EP0996984A1 - Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement

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EP0996984A1
EP0996984A1 EP98940055A EP98940055A EP0996984A1 EP 0996984 A1 EP0996984 A1 EP 0996984A1 EP 98940055 A EP98940055 A EP 98940055A EP 98940055 A EP98940055 A EP 98940055A EP 0996984 A1 EP0996984 A1 EP 0996984A1
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EP
European Patent Office
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radiation
optical waveguide
optoelectronic component
component according
emitting optoelectronic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98940055A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Joachim Ebeling
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP0996984A1 publication Critical patent/EP0996984A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure
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    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure

Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting optoelectronic component sends the non-coherent radiation from ⁇ . It relates in particular to semiconductor light-emitting diodes.
  • LEDs and IREDs semiconductor light-emitting diodes
  • W. Bludau semiconductor optoelectronics, Kunststoff, Vienna, Hanser Verlag 1995, pages 92 to 114.
  • the LEDs described herein are manufactured, for example, on the basis of GaP, GaAsP, GaAs, GaAlAs, InGaAsP, InGaN semiconductor material.
  • a central problem of the hitherto known luminescent diode structures is the efficient coupling out of radiation from the semiconductor body generating the radiation. This takes place either through the front or through the side surfaces of the semiconductor body.
  • Some luminescent diodes contain special additional layers for radiation distribution in order to suppress the total reflection at the interfaces of the semiconductor body.
  • the external quantum yield of these components is still comparatively low.
  • the object of the present invention is to develop a radiation-emitting optoelectronic component which has an increased external quantum efficiency in comparison with the known luminescent diodes.
  • a radiation-generating body with a planar optical waveguide with a wave-guiding layer in which the wave-guiding layer has a radiation-generating zone.
  • electromagnetic radiation is generated in this zone.
  • the planar optical waveguide has at least one lateral coupling-out taper, via which the radiation generated in the radiation-generating zone is coupled out of the waveguide as spatial radiation into the surroundings of the radiation-generating body during operation of the component.
  • Under decoupling tapers is generally an oblique, i.e. H. not to be understood as parallel and not perpendicular to a wave propagation direction in the planar optical waveguide outer side surface of the waveguiding layer of the waveguide.
  • the entire side surface of the planar optical waveguide is preferably designed as a coupling tap.
  • the structure of the radiation-generating body according to the invention forces the photons emitted by the radiation-generating zone into the wave-guiding region, the wave-guiding layer, of the planar optical waveguide.
  • the radiation-generating zone and the planar optical waveguide are preferably designed such that primarily the radiation of TE waves and the radiation in the lateral direction of the planar optical waveguide are supported.
  • the electromagnetic radiation generated consequently advantageously strikes the lateral decoupling taper at a defined angle.
  • the wave guide layer is arranged between two highly reflecting plane-parallel optical reflector layers, which in the case of a radiation-emitting semiconductor body are preferably designed as Bragg reflectors.
  • Structures are e.g. B. known from laser diodes with vertical resonators, where mostly epitaxial Bragg mirrors are used as resonator mirrors (compare W. Bluau (see above), pages 188 and 189).
  • a major advantage of this embodiment is that the radiation generating zone, e.g. B. a radiation-generating pn junction is introduced between two highly reflecting plane-parallel mirrors, which form a low-loss planar optical waveguide.
  • Optical losses within the waveguide are advantageously significantly reduced as a result.
  • reflection factors of over 99% can be routinely realized.
  • the absorption losses in the waveguide can also be considerably reduced by a suitable choice of the thickness of the waveguide.
  • the radiation-generating body is a semiconductor body in which the radiation-generating zone has a single or multiple quantum well structure.
  • Such structures per se are also known in optical semiconductor technology (see W. Bludau (see above), pages 182 to 187) and are therefore not explained in more detail here.
  • Compressively tensioned quantum wells are particularly advantageous which optimally couple to the TE modes of the planar waveguide formed by the two reflector layers, preferably Bragg reflectors.
  • the quantum wells are preferably arranged in the vicinity of a node of a standing wave field that forms vertically to the direction of wave propagation of the planar optical waveguide during operation of the component.
  • the radiation of the electromagnetic radiation generated in the radiation-generating zone is advantageously preferred in the lateral direction, that is to say parallel to the waveguide.
  • the radiation-generating body has an essentially cylinder-symmetrical shape, the axis of symmetry of which runs essentially perpendicular to the planar optical waveguide.
  • the radiation-generating zone is preferably arranged in such a way that the photons are generated in the vicinity of the axis of the cylindrically symmetrical structure.
  • the radiation modes running outwards in the waveguide are converted into space waves with almost no loss by the decoupling tapers and thus bring about an optimal decoupling of the light from the radiation-generating body.
  • the coupling taper preferably forms an angle of approximately 1 ° to 30 ° with the direction of propagation of the radiation in the planar optical waveguide.
  • the latter is advantageously provided with an anti-reflection layer.
  • the entire side surface of the planar optical waveguide is designed as a decoupling tap.
  • Radiation-generating bodies according to the invention can advantageously be placed in conventional LED housings, e.g. Radial LED housings, SMD housings for laterally or upwardly emitting LEDs or SOT housings, in which they are cast in plastic.
  • LED housings e.g. Radial LED housings, SMD housings for laterally or upwardly emitting LEDs or SOT housings, in which they are cast in plastic.
  • any other LED housing designs are also conceivable.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vertical sectional view of an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a top view of a further exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a side view of the exemplary embodiment from FIG. 2.
  • the embodiment according to FIG. 1 is a vertically tapered light-emitting diode, in which a first Bragg reflector layer 1, for example an aluminum oxide layer, is formed on a first main surface 11 of a substrate 10 made, for example, of n-doped GaAs.
  • a first Bragg reflector layer for example an aluminum oxide layer
  • B consisting of about 20 n-doped AlAs / GaAs
  • a wave guide layer 3 is arranged, for example in the lower part 19 facing the first Bragg reflector layer 1.
  • B. from n-doped AlGaAs (z. B. Al 0 , 2 Ga 0 , 8 As with n «5 * 10 17 cm ⁇ 3 ) and in the upper part 20 facing away from the first Bragg reflector layer 1 z.
  • B. consists of p-doped AlGaAs (z. B.
  • the ⁇ As quantum wells example consists of three approximately 8 nm thick In 0, 2Gao, with about 10 nm thick GaAs barrier.
  • a second Bragg reflector layer 2 is arranged, which is made layer pairs, for example from about 20 mirror pairs consisting doped p-Al 0 9 Ga 0, ⁇ As / GaAs and as a lowermost layer, ie the layer closest to the wave guide layer 3, an approx. 30 nm thick Al x Ga ! contains x As layer (0.97 ⁇ x ⁇ 1) for lateral oxidation to an Al x O y layer.
  • the bottom layer of the p-doped Bragg reflector 2 is not oxidized to Al x O y over the entire area, but has an unoxidized zone 13 in the central region.
  • This partially oxidized AlGaAs layer 12 causes a lateral current constriction in the semiconductor body 9 when the component is in operation. However, this can also be achieved by making certain areas of the semiconductor body 9 electrically conductive or electrically insulating by means of ion implantation or lateral injection.
  • As the second electrical contact 16 an n-contact, z. B. consisting of AuGeNi applied.
  • the two Bragg reflector layers 1, 2 are, for example, modulation-doped in a known manner in order to achieve a low-resistance coupling of the inner pn junction of the radiation-generating zone 4 to the outer electrical contacts 14, 16.
  • the side surfaces 5 of the wave guide layer 3 including the Bragg reflector layers 1, 2 are at an angle ⁇ against the mirror surfaces of the Bragg reflector layers 1, 2 and thus against the planar optical waveguide 7, consisting of the first and the second Bragg reflector layer 1, 2 and the shaft guide layer 3, polished, bevelled. They thus act as vertical lateral outcouplers for the photons that propagate outward in the wave guide layer in the radiation propagation direction 18.
  • the angle ⁇ is preferably between approximately 1 ° and 30 °.
  • An anti-reflective layer 8 is applied to the beveled side surfaces 5.
  • horizontal lateral taper structures can also be used.
  • An embodiment of this is shown in Figures 2 and 3 in plan and side views. This is identical to the exemplary embodiment in FIG. 1 with regard to the layer sequence.
  • the side surface 5 of the shaft guide layer 3, including the two mirror layers, is not formed obliquely to the Bragg reflector layers 1, 2.
  • the waveguide 7 has wedge-shaped incisions 21 which are perpendicular to the Bragg reflector layers 1, 2 and run from the side surface in the direction of the center of the semiconductor body 9 whose opening angle can be, for example, up to 20 ° and which can have lateral wedge depths of up to 100 ⁇ m.
  • the side faces of the waveguide 7 can also be provided with an anti-reflective layer 8 here.
  • the characteristic diameter of the components is between 100 and 300 ⁇ m.
  • the diameter of the p-contact is between 50 and 100 ⁇ m, the taper range varies between 25 and 100 ⁇ m.
  • the residual absorption, which decreases quadratically with the layer thickness, can be set via the thickness of the planar optical waveguide.
  • the thickness of the Bragg mirror is approximately 3 ⁇ m for the example presented.
  • the layer sequences described can be produced, for example, using molecular beam epitaxy.
  • carbon can be used for p-doping and silicon for n-doping.
  • the manufacture is e.g. B. also possible with organometallic gas phase epitaxy.
  • the taper structures can e.g. B. realize by dry etching.
  • the lateral oxidation of the Al x Ga ⁇ _ x As layer can take place in water vapor at approx. 400 ° C.
  • both star-shaped horizontal lateral decoupling tapers or simple wedge-shaped vertical lateral decoupling tapers, but also any other suitable form of a decoupling taper can be used.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, bei dem in einem strahlungserzeugenden Körper (9) ein planarer optischer Wellenleiter (7) mit einer Wellenführungsschicht (3) vorgesehen ist. Die Wellenführungsschicht (3) weist eine strahlungserzeugende Zone (4) auf, in der im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Der planare optische Wellenleiter (7) weist zur Auskopplung der Strahlung aus dem Wellenleiter (7) mindestens einen lateralen Auskoppeltaper (6) auf.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement
Die Erfindung bezieht sich auf ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, das inkohärente Strahlung aus¬ sendet. Sie bezieht sich insbesondere auf Halbleiter-Lumineszenzdioden.
Verschiedene Bauprinzipien von Halbleiter-Lumineszenzdioden (LEDs und IREDs) sind beispielsweise aus W. Bludau, Halbleiter-Optoelektronik, München, Wien, Hanser-Verlag 1995, Seiten 92 bis 114 bekannt. Die hierin beschriebenen LEDs sind beispielsweise auf der Basis von GaP-, GaAsP-, GaAs-, GaAlAs-, InGaAsP-, InGaN-Halbleitermaterial hergestellt.
Ein zentrales Problem der bislang bekannt gewordenen Lumineszenzdioden-Strukturen ist die effiziente Strahlungsauskopplung aus dem die Strahlung erzeugenden Halbleiterkörper. Die- se erfolgt entweder durch die Vorderseite oder durch die Seitenflächen des Halbleiterkörpers. Manche Lumineszenzdioden enthalten spezielle zusätzliche Schichten zur Strahlungsverteilung, um die Totalreflexion an den Grenzflächen des Halbleiterkörpers zu unterdrücken. Die externe Quantenausbeute dieser Bauelemente ist aber nach wie vor vergleichsweise gering.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement zu ent- wickeln, das im Vergleich zu den bekannten Lumineszenzdioden eine erhöhte externe Quantenausbeute aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauelements sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.
Erfindungsgemäß ist ein strahlungerzeugender Körper mit einem planaren optischen Wellenleiter mit einer Wellenfuhrungsschicht vorgesehen, bei dem die Wellenfuhrungsschicht eine Strahlungserzeugende Zone aufweist. Im Betrieb des Bauelements wird in dieser Zone eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Der planare optische Wellenleiter weist mindestens einen lateralen Auskoppeltaper auf, über den im Betrieb des Bauelements die in der Strahlungserzeugenden Zone generierte Strahlung aus dem Wellenleiter als Raumstrahlung in die Umgebung des Strahlungserzeugenden Körpers ausgekoppelt wird.
Unter Auskoppeltaper ist ganz allgemein eine schräg, d. h. nicht parallel und nicht senkrecht zu einer Wellenausbreitungsrichtung im planaren optischen Wellenleiter stehende äußere Seitenfläche der Wellenfuhrungsschicht des Wellenleiters zu verstehen. Vorzugsweise ist die gesamte Seitenfläche des planaren optischen Wellenleiters als Auskoppeltaper ausgebildet. Diese Außenbereiche der Wellenfuhrungsschicht wirken somit als Taper für die sich in der Wellenfuhrungsschicht ausbreitenden Photonen.
Die erfindungsgemäße Struktur des Strahlungserzeugenden Körpers zwingt die von der Strahlungserzeugenden Zone emittierten Photonen in den wellenführenden Bereich, die Wellenfuhrungsschicht, des planaren optischen Wellenleiters. Bevorzugt ist die Strahlungserzeugende Zone und der planare optische Wellenleiter derart ausgebildet, dass vornehmlich die Ab- strahlung von TE-Wellen und die Abstrahlung in lateraler Richtung des planaren optischen Wellenleiters unterstützt ist. Die erzeugte elektromagnetische Strahlung trifft folglich vorteilhafterweise in einem definierten Winkel auf den lateralen Auskoppeltaper.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementes ist die Wellenfuhrungsschicht zwischen zwei hochreflektierenden planparallelen optischen Reflektorschichten angeordnet, die im Falle eines Strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers vor- zugsweise als Bragg-Reflektoren ausgebildet sind. Derartige
Strukturen sind z. B. von Laserdioden mit Vertikalresonatoren bekannt, wo als Resonatorspiegel meist epitaktische Bragg- Spiegel verwendet werden (man vergleiche W.Bludau (siehe oben), Seiten 188 und 189).
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Strahlungserzeugende Zone, z. B. ein strahlungs- erzeugender pn-Übergang, zwischen zwei hochreflektierenden planparallelen Spiegeln eingebracht ist, die einen verlustar- men planaren optischen Wellenleiter bilden. Optische Verluste innerhalb des Wellenleiters sind dadurch vorteilhafterweise deutlich reduziert. Mit epitaktischen Bragg-Spiegeln sind beispielsweise Reflexionsfaktoren von über 99% routinemäßig realisierbar. Durch geeignete Wahl der Dicke des Wellenlei- ters lassen sich auch die Absorptionsverluste im Wellenleiter erheblich reduzieren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des strah- lungsemittierenden optoelektronischen Bauelements ist der Strahlungserzeugende Körper ein Halbleiterkörper, bei dem die Strahlungserzeugende Zone eine Einfach- oder Mehrfach- Quantenwell-Struktur aufweist. Derartige Strukturen an sich sind in der Optohalbleiter-Technik ebenfalls bekannt (man vergleiche W. Bludau (siehe oben), Seiten 182 bis 187) und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Besonders vorteilhaft sind kompressiv verspannte Quanten- wells, die optimal an die TE-Moden des durch die beiden Reflektorschichten, bevorzugt Bragg-Reflektoren, gebildeten planaren Wellenleiters koppeln. Die Quantenwells sind bevorzugt in der Nähe eines Knotens eines sich im Betrieb des Bauelements vertikal zur Wellenausbreitungsrichtung das planaren optischen Wellenleiters ausbildenden Stehwellenfeldes angeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise die Abstrahlung der in der Strahlungserzeugenden Zone generierten elektromagnetischen Strahlung in laterale Richtung, also parallel zum Wellenleiter, bevorzugt.
Bei einer weiterhin bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Bauelements weist der Strahlungserzeugende Körper eine im Wesentlichen zylindersymmetrische Form auf, wobei deren Symmetrieachse im Wesentlichen senkrecht zum planaren optischen Wellenleiter verläuft. Die Strahlungserzeugende Zone ist bevorzugt derart angeordnet, dass die Photonenerzeugung in der Nähe der Achse der zylindersymmetrischen Struktur erfolgt.
Die in dem Wellenleiter nach außen laufenden Strahlungs-Moden werden durch die Auskoppeltaper nahezu verlustfrei in Raum- wellen umgesetzt und bewirken damit eine optimale Auskopplung des Lichtes aus dem Strahlungserzeugenden Körper.
Bei einer wiederum besonders bevorzugten Ausführungsform schließt der Auskoppeltaper mit der Ausbreitungsrichtung der Strahlung im planaren optischen Wellenleiter bevorzugt einen Winkel von etwa 1° bis 30° ein. Um die Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung durch den Auskoppeltaper weiter zu verbessern, ist dieser vorteilhafterweise mit einer Antire- flexionsschicht versehen. Darüberhinaus ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung die gesamte Seitenfläche des planaren optischen Wellenleiters als Auskoppeltaper ausgebildet ist.
Erfindungsgemäße Strahlungserzeugende Körper können vorteilhafterweise in herkömmliche LED-Gehäuse, wie z.B. Radial-LED- Gehäuse, SMD-Gehäuse für seitlich oder nach oben emittierende LEDs oder SOT-Gehäuse eingebaut sein, in denen sie in Kunststoff eingegossen sind. Denkbar sind jedoch auch beliebige andere LED-Gehäusebauformen.
Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbin- düng mit den Figuren 1 bis 3. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer vertikalen Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines weitern Ausführungsbeispieles und Figur 3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des Ausführungsbeispieles von Figur 2.
In den Figuren sind gleiche und gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 handelt es sich um eine vertikal getaperte Leuchtdiode, bei der auf einer ersten Hauptfläche 11 eines beispielsweis aus n-dotiertem GaAs bestehenden Substrats 10 eine erste Bragg-Reflektor-Schicht 1, z. B. bestehend aus etwa 20 n-dotierten AlAs/GaAs-
Schichtpaaren von jeweils ca. 150 nm Dicke, aufgebracht ist. Derartige Bragg-Reflektoren sowie deren Funktionsprinzip und deren Herstellungsverfahren sind in der Optothalbleiter- Technik bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht mehr näher erläutert. Auf der ersten Bragg-Reflektor-Schicht 1 ist eine Wellenfuhrungsschicht 3 angeordnet, die in dem der ersten Bragg- Reflektor-Schicht 1 zugewandten unteren Teil 19 z. B. aus n- dotiertem AlGaAs (z. B. Al0,2Ga0,8As mit n « 5 * 1017 cm ~3) und in dem von der ersten Bragg-Reflektor-Schicht 1 abgewandten oberen Teil 20 z. B. aus p-dotiertem AlGaAs (z. B. Al0,2 Ga0,eAs mit p « 5 * 1017 cm ~3) besteht und beispielsweise insgesamt ca. 3 μm dick ist. Zwischen dem oberen Teil 20 und dem unteren Teil 19 der Wellenfuhrungsschicht 3 befindet sich eine undotierte Rekombinationszone 4, die beispielsweise aus drei ca. 8 nm dicken In0,2Gao,βAs-Quantenwells mit ca. 10 nm dicken GaAs-Barrieren besteht.
Über der Wellenfuhrungsschicht 3 ist eine zweite Bragg- Reflektor-Schicht 2 angeordnet, die beispielsweise aus ca. 20 Spiegelpaaren, bestehend aus p-dotierten Al0,9Ga0,ιAs/GaAs- Schichtpaaren hergestellt ist und die als unterste Schicht, d. h. als der Wellenfuhrungsschicht 3 nächstliegende Schicht, eine ca. 30 nm dicke AlxGa!-xAs-Schicht (0,97 < x < 1) für eine laterale Oxidation zu einer AlxOy-Schicht enthält. Die unterste Schicht des p-dotierten Bragg-Reflektors 2 ist nicht ganzflächig zu AlxOy oxidiert, sondern weist im Mittelbereich eine nichtoxidierte Zone 13 auf. Diese teilweise oxidierte AlGaAs-Schicht 12 bewirkt im Betrieb des Bauelements eine laterale Stromeinschnürung im Halbleiterkörper 9. Dies kann jedoch auch dadurch erreicht werden, dass bestimmte Bereiche des Halbleiterkörpers 9 mittels Ionenimplantation oder lateraler Injektion elektrisch leitend oder elektrisch isolierend gemacht sind.
Die oberste Schicht der zweiten Bragg-Reflektor-Schicht 2, d. h. die von der Wellenfuhrungsschicht 3 am weitesten entfernt liegende Schicht, ist z. B. eine hoch p-dotierte GaAs- Kontaktschicht, auf der ein TiPtAu-Kontakt 14 aufgebracht ist. Als zweiter elektrischer Kontakt 16 ist auf der der ersten Hauptfläche 11 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 15 des Substrats 10 ganzflächig ein n-Kontakt, z. B. bestehend aus AuGeNi, aufgebracht. Die beiden Bragg-Reflektor-Schichten 1,2 sind beispielsweise in bekannter Weise modulationsdotiert, um eine niederohmige Ankopplung des inneren pn- Übergangs der Strahlungserzeugenden Zone 4 an die äußeren elektrischen Kontakte 14,16 zu erreichen, und besitzen z. B. graduierte HeteroÜbergänge.
Die Seitenflächen 5 der Wellenfuhrungsschicht 3 einschließlich der Bragg-Reflektor-Schichten 1,2 sind mit einem Winkel α gegen die Spiegelflächen der Bragg-Reflektor-Schichten 1,2 und damit gegen den planaren optischen Wellenleiter 7, beste- hend aus der ersten und der zweiten Bragg-Reflektor-Schicht 1,2 und der Wellenfuhrungsschicht 3, poliert angeschrägt. Sie wirken damit als vertikale laterale Auskoppeltaper für die in der Wellenfuhrungsschicht in Strahlungsausbreitungsrichtung 18 nach außen sich ausbreitenden Photonen. Der Winkel α liegt bevorzugt etwa zwischen 1° und 30°. Auf die angeschrägten Seitenflächen 5 ist eine Antireflexschicht 8 aufgebracht.
Alternativ zu der vertikalen lateralen Taperstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 lassen sich auch horizon- tale laterale Taperstrukturen einsetzen. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist in den Figuren 2 und 3 in Draufsicht bzw. Seitenansicht gezeigt. Dieses ist hinsichtlich der Schichtenfolge dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 identisch.
Hier ist aber die Seitenfläche 5 der Wellenfuhrungsschicht 3 inklusive der beiden Spiegelschichten nicht schräg zu den Bragg-Reflektor-Schichten 1,2 ausgebildet. Der Wellenleiter 7 weist statt dessen senkrecht zu den Bragg-Reflektor-Schichten 1,2 stehende, von der Seitenfläche in Richtung Mitte des Halbleiterkörpers 9 verlaufende keilförmige Einschnitte 21 auf, deren Öffnungswinkel beispielsweise bis zu 20° sein können und die laterale Keiltiefen von bis zu 100 μm aufweisen können. Die Seitenflächen des Wellenleiters 7 können auch hier mit einer Antireflexschicht 8 versehen sein.
Der charakteristische Durchmesser der Bauelemente liegt zwischen 100 und 300 μm. Durch Durchmesser des p-Kontaktes beträgt zwischen 50 und 100 um, der Taperbereich variiert zwischen 25 und 100 μm. Über die Dicke des planaren optischen Wellenleiters lässt sich die residuäre Absorption einstellen, die quadratisch mit der Schichtdicke abnimmt. Die Dicke der Bragg-Spiegel beträgt für das vorgestellte Beispiel jeweils etwa 3 μm.
Die Herstellung der beschriebenen Schichtenfolgen kann beispielsweise mit Molekularstrahlepitaxie erfolgen. Zur p- Dotierung kann beispielsweise Kohlenstoff, zur n-Dotierung Silizium dienen. Die Herstellung ist z. B. ebenso mit metallorganischer Gasphasenepitaxie möglich. Die Taperstrukturen lassen sich z. B. durch Trockenätzen realisieren. Die laterale Oxidation der AlxGaι_xAs-Schicht kann in Wasserdampf bei ca. 400 °C erfolgen.
Wie oben beschrieben, können sowohl sternförmige horizontale laterale Auskoppeltaper oder einfache keilförmige vertikale laterale Auskoppeltaper, aber auch jede andere geeignete Form eines Auskoppeltapers genutzt werden.
Alternative Bauformen zu den skizzierten Ausführungen, wie beispielsweise nichtzylindersymmetrische Geometrien sind selbstverständlich möglich. Alternative Ausbildungen der Spiegel etwa durch Metallschichten sind anwendbar. Ebenso sind andere Maßnahmen zur Stromeinschnürung wie z. B. durch Ionenimplantation oder rückwärts vorgespannte pn-Dioden ein- setzbar. Die Struktur ist auch nicht auf das in den Ausfüh- rungsbeispielen beschriebene Materialsystem beschränkt, sondern lässt sich beispielsweise auch in den Materialsystemen InAlGaP auf GaAs-Substrat oder InGaAsP auf InP-Substrat oder InAlGaN auf SiC- oder Saphir-Substrat verwirklichen. Darüber hinaus können die vorgeschlagenen Strukturen auch in II-VI- Halbleitersystemen oder organischen lichtemittierenden Bauelementen realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungemittierendes optoelektronisches Bauelement, bei dem in einem Strahlungserzeugenden Körper (9) ein planarer optischer Wellenleiter (7) mit einer Wellenfuhrungsschicht
(3) und einer Wellenausbreitungsrichtung (18) vorgesehen ist, bei dem die Wellenfuhrungsschicht (3) eine strahlungserzeu- gende Zone (4) aufweist, in der im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, und bei dem zumi- dest die Wellenfuhrungsschicht (3) zur Auskopplung der Strahlung mindestens eine schräg zur Wellenausbreitungsrichtung (18) im planaren optischen Wellenleiter (7) stehende äußere Seitenfläche (6) aufweist.
2. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Wellenfuhrungsschicht (3) zwischen zwei hochreflektierenden planparallelen optischen Reflektorschichten (1,2) angeordnet ist.
3. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die beiden Reflektorschichten (1,2) jeweils als Bragg-Reflektor ausgebildet sind.
4. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Strahlungserzeugende Körper (9) ein Halbleiterkörper ist, bei dem die Strahlungserzeugende Zone (4) eine Einfach- oder Mehrfach-Quantenwell- Struktur aufweist.
5. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 4, bei dem die Einfach- bzw. Mehrfach-Quantenwell- Struktur aus kompressiv verspannten Quantenwells hergestellt sind, derart, daß sie optimal an die TE-Moden des planaren optischen Wellenleiters (7) ankoppeln.
6. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 5, bei dem die Quantenwells in der Nähe eines Kno¬ tens eines sich im Betrieb des Bauelements in vertikaler Richtung zum Wellenleiter (7) ausbildenden Stehwellenfeldes angeordnet sind.
7. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der optische Wellenleiter (7) als vertikaler lateraler Auskoppeltaper (6) ausgebil- det ist.
8. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der optische Wellenleiter (7) als horizontaler lateraler Auskoppeltaper ausgebildet ist.
9. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die schräg zur Wellenausbreitungsrichtung (18) im planaren optischen Wellenleiter (7) stehende äußere Seitenfläche (6) mit der Ausbreitungsrichtung (18) der Strahlung im Wellenleiter (7) einen Winkel im Bereich zwischen 1° und 30° einschließt.
10. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest die schräg zur Wellenausbreitungsrichtung (18) im planaren optischen Wellenleiter (7) stehende äußere Seitenfläche (6) mit einer Antireflexionsschicht (8) versehen ist.
11. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die gesamte äußere Seitenfläche des planaren optischen Wellenleiters (7) schräg zur Wellenausbreitungsrichtung (18) im planaren optischen Wellenleiter (7) steht.
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