DE102023128322A1

DE102023128322A1 - Oberflächenemittierende Laservorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102023128322A1
Application number: DE102023128322.7A
Authority: DE
Inventors: Li-Hung Lai; Li-Wen Lai
Original assignee: Hlj Tech Co Ltd; HLJ TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hlj Tech Co Ltd; HLJ TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2023-10-16
Publication date: 2024-04-25
Also published as: JP2024060607A; TWI826050B

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) umfasst eine erste Reflektorschicht (11), eine aktive lichtemittierende Schicht (12), eine zweite Reflektorschicht (13) und eine Strombegrenzungsschicht (14). Die aktive lichtemittierende Schicht (12) ist zwischen der ersten Reflektorschicht (11) und der zweiten Reflektorschicht (13) angeordnet, um einen Laserstrahl (L) zu erzeugen. Die Strombegrenzungsschicht (14) befindet sich oberhalb oder unterhalb der aktiven lichtemittierenden Schicht (12). Die Strombegrenzungsschicht (14) ist eine Halbleiterschicht und weist eine größere Energiebandlücke als die aktive lichtemittierenden Schicht (12) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine oberflächenemittierende Laservorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere eine oberflächenemittierende Laservorrichtung mit vertikaler Kavität und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei bestehenden oberflächenemittierenden Lasern mit vertikaler Kavität wird in der Regel durch einen lonenimplantations- oder Nassoxidationsprozess im oberen Bragg-Reflektor eine Oxidschicht oder ein ionenimplantierter Bereich mit einem hohen Widerstandswert erzeugt, um den Bereich für den Stromdurchgang zu begrenzen. Die Verwendung von lonenimplantations- oder thermischen Oxidationsverfahren zur Erzeugung einer Oxidschicht oder eines ionenimplantierten Bereiches für die Strombegrenzung ist jedoch mit hohen Kosten und nicht leicht zu kontrollierenden Lochgrößen verbunden.
Darüber hinaus machen die große Gitterfehlanpassung und der große Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Oxidschicht und dem Halbleitermaterial, aus dem der obere Bragg-Reflektor besteht, den oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität anfällig für Brüche aufgrund innerer Spannungen nach dem Tempern, was zu einer Verringerung der Prozessausbeute führen kann. Innere Spannungen in einem Element können zudem die Lebensdauer des Elements verkürzen, die Lichtleistung beeinträchtigen und die Zuverlässigkeit reduzieren.
Ausgehend von den Nachteilen des bezogenen Standes der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine oberflächenemittierende Laservorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, um die inneren Spannungen einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung zu verringern und die Zuverlässigkeit (reliability) einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine oberflächenemittierende Laservorrichtung gelöst, die eine erste Reflektorschicht, eine aktive lichtemittierende Schicht, eine zweite Reflektorschicht und eine Strombegrenzungsschicht umfasst. Die aktive lichtemittierende Schicht ist zwischen der ersten Reflektorschicht und der zweiten Reflektorschicht angeordnet, um einen Laserstrahl zu erzeugen. Die Strombegrenzungsschicht befindet sich oberhalb oder unterhalb der aktiven lichtemittierenden Schicht. Die Strombegrenzungsschicht ist eine Halbleiterschicht und weist eine größere Energiebandlücke als die aktive lichtemittierenden Schicht auf.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine oberflächenemittierende Laservorrichtung gelöst, die eine erste Reflektorschicht, eine aktive lichtemittierende Schicht, eine zweite Reflektorschicht und eine Strombegrenzungsschicht umfasst. Die aktive lichtemittierende Schicht ist zwischen der ersten Reflektorschicht und der zweiten Reflektorschicht angeordnet, um einen Laserstrahl zu erzeugen. Die Strombegrenzungsschicht ist innerhalb der ersten Reflektorschicht oder innerhalb der zweiten Reflektorschicht angeordnet und umfasst mindestens eine dotierte Halbleiterschicht. Wenn die Strombegrenzungsschicht innerhalb der ersten Reflektorschicht angeordnet ist, hat die dotierte Halbleiterschicht einen Leitungstyp, der dem der ersten Reflektorschicht entgegengesetzt ist. Wenn die Strombegrenzungsschicht innerhalb der zweiten Reflektorschicht angeordnet ist, hat die dotierte Halbleiterschicht einen Leitungstyp, der dem der zweiten Reflektorschicht entgegengesetzt ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gelöst, das das Erzeugen einer ersten Reflektorschicht, das Erzeugen einer aktiven lichtemittierenden Schicht auf der ersten Reflektorschicht, das Erzeugen einer Strombegrenzungsschicht, die ein Begrenzungsloch definiert, wobei das Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht besteht, ein intrinsischer Halbleiter oder ein dotierter Halbleiter ist, und das Erzeugen einer zweiten Reflektorschicht umfasst.
Einer der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei der oberflächenemittierenden Laservorrichtung und ihrem Herstellungsverfahren durch die technische Lösung, dass die Strombegrenzungsschicht eine Halbleiterschicht ist und eine größere Energiebandlücke als die aktive lichtemittierenden Schicht aufweist, eine Reduzierung der inneren Spannungen der oberflächenemittierenden Laservorrichtung und somit eine bessere Zuverlässigkeit (reliability) der oberflächenemittierenden Laservorrichtung erreicht werden können.
Zum besseren Verständnis der Merkmale und der technischen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen der vorliegenden Erfindung verwiesen, die jedoch nur zur Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung nicht einschränken sollen.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine oberflächenemittierende Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S10.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S20.
9 und 10 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S30.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S40.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S50.
13 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S40 und
14 zeigt eine schematische Darstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Schritt S50.

[Erstes Ausführungsbeispiel]
Wie in 1 und 2 zu erkennen ist, stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 bereit. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 um eine oberflächenemittierende Laservorrichtung mit vertikaler Kavität. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 umfasst eine erste Reflektorschicht 11, eine aktive lichtemittierende Schicht 12, eine zweite Reflektorschicht 13 und eine Strombegrenzungsschicht 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 insbesondere ferner ein Substrat 10. Die erste Reflektorschicht 11, die aktive lichtemittierende Schicht 12, die zweite Reflektorschicht 13 und die Strombegrenzungsschicht 14 sind auf dem Substrat 10 angeordnet, wobei sich die aktive lichtemittierende Schicht 12 zwischen der ersten Reflektorschicht 11 und der zweiten Reflektorschicht 13 befindet.
Das Substrat 10 kann ein isolierendes Substrat oder ein Halbleitersubstrat sein. Als isolierendes Substrat kommt z.B. Saphir zum Einsatz, während als Halbleitersubstrat beispielsweise Silizium, Germanium, Siliziumkarbid, Halbleiter der III-V-Gruppe verwendet werden. III-V-Halbleiter sind z.B. Galliumarsenid (GaAs), Arsenphosphid (InP), Aluminiumnitrid (AIN), Indiumnitrid (InN) oder Galliumnitrid (GaN). Darüber hinaus weist das Substrat 10 eine Epitaxiefläche 10a und eine der Epitaxiefläche 10a gegenüberliegende Unterseite 10b auf.
Die erste Reflektorschicht 11, die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 sind sequenziell auf der Epitaxiefläche 10a des Substrats 10 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die erste Reflektorschicht 11, die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 die gleiche Querschnittsbreite wie die aktive lichtemittierende Schicht 12.
Bei der ersten Reflektorschicht 11 und der zweiten Reflektorschicht 13 kann es sich um einen verteilten Bragg-Reflektor (Distributed Bragg Reflector, DBR) handeln, der durch abwechselndes Stapeln von zwei Filmen mit unterschiedlichen Brechungskoeffizienten erzeugt wird, um einen Lichtstrahl mit einer vorgegebenen Wellenlänge in Resonanz zu reflektieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Materialien, aus denen die erste Reflektorschicht 11 und die zweite Reflektorschicht 13 bestehen, dotierte III-V-Verbindungshalbleiter sein, wobei die erste Reflektorschicht 11 und die zweite Reflektorschicht 13 unterschiedliche Leitungstypen haben.
Die aktive lichtemittierende Schicht 12 ist auf der ersten Reflektorschicht 11 ausgebildet, um einen Laserstrahl L zu erzeugen. Im Einzelnen befindet sich die aktive lichtemittierende Schicht 12 zwischen der ersten Reflektorschicht 11 und der zweiten Reflektorschicht 13, um einen durch elektrische Energie angeregten Anfangslichtstrahl zu erzeugen. Der von der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 erzeugte Anfangslichtstrahl wird durch Hin- und Herreflektieren in Resonanz zwischen der ersten Reflektorschicht 11 und der zweiten Reflektorschicht 13 verstärkt und tritt schließlich durch die zweite Reflektorschicht 13 aus, um einen Laserstrahl L zu erzeugen.
Die aktive lichtemittierende Schicht 12 umfasst mehrere Filmschichten zur Bildung mehrerer Quantentöpfe, wie etwa mehrere abwechselnd gestapelte und undotierte Fallen- und Barriereschichten (nicht dargestellt). Die Materialien der Fallen- und Barriereschichten werden durch die Wellenlänge des zu erzeugenden Laserstrahls L bestimmt. Soll z.B. ein roter Laserstrahl L erzeugt werden, kann als Material der Fallenschicht Indiumgalliumphosphid (InGaP) verwendet werden. Handelt es sich bei dem zu erzeugenden Laserstrahl L um Nahinfrarotlicht, so kann das Material der Fallenschicht Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) oder Indiumgalliumaluminiumarsenid (InGaAlAs) sein. Wenn ein blauer oder grüner Laserstrahl L erzeugt werden soll, kann die Fallenschicht aus Indiumgalliumnitrid (In_xGa_(1-x)N) bestehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die genannten Beispiele beschränkt.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 ferner eine Strombegrenzungsschicht 14, die sich oberhalb oder unterhalb der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 befinden kann. Die Strombegrenzungsschicht 14 weist ein Begrenzungsloch 14H auf, um einen Stromkanal zu definieren. Es ist zu beachten, dass die Lage der Strombegrenzungsschicht 14 im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt ist, sofern die Strombegrenzungsschicht 14 dazu verwendet werden kann, einen Bereich für den Stromdurchgang zu definieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die Strombegrenzungsschicht 14 innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13 und ist mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. Wie in 2 im Detail gezeigt ist, füllt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Teil der zweiten Reflektorschicht 13 das Begrenzungsloch 14H aus und ist mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. Da die zweite Reflektorschicht 13 ein dotiertes Halbleitermaterial mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist, kann der Teil der zweiten Reflektorschicht 13, der in das Begrenzungsloch 14H gefüllt ist, einen elektrischen Strom durchlassen.
In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Strombegrenzungsschicht 14 um eine intrinsische Halbleiterschicht, die einen hohen Widerstand hat, um den Stromdurchgang zu blockieren. Außerdem kann als Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, ein Halbleitermaterial ausgewählt werden, das den Laserstrahl nicht absorbiert. Mit anderen Worten kann das Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, den Laserstrahl L durchlassen.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn angenommen wird, dass der Laserstrahl L eine Wellenlänge λ (in Nanometern) und das Halbleitermaterial, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, eine Energiebandlücke Eg hat, die Energiebandlücke Eg und die Wellenlänge λ des Laserstrahls L die folgende Beziehung erfüllen können: Eg>(1240/λ). Bei dem durch die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erzeugten Laserstrahl L handelt es sich um Nahinfrarotlicht, blaues Licht oder grünes Licht. Wenn der Laserstrahl L beispielsweise Nahinfrarotlicht ist und die Wellenlänge λ 1550 nm beträgt, sollte die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 größer als 0,8 eV sein. Wenn die Wellenlänge λ des Laserstrahls L 950 nm beträgt, sollte die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 größer als 1,3 eV sein. Des Weiteren sollte die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 größer als 2,3 eV sein, wenn es sich bei dem Laserstrahl L um blaues oder grünes Licht handelt und die Wellenlänge λ zwischen 440 nm und 540 nm liegt.
Auf diese Weise kann die Strombegrenzungsschicht 14 daran gehindert werden, den Laserstrahl L zu absorbieren, was die Lichtausbeute der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 verringern würde. In einem Ausführungsbeispiel ist die Energiebandlücke (energy bandgap) des Halbleitermaterials, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, größer als die Energiebandlücke des Halbleitermaterials, aus dem die Fallenschicht besteht.
Zusätzlich hierzu können im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gitterkonstante des Materials der Strombegrenzungsschicht 14 und die Gitterkonstante des Materials der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 aufeinander abgestimmt werden, um Grenzflächendefekte zu reduzieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Gitterfehlanpassung (lattice mismatch) zwischen dem Material der Strombegrenzungsschicht 14 und dem Material der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 weniger als oder gleich 0,1%. Da sich die Strombegrenzungsschicht 14 des vorliegenden Ausführungsbeispiels innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13 befindet, ist die Gitterfehlanpassung (lattice mismatch) zwischen dem Material der Strombegrenzungsschicht 14 und dem Material der zweiten Reflektorschicht 13 kleiner oder gleich 0,1%.
Das heißt, bei der Auswahl des Materials, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, müssen die Energiebandlücke und die Gitterkonstante mit berücksichtigt werden. Dementsprechend ist die Energiebandlücke (Eg) der Strombegrenzungsschicht 14 größer als die Energiebandlücke der aktiven lichtemittierenden Schicht.
In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, um einen III-V-Verbindungshalbleiter, der mindestens eines von Aluminiumatomen, Indiumatomen und Galliumatomen enthält und als Al_xln_yGa_zN oder Al_xIn_yGa_zP, Al_xIn_yGa_zAs bezeichnet werden kann, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1 und x+y+z=1. Es kann sich beispielsweise um Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AIN), Indiumaluminiumphosphid (AlInP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) oder Aluminiumarsenid (AlAs), Aluminiumindiumgalliumarsenid (AllnGaAs) handeln.
Es ist zu beachten, dass der Aluminiumanteil (x), der Indiumanteil (y) und der Galliumanteil (z) die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 beeinflussen. Je größer der Aluminiumanteil (x) oder der Galliumanteil (z) ist, desto größer ist die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14. Hingegen ist die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 umso kleiner, je größer der Indiumanteil (y) ist. Dementsprechend kann die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 durch Kontrollieren des Aluminiumanteils (x), des Indiumanteils (y) und des Galliumanteils (z) an praktische Bedürfnisse angepasst werden.
Wenn das Halbleitermaterial, aus dem die Fallenschicht besteht, beispielsweise Indiumgalliumnitrid ist, kann das Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, Aluminiumgalliumnitrid, Indiumgalliumnitrid (InGaN) oder Galliumnitrid (GaN) sein. Ist das Material, aus dem die Fallenschicht besteht, Galliumarsenid oder Indiumgalliumarsenid (InGaAs), so kann das Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht 14 besteht, Aluminiumgalliumarsenid (Al_xGa_zAs), Aluminiumarsenid (AlAs) oder Indiumgalliumphosphid (InGaP) sein. Wenn es sich bei dem Material der Strombegrenzungsschicht 14 insbesondere um Aluminiumgalliumarsenid (Al_xGa_zAs) handelt, kann der Aluminiumanteil (x) so gesteuert werden, dass die Energiebandlücke der Strombegrenzungsschicht 14 den oben erwähnten Anforderungen entspricht und ihre Gitterkonstante an die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 angepasst werden kann.
Verglichen mit bestehenden Oxidschichten liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 einerseits und der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und der zweiten Reflektorschicht 13 andererseits eine geringere Gitterfehlanpassung vor, was zur Reduzierung der inneren Spannungen der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 beitragen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Strombegrenzungsschicht 14 eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 10 nm und 1000 nm. Die Strombegrenzungsschicht 14, die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 bestehen alle aus Halbleitermaterialien und weisen daher einen geringen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander auf. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten nach der Temperbehandlung Risse bekommt, wodurch die Prozessausbeute erhöht wird.
Es ist anzumerken, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel sich die Strombegrenzungsschicht 14 innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13 befindet und die zweite Reflektorschicht 13 ein stark dotiertes Halbleitermaterial ist. Dementsprechend beträgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Gesamtdicke der Strombegrenzungsschicht 14 mindestens 30 nm, wodurch vermieden werden kann, dass während einer Wärmebehandlung der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 Verunreinigungen (impurities) aus der zweiten Reflektorschicht 13 in die Strombegrenzungsschicht 14 diffundieren und deren Polarität beeinträchtigen, was dazu führen kann, dass der Strom geradewegs hindurchgeleitet wird und die Strombegrenzungsschicht ihre strombegrenzende Fähigkeit verliert.
Aus 1 geht hervor, dass die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ferner eine erste Elektrodenschicht 15 und eine zweite Elektrodenschicht 16 umfasst. Dabei ist die erste Elektrodenschicht 15 mit der ersten Reflektorschicht 11 und die zweite Elektrodenschicht 16 mit der zweiten Reflektorschicht 13 elektrisch verbunden. In dem Ausführungsbeispiel von 1 befinden sich die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 auf verschiedenen Seiten des Substrats 10. In anderen Ausführungsbeispielen können die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 jedoch auf der gleichen Seite des Substrats 10 angeordnet sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, dass die erste Elektrodenschicht 15 an der Unterseite 10b des Substrats 10 angeordnet ist. Die zweite Elektrodenschicht 16 befindet sich auf der zweiten Reflektorschicht 13 und ist mit dieser elektrisch verbunden. Zwischen der ersten Elektrodenschicht 15 und der zweiten Elektrodenschicht 16 ist ein Strompfad definiert, der durch die aktive lichtemittierende Schicht 12 verläuft. Bei der ersten Elektrodenschicht 15 und der zweiten Elektrodenschicht 16 kann es sich um eine einzelne Metallschicht, eine Legierungsschicht oder einen Schichtstapel aus verschiedenen Metallmaterialien handeln.
In dem Ausführungsbeispiel von 1 weist die zweite Elektrodenschicht 16 eine zur Definierung eines lichtemittierenden Bereiches A1 dienende Öffnung 16H auf, die mit dem oben beschriebenen Begrenzungsloch 14H der Strombegrenzungsschicht 14 fluchtend angeordnet ist, damit der von der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 erzeugte Laserstrahl L durch die Öffnung 16H austreten kann. In einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Elektrodenschicht 16 einen ringförmigen Abschnitt auf, aber die vorliegende Erfindung schränkt das Muster der zweiten Elektrodenschicht 16 in der Draufsicht nicht ein. Das Material der zweiten Elektrodenschicht 16 kann Gold, Wolfram, Germanium, Palladium, Titan oder eine beliebige Kombination davon sein.
Weiters umfasst die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Stromausbreitungsschicht 17 und eine Schutzschicht 18. Die Stromausbreitungsschicht 17 befindet sich auf der zweiten Reflektorschicht 13 und ist elektrisch mit der zweiten Elektrodenschicht 16 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist das Material, aus dem die Stromausbreitungsschicht 17 besteht, ein elektrisch leitendes Material, so dass der von der zweiten Reflektorschicht 13 in die aktive lichtemittierende Schicht 12 injizierte Strom gleichmäßig verteilt wird. Überdies handelt es sich bei dem Material, aus dem die Stromausbreitungsschicht 17 besteht, um ein für den Laserstrahl L durchlässiges Material, um zu vermeiden, dass die Lichtausbeute der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 zu sehr beeinträchtigt wird. Wenn die Wellenlänge des Laserstrahls L beispielsweise zwischen 950 nm und 1550 nm liegt, kann das Material, aus dem die Stromausbreitungsschicht 17 besteht, ein dotiertes Halbleitermaterial sein, wie z.B. stark dotiertes Indiumphosphid, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Die Schutzschicht 18 bedeckt die Stromausbreitungsschicht 17 und deckt den lichtemittierenden Bereich A1 ab, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in das Innere der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 eindringt und dadurch die Lichtleistung oder die Lebensdauer der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 beeinträchtigt. In einem Ausführungsbeispiel kann für die Schutzschicht 18 ein feuchtigkeitsbeständiges Material ausgewählt werden, z.B. Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder eine Kombination davon, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner Einschränkung unterliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich die zweite Elektrodenschicht 16 auf der Schutzschicht 18 und ist durch die Schutzschicht 18 und die Stromausbreitungsschicht 17 hindurch mit der zweiten Reflektorschicht 13 verbunden, worauf die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Stromausbreitungsschicht 17 auch weggelassen werden.
Es ist bemerkenswert, dass sich zumindest ein Teil der Strombegrenzungsschicht 14 auf dem Strompfad befindet, der durch die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 definiert ist. Dementsprechend wird, wenn eine Vorspannung über die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 an die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 angelegt wird, aufgrund des hohen Widerstands der Strombegrenzungsschicht 14 der Strom dazu veranlasst, die Strombegrenzungsschicht 14 zu umgehen und nur durch das Begrenzungsloch 14H zu fließen. Auf diese Weise kann die Stromdichte des in die aktive lichtemittierende Schicht 12 injizierten Stroms erhöht und somit die Lichtausbeute der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 verbessert werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Es wird auf die 2 verwiesen, die eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit den gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 des ersten Ausführungsbeispiels versehen, wobei die gleichen Ausführungen nicht wiederholt werden. Bei der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels befindet sich die Strombegrenzungsschicht 14 innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13, ist aber nicht mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. Es ist anzumerken, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strombegrenzungsstruktur 14 näher an der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und weiter entfernt von der zweiten Elektrodenschicht 16 positioniert sein kann. Dadurch kann der durch das Begrenzungsloch 14H in die aktive lichtemittierende Schicht 12 injizierte Strom konzentrierter sein, was zu einer höheren Lichtausbeute der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z2 führt.
Auf diese Weise kann der Strom beim Anlegen einer Vorspannung an die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 lediglich durch das Begrenzungsloch 14H der Strombegrenzungsschicht 14 fließen. Dementsprechend schränkt die vorliegende Erfindung die Position der Strombegrenzungsstruktur 14 innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13 nicht ein, sofern die Strombegrenzungsstruktur 14 den Strom begrenzen kann, die Energiebandlücke des intrinsischen Halbleiters der Strombegrenzungsstruktur 14 die oben genannten Anforderungen erfüllt und ihre Gitterkonstante an die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 angepasst werden kann.
Es ist erwähnenswert, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strombegrenzungsstruktur 14 eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht sein kann. Handelt es sich bei der Strombegrenzungsstruktur 14 um eine dotierte Halbleiterschicht, so hat die Strombegrenzungsstruktur 14 einen Leitungstyp, der dem der zweiten Reflektorschicht 13 entgegengesetzt ist. Wenn die zweite Reflektorschicht 13 z.B. p-leitend ist, kann die Strombegrenzungsstruktur 14 n-leitend sein. Wenn die zweite Reflektorschicht 13 n-leitend ist, ist die Strombegrenzungsstruktur 14 p-leitend.
Die Strombegrenzungsschicht 14 kann die zweite Reflektorschicht 13 in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilen, wobei sich der untere Abschnitt zwischen der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und der Strombegrenzungsschicht 14 und der obere Abschnitt zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der zweiten Elektrodenschicht 16 befindet. Dabei bildet sich zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und dem unteren Abschnitt der zweiten Reflektorschicht 13 ein p-n-Übergang und zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und dem oberen Abschnitt der zweiten Reflektorschicht 13 ein weiterer p-n-Übergang aus.
In diesem Fall können die Strombegrenzungsschicht 14 und der untere Abschnitt der zweiten Reflektorschicht 13 zusammen eine Zener-Diode (Zener diode) bilden, die nicht nur den Bereich für den Stromdurchgang definiert, sondern auch die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z2 vor elektrostatischer Ladung schützt. Wenn also eine Vorspannung über die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 an die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z2 angelegt wird, wird die Zener-Diode ebenfalls mit einer Sperrvorspannung beaufschlagt, aber nicht durchschlagen. Dementsprechend geht die Zener-Diode nicht in einen Durchlasszustand über, was den Strom dazu veranlasst, die Strombegrenzungsschicht 14 zu umgehen und nur durch das Begrenzungsloch 14H zu fließen, womit die Stromdichte des in die aktive lichtemittierende Schicht 12 injizierten Stroms erhöht werden kann.
Bei einer elektrostatischen Entladung wird die Zener-Diode jedoch in einen Durchlasszustand gebracht, unabhängig davon, ob der elektrostatische Strom positiv oder negativ ist. Da die Zener-Diode beim Übergehen in den Durchlasszustand einen viel geringeren Widerstand als die sich im Begrenzungsloch 14H befindende zweite Reflektorschicht 13 hat, wird der größte Teil des elektrostatischen Stroms durch die Strombegrenzungsschicht 14 und nicht durch das Begrenzungsloch 14H geleitet. Es ist zu beachten, dass der Flächenanteil der Strombegrenzungsschicht 14 in der Draufsicht größer ist als der Flächenanteil des Begrenzungslochs 14H in der Draufsicht. Beim Überführen der Zener-Diode in den Durchlasszustand kann der durch die aktive lichtemittierende Schicht 12 fließende elektrostatische Strom gestreut und so die Stromdichte verringert werden, so dass eine Beschädigung der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 vermieden werden kann. Wenn also die Strombegrenzungsschicht 14 aus einem dotierten Halbleiter besteht und zusammen mit der zweiten Reflektorschicht 13 eine Zener-Diode bildet, kann nicht nur ein Stromkanal definiert werden, sondern es kann auch ein Schutz der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z2 vor elektrostatischer Entladung bereitgestellt werden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Strombegrenzungsschicht 14 eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht umfassen, wobei sich die intrinsische Halbleiterschicht zwischen der dotierten Halbleiterschicht und dem unteren Abschnitt der zweiten Reflektorschicht 13 befindet, wodurch ebenfalls der oben genannte Effekt erzielt werden kann.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit den gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 des ersten Ausführungsbeispiels versehen, wobei die gleichen Ausführungen nicht wiederholt werden.
Bei der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Strombegrenzungsschicht 14 zwischen der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und der zweiten Reflektorschicht 13, aber nicht innerhalb der zweiten Reflektorschicht 13, angeordnet. Im Einzelnen umfasst die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ferner eine Strominjektionsschicht 19, die sich zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der zweiten Elektrodenschicht 16 befindet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel füllt ein Teil der Strominjektionsschicht 19 das Begrenzungsloch 14H der Strombegrenzungsschicht 14 aus.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, dass das Material, aus dem die Strominjektionsschicht 19 besteht, ein dotiertes Halbleitermaterial ist und die Strominjektionsschicht 19 einen zur ersten Reflektorschicht 11 entgegengesetzten Leitungstyp hat. In einem Ausführungsbeispiel kann das Halbleitermaterial, aus dem die Strominjektionsschicht 19 besteht, dasselbe sein wie das Halbleitermaterial der Strombegrenzungsschicht 14, doch ist die vorliegende Erfindung dadurch nicht eingeschränkt. Bei der Strombegrenzungsschicht 14 kann es sich um eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht handeln. Wenn die Strombegrenzungsschicht 14 eine dotierte Halbleiterschicht ist, hat sie einen Leitungstyp, der dem der Strominjektionsschicht 19 entgegengesetzt ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass die Strombegrenzungsschicht 14 nicht mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden und in die Strominjektionsschicht 19 eingebettet ist. Wenn die Strombegrenzungsschicht 14 eine dotierte Halbleiterschicht umfasst, haben die dotierte Halbleiterschicht und die Strominjektionsschicht 19 entgegengesetzte Leitungstypen. Auf diese Weise können die Strombegrenzungsschicht 14 und die Strominjektionsschicht 19 zusammen eine Zener-Diode (Zener diode) bilden, die die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 vor elektrostatischer Ladung schützen kann.
Die zweite Elektrodenschicht 16 kann über die Stromausbreitungsschicht 17 elektrisch mit der Strominjektionsschicht 19 verbunden sein. Wenn eine Vorspannung an die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 angelegt wird, tritt der Strom über die Strominjektionsschicht 19 durch das Begrenzungsloch 14H der Strombegrenzungsschicht 14 in die aktive lichtemittierende Schicht 12 ein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist weiter vorgesehen, dass die zweite Reflektorschicht 13 zusammen mit der zweiten Elektrodenschicht 16 auf der Stromausbreitungsschicht 17 angeordnet ist. Ferner befindet sich die zweite Reflektorschicht 13 innerhalb der durch die zweite Elektrodenschicht 16 definierten Öffnung 16H. Mit anderen Worten umgibt die zweite Elektrodenschicht 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Reflektorschicht 13. Es ist erwähnenswert, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Material, aus dem die zweite Reflektorschicht 13 besteht, ein Halbleitermaterial, ein isolierendes Material oder eine Kombination davon umfassen kann. Als Halbleitermaterial kann ein intrinsisches Halbleitermaterial oder ein dotiertes Halbleitermaterial eingesetzt werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner Einschränkung unterliegt. Bei dem Halbleitermaterial kann es sich beispielsweise um Silizium, Indiumgalliumaluminiumarsenid (InGaAlAs), Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), Indiumphosphid (InP), Indiumaluminiumarsenid (InAlAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) oder ähnliche Materialien handeln, die entsprechend der Wellenlänge des Laserstrahls L ausgewählt werden können. Als Isoliermaterial kann ein Oxid oder Nitrid, wie z.B. Siliziumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, verwendet werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung keiner Einschränkung unterliegt. Beispielsweise kann das Material, aus dem die zweite Reflektorschicht 13 besteht, mehrere Paare von Filmschichten umfassen, wobei jedes Paar von Filmschichten aus einer Titanoxidschicht und einer Siliziumoxidschicht, aus einer Siliziumschicht und einer Aluminiumoxidschicht oder aus einer Titanoxidschicht und einer Aluminiumoxidschicht besteht. Dies kann in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zu erzeugenden Laserstrahls L bestimmt werden und ist durch die vorliegende Erfindung nicht begrenzt.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
In 4 ist eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit den gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 des ersten Ausführungsbeispiels versehen, wobei die gleichen Ausführungen nicht wiederholt werden. Die Strombegrenzungsschicht 14 befindet sich zwischen der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und der ersten Reflektorschicht 11. Im Einzelnen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strombegrenzungsschicht 14 in die erste Reflektorschicht 11 eingebettet und mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. Außerdem kann die Strombegrenzungsschicht 14 eine intrinsische Halbleiterschicht mit einer Energiebandlücke von mehr als 0,8 eV und weniger als 1,4 eV oder mehr als 2,3 eV sein.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
Nun wird auf 5 verwiesen, die eine schematische Schnittdarstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z5 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit den gleichen Bezugszeichen für die gleichen Elemente wie die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 des dritten Ausführungsbeispiels versehen, wobei die gleichen Ausführungen nicht wiederholt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Strombegrenzungsschicht 14 in die erste Reflektorschicht 11 eingebettet, aber nicht mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Strombegrenzungsstruktur 14 näher an der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und weiter entfernt von dem Substrat 10 positioniert sein.
Es ist erwähnenswert, dass die Strombegrenzungsstruktur 14 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine intrinsische Halbleiterschicht, eine dotierte Halbleiterschicht oder eine Kombination davon umfassen kann. Handelt es sich bei der Strombegrenzungsstruktur 14 um eine dotierte Halbleiterschicht, so hat die Strombegrenzungsstruktur 14 einen Leitungstyp, der dem der ersten Reflektorschicht 11 entgegengesetzt ist. Wenn die erste Reflektorschicht 11 z.B. n-leitend ist, kann die Strombegrenzungsstruktur 14 p-leitend sein. Wenn die erste Reflektorschicht 11 p-leitend ist, ist die Strombegrenzungsstruktur 14 n-leitend.
Die Strombegrenzungsschicht 14 kann die erste Reflektorschicht 11 in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilen, wobei sich der obere Abschnitt zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und der untere Abschnitt zwischen dem Substrat 10 und der Strombegrenzungsschicht 14 befindet. Dementsprechend bilden sich zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der ersten Reflektorschicht 11 zwei p-n-Übergänge aus. Zudem können die Strombegrenzungsschicht 14 und der obere Abschnitt der ersten Reflektorschicht 11 zusammen eine Zener-Diode (Zener diode) bilden, die nicht nur den Bereich für den Stromdurchgang definiert, sondern auch die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z5 vor elektrostatischer Ladung schützt.
Wenn eine Vorspannung über die erste Elektrodenschicht 15 und die zweite Elektrodenschicht 16 an die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z5 angelegt wird, wird die Zener-Diode mit einer Sperrvorspannung beaufschlagt, aber nicht durchschlagen. Dementsprechend geht die Zener-Diode nicht in einen Durchlasszustand über, was den Strom dazu veranlasst, die Strombegrenzungsschicht 14 zu umgehen und nur durch das Begrenzungsloch 14H zu fließen, womit die Stromdichte des in die aktive lichtemittierende Schicht 12 injizierten Stroms erhöht werden kann.
Bei einer elektrostatischen Entladung wird die Zener-Diode jedoch in einen Durchlasszustand gebracht, unabhängig davon, ob der elektrostatische Strom positiv oder negativ ist. Dabei wird der größte Teil des elektrostatischen Stroms durch die Strombegrenzungsschicht 14 und nicht durch das Begrenzungsloch 14H geleitet. Wie bereits erwähnt, ist der Flächenanteil der Strombegrenzungsschicht 14 in der Draufsicht größer als der Flächenanteil des Begrenzungslochs 14H in der Draufsicht. Beim Überführen der Zener-Diode in den Durchlasszustand kann der durch die aktive lichtemittierende Schicht 12 fließende elektrostatische Strom gestreut und so die Stromdichte verringert werden, so dass eine Beschädigung der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 vermieden werden kann. Wenn also die Strombegrenzungsschicht 14 aus einem dotierten Halbleiter besteht und zusammen mit der ersten Reflektorschicht 11 eine Zener-Diode bildet, kann nicht nur ein Stromkanal definiert werden, sondern es kann auch ein Schutz der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z5 vor elektrostatischer Entladung bereitgestellt werden, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Strombegrenzungsschicht 14 eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht umfassen, wobei sich die intrinsische Halbleiterschicht zwischen der dotierten Halbleiterschicht und dem oberen Abschnitt der ersten Reflektorschicht 11 befindet, wodurch ebenfalls der oben genannte Effekt erzielt werden kann.
In der 6 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine oberflächenemittierende Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Schritt S10 wird eine erste Reflektorschicht erzeugt. In Schritt S20 wird auf der ersten Reflektorschicht eine aktive lichtemittierende Schicht erzeugt. In Schritt S30 wird auf der aktiven lichtemittierenden Schicht eine Strombegrenzungsschicht erzeugt, die ein Begrenzungsloch definiert und eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht umfasst. In Schritt S40 wird eine zweite Reflektorschicht erzeugt. In Schritt S50 werden eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht erzeugt.
Es ist bemerkenswert, dass das Verfahren zur Herstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung, das durch die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, dazu verwendet werden kann, die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele herzustellen. In 5 bis 10 ist ein Beispiel für die Herstellung der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z1 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Wie in 7 dargestellt ist, wird auf dem Substrat 10 eine erste Reflektorschicht 11 erzeugt. Insbesondere ist die erste Reflektorschicht 11 auf der Epitaxiefläche 10a des Substrats 10 ausgebildet. Das Material des Substrats 10 wurde vorangehend bereits beschrieben und wird hier nicht wiederholt. Das Substrat 10 kann denselben Leitungstyp aufweisen wie die erste Reflektorschicht 11.
Wie aus 8 zu ersehen ist, wird auf der ersten Reflektorschicht 11 eine aktive lichtemittierende Schicht 12 erzeugt. Die aktive lichtemittierende Schicht 12 kann durch abwechselnde Erzeugung mehrerer Fallenschichten und mehrerer Barriereschichten auf der ersten Reflektorschicht 11 hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel können sowohl die erste Reflektorschicht 11 als auch die aktive lichtemittierende Schicht 12 durch eine chemische Gasphasenabscheidung auf der Epitaxiefläche 10a des Substrats 10 erzeugt werden.
Ein detailliertes Verfahren zur Erzeugung einer Strombegrenzungsschicht 14 auf der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 ist in 9 und 10 eingezeichnet. Im Einzelnen wird zunächst auf der aktiven lichtemittierenden Schicht eine anfängliche Halbleiterschicht 14A erzeugt, die eine intrinsische Halbleiterschicht, eine dotierte Halbleiterschicht oder eine Kombination davon umfassen kann. Danach kann, wie in 10 gezeigt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Begrenzungsloch 14H in der anfänglichen Halbleiterschicht 14A erzeugt werden, um einen Teil der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 freizulegen. Insbesondere kann ein Ätzprozess durchgeführt werden, um das Begrenzungsloch 14H in der anfänglichen Halbleiterschicht 14A herzustellen.
In 11 wird auf der Strombegrenzungsschicht 14 und der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 eine zweite Reflektorschicht 13 erzeugt. Im Einzelnen wird beim Erzeugen der zweiten Reflektorschicht 13 ein Teil der zweiten Reflektorschicht 13 in das Begrenzungsloch 14H gefüllt und mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden.
Unter Bezugnahme auf 12 kann eine oberflächenemittierende Laservorrichtung Z1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem an der Unterseite 10b des Substrats 10 eine erste Elektrodenschicht 15 und auf der zweiten Reflektorschicht 13 eine zweite Elektrodenschicht 16 erzeugt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können vor der Erzeugung der zweiten Elektrodenschicht 16 eine Stromausbreitungsschicht 17 und eine Schutzschicht 18 hergestellt werden.
Es sollte beachtet werden, dass es bei der Herstellung der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z2 des zweiten Ausführungsbeispiels auch möglich ist, einen Teil der zweiten Reflektorschicht 13 auf der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 und dann die Strombegrenzungsschicht 14 mit dem Begrenzungsloch 14H zu erzeugen, wonach ein weiterer Teil der zweiten Reflektorschicht 13 auf der Strombegrenzungsschicht 14 erzeugt wird.
Der in 13 dargestellte Schritt kann dem Schritt in 10 folgen. Das Herstellungsverfahren gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst ferner das Erzeugen einer Strominjektionsschicht 19 auf der Strombegrenzungsschicht 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schritt zum Erzeugen der Strominjektionsschicht 19 vor dem Schritt zum Erzeugen der zweiten Reflektorschicht 13 durchgeführt. Wie sich aus 13 ergibt, wird die Strominjektionsschicht 19 innerhalb des Begrenzungslochs 14H der Strombegrenzungsschicht 14 erzeugt und mit der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 verbunden. Anschließend werden auf der Strominjektionsschicht 19 eine Stromausbreitungsschicht 17 und eine zweite Reflektorschicht 13 hergestellt.
Wie in 14 gezeigt ist, wird an der Unterseite 10b des Substrats 10 eine erste Elektrodenschicht 15 und auf der Stromverteilungsschicht 17 eine zweite Elektrodenschicht 16 so erzeugt, dass die zweite Elektrodenschicht 16 mit der Strominjektionsschicht 19 elektrisch verbunden ist. Des Weiteren weist die zweite Elektrodenschicht 16 eine mit dem Begrenzungsloch 14H fluchtend angeordnete Öffnung 16H auf und ist um die zweite Reflektorschicht 13 herum angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich die zweite Reflektorschicht 13 innerhalb der von der zweiten Elektrodenschicht 16 definierten Öffnung 16H. In einem Ausführungsbeispiel kann nach der Erzeugung der Stromausbreitungsschicht 17 zunächst die zweite Reflektorschicht 13 und dann die zweite Elektrodenschicht 16 hergestellt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel können der Schritt zum Erzeugen der zweiten Reflektorschicht 13 und der Schritt zum Erzeugen der zweiten Elektrodenschicht 16 auch vertauscht werden. Durch die Durchführung der obigen Schritte kann die oberflächenemittierende Laservorrichtung Z3 des dritten Ausführungsbeispiels hergestellt werden.
Es ist anzumerken, dass bei der Herstellung der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z4 des vierten Ausführungsbeispiels der Schritt (S30) zum Erzeugen der Strombegrenzungsschicht 14 auch vor dem Schritt (S20) zum Erzeugen der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 durchgeführt werden kann. Bei der Herstellung der oberflächenemittierenden Laservorrichtung Z5 des fünften Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, zunächst den unteren Abschnitt der ersten Reflektorschicht 11 und dann die Strombegrenzungsschicht 14 mit dem Begrenzungsloch 14 H herzustellen, woran sich das Nachwachsen (regrowth) des oberen Abschnitts der ersten Reflektorschicht 11 auf der Strombegrenzungsschicht 14 anschließt.
[Vorteilhafte Wirkungen der Ausführungsbeispiele]
Einer der vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung ist es, dass bei den erfindungsgemäßen oberflächenemittierenden Laservorrichtungen und deren Herstellungsverfahren mittels der technischen Lösung, dass die Strombegrenzungsschicht 14 eine Halbleiterschicht ist und eine Energiebandlücke von mehr als 0,8 eV und weniger als 1,4 eV oder mehr als 2,3 eV hat, die inneren Spannungen in den oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 reduziert und eine höhere Lichtausbeute und eine bessere Zuverlässigkeit (reliability) der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 erreicht werden können.
Überdies bestehen die erste Reflektorschicht 11, die Strombegrenzungsschicht 14, die aktive lichtemittierende Schicht 12 und die zweite Reflektorschicht 13 alle aus Halbleitermaterialien und weisen daher einen geringen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander auf. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1 aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten nach der Temperbehandlung Risse bekommen, wodurch die Prozessausbeute erhöht wird. Zusätzlich hierzu können durch eine geeignete Auswahl des Halbleitermaterials der Strombegrenzungsschicht 14, derart, dass zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der aktiven lichtemittierenden Schicht 12 oder zwischen der Strombegrenzungsschicht 14 und der zweiten Reflektorschicht 13 oder der Strominjektionsschicht 19 eine geringere Gitterfehlanpassung besteht, die inneren Spannungen der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 verringert werden, was zur Folge hat, dass die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen.
Da für die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung keine Oxidschicht verwendet werden muss, kann die Ausführung des seitlichen Oxidationsschritts bei der Herstellung der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ebenfalls weggelassen werden. Hinzu kommt, dass für die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung keine seitlichen Rillen hergestellt werden müssen, was den Herstellungsprozess der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 weiter vereinfacht und die Herstellungskosten herabsetzt. Weiters kann das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 während der seitlichen Oxidation vermieden werden, das ihre Lichtleistung beeinträchtigen würde. Dadurch können die oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen.
Wenn die Strombegrenzungsschicht 14 zusammen mit der ersten Reflektorschicht 11 oder mit der zweiten Reflektorschicht 13 eine Zener-Diode bildet, kann diese nicht nur zur Begrenzung des Strompfades, sondern auch zum Schutz der oberflächenemittierenden Laservorrichtungen Z1-Z5 vor elektrostatischer Entladung verwendet werden.
Die obigen Offenbarungen stellen lediglich mögliche bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und schränken nicht den Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung ein. Jede gleichwertige Abänderung, die aus der Beschreibung und den Zeichnungen der vorliegenden Erfindung ableitbar ist, fällt daher in den Schutzbereich der Ansprüche der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

Z1-Z5: Oberflächenemittierende Laservorrichtung
L: Laserstrahl
10: Substrat
10a: Epitaxiefläche
10b: Unterseite
11: Erste Reflektorschicht
12: Aktive lichtemittierende Schicht
13: Zweite Reflektorschicht
14: Strombegrenzungsschicht
14H: Begrenzungsloch
15: Erste Elektrodenschicht
16: Zweite Elektrodenschicht
16H: Öffnung
A1: Lichtemittierender Bereich
17: Stromausbreitungsschicht
18: Schutzschicht
19: Strom injektionsschicht
14A: Anfängliche Halbleiterschicht
S10-S50: Verfahrensschritt

Claims

Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5), umfassend: - eine erste Reflektorschicht (11); - eine aktive lichtemittierende Schicht (12); - eine zweite Reflektorschicht (13), wobei die aktive lichtemittierende Schicht (12) zwischen der ersten Reflektorschicht (11) und der zweiten Reflektorschicht (13) angeordnet ist, um einen Laserstrahl (L) zu erzeugen; und - eine Strombegrenzungsschicht (14), die sich oberhalb oder unterhalb der aktiven lichtemittierenden Schicht (12) befindet, wobei die Strombegrenzungsschicht (14) eine Halbleiterschicht ist und eine Energiebandlücke von mehr als 0,8 eV und weniger als 1,4 eV oder mehr als 2,3 eV hat.
Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) nach Anspruch 1, bei der - sich die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der zweiten Reflektorschicht (13) befindet, wobei die Gitterfehlanpassung zwischen dem Material, aus dem die zweite Reflektorschicht (13) besteht, und dem intrinsischen Halbleiter weniger als 0,1% beträgt; - die Strombegrenzungsschicht (14) eine Dicke von mindestens 30 nm hat; - das Material, aus dem die Strombegrenzungsschicht (14) besteht, Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AIN), Indiumaluminiumphosphid (AllnP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) oder Aluminiumarsenid (AlAs) ist.
Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die aktive lichtemittierende Schicht (12) mehrere Fallenschichten und mehrere Barriereschichten umfasst, welche abwechselnd gestapelt sind, wobei die Fallenschichten eine geringere Energiebandlücke als die Strombegrenzungsschicht (14) aufweisen.
Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ferner eine Strominjektionsschicht (19), wobei - ein Teil der Strominjektionsschicht (19) ein Begrenzungsloch (14H) der Strombegrenzungsschicht (14) ausfüllt und die zweite Reflektorschicht (13) oberhalb der Strominjektionsschicht angeordnet ist; - sich die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der Strominjektionsschicht (19) befindet und eine intrinsische Halbleiterschicht ist oder einen Leitungstyp hat, der dem der Strominjektionsschicht (19) entgegengesetzt ist.
Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der - sich die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der zweiten Reflektorschicht (13) befindet und nicht mit der aktiven lichtemittierenden Schicht (12) verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsschicht (14) eine intrinsische Halbleiterschicht ist oder einen Leitungstyp hat, der dem der zweiten Reflektorschicht (13) entgegengesetzt ist; - sich die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der ersten Reflektorschicht (11) befindet und nicht mit der aktiven lichtemittierenden Schicht (12) verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsschicht (14) eine intrinsische Halbleiterschicht ist oder einen Leitungstyp hat, der dem der ersten Reflektorschicht (11) entgegengesetzt ist.
Oberflächenemittierende Laservorrichtung (Z1-Z5), umfassend: - eine erste Reflektorschicht (11); - eine aktive lichtemittierende Schicht (12); - eine zweite Reflektorschicht (13), wobei die aktive lichtemittierende Schicht (12) zwischen der ersten Reflektorschicht (11) und der zweiten Reflektorschicht (13) angeordnet ist, um einen Laserstrahl (L) zu erzeugen; und - eine Strombegrenzungsschicht (14), die innerhalb der ersten Reflektorschicht (11) oder innerhalb der zweiten Reflektorschicht (13) angeordnet ist und mindestens eine dotierte Halbleiterschicht umfasst; wobei dann, wenn die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der ersten Reflektorschicht (11) angeordnet ist, die dotierte Halbleiterschicht einen Leitungstyp hat, der dem der ersten Reflektorschicht (11) entgegengesetzt ist; wobei dann, wenn die Strombegrenzungsschicht (14) innerhalb der zweiten Reflektorschicht (13) angeordnet ist, die dotierte Halbleiterschicht einen Leitungstyp hat, der dem der zweiten Reflektorschicht (13) entgegengesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung (Z1-Z5), das Folgendes umfasst: - Erzeugen einer ersten Reflektorschicht (11); - Erzeugen einer aktiven lichtemittierenden Schicht (12) auf der ersten Reflektorschicht (11); - Erzeugen einer Strombegrenzungsschicht (14), die ein Begrenzungsloch (14H) definiert und eine intrinsische Halbleiterschicht oder eine dotierte Halbleiterschicht umfasst; und - Erzeugen einer zweiten Reflektorschicht (13).
Verfahren zur Herstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung (Z1-Z5) nach Anspruch 7, bei dem der Schritt zum Erzeugen der Strombegrenzungsschicht (14) Folgendes umfasst: - Erzeugen einer anfänglichen Halbleiterschicht (14A) auf der aktiven lichtemittierenden Schicht (12); und - Erzeugen des Begrenzungsloches (14H) in der anfänglichen Halbleiterschicht (14A), um einen Teil der aktiven lichtemittierenden Schicht (12) freizulegen; wobei nach dem Schritt zum Erzeugen der zweiten Reflektorschicht (13) ein Teil der zweiten Reflektorschicht (13) in das Begrenzungsloch (14H) gefüllt wird.
Verfahren zur Herstellung einer oberflächenemittierenden Laservorrichtung (Z1-Z5) nach Anspruch 7 oder 8, umfassend ferner: - Erzeugen einer Strominjektionsschicht (19) auf der Strombegrenzungsschicht (14) vor dem Schritt zum Erzeugen der zweiten Reflektorschicht (13), wobei ein Teil der Strominjektionsschicht (19) in das Begrenzungsloch (14H) gefüllt wird; und - Erzeugen einer ersten Elektrodenschicht (15) und einer zweiten Elektrodenschicht (16), wobei die erste Elektrodenschicht (15) elektrisch mit der ersten Reflektorschicht (11) verbunden ist, während die zweite Elektrodenschicht (16) elektrisch mit der Strominjektionsschicht (19) verbunden ist und die zweite Reflektorschicht (13) umgibt; wobei die zweite Elektrodenschicht (16) eine zur Definierung eines lichtemittierenden Bereiches (A1) dienende Öffnung (16H) aufweist, die mit dem Begrenzungsloch (14H) fluchtend angeordnet ist.