EP2342786A2 - Oberflächenemittierendes halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen emissionsrichtung - Google Patents

Oberflächenemittierendes halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen emissionsrichtung

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EP2342786A2
EP2342786A2 EP09776120A EP09776120A EP2342786A2 EP 2342786 A2 EP2342786 A2 EP 2342786A2 EP 09776120 A EP09776120 A EP 09776120A EP 09776120 A EP09776120 A EP 09776120A EP 2342786 A2 EP2342786 A2 EP 2342786A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layers
layer
resonator mirror
dopant concentration
semiconductor laser
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09776120A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Mayer
Andreas Koller
Joachim Pfeiffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2342786A2 publication Critical patent/EP2342786A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/18322—Position of the structure
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    • H01S5/18333—Position of the structure with more than one structure only above the active layer
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    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers

Definitions

  • the present invention relates to a surface emitting semiconductor laser device having a vertical emission direction provided for generating laser radiation by means of an internal optical resonator.
  • Semiconductor body are arranged.
  • Semiconductor lasers having oxidation apertures are known, for example, from the publication "Deposition of lateral oxidation rate on thickness of AlAs layer of interest as a current aperture in vertical-cavity surface-emitting laser structures", Journal of Applied Physics, Vol. 84, No. 1, July 1, 1998, known.
  • Oxidizing diaphragms which are formed in semiconductor layers, each have a lateral extent, wherein 0 is conventionally the lateral extent of the
  • Oxidation in the individual semiconductor layers is about the same size.
  • the invention has for its object to provide a surface-emitting semiconductor laser device having improved device properties, is characterized in particular by improved reproducibility of the lateral extent of the oxidation and simultaneously shows improved oxidation homogeneity.
  • Provided emission direction which comprises a semiconductor body having a first resonator mirror, a second resonator mirror and a radiation generating suitable active zone.
  • the first resonator mirror has alternately stacked first layers of a first composition and second layers of a second composition.
  • the first layers have oxidized areas.
  • at least the first layers each contain a dopant, wherein at least one layer of the first layers has a dopant concentration that is different from the dopant concentration of the other first layers.
  • composition of a layer is defined by elements contained in the layer as well as their nominal (ie within the accuracy of composition monitoring during or after the growth process) stoichiometry, with dopants and impurities not be taken into account.
  • the stoichiometry is given by the content (proportion) of the individual elements in the layer.
  • the surface emitting semiconductor laser device is a Vertical Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) surface emitting semiconductor laser.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface-Emitting Laser
  • the main emission direction of the component runs perpendicular to the main plane of the semiconductor layers of the semiconductor body.
  • the semiconductor laser component is provided for generating laser radiation by means of an internal optical resonator 5.
  • the first resonator mirror, the second resonator mirror and the active zone each preferably have a lateral main axis of extension.
  • Oxidation diaphragms are formed, for example, by oxidized regions in the first layers of the first resonator mirror.
  • the layers of the resonator mirror which preferably contain Al x Ga x As with 0.95 ⁇ x ⁇ 1, are laterally oxidized by an oxidation process.
  • the layers are oxidized in the edge region of the semiconductor body.
  • the layers in these .0 areas lose their electrical conductivity.
  • the current flow through the semiconductor body can advantageously be limited locally.
  • the semiconductor body in the Edge region almost no, or at least a lower flow of current than in the unoxidized areas.
  • the pump current density is preferably greater in the central region of the semiconductor body than in the edge region of the semiconductor body.
  • the pump current density can essentially have a quasi-Gaussian profile with a maximum in the central region, with starting from the maximum comparatively flat flanks in the central region and steeper flanks in the edge region.
  • Layers of the first resonator mirror preferably at least the first layers, each contain a dopant, wherein at least one layer of the first layers has a different dopant concentration from the dopant concentration of the other first layers.
  • the first layers of the resonator mirror thus have at least two layers whose
  • the further first layers may have substantially the same dopant concentration as one of the at least two layers.
  • the dopant concentration influences the oxidation process in the first layers of the first resonator mirror, in particular the lateral extent of the oxidized regions.
  • the dopant concentration is formed in the first layers of the first resonator mirror such that the oxidized regions have a predetermined lateral extent.
  • the lateral extent of the oxidized regions in these layers can be defined in the first resonator mirror.
  • Essential component properties such as, for example, the series resistance, threshold voltage, threshold current and efficiency, can thus be advantageously influenced as a function of the dopant concentration in the first layers.
  • the oxidation homogeneity can be improved by a specific adjustment of the dopant concentration in the first layers of the first resonator mirror. Improved oxidation homogeneity in the first layers of the first resonator mirror advantageously further improves the device properties of the semiconductor laser component.
  • the oxidized region of the at least one layer which has a dopant concentration which is different from the dopant concentration of the other first layers has a different lateral extent from the lateral extent of the other first layers.
  • the lateral extent of the oxidized regions of the at least one layer deviates by at least 1 ⁇ m from the lateral extent of the other first layers.
  • the first layers have two layers that differ in dopant concentration from the other first layers.
  • the dopant concentrations of the two layers also differ from one another.
  • the first layers contain a layer having a first dopant concentration, another layer having a second dopant concentration, and other layers each having a third dopant concentration.
  • Dopant concentration of one layer of the two layers at least 1.5 times as high as the dopant concentration of the other layer of the two layers.
  • the dopant concentration of the other layer of the two layers is less than 10 18 c ⁇ T 3 .
  • the dopant concentration of the other layer of the two layers is in a range between 3 ⁇ 10 17 CnT 3 and 7 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the lateral extent of the oxidized regions of the two layers whose concentration of the dopant is different, has a different lateral extent than the lateral extent of the other first layers.
  • Different concentrations of the dopants in two layers of the same composition within the first resonator mirror are suitable for optimally adapting the extent of the oxidized regions of the layers to given requirements.
  • the given requirements for the first layers of the first resonator mirror are not the same over the entire lateral extent, for example because the current path is to be limited by the semiconductor body to the central region. With one over the first layers of the first layers of the first
  • the oxidized regions of the two layers whose dopant concentration is different have a different lateral extent.
  • the first layers of the first resonator mirror include a layer having an oxidized region of a first lateral extent, another layer having an oxidized region of a second lateral extent, and other layers each having oxidized regions of a third lateral extent.
  • a first resonator mirror designed in this way advantageously limits the flow of current through the first resonator mirror, and thus through the semiconductor body, locally.
  • both the current flow in the Substantially limited to the central region of the semiconductor body, as well as the lateral current expansion within the first layers of the first resonator are reduced.
  • the reduction of the lateral current widening can in this case be achieved by means of the second lateral extension of the oxidized region of the further layer.
  • Dopant is at least 2 times as large as the lateral extent of the oxidized region of the other layer of the two layers.
  • the oxidized regions of the first layers each have a lateral extent, which have a deviation of less than 200 nm except for the two layers with different dopant concentration.
  • the first layers have a similar, substantially equal dopant concentration, and thus a similar, substantially equal lateral extent of the oxidized regions.
  • the surface emitting semiconductor laser device is an electrically pumped semiconductor laser device.
  • the active zone preferably has an active layer.
  • the active layer has a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi-quantum well) for generating radiation.
  • SQW single quantum well
  • MQW multiple quantum well structure
  • quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the semiconductor body is preferably a semiconductor chip.
  • the semiconductor body is a thin-film semiconductor chip.
  • a semiconductor chip is considered, during its production, the growth substrate, on the one
  • Semiconductor layer sequence comprising a semiconductor body of the thin film semiconductor chip, for example epitaxially grew, has been detached.
  • the semiconductor chips may each be connected to a carrier substrate, which is different from the growth substrate for the semiconductor layer sequence of the semiconductor body.
  • the carrier substrate is advantageously not subject to the comparatively high requirements which a growth substrate, for example with regard to the crystal structure, has to meet.
  • a growth substrate for example with regard to the crystal structure
  • the carrier substrate can thus be selected comparatively freely with regard to advantageous properties, such as high thermal and / or electrical conductivity.
  • such a carrier substrate may be one from the growth substrate contain different semiconductor material or a metal and / or be formed as a heat sink.
  • the semiconductor body is based on a nitride, phosphide or arsenide compound semiconductor.
  • nitride, phosphide or arsenide compound semiconductors in the present context means that the active epitaxial layer sequence or at least one layer thereof is a IIl / V semiconductor material having the composition In x Ga y Ali x x y P, In x Ga 7 al 1 - x - Y is N or In x Ga y al x - y As, in each case with 0 ⁇ x ⁇ 1, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1 comprises.
  • the two layers whose dopant concentration is different have a different thickness.
  • the lateral extent of the oxidized regions can preferably be influenced in a targeted manner.
  • the lateral extent of the oxidized regions can be influenced in a targeted manner by means of the different thicknesses of these two layers.
  • both the dopant concentration and the thickness of the two layers are adjusted so that a desired lateral extent of the oxidized regions of the two layers results.
  • the oxidized regions are preferably arranged in the edge region of the semiconductor body. As a result, the current flow is limited locally with advantage. In particular, the current conductivity in the edge region of the semiconductor body is low.
  • the first and second resonator mirrors preferably have alternately stacked layers, wherein the alternately stacked layers in particular have different refractive indices.
  • the first and the second resonator mirrors are preferably designed as Bragg mirrors.
  • the first resonator mirror can be formed as a coupling-out mirror for the radiation from the resonator and, for this purpose, preferably has a lower reflectivity than the second resonator mirror.
  • the first resonator mirror has alternately stacked AlAs layers or AlGaAs layers and GaAs layers.
  • the first layers contain Al x Ga x As, each with 0.8 ⁇ x ⁇ 1.
  • the first layers contain
  • the second layers preferably contain AlyGa ⁇ _yAs, each with 0 ⁇ y ⁇ 0.5, more preferably each with 0 ⁇ y ⁇ 0.2.
  • Resonator mirror alternately stacked first layers and second layers, wherein in each case between a first layer and a second layer, a transition layer is arranged.
  • the transition layer preferably has an aluminum content which is between the aluminum content of the first layer and the aluminum content of the second layer.
  • the transition layer may preferably have a varying aluminum content perpendicular to the lateral extent of the transition layer, for example a parabolic, linear or stepwise increasing or decreasing aluminum content.
  • the aluminum content of the at least one layer of the first layers which has a dopant concentration that is different from the dopant concentration of the other first layers, differs from the aluminum content of the other first layers.
  • the first layers have two layers, which are located in the
  • Dopant concentration of the other first layers and more preferably differ in the dopant concentration with each other, wherein the aluminum content of the two layers of the aluminum content of the other first layers differ. Most preferably, the aluminum content of the two layers is higher than the aluminum content of the other first layers.
  • the aluminum content of the two layers also differs from each other.
  • the first layers contain one layer with a first aluminum content, another layer with a second aluminum content, and other layers each with a third aluminum content.
  • the lateral extent of the oxidized regions of the two layers the have a different dopant concentration of the dopant concentration of the other first layers, by a different
  • Dopant concentration of the two layers specifically influenced by a different thickness of these two layers and additionally by a different aluminum content of the two layers.
  • both the dopant concentration, the thickness, and the aluminum content of the two layers are adjusted to give a desired lateral extent of the oxidized regions of the two layers.
  • the at least one layer of the first resonator whose concentration of the dopant is different, each having a p-type doping.
  • the at least one layer has a carbon doping.
  • the layers of the second resonator mirror preferably each have an n-type doping. Preferably, only the first resonator mirror has oxidized regions.
  • the height of the dopant concentration of the layers of the second resonator mirror influences the lateral extent of the oxidized regions of the first layers of the first resonator mirror.
  • a high dopant concentration in the second resonator mirror leads to very small lateral expansions of the oxidized regions of the first layers of the first resonator mirror. It has been shown that this
  • the Effect is independent of the used dopant of the second resonator mirror.
  • the extent of the oxidized regions in the first layers is accordingly dependent on the doping profile of the entire semiconductor body.
  • the oxidation process is accordingly dependent on the dopant concentration of the layers of the second resonator mirror and the dopant concentration of the first and the second layers of the first resonator mirror.
  • the dopant concentration of the second resonator mirror can advantageously remain unchanged for a desired lateral extent of the oxidized regions of the first layers.
  • An example lowering of the dopant concentration in the second resonator mirror is not necessary, whereby disadvantageous changes of the entire doping profile are advantageously not required.
  • An improved reproducibility of the lateral extent of the oxidized regions and improved oxidation homogeneity are thus advantageously possible.
  • a method for producing a surface-emitting semiconductor laser component comprises in particular the following steps:
  • Epitaxially growing a semiconductor body onto a growth substrate comprising a first resonator mirror, a second resonator mirror, and an active zone for generating radiation, the first resonator mirror having alternately stacked first layers of a first composition and second layers of a second composition, at least one during growth Dopant in the first layers wherein at least one layer of the first layers has a dopant concentration different from the dopant concentration of the other first layers, and
  • the dopant concentration of the first layers of the first resonator mirror is adjusted at a predetermined dopant concentration of the layers of the second resonator mirror such that the oxidized regions of the first layers have a desired lateral extent.
  • the dopant concentration of the layers of the second resonator mirror can be predetermined, while the dopant concentration of the first layers of the first resonator mirror is set as a function of the intended lateral extent of the oxidized regions.
  • the oxidation process can advantageously be controlled without interfering with the doping profile of the remaining layers of the semiconductor body.
  • Figure IA is a schematic cross section of a first
  • Figure IB is a schematic cross section of another
  • FIG. 2 shows a schematic detail of the semiconductor laser component according to the invention from FIG. 1, and FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the extent of the oxidized regions of the first layers plotted against the dopant concentration of the second resonator mirror.
  • FIG. 1A shows a surface-emitting semiconductor laser component which has a vertical
  • a semiconductor body having a first resonator mirror 2, a second resonator mirror 4 and an active zone 3 is arranged on a substrate 1.
  • the first resonator mirror 2 has in each case alternately stacked first layers 2a of a first composition and second layers 2b of a second composition.
  • the second resonator mirror 4 also has alternately stacked layers 4a, 4b.
  • the active zone 3 has an active layer 31 provided for generating radiation.
  • the first resonator mirror 2, the active zone 3 and the second resonator mirror 4 each have a lateral main extension direction.
  • the semiconductor body is preferably formed as a semiconductor chip, particularly preferably as a thin-film semiconductor chip.
  • the substrate 1 can be formed from the growth substrate or a portion of the growth substrate of the semiconductor body, on which first the second resonator mirror 4 and subsequently the active zone 3, preferably epitaxially, have been grown. Alternatively, the substrate 1 may be different from the growth substrate of the semiconductor body.
  • the substrate 1 is preferably formed n-type.
  • the active layer 31 of the active zone 3 preferably has a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure for generating radiation.
  • the semiconductor body is preferably based on a nitride, a phosphide or an arsenide compound semiconductor.
  • the substrate 1 includes GaAs and the Semiconductor body based on the material system Ga x In y Al x - y As with 0 ⁇ x, y ⁇ 1 and x + y ⁇ . 1
  • the second resonator mirror 4 is arranged between the active zone 3 and the substrate 1, wherein the second
  • Resonator mirror 4 together with the first resonator mirror 2 forms an optical resonator for the radiation generated in the active zone 3.
  • the first resonator mirror 4 and the second resonator mirror 2 are preferably integrated together with the active zone 3 in the semiconductor body of the semiconductor laser device.
  • the first resonator mirror 2 is designed as a coupling-out mirror of the laser radiation generated in the resonator by means of induced emission and has a lower reflectivity than the second resonator mirror 4.
  • Radiation 7 generated in the active zone 3 is emitted from the semiconductor body in the vertical direction.
  • the first resonator mirror 2 and the second resonator mirror 4 are each a Bragg mirror.
  • the second resonator mirror 4 has a plurality of semiconductor layer pairs 4a, 4b with an advantageously high refractive index difference.
  • a GaAs and an AlGaAs layer form a semiconductor layer pair.
  • the plurality of pairs of layers in the second resonator mirror 4 is schematically indicated in FIGS. 1A, 1B.
  • the second resonator mirror 4 comprises a sequence of 20 to 30 or more semiconductor layer pairs, resulting in, for example, a total reflectivity of the second resonator mirror 4 of 99.8 percent or more for the laser radiation.
  • the first resonator mirror 2 has a plurality of semiconductor layer pairs comprising first layers 2a of a first composition and second layers 2b of a second composition having an advantageously high
  • the first resonator mirror 2 comprises first layers 2a of Al x Ga x As, respectively with 0.8 ⁇ x ⁇ 1, preferably each with 0.95 ⁇ x ⁇ 1, and second layers 2b of AlyGai_yAs, each with 0 ⁇ y ⁇ 0.5, preferably each with 0 ⁇ y ⁇ 0.2, on.
  • the plurality of pairs of layers in the first resonator mirror 2 is schematically indicated in FIGS. 1A, 1B.
  • the layers of the first resonator mirror 2, as well as the layers of the second resonator mirror 4 and the active zone 3, are preferably produced epitaxially.
  • the first contact layer 5 On the side facing away from the semiconductor body of the substrate 1, a first contact layer 5 is arranged.
  • the first contact layer 5 preferably contains a metal or a metal alloy.
  • a second contact layer 6 is preferably arranged on the side of the first resonator mirror 2 facing away from the active zone 3.
  • the semiconductor laser component is electrically pumped via the first contact layer 5 arranged on the side of the substrate 1 facing away from the semiconductor body and the second contact layer 6 arranged on the side of the semiconductor body opposite the substrate 1, which for example each contain at least one metal.
  • the second contact layer 6 on the side remote from the semiconductor body side of the substrate 1, in particular on the side of the semiconductor body, on which the first contact layer 5 is arranged be arranged (not shown).
  • Contacting techniques which comprise a first and a second contact layer on one side of a semiconductor body are known to the person skilled in the art (inter alia flip-chip semiconductor body) and will not be explained in any more detail here.
  • the second contact layer 6 is over one
  • the second contact layer 6 may contain, for example, Ti, Au, Pt or alloys with at least one of these materials.
  • the layers of the second resonator mirror 4 preferably have an n-type doping.
  • the first and second layers 2a, 2b of the first resonator mirror 2 preferably have a p-type doping.
  • the first layers 2a of the first resonator mirror 2 have a p-type doping.
  • the first layers 2a have a carbon doping.
  • Resonator mirror 2 oxidized areas 8a and 8b unoxidized areas.
  • the first resonator mirror 2, in particular the individual first and second layers 2a, 2b, are shown in detail in FIG.
  • a layer 21 of the first layers 2 a preferably has a dopant concentration that is different from the dopant concentration of the other first layers 2 a.
  • two layers 21a, 21b each have a dopant concentration that differs in the dopant concentration from the other first layers 2a.
  • the dopant concentrations of the two layers 21a, 21b are also additionally different from each other.
  • the first layers 2a include a layer 21a having a first dopant concentration, another layer 21b having a second dopant concentration, and other layers 2a each having a third dopant concentration.
  • the two layers 21a, 21b having one of the other first layers 2a and dopant concentration different from each other have a lateral extent D a? Different from the lateral extent D of the oxidized regions 8a of the other first layers 2a . Dj 3 of the oxidized regions 8a.
  • the dopant concentration influences the oxidation process in the first layers 2a, in particular the lateral extent of the oxidized regions 8a. Accordingly, the lateral extent of the oxidized regions 8a in these layers 2a can be influenced by means of the dopant concentration in the first layers 2a of the first resonator mirror 2.
  • Essential component properties such as the series resistance, threshold voltage,
  • Threshold current and efficiency can thus be advantageously influenced depending on the dopant concentration in the first layers 2a.
  • the oxidation homogeneity can be improved by a specific adjustment of the dopant concentration in the first layers 2a of the first resonator mirror. Improved oxidation homogeneity in the first layers 2a of the first resonator mirror also advantageously further improves the device properties of the semiconductor laser component.
  • the current flow through the first resonator mirror 2, and thus through the semiconductor body can advantageously be limited locally.
  • the two layers 21a, 21b whose
  • Dopant concentration is different from each other and from the other first layers 2a, the current flow are limited to substantially the central region D ⁇ m of the semiconductor body, and the lateral current expansion within the first layers 2a of the first resonator 2 are reduced.
  • the dopant concentration of one layer 21a of the two layers 2a is preferably at least 1.5 times as high as the dopant concentration of the other layer 21b of the two layers 2a.
  • the dopant concentration of a layer of the two layers is in a range between 2 ⁇ 10 -4 cm -1 and 6 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the dopant concentration is particularly preferably another layer of the two layers in a range between 3 x 10 17 cm ⁇ 3 and 7 x 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the second layers 2b of the first resonator mirror preferably have no oxidized regions.
  • the layers of the first resonator mirror 2 which preferably contain Al x Ga] __ x As with 0.95 ⁇ x ⁇ 1, have oxidized regions.
  • the layers 2a having oxidized regions 8a have regions 8b which are not oxidized.
  • the oxidized regions 8a are preferably arranged in the edge region of the semiconductor body.
  • the oxidized regions 8a extend in an annular manner over the edge region of the semiconductor body.
  • Edge region almost no, or at least a lower flow of current than in the unoxidized areas.
  • Electric pumping of the edge region of the active zone 3 arranged under the oxidized regions 8a is advantageously avoided on account of the lower current conductivity of the first layers 2a of the first resonator mirror compared to the non-oxidized regions 8b.
  • the current flow is thus influenced by the oxidized regions 8a of the first layers 2a, in particular preferably formed in the central region Dg m of the semiconductor body.
  • the oxidized regions of the first layers 2a of the first resonator mirror 2 each have a lateral extent D.
  • Two layers 21a, 21b preferably have a different lateral extent D a Dj 3 from the lateral extent D of the other first layers 2 a .
  • the different lateral dimensions D, D a D] 3 are preferably achieved by means of the different dopant concentrations in these layers 2 a, 21 a, 21 b.
  • the first layers 2a of the first resonator mirror 2 preferably have such a dopant concentration that the oxidized regions 8a each have an intended lateral extent D, D S / D] 3 .
  • the dopant concentration of the first layers 2a, 21a, 21b of the first resonator mirror 2 is set at a predetermined dopant concentration of the layers 4a, 4b of the second resonator mirror 4 such that the oxidized regions 8a each have the intended lateral extent D, D a D] 3 .
  • the n-doping of the layers 4a, 4b of the second resonator mirror 4 may preferably be fixed, while the p-doping of the first layers 2a of the first resonator mirror 2 is set such that the oxidized regions 8a have a desired lateral extent D, D S / D ] 3 have.
  • the p-doped first resonator mirror 2 has first layers 2a with oxidized regions 8a.
  • the oxidation process is dependent on the entire doping profile of the semiconductor body.
  • the two layers 21a, 21b whose
  • Concentration of the dopant is different, a different thickness (not shown).
  • the lateral extent D, D a D] of the oxidized regions 8a can preferably be influenced in a targeted manner.
  • the lateral extent D, D a D ] 3 of the oxidized regions 8a can be influenced in a targeted manner by the different thicknesses of these two layers 21a, 21b.
  • the dopant concentration and the thickness of the two layers 21a, 21b are adjusted so as to give a desired lateral extent D, D a D] 3 of the oxidized regions 8a of the two layers 21a, 21b.
  • Areas 8a are selectively influenced by a different aluminum content of the two layers 21a, 21b to each other and to the aluminum content of the other first layers 2a.
  • the dopant concentration, the thickness and the aluminum content of the two layers 21a, 21b are set so that a desired lateral extent D, D a D ] 3 of the oxidized regions 8a of the two layers 21a, 21b results.
  • a second contact layer 6 is partially arranged on the first resonator mirror 2 arranged.
  • the second contact layer 6 is arranged in the edge region of the semiconductor body.
  • the central region Dg m thus has no second contact layer 6.
  • the second contact layer 6 preferably has a greater lateral extent than the oxidized regions 8a of the first layers 2a of the first resonator mirror 2. Thus, there is an overlap of the second contact layer 6 over the oxidized regions 8a.
  • the second contact layer 6 may have a smaller or a larger lateral extent than the oxidized regions 8a of the two layers 21a, 21b, whose concentration of the dopant is different. It is also conceivable that the second contact layer 6 has a smaller lateral extent than the oxidized region 8a of one of the two layers 21b and has a greater lateral extent than the oxidized region 8a of the second layer 21a.
  • the lateral extent of the second contact layer 6 is in a range between the lateral extent of the oxidized area 8a of the one of the two layers 21b and the lateral extent of the oxidized area 8a of the second layer 21a.
  • the injected current is preferably injected into the active zone mainly via the unoxidized region 8b of the first views 2a of the first resonator mirror 2.
  • the exemplary embodiment of FIG. 1B differs from the exemplary embodiment of FIG. 1A by a whole-area second contact layer 6. Accordingly, an electrically conductive contact layer 6 is arranged on the first resonator mirror 2 over the entire surface of the electrical connection of the semiconductor laser component.
  • the coupling out of the laser radiation takes place through the second contact layer 6.
  • the second contact layer 6 must have at least partially transparent properties for the radiation 7 generated by the active zone 3.
  • the absorption of the laser radiation emitted by the active zone 3 in the second contact layer 6 is low, preferably less than 40 percent, particularly preferably less than 20 percent.
  • the second contact layer 6 preferably has a transparent conductive oxide.
  • Transparent conductive oxides are transparent, conductive materials, typically metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In 2 O 3 also includes ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4 , CdSnO 3 / ZnSnO 3 , MgIn 2 O 4 , GaInO 3 , Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 Oi 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the dependence of the lateral extent D of the oxidized regions 8a of the first layers on the charge carrier density in the n-doped second resonator mirror 4.
  • the lateral extent D of the oxidized regions (oxidation depth) in the p-doped first resonator mirror 2 ( ⁇ m) versus the dopant concentration of the second resonator mirror 4 (cm -3 ) is plotted along the abscissa of the diagram are the values of the dopant concentration of the n Plotted on the ordinate are the values of the lateral extent of the oxidized regions of the first layers of the p-doped first resonator mirror 2.
  • the graph A shown in the diagram indicates values at which the first layers of the p-doped first resonator mirror 2 have an active doping.
  • Graph B in the diagram shows values at which the first layers of the p-doped first resonator mirror 2 have an intrinsic doping.
  • the first layers 2a have a doping which arises during the growth process of the individual layers of the semiconductor body without being actively introduced.
  • the lateral extent of the oxidized regions of the first layers 2a of the first resonator mirror 2 depends on the Dopant concentration of the layers of the second resonator 4 from.
  • the extent D of the oxidized regions 8a is accordingly dependent on the doping profile of the entire semiconductor body.
  • the dopant concentration of the layers of the second resonator mirror 4 influences the surface charge of the first layers 2a of the first resonator mirror 2.
  • the surface charge of the first layers 2a influences the oxidation process in the first layers 2a.
  • the oxidation process is therefore of the
  • the dopant concentration of the second resonator mirror 4 can advantageously remain unchanged for a desired lateral extent of the oxidized regions 8a of the first layers 2a.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of this, but includes any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly in the claims or Embodiments is given.

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Abstract

Es wird ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung angegeben, das einen Halbleiterkörper umfasst, der einen ersten Resonatorspiegel (2), einen zweiten Resonatorspiegel (4) und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone (3) aufweist. Der erste Resonatorspiegel (2) weist alternierend gestapelte erste Schichten (2a) einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten (2b) einer zweiten Zusammensetzung auf. Die ersten Schichten (2a) weisen oxidierte Bereiche (8a) auf. Ferner enthalten zumindest die ersten Schichten (2a) jeweils einen Dotierstoff, wobei mindestens eine Schicht (21a) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist.

Description

Beschreibung
Oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung 5
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 055 941.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 0 Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung, das zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen Resonators vorgesehen ist.
L5
Es sind unter anderem oberflächenemittierende Halbleiterlaserbauelemente bekannt, die einen
Halbleiterkörper aufweisen, bei denen der Strompfad innerhalb des Halbleiterkörpers gezielt geführt ist, beispielsweise
',0 mittels Oxidationsblenden, die im Randbereich des
Halbleiterkörpers angeordnet sind. Halbleiterlaser, die Oxidationsblenden aufweisen, sind beispielsweise aus der Veröffentlichung „Dependence of lateral oxidation rate on thickness of AlAs-layer of interest as a current aperture in 15 vertical-cavity surface-emitting laser structures", Journal of Applied Physics, Vol. 84, No. 1, 01. Juli 1998, bekannt.
Oxidationsblenden, die in Halbleiterschichten ausgebildet sind, weisen jeweils eine laterale Ausdehnung auf, wobei 0 herkömmlicherweise die laterale Ausdehnung der
Oxidationsblenden in den einzelnen Halbleiterschichten etwa gleich groß ist . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement anzugeben, das verbesserte Bauelementeigenschaften aufweist, sich insbesondere durch eine verbesserte Reproduzierbarkeit der lateralen Ausdehnung der Oxidationsblenden auszeichnet und gleichzeitig eine verbesserte Oxidationshomogenität zeigt.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement mit einer vertikalen
Emissionsrichtung vorgesehen, das einen Halbleiterkörper umfasst, der einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone aufweist . Der erste Resonatorspiegel weist alternierend gestapelte erste Schichten einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten einer zweiten Zusammensetzung auf. Die ersten Schichten weisen oxidierte Bereiche auf. Ferner enthalten zumindest die ersten Schichten jeweils einen Dotierstoff, wobei mindestens eine Schicht der ersten Schichten eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist .
Im Rahmen der Anmeldung ist die Zusammensetzung einer Schicht durch in der Schicht enthaltene Elemente sowie ihre nominelle (d.h. im Rahmen der Genauigkeit der Kompositionsüberwachung während oder nach dem Wachstumsprozess) Stöchiometrie definiert, wobei Dotierstoffe und Verunreinigungen nicht mitberücksichtigt werden. Die Stöchiometrie ist durch den Gehalt (Anteil) der einzelnen Elemente in der Schicht gegeben .
5 Bei dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserbauelement handelt es sich um einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator (VCSEL: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) . Insbesondere läuft die Hauptabstrahlrichtung des Bauelements senkrecht zu der 0 Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers .
Das Halbleiterlaserbauelement ist zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen Resonators 5 vorgesehen. Der erste Resonatorspiegel, der zweite Resonatorspiegel und die aktive Zone weisen jeweils vorzugsweise eine laterale Haupterstreckungsachse auf.
Der Strompfad des Halbleiterkörpers ist durch _0 Oxidationsblenden begrenzt. Oxidationsblenden entstehen beispielsweise durch oxidierte Bereiche in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels. Dazu werden insbesondere die Schichten des Resonatorspiegels, die vorzugsweise AlxGa^xAs mit 0,95 < x ≤ 1 enthalten, durch 15 einen Oxidationsprozess lateral aufoxidiert . Insbesondere werden die Schichten im Randbereich des Halbleiterkörpers aufoxidiert .
Durch den Oxidationsprozess verlieren die Schichten in diesen .0 Bereichen die Stromleitfähigkeit. Dadurch kann mit Vorteil der Stromfluss durch den Halbleiterkörper lokal begrenzt werden. Insbesondere weist der Halbleiterkörper im Randbereich nahezu keinen, oder zumindest einen geringeren Stromfluss auf als in den nicht oxidierten Bereichen.
Die Pumpstromdichte ist aufgrund der Oxidationsblenden bevorzugt in dem Zentralbereich des Halbleiterkörpers größer als in dem Randbereich des Halbleiterkörpers. Die Pumpstromdichte kann im Wesentlichen ein quasi gausförmiges Profil mit einem Maximum im Zentralbereich aufweisen, mit ausgehend vom Maximum vergleichsweise flachen Flanken im Zentralbereich und steiler werdenden Flanken im Randbereich.
Schichten des ersten Resonatorspiegels, vorzugsweise zumindest die ersten Schichten, enthalten jeweils einen Dotierstoff, wobei mindestens eine Schicht der ersten Schichten eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist .
Insbesondere weisen die ersten Schichten des Resonatorspiegels somit zumindest zwei Schichten auf, deren
Dotierstoffkonzentration verschieden ist. Die weiteren ersten Schichten können im Wesentlichen die gleiche Dotierstoffkonzentration wie eine der zumindest zwei Schichten aufweisen.
Die Dotierstoffkonzentration beeinflusst den OxidationsVorgang in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels, insbesondere die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche. Vorzugsweise ist die Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels derart ausgebildet, dass die oxidierten Bereiche eine vorgesehen laterale Ausdehnung aufweisen. Mittels der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels lässt sich demnach die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche in diesen Schichten festlegen. Eine gute Reproduzierbarkeit der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels ermöglicht sich dadurch mit Vorteil . Wesentliche Bauelementeigenschaften, wie beispielsweise der Serienwiderstand, Einsatzspannung, Schwellstrom und Effizienz, lassen sich somit abhängig von der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten, vorteilhaft beeinflussen.
Ferner kann durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels die Oxidationshomogenität verbessert werden. Durch eine verbesserte Oxidationshomogenität in den ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels verbessern sich mit Vorteil weiter die Bauelementeigenschaften des Halbleiterlaserbauelements .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der oxidierte Bereich der mindestens einen Schicht, die eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist, eine von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten unterschiedliche laterale Ausdehnung auf.
Bevorzugt weicht die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der mindestens einen Schicht um mindestens 1 μm von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten ab.
Vorzugsweise weisen die ersten Schichten zwei Schichten auf, die sich in der Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten Schichten unterscheiden. Besonders bevorzugt unterscheiden sich die Dotierstoffkonzentrationen der zwei Schichten auch untereinander. In diesem Fall enthalten die ersten Schichten eine Schicht mit einer ersten Dotierstoffkonzentration, eine weitere Schicht mit einer zweiten Dotierstoffkonzentration und andere Schichten jeweils mit einer dritten Dotierstoffkonzentration.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Dotierstoffkonzentration einer Schicht der zwei Schichten mindestens 1,5 x so hoch wie die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Dotierstoffkonzentration einer Schicht der zwei Schichten größer als lO^cm"3 _ Besonders bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration einer Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 2 x 1018CnT3 und 6 x 1018CTrT3.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten kleiner als 1018cπT3. Besonders bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 3 x 1017CnT3 und 7 x 1017cm~3.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten unterschiedliche laterale Ausdehnung auf. Unterschiedliche Konzentrationen der Dotierstoffe in zwei Schichten gleicher Zusammensetzung innerhalb des ersten Resonatorspiegels sind geeignet, die Ausdehnung der oxidierten Bereiche der Schichten bestmöglich an gegebene Erfordernisse anzupassen. Insbesondere sind die gegebenen Erfordernisse an die ersten Schichten des ersten Resόnatorspiegels nicht über die gesamte laterale Ausdehnung gleich, beispielsweise weil der Strompfad durch den Halbleiterkörper auf den Zentralbereich begrenzt sein soll . Mit einer über die ersten Schichten des ersten
Resonatorspiegels nicht konstanten Dotierstoffkonzentration, und folglich unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen der oxidierten Bereiche der ersten Schichten, kann dieser Tatsache Rechnung getragen werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die oxidierten Bereiche der zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche laterale Ausdehnung auf .
In diesem Fall enthalten die ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels eine Schicht mit einem oxidierten Bereich einer ersten lateralen Ausdehnung, eine weitere Schicht mit einem oxidierten Bereich einer zweiten lateralen Ausdehnung und andere Schichten jeweils mit oxidierten Bereichen einer dritten lateralen Ausdehnung.
Ein so ausgebildeter erster Resonatorspiegel begrenzt mit Vorteil den Stromfluss durch den ersten Resonatorspiegel, und damit durch den Halbleiterkörper, lokal. Insbesondere kann mit den zwei Schichten, deren laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche sich untereinander und von den weiteren ersten Schichten unterscheidet, sowohl der Stromfluss im Wesentlichen auf den Zentralbereich des Halbleiterkörpers begrenzt werden, als auch die laterale Stromaufweitung innerhalb der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels reduziert werden. Die Reduzierung der lateralen Stromaufweitung kann in diesem Fall mittels der zweiten lateralen Ausdehnung des oxidierten Bereichs der weiteren Schicht erzielt werden.
Bevorzugt ist die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs einer Schicht der zwei Schichten, deren Konzentration des
Dotierstoffs unterschiedlich ist, mindestens 2 x so groß wie die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs der anderen Schicht der zwei Schichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Halbleiterlaserbauelements weisen die oxidierten Bereiche der ersten Schichten jeweils eine laterale Ausdehnung auf, die bis auf die zwei Schichten mit unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration eine Abweichung von weniger als 200 nm aufweisen.
Somit weisen die ersten Schichten, bis auf die zwei Schichten mit unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration, eine ähnliche, im Wesentlichen gleiche Dotierstoffkonzentration, und damit eine ähnliche, im Wesentlichen gleiche laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Halbleiterlaserbauelements ist das oberflächenemittierende Halbleiterlaserbauelement ein elektrisch gepumptes Halbleiterlaserbauelement . - S -
Bevorzugt weist die aktive Zone eine aktive Schicht auf. Die aktive Schicht weist einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single-quantum-well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi-quantum-well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt ein Halbleiterchip. Besonders bevorzugt ist der Halbleiterkörper ein Dünnfilmhalbleiterchip. Als Dünnfilmhalbleiterchip wird im Rahmen der Anmeldung ein Halbleiterchip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine
Halbleiterschichtenfolge, die einen Halbleiterkörper des Dünnfilmhalbleiterchips umfasst, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen wurde, abgelöst worden ist. Die Halbleiterchips können jeweils mit einem Trägersubstrat verbunden sein, das vom Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers verschieden ist.
Das Trägersubstrat unterliegt mit Vorteil nicht den vergleichsweise hohen Anforderungen, die ein Aufwachssubstrat, etwa hinsichtlich der Kristallstruktur, erfüllen muss. Für die Auswahl des Materials des Trägersubstrats stehen somit mehr Materialien zur Verfügung als für die Auswahl des Materials des Aufwachssubstrats. Das Trägersubstrat kann somit vergleichsweise frei hinsichtlich vorteilhafter Eigenschaften, wie hoher thermischer und/oder elektrischer Leitfähigkeit, gewählt werden. Beispielsweise kann ein solches Trägersubstrat ein vom Aufwachssubstrat verschiedenes Halbleitermaterial oder ein Metall enthalten und/oder als Wärmesenke ausgebildet sein.
Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid- , Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleiter . „Auf Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein IIl/V-Halbleitermaterial mit der Zusammensetzung InxGayAli_x.yP, InxGa7Al1-X-YN oder InxGayAli-x-yAs , jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, O ≤ y ≤ l und x + y ≤ 1, umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die zwei Schichten, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Dicke auf.
Durch die unterschiedliche Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten kann vorzugsweise die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche gezielt beeinflusst werden. Zusätzlich kann die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche mittels der unterschiedlichen Dicken dieser zwei Schichten gezielt beeinflusst werden. Bevorzugt sind sowohl die Dotierstoffkonzentration als auch die Dicke der zwei Schichten so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichen ergibt.
Die oxidierten Bereiche sind bevorzugt im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet . Dadurch wird mit Vorteil der Stromfluss lokal begrenzt . Insbesondere ist die Stromleitfähigkeit im Randbereich des Halbleiterkörpers gering. Der erste und der zweite Resonatorspiegel weisen bevorzugt alternierend gestapelte Schichten auf, wobei die alternierend gestapelten Schichten insbesondere unterschiedliche Brechungsindices aufweisen.
Der erste und der zweite Resonatorspiegel sind bevorzugt als Bragg-Spiegel ausgebildet. Der erste Resonatorspiegel kann als Auskoppelspiegel für die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist hierzu bevorzugt eine geringere Reflektivität als der zweite Resonatorspiegel auf.
Die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung kann zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel derart reflektiert werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld für die Erzeugung kohärenter Strahlung
(Laserstrahlung) über induzierte Emission in der aktiven Zone ausbildet, die über den Auskoppelspiegel, bevorzugt dem ersten Resonatorspiegel, aus dem Resonator ausgekoppelt werden kann .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Resonatorspiegel alternierend gestapelte AlAs-Schichten oder AlGaAs -Schichten und GaAs-Schichten auf. Bevorzugt enthalten die ersten Schichten AlxGa^xAs, jeweils mit 0,8 < x ≤ 1. Besonders bevorzugt enthalten die ersten Schichten
AlxGa^ _xAs, jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1. Die zweiten Schichten enthalten vorzugsweise AIyGa^ _yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5, besonders bevorzugt jeweils mit 0 ≤ y < 0,2.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste
Resonatorspiegel alternierend gestapelte erste Schichten und zweite Schichten auf, wobei jeweils zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht eine ÜbergangsSchicht angeordnet ist. Die Übergangsschicht weist bevorzugt einen Aluminiumgehalt auf, der zwischen dem Aluminiumgehalt der ersten Schicht und dem Aluminiumgehalt der zweiten Schicht liegt. Dabei kann die Übergangsschicht vorzugsweise einen senkrecht zur lateralen Ausdehnung der Übergangsschicht variierenden Aluminiumgehalt aufweisen, beispielsweise einen parabolisch, linear oder stufenförmig ansteigenden oder abnehmenden Aluminiumgehalt .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung unterscheidet sich der Aluminiumgehalt der mindestens einen Schicht der ersten Schichten, die eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist, von dem Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten. Bevorzugt weisen die ersten Schichten zwei Schichten auf, die sich in der
Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten Schichten und besonders bevorzugt in der Dotierstoffkonzentration untereinander unterscheiden, wobei sich der Aluminiumgehalt der zwei Schichten von dem Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten unterscheidet. Besonders bevorzugt ist der Aluminiumgehalt der zwei Schichten höher als der Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten.
Besonders bevorzugt unterscheidet sich der Aluminiumgehalt der zwei Schichten auch untereinander. In diesem Fall enthalten die ersten Schichten eine Schicht mit einem ersten Aluminiumgehalt, eine weitere Schicht mit einem zweiten Aluminiumgehalt und andere Schichten jeweils mit einem dritten Aluminiumgehalt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichten, die eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen, durch eine unterschiedliche
Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten, durch eine unterschiedliche Dicke dieser zwei Schichten und zusätzlich durch einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt der zwei Schichten gezielt beeinflusst . Bevorzugt sind sowohl die Dotierstoffkonzentration, die Dicke und der Aluminiumgehalt der zwei Schichten so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der zwei Schichen ergibt .
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die mindestens eine Schicht des ersten Resonatorspiegels, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, jeweils eine p-Dotierung auf. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Schicht eine Kohlenstoff-Dotierung auf.
Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels weisen vorzugsweise jeweils eine n-Dotierung auf. Bevorzugt weist lediglich der erste Resonatorspiegel oxidierte Bereiche auf.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Höhe der Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels beeinflusst . Eine hohe Dotierstoffkonzentration im zweiten Resonatorspiegel führt zu sehr geringen lateralen Ausdehnungen der oxidierten Bereiche der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels. Es hat sich gezeigt, dass dieser
Effekt unabhängig von dem verwendeten Dotierstoff des zweiten Resonatorspiegels ist. Die Ausdehnung der oxidierten Bereiche in den ersten Schichten ist demnach abhängig von dem Dotierprofil des gesamten Halbleiterkörpers. Der Oxidationsvorgang ist demnach von der Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels und der Dotierstoffkonzentration der ersten und der zweiten Schichten des ersten Resonatorspiegels abhängig .
Durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels kann mit Vorteil bei einer gewünschten lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels unverändert bleiben. Ein beispielsweises Absenken der Dotierstoffkonzentration im zweiten Resonatorspiegel ist nicht notwendig, wodurch nachteilige Änderungen des gesamten Dotierprofils mit Vorteil nicht erforderlich sind. Eine verbesserte Reproduzierbarkeit der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche und eine verbesserte Oxidationshomogenität sind so mit Vorteil möglich.
Ein Verfahren zum Herstellen eines oberflächenemittierenden Halbleiterlaserbauelements umfasst insbesondere die folgenden Schritte :
Epitaktisches Aufwachsen eines Halbleiterkörpers auf ein Aufwachssubstrat, der einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel und eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Zone umfasst, wobei der erste Resonatorspiegel alternierend gestapelte erste Schichten einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten einer zweiten Zusammensetzung aufweist, wobei während des Aufwachsens zumindest ein Dotierstoff in die ersten Schichten eingebracht wird, wobei mindestens eine Schicht der ersten Schichten eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist, und
Partielles Oxidieren der ersten Schichten mittels eines Oxidationsprozesses, sodass oxidierte Bereiche entstehen, die jeweils eine laterale Ausdehnung aufweisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausgestaltungen des Halbleiterlaserbauelements und umgekehrt .
Bevorzugt wird die Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels bei vorgegebener Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels so eingestellt, dass die oxidierten Bereiche der ersten Schichten eine gewünschte laterale Ausdehnung aufweisen.
Die Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels können in diesem Fall vorgegeben sein, während die Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels abhängig von der vorgesehenen lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche eingestellt wird. Durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten des ersten Resonatorspiegels kann mit Vorteil der Oxidationsprozess gesteuert werden, ohne dabei in das Dotierprofil der übrigen Schichten des Halbleiterkörpers einzugreifen.
Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserbauelements und des Verfahrens zu dessen Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur IA einen schematischen Querschnitt eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Halbleiterlaserbauelements ,
Figur IB einen schematischen Querschnitt eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Halbleiterlaserbauelements ,
Figur 2 einen schematischen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelements aus Figur 1 , und
Figur 3 ein Diagramm aufweisend die Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten aufgetragen gegen die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten
Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
In Figur IA ist ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserbauelement dargestellt, das eine vertikale
Emissionsrichtung 7 aufweist und zur Erzeugung von Laserstrahlung mittels eines internen optischen Resonators vorgesehen ist . Auf einem Substrat 1 ist ein Halbleiterkörper mit einem ersten Resonatorspiegel 2 , einem zweiten Resonatorspiegel 4 und einer aktiven Zone 3 angeordnet. Der erste Resonatorspiegel 2 weist jeweils alternierend gestapelte erste Schichten 2a einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 2b einer zweiten Zusammensetzung auf. Der zweite Resonatorspiegel 4 weist ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 4a, 4b auf. Die aktive Zone 3 weist eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht 31 auf. Der erste Resonatorspiegel 2, die aktive Zone 3 und der zweite Resonatorspiegel 4 weisen jeweils eine laterale Haupterstreckungsrichtung auf .
Der Halbleiterkörper ist bevorzugt als Halbleiterchip ausgebildet, besonders bevorzugt als Dünnfilmhalbleiterchip.
Das Substrat 1 kann aus dem Aufwachssubstrat oder einem Teilstück des Aufwachssubstrats des Halbleiterkörpers, auf dem zuerst der zweite Resonatorspiegel 4 und nachfolgend die aktive Zone 3, vorzugsweise epitaktisch, gewachsen wurden, gebildet sein. Alternativ kann das Substrat 1 von dem Aufwachssubstrat des Halbleiterkörpers verschieden sein. Das Substrat 1 ist vorzugsweise n-leitend ausgebildet.
Die aktive Schicht 31 der aktiven Zone 3 weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur oder eine MehrfachquantentopfStruktur zur Strahlungserzeugung auf. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-, einem Phosphid- oder einem Arsenid-Verbindungshalbleiter . Beispielsweise enthält das Substrat 1 GaAs und der Halbleiterkörper basiert auf dem Materialsystem InxGayAli-x-yAs mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
Der zweite Resonatorspiegel 4 ist zwischen der aktiven Zone 3 und dem Substrat 1 angeordnet, wobei der zweite
Resonatorspiegel 4 zusammen mit dem ersten Resonatorspiegel 2 einen optischen Resonator für die in der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung bildet . Der erste Resonatorspiegel 4 und der zweite Resonatorspiegel 2 sind bevorzugt zusammen mit der aktiven Zone 3 in den Halbleiterkörper des Halbleiterlaserbauelements integriert .
Der erste Resonatorspiegel 2 ist als Auskoppelspiegel der im Resonator mittels induzierter Emission erzeugten Laserstrahlung ausgebildet und besitzt eine geringere Reflektivität als der zweite Resonatorspiegel 4.
In der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung 7 wird in vertikaler Richtung aus dem Halbleiterkörper emittiert .
Bevorzugt sind der erste Resonatorspiegel 2 und der zweite Resonatorspiegel 4 jeweils ein Bragg-Spiegel .
Der zweite Resonatorspiegel 4 weist eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenpaaren 4a, 4b mit einem vorteilhaft hohen Brechungsindexunterschied auf. Beispielsweise bilden eine GaAs- und eine AlGaAs-Schicht ein Halbleiterschichtenpaar. Die Mehrzahl von Schichtenpaaren im zweiten Resonatorspiegel 4 ist in den Figuren IA, IB schematisch angedeutet. Bevorzugt umfasst der zweite Resonatorspiegel 4 eine Abfolge von 20 bis 30 oder mehr Halbleiterschichtenpaaren, woraus beispielsweise eine Gesamtreflektivität des zweiten Resonatorspiegels 4 von 99,8 Prozent oder mehr für die Laserstrahlung resultiert. Der erste Resonatorspiegel 2 weist eine Mehrzahl von Halbleiterschichtenpaaren umfassend erste Schichten 2a einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 2b einer zweiten Zusammensetzung mit einem vorteilhaft hohen
Brechungsindexunterschied auf . Vorzugsweise weist der erste Resonatorspiegel 2 erste Schichten 2a aus AlxGa^xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1, bevorzugt jeweils mit 0,95 ≤ x ≤ 1, und zweite Schichten 2b aus AlyGai_yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5, bevorzugt jeweils mit 0 ≤ y < 0,2, auf. Die Mehrzahl von Schichtenpaaren im ersten Resonatorspiegel 2 ist in den Figuren IA, IB schematisch angedeutet. Die Schichten des ersten Resonatorspiegels 2 werden ebenso wie die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 und der aktiven Zone 3, vorzugsweise epitaktisch hergestellt.
Auf der von dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Substrats 1 ist eine erste KontaktSchicht 5 angeordnet . Die erste Kontaktschicht 5 enthält bevorzugt ein Metall oder eine Metalllegierung.
Auf der von der aktiven Zone 3 abgewandten Seite des ersten Resonatorspiegels 2 ist bevorzugt eine zweite Kontaktschicht 6 angeordnet. Das Halbleiterlaserbauelement wird über die auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Substrats 1 angeordnete erste Kontaktschicht 5 und die auf der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers angeordnete zweite Kontaktschicht 6, die beispielsweise jeweils mindestens ein Metall enthalten, elektrisch gepumpt.
Alternativ kann die zweite Kontaktschicht 6 auf der von dem Halbleiterkörper abgewandten Seite des Substrats 1, insbesondere auf der Seite des Halbleiterkörpers, auf der die erste Kontaktschicht 5 angeordnet ist, angeordnet sein (nicht dargestellt) . Kontaktiertechniken, die eine erste und eine zweite Kontaktschicht auf einer Seite eines Halbleiterkörpers aufweisen, sind dem Fachmann bekannt (unter anderem Flip- Chip-Halbleiterkörper) und werden an dieser Stelle nicht näher erläutert .
Um Absorption der emittierten Laserstrahlung in der zweiten Kontaktschicht 6 zu vermeiden, ist, wie in Figur IA dargestellt, die zweite Kontaktschicht 6 über einem
Zentralbereich Dgm des Halbleiterkörpers ausgespart und verläuft beispielsweise ringartig über einen Randbereich des Halbleiterkörpers. Die zweite Kontaktschicht 6 kann beispielsweise Ti, Au, Pt oder Legierungen mit mindestens einem dieser Materialien enthalten.
Vorzugsweise weisen die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 eine n-Dotierung auf. Die ersten und zweiten Schichten 2a, 2b des ersten Resonatorspiegels 2 weisen bevorzugt eine p-Dotierung auf. Insbesondere weisen die ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 eine p-Dotierung auf . Besonders bevorzugt weisen die ersten Schichten 2a eine Kohlenstoffdotierung auf.
Ferner weisen die ersten Schichten 2a des ersten
Resonatorspiegels 2 oxidierte Bereiche 8a und nicht oxidierte Bereiche 8b auf .
Der erste Resonatorspiegel 2, insbesondere die einzelnen ersten und zweiten Schichten 2a, 2b, sind in Figur 2 detailliert dargestellt. Bevorzugt weist eine Schicht 21 der ersten Schichten 2a eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche Dotierstoffkonzentration auf. In dem Ausführungsbeispielen der Figuren IA, IB und 2 weisen zwei Schichten 21a, 21b jeweils eine Dotierstoffkonzentration auf, die sich in der Dotierstoffkonzentration von den anderen ersten Schichten 2a unterscheidet.
Die Dotierstoffkonzentrationen der zwei Schichten 21a, 21b unterscheiden sich ferner zusätzlich untereinander. Somit enthalten die ersten Schichten 2a eine Schicht 21a mit einer ersten Dotierstoffkonzentration, eine weitere Schicht 21b mit einer zweiten Dotierstoffkonzentration und andere Schichten 2a jeweils mit einer dritten Dotierstoffkonzentration.
Ferner weisen die zwei Schichten 21a, 21b, die eine von den anderen ersten Schichten 2a und zueinander unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen, eine von der lateralen Ausdehnung D der oxidierten Bereiche 8a der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche laterale Ausdehnung Da? Dj3 der oxidierten Bereiche 8a auf.
Die Dotierstoffkonzentration beeinflusst den Oxidationsvorgang in den ersten Schichten 2a, insbesondere die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a. Mittels der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 lässt sich demnach die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a in diesen Schichten 2a beeinflussen. Wesentliche Bauelementeigenschaften, wie beispielsweise der Serienwiderstand, Einsatzspannung,
Schwellstrom und Effizienz, lassen sich somit abhängig von der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten 2a, vorteilhaft beeinflussen. Ferner kann durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels die Oxidationshomogenität verbessert werden. Durch eine verbesserte Oxidationshomogenität in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels verbessern sich ebenfalls mit Vorteil weiter die Bauelementeigenschaften des Halbleiterlaserbauelements.
Durch die unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen, und somit die unterschiedliche laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a, in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 kann mit Vorteil der Stromfluss durch den ersten Resonatorspiegel 2, und damit durch den Halbleiterkörper, lokal begrenzt werden. Insbesondere kann mit den zwei Schichten 21a, 21b, deren
Dotierstoffkonzentration sich untereinander und von den weiteren ersten Schichten 2a unterscheidet, der Stromfluss im Wesentlichen auf den Zentralbereich D^m des Halbleiterkörpers begrenzt werden, und die laterale Stromaufweitung innerhalb der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 reduziert werden.
Die Dotierstoffkonzentration einer Schicht 21a der zwei Schichten 2a ist bevorzugt mindestens 1,5 x so hoch wie die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht 21b der zwei Schichten 2a.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dotierstoffkonzentration einer Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 2 x lol^cm"-^ und 6 x lθl8cm-3_ Besonders bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht der zwei Schichten in einem Bereich zwischen 3 x 1017cm~3 und 7 x 1017cm~3.
Jeweils die zweiten Schichten 2b des ersten Resonatorspiegels weisen vorzugsweise keine oxidierten Bereiche auf. Insbesondere weisen die Schichten des ersten Resonatorspiegels 2, die vorzugsweise AlxGa]__xAs mit 0,95 < x ≤ 1 enthalten, oxidierte Bereiche auf. Ferner weisen die Schichten 2a, die oxidierte Bereiche 8a aufweisen, Bereiche 8b auf, die nicht oxidiert sind.
Die oxidierten Bereiche 8a sind vorzugsweise im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise verlaufen die oxidierten Bereiche 8a ringartig über den Randbereich des Halbleiterkörpers.
Durch den Oxidationsprozess verlieren die ersten Schichten 2a in diesen Bereichen 8a die Stromleitfähigkeit. Dadurch kann mit Vorteil der Stromfluss durch den Halbleiterkörper lokal begrenzt werden. Insbesondere weist der Halbleiterkörper im
Randbereich nahezu keinen, oder zumindest einen geringeren Stromfluss auf als in den nicht oxidierten Bereichen.
Ein elektrisches Pumpen des unter den oxidierten Bereichen 8a angeordneten Randbereichs der aktiven Zone 3 wird aufgrund der verglichen mit den nicht oxidierten Bereichen 8b geringeren Stromleitfähigkeit der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels vorteilhaft vermieden.
Der Stromfluss ist demnach durch die oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a beeinflusst, insbesondere bevorzugt im Zentralbereich Dgm des Halbleiterkörpers ausgebildet. Vorzugsweise weist die laterale Ausdehnung der oxidierten
Bereiche 8a der zwei Schichten 21a, 21b, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine von der lateralen
Ausdehnung der anderen ersten Schichten 2a und zueinander unterschiedliche laterale Ausdehnung Da auf.
Die oxidierten Bereiche der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 weisen jeweils eine laterale Ausdehnung D auf. Bevorzugt weisen dabei zwei Schichten 21a, 21b eine von der lateralen Ausdehnung D der anderen ersten Schichten 2a unterschiedliche laterale Ausdehnung Da Dj3 auf.
Die unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen D, Da D]3 werden vorzugsweise mittels der unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen in diesen Schichten 2a, 21a, 21b erzielt. Bevorzugt weisen die ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 eine derartige Dotierstoffkonzentration auf, dass die oxidierten Bereiche 8a jeweils eine vorgesehene laterale Ausdehnung D, DS/ D]3 aufweisen. Bevorzugt ist die Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten 2a, 21a, 21b des ersten Resonatorspiegels 2 bei vorgegebener Dotierstoffkonzentration der Schichten 4a, 4b des zweiten Resonatorspiegels 4 so eingestellt, dass die oxidierten Bereiche 8a jeweils die vorgesehene laterale Ausdehnung D, Da D]3 aufweisen.
Bevorzugt kann die n-Dotierung der Schichten 4a, 4b des zweiten Resonatorspiegels 4 fest vorgegeben sein, während die p-Dotierung der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 so eingestellt ist, dass die oxidierten Bereiche 8a eine gewünschte laterale Ausdehnung D, DS/ D]3 aufweisen. Bevorzugt weist lediglich der p-dotierte erste Resonatorspiegel 2 erste Schichten 2a mit oxidierten Bereichen 8a auf. Der Oxidationsprozess ist abhängig von dem gesamten Dotierprofil des Halbleiterkörpers. Durch eine Einstellung der Dotierstoffkonzentration des p-Dotierstoffes in den ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 kann so die laterale Ausdehnung D, Da D]3 der oxidierten Bereiche 8a festgesetzt werden.
Bevorzugt weisen die zwei Schichten 21a, 21b, deren
Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Dicke auf (nicht dargestellt) .
Durch die unterschiedliche Dotierstoffkonzentration der zwei Schichten 21a, 21b kann vorzugsweise die laterale Ausdehnung D, Da D]-, der oxidierten Bereiche 8a gezielt beeinflusst werden. Zusätzlich kann die laterale Ausdehnung D, Da D]3 der oxidierten Bereiche 8a durch die unterschiedliche Dicke dieser zwei Schichten 21a, 21b gezielt beeinflusst werden. Bevorzugt sind die Dotierstoffkonzentration und die Dicke der zwei Schichten 21a ,21b so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale Ausdehnung D, Da D]3 der oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichen 21a, 21b ergibt.
Ferner kann die laterale Ausdehnung D, Da D]3 der oxidierten
Bereiche 8a durch einen unterschiedlichen Aluminiumgehalt der zwei Schichten 21a, 21b zueinander und zu dem Aluminiumgehalt der anderen ersten Schichten 2a gezielt beeinflusst werden. Besonders bevorzugt sind die Dotierstoffkonzentration, die Dicke und der Aluminiumgehalt der zwei Schichten 21a ,21b so eingestellt, dass sich eine gewünschte laterale Ausdehnung D, Da D]3 der oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichen 21a, 21b ergibt . Auf dem ersten Resonatorspiegel 2 ist bereichsweise eine zweite Kontaktschicht 6 angeordnet. Bevorzugt ist die zweite Kontaktschicht 6 im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet . Insbesondere weist so der Zentralbereich Dgm keine zweite Kontaktschicht 6 auf.
Die zweite Kontaktschicht 6 weist vorzugsweise eine größere laterale Ausdehnung auf als die oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2. Es entsteht somit ein Überlapp der zweiten Kontaktschicht 6 über die oxidierten Bereiche 8a. Dabei kann die zweite Kontaktschicht 6 eine kleinere oder eine größere laterale Ausdehnung aufweisen als die oxidierten Bereiche 8a der zwei Schichten 21a, 21b, deren Konzentration des Dotierstoffs unterschiedlich ist. Es ist auch denkbar, dass die zweite Kontaktschicht 6 eine kleinere laterale Ausdehnung aufweist als der oxidierte Bereich 8a einer der zwei Schichten 21b und eine größere laterale Ausdehnung aufweist als der oxidierte Bereich 8a der zweiten Schicht 21a. In diesem Fall liegt die laterale Ausdehnung der zweiten Kontaktschicht 6 in einem Bereich zwischen der lateralen Ausdehnung des oxidierten Bereichs 8a der einen der zwei Schichten 21b und der lateralen Ausdehnung des oxidierten Bereichs 8a der zweiten Schicht 21a.
Bevorzugt wird der eingespeiste Strom vorwiegend über den nicht oxidierten Bereich 8b der ersten Sichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 in die aktive Zone injiziert. Im Randbereich des Halbleiterkörpers, der die oxidierten
Bereiche 8a aufweist, wird in der aktiven Zone 3 aufgrund der geringen Stromleitfähigkeit der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a eine Strominjektion vorwiegend vermieden. Somit findet eine strahlende Rekombination/ beziehungsweise Strahlungserzeugung, aufgrund der vergleichsweise geringen Querleitfähigkeit der oxidierten Bereiche 8a vorwiegend in den nicht oxidierten Bereichen 8b der aktiven Zone 3 statt. Der Strompfad des Pumpstroms im Halbleiterkörper kann so durch die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a bestimmt werden.
Das Ausführungsbeispiel der Figur IB unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur IA durch eine ganzflächige zweite Kontaktschicht 6. Auf dem ersten Resonatorspiegel 2 ist demnach ganzflächig zum elektrischen Anschluss des Halbleiterlaserbauelements eine elektrisch leitende Kontaktschicht 6 angeordnet.
In diesem Fall erfolgt die Auskopplung der Laserstrahlung durch die zweite Kontaktschicht 6. Die zweite Kontaktschicht 6 muss demnach für die von der aktiven Zone 3 erzeugte Strahlung 7 zumindest teilweise transparente Eigenschaften aufweisen. Insbesondere ist die Absorption der von der aktiven Zone 3 emittierten Laserstrahlung in der zweiten Kontaktschicht 6 gering, bevorzugt kleiner als 40 Prozent, besonders bevorzugt kleiner als 20 Prozent.
Die zweite KontaktSchicht 6 weist in dem Ausführungsbeispiel der Figur IB bevorzugt ein transparentes leitendes Oxid auf. Transparente leitende Oxide (TCO: transparent conductive oxids) sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnθ3/ ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3Oi2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
In Figur 3 ist ein Diagramm dargestellt, das die Abhängigkeit der lateralen Ausdehnung D der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten von der Ladungsträgerdichte im n-dotierten zweiten Resonatorspiegel 4 zeigt. In dem Diagramm ist die laterale Ausdehnung D der oxidierten Bereiche (Oxidationstiefe) im p-dotierten ersten Resonatorspiegel 2 (μm) gegen die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels 4 (cm"3) dargestellt. Entlang der Abszisse des Diagramms sind die Werte der Dotierstoffkonzentration des n-dotierten zweiten Resonatorspiegels 4 aufgetragen. An die Ordinate sind die Werte der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 aufgetragen.
Der in dem Diagramm dargestellte Graph A gibt Werte an, bei denen die ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 eine aktive Dotierung aufweisen. Graph B in dem Diagramm zeigt Werte, bei denen die ersten Schichten des p-dotierten ersten Resonatorspiegels 2 eine intrinsische Dotierung aufweisen. Insbesondere weisen dabei die ersten Schichten 2a eine Dotierung auf, die während des Aufwachsprozesses der einzelnen Schichten des Halbeiterkörpers entsteht, ohne aktiv eingebracht zu werden.
Wie in dem Diagramm dargestellt hängt überraschenderweise die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 von der Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 ab. Die Ausdehnung D der oxidierten Bereiche 8a ist demnach abhängig von dem Dotierprofil des gesamten Halbleiterkörpers. Insbesondere beeinflusst die Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 die Oberflächenladung der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2. Die Oberflächenladung der ersten Schichten 2a wiederum beeinflusst den Oxidationsvorgang in den ersten Schichten 2a. Der Oxidationsprozess ist demnach von der
Dotierstoffkonzentration der Schichten des zweiten Resonatorspiegels 4 und der Dotierstoffkonzentration der ersten und der zweiten Schichten des ersten Resonatorspiegels 2 abhängig .
Durch eine gezielte Einstellung der Dotierstoffkonzentration der ersten Schichten 2a des ersten Resonatorspiegels 2 kann mit Vorteil bei einer gewünschten lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche 8a der ersten Schichten 2a die Dotierstoffkonzentration des zweiten Resonatorspiegels 4 unverändert bleiben.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement mit einer vertikalen Emissionsrichtung (7) umfassend einen Halbleiterkörper, der einen ersten Resonatorspiegel (2) , einen zweiten Resonatorspiegel (4) und eine zur Strahlungserzeugung geeignete aktive Zone (3) aufweist, wobei
- der erste Resonatorspiegel (2) alternierend gestapelte erste Schichten (2a) einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten (2b) einer zweiten Zusammensetzung aufweist ,
- die ersten Schichten (2a) oxidierte Bereiche aufweisen (8a) , - zumindest die ersten Schichten (2a) jeweils einen Dotierstoff enthalten, und
- mindestens eine Schicht (21a) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweist.
2. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der oxidierte Bereich (8a) der mindestens einen Schicht (21a) eine von der lateralen Ausdehnung der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche laterale Ausdehnung aufweist .
3. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 2, wobei die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der mindestens einen Schicht (21a) um mindestens 1 μm von der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der anderen ersten Schichten (2a) abweicht.
4. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Schichten (21a, 21b) der ersten Schichten (2a) eine von der Dotierstoffkonzentration der anderen ersten Schichten (2a) unterschiedliche Dotierstoffkonzentration aufweisen.
5. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 4, wobei die Dotierstoffkonzentration einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) mindestens 1,5 x so hoch ist wie die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b) .
6. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß Anspruch 5 , wobei die Dotierstoffkonzentration einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) größer als 1018cm~3 ist.
7. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, wobei die Dotierstoffkonzentration der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b) kleiner als 1018cm~3 ist.
8. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, wobei die laterale Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der zwei Schichten (21a, 21b) von der lateralen Ausdehnung der oxidierten Bereiche (8a) der anderen ersten Schichten (2a) abweicht.
9. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, wobei die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs (8a) einer Schicht (21a) der zwei Schichten (21a, 21b) mindestens 2 x so groß ist wie die laterale Ausdehnung des oxidierten Bereichs (8a) der anderen Schicht (21b) der zwei Schichten (21a, 21b) .
10. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, wobei die zwei Schichten (21a, 21b) eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
11. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht (21a) eine p-Dotierung aufweist .
12. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht (21a) eine C-Dotierung aufweist .
13. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oxidierten Bereiche (8a) im Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet sind.
14. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Schichten (2a) AlxGa]__xAs, jeweils mit 0,8 ≤ x ≤ 1, enthalten.
15. Oberflächenemittierendes Halbleiterlaser-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Schichten (2b) AlyGa]__yAs, jeweils mit 0 ≤ y ≤ 0,5, enthalten.
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