigen Lots 42' verteilt sich durch Ausbreitung, um die gesamten elektrischen Montageflächen 27 zu bedecken. Die Umverteilung des Volumens des flüssigen Lots 42' führt zu einem Einbruch der Höhe des flüssigen Lots 42', wodurch die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 abgesenkt wird (11). Die Lichtaustrittsfläche 11 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 wird durch das Absenken auf der Lichteintrittsfläche 40 der optischen integrierten Schaltung 32 ausgerichtet. Nach dem Benetzen der elektrischen Montageflächen 27 hat das flüssige Lot 42 den gleichen Durchmesser wie die elektrischen Montageflächen 27. Während des Benetzens bewegt das flüssige Lot 42' die durch die y-Ausrichtungsstruktur 43 und die x-Ausrichtungsstruktur 44 geführte kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 durch einen selbstjustierenden Prozess in die richtige Position. Die Lichtaustrittsfläche 11 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 ist mit der Lichteintrittsfläche 40 der optischen integrierten Schaltung 32 ausgerichtet. Insbesondere stimmen die Lichtaustrittsfläche 11 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 und der Lichteintrittsfläche 40 des Wellenleiters, der das aktive optische Element 39 der integrierten photonischen Schaltung 32 darstellt, mit hoher Genauigkeit überein.
  • Nachdem das flüssigen Lots 42 auf die externen Montagepads 28 aufgebracht ist, benetzt dieses die Oberfläche der externen Montagepads 28, so dass sich die Dicke des flüssigen Lots 42 verringert. Dies führt zu einer Absenkung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 auf der photonischen integrierten Schaltung 32 und insbesondere zu einer selbstjustierenden Anordnung der z-Ausrichtungsstruktur 37 innerhalb der Ausnehmung 30 der elektrisch isolierenden Schicht 20 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1.
  • Nach der Selbstjustierung der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 und der integrierten optischen Schaltung 32 erstarrt das flüssige Lot 31 zu einer festen Lötstelle 41, die die elektrischen Montageflächen 27 und die externen Montagepads 28 mechanisch stabil und elektrisch leitfähig miteinander verbindet.
  • Das Halbleiterlaserbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 12 und 13 kann mit dem bereits im Zusammenhang mit den 7 bis 11 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
  • Ein Halbleiterlaserbauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 12 und 13 umfasst eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1, wie sie bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschrieben wurde.
  • Ferner umfasst das Halbleiterlaserbauelement eine photonische integrierte Schaltung 32, die mit Hilfe einer festen Lötstelle 41 mit den elektrischen Montageflächen 27 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 verbunden ist. Ferner umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 1 eine elektrisch isolierende Schicht 20 mit drei z-Ausrichtungsstrukturen 37, die in einem Randbereich 31 angeordnet sind. Die z-Ausrichtungsstrukturen 37 sind in die im Randbereich 31 angeordneten Ausnehmungen 30 der elektrisch isolierenden Schicht 29 eingesetzt.
  • Ferner bedeckt eine Lichtaustrittsfläche 11 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 eine Lichteintrittsfläche 40 eines optischen Wellenleiters, der Teil der integrierten photonischen Schaltung 32 ist. Die aus der Lichtaustrittsfläche 11 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 1 emittierte elektromagnetische Laserstrahlung 6 koppelt über die Lichteintrittsfläche 40 in den Wellenleiter ein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Merkmalskombination, insbesondere jede Merkmalskombination der Ansprüche, auch wenn das Merkmal oder die Merkmalskombination selbst nicht ausdrücklich in den Ansprüchen oder Ausführungsformen angegeben ist.
  • Bezugszeichen
    • 1
    kantenemittierende Halbleiterlaserdiode
    2
    Halbleiterschichtenfolge
    3
    erste Halbleiterschicht
    4
    zweite Halbleiterschicht
    5
    aktiver Bereich
    6
    elektromagnetische Laserstrahlung
    7
    Substrat
    8
    Stegwellenleiter
    9
    Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge
    10
    Facette
    11
    Lichtaustrittsfläche
    12
    erste elektrische Kontaktschicht
    13
    zweite elektrische Kontaktschicht
    14
    Durchkontaktierung
    15
    erster Bereich
    16
    zweite Bereich
    17
    elektrische Pad-Schicht
    18
    erstes elektrisches Kontaktpad
    19
    zweites elektrisches Kontaktpad
    20
    elektrisch isolierende Schicht
    21
    verteilter Bragg-Reflektor
    22
    Vorderseite des Stegellenleiters
    23
    Rückseite des Stegwellenleiters
    24
    Resonator
    25
    optische Achse
    26
    Öffnung
    27
    Montagefläche
    28
    externes Montagepad
    29
    gemeinsame Ebene
    30
    Ausnehmung
    31
    Randbereich
    32
    photonische integrierte Schaltung
    33
    Grundfläche
    34
    Kantenbereich
    35
    zentraler Bereich
    36
    Erhebung
    37
    z-Ausrichtungsstruktur
    38
    Säule
    39
    aktives optisches Element
    40
    Lichteintrittsfläche
    41
    Lötstelle
    42
    festes Lot
    42'
    flüssiges Lot
    43
    y-Ausrichtungsstruktur
    44
    x- Ausrichtungsstruktur
    45
    Wachstumsrichtung
    46
    longitudinale Richtung
    47
    Isolationsschicht
    48
    Durchführung
    49
    Hauptfläche der photonischen integrierten Schaltung
    50
    Keimschicht
    S1, S2, S3
    Verfahrensschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102022106009 [0037]

Claims (18)

  1. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) umfassend: - eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer ersten Halbleiterschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Halbleiterschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einem aktiven Bereich (5), der zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung (6) im Betrieb eingerichtet ist, wobei der aktive Bereich (5) zwischen der ersten Halbleiterschicht (3) und der zweiten Halbleiterschicht (4) angeordnet ist, - einen Stegwellenleiter (8) in einer Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2), - eine erste elektrische Kontaktschicht (12), die auf der Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet ist, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (12) die erste Halbleiterschicht (3) elektrisch kontaktiert, - eine zweite elektrische Kontaktschicht (13), die auf dem Stegwellenleiter (8) angeordnet ist, wobei die zweite elektrische Kontaktschicht (13) die zweite Halbleiterschicht (4) elektrisch kontaktiert, wobei die erste elektrische Kontaktschicht (12) auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht (13) angeordnet ist, so dass elektrische Montageflächen (27) der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode (1) in einer gemeinsamen Ebene (29) angeordnet sind.
  2. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine elektrisch isolierende Schicht (20) einen Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht (12), der die erste Halbleiterschicht (3) elektrisch kontaktiert, und einen Teil der ersten elektrischen Kontaktschicht (12), der auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht (13) angeordnet ist, elektrisch isoliert.
  3. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektrisch isolierende Schicht (20) ein verteilter Bragg-Reflektor (21) ist.
  4. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei - die elektrisch isolierende Schicht (20) mindestens zwei Öffnungen (26) aufweist, und - die erste elektrische Kontaktschicht (12) und eine elektrische Pad-Schicht (17) in direktem Kontakt innerhalb der Öffnungen (26) angeordnet sind.
  5. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei - der Stegellenleiter (8) teilweise in mindestens einer Öffnung 26) der elektrisch isolierenden Schicht (20) angeordnet ist, und - die elektrisch isolierende Schicht (20) den Stegellenleiter (8) in vertikaler Richtung (45) überragt.
  6. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Stegwellenleiter (8) durch die erste elektrische Kontaktschicht (12), die zweite elektrische Kontaktschicht (13) und die elektrische Pad-Schicht (17) in mindestens einer Öffnung (26) der elektrisch isolierenden Schicht (20) bedeckt ist.
  7. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Durchkontaktierung (14) aufweist, die die Halbleiterschichtenfolge (2) von der Hauptfläche (9) aus durchdringt, und - die erste elektrische Kontaktschicht (12) in direktem physikalischen Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3) und/oder einem Substrat (7) in der Durchkontaktierung (14) steht.
  8. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - die Durchkontaktierung (14) parallel zum Stegwellenleiter (8) verläuft, und - die Durchkontaktierung (14) die Halbleiterschichtenfolge (2) in einen ersten Bereich (15) und einen zweiten Bereich (16) in Draufsicht auf die Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2) unterteilt.
  9. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - die elektrische Pad-Schicht (17) zumindest teilweise von mindestens einem ersten elektrischen Kontaktpad (18) und mindestens einem zweiten elektrischen Kontaktpad (19) umfasst ist, - wobei das erste elektrische Kontaktpad (18) im ersten Bereich (15) und das zweite elektrische Kontaktpad (19) im zweiten Bereich (16) angeordnet ist.
  10. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - das erste elektrische Kontaktpad (18) dazu eingerichtet ist, die erste Halbleiterschicht (3) von außen elektrisch zu kontaktieren, und - das zweite elektrische Kontaktpad (19) dazu eingerichtet ist, die zweite Halbleiterschicht (4) von außen elektrisch zu kontaktieren.
  11. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei das erste elektrische Kontaktpad (18) und/oder das zweite elektrische Kontaktpad (19) in der Draufsicht auf die Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2) eine kreisförmige Geometrie aufweisen.
  12. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei drei erste elektrische Kontaktpads (18) im ersten Bereich (15) der Halbleiterschichtenfolge (2) und drei zweite elektrische Kontaktpads (19) im zweiten Bereich (16) der Halbleiterschichtenfolge (2) angeordnet sind.
  13. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - auf der Halbleiterschichtenfolge (2) zumindest stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht (20) angeordnet ist, - die elektrisch isolierende Schicht (20) mindestens eine Ausnehmung (30) in einem Randbereich (31) aufweist, und - die Hauptfläche (9) der Halbleiterschichtenfolge (2) in der Ausnehmung (30) frei zugänglich ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlaserbauelements umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellung einer kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - Bereitstellung einer photonischen integrierten Schaltung (32) mit mindestens zwei externen Montagepads (28), - Verbinden der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) mit der photonischen integrierten Schaltung (32), wobei - Verbinden der elektrischen Montageflächen (27) der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode (1) mechanisch stabil und elektrisch leitfähig mit den externen Montagepads (28) .
  15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - auf oder über der Halbleiterschichtenfolge (2) zumindest stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht (20) angeordnet ist, - die elektrisch isolierende Schicht (20) mindestens eine Ausnehmung (30) in einem Randbereich (31) aufweist, und - die photonische integrierte Schaltung (32) mindestens eine z-Ausrichtungsstruktur (37) aufweist, die beim Verbinden der elektrischen Montageflächen (27) der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) mit den externen Montagepads (28) in die Ausnehmung (30) eingesetzt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Verbinden der elektrischen Montageflächen (27) der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) mit den externen Montagepads (28) umfasst: - Anordnung eines festen Lots (42), das zumindest teilweise die externen Montagepads (28) auf der integrierten Photonenschaltung (32) bildet, und - Anordnung der elektrischen Montageflächen (27) der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) auf dem festen Lot (42) mit einem Versatz, - Verflüssigung des festen Lots (42) zu einem flüssigen Lot (42'), wobei - das flüssige Lot (42') die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) so bewegt, dass sich eine Lichtaustrittsfläche (11) der kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) selbst mit einem aktiven optischen Element (39) der photonischen integrierten Schaltung (32) ausrichtet.
  17. Halbleiterlaserbauelement mit: - eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (1) im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung (6) aus einer Lichtaustrittsfläche (11) emittiert, - eine photonische integrierte Schaltung (32) mit einem aktiven optischen Element (39), wobei das aktive optische Element (39) mit der Lichtaustrittsfläche (11) ausgerichtet ist, wobei - auf der Halbleiterschichtenfolge (2) zumindest stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht (20) angeordnet ist, - die elektrisch isolierende Schicht (20) mindestens eine Ausnehmung (30) in einem Randbereich (31) aufweist, - die photonische integrierte Schaltung (32) mindestens eine in die Ausnehmung (30) eingefügte z-Ausrichtungsstruktur (37) aufweist.
  18. Halbleiterlaserbauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die z-Ausrichtungsstruktur (37) eine Säule (38) ist, die sich von einer Hauptfläche der photonischen integrierten Schaltung (32) in der Ausnehmung (30) erstreckt.
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