EP4732386A1 - Oberflächenemittierender halbleiterlaser mit vertikaler kavität und verfahren zum herstellen eines solchen - Google Patents

Abstract

Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität (VCSEL) weist eine Halbleitermehrschichtstruktur auf, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator (12) aufweist, wobei der optische Resonator (12) einen ersten Bragg-Spiegel (16), einen zweiten Bragg-Spiegel (18) und zwischen dem ersten Bragg-Spiegel (16) und dem zweiten Bragg-Spiegel (18) einen aktiven Bereich (20) zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist. Der aktive Bereich (20) weist eine Mehrzahl an Aktivschichten (22, 24, 40) mit einer ersten und zumindest einer zweiten Aktivschicht (22, 24) auf, wobei die zweite Aktivschicht (24) die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel (18) ist. Zwischen der ersten Aktivschicht (22) und der zweiten Aktivschicht (24) sind eine erste Oxidblende (26) zur Stromeingrenzung und eine erste Tunneldiode (30) angeordnet, wobei eine zweite Oxidblende (32) auf einer der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) angeordnet ist. Auf der der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) ist eine zweite Tunneldiode (34) angeordnet. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen des VCSEL beschrieben.

Description

Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität und Verfahren zum Herstellen eines solchen

[0001] Die Erfindung betrifft einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität, der eine Halbleitermehrschichtstruktur aufweist, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator aufweist, wobei der optische Resonator einen ersten Bragg- Spiegel, einen zweiten Bragg-Spiegel und zwischen dem ersten Bragg-Spiegel und dem zweiten Bragg-Spiegel einen aktiven Bereich zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit vertikaler Kavität. [0003] Oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität, kurz als VCSEL (englisch: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) bezeichnet, werden beispielsweise als Strahlungsquellen in der Sensorik oder in der Nachrichtentechnik verwendet. VCSELs weisen typischerweise einen Halbleitermehrschichtaufbau auf, bei dem Halbleiterschichten epitaktisch auf einem Halbleitersubstrat in einer Stapelanordnung gewachsen werden. Der Halbleitermehrschichtaufbau weist typischerweise einen ersten Bragg-Spiegel, einen aktiven Bereich und einen zweiten Bragg-Spiegel auf, die zusammen einen optischen Resonator bilden. Ein Bragg-Spiegel wird kurz auch als DBR (englisch: Distributed Bragg Reflector) bezeichnet. VCSELs weisen typischerweise einen oxidierten Bereich in dem optischen Resonator auf, der eine Halbleiterschicht aufweist, die bis zu einer gewissen Oxidationsweite oxidiert ist, um eine Stromapertur in dem Resonator auszubilden, die auch als Oxidblende bezeichnet wird. Die zur Oxidation vorgesehene Halbleiterschicht ist beispielsweise eine Schicht mit hohem AlAs (Aluminiumarsenid)-Gehalt, die sich gezielt bis zu einer bestimmten Oxidationsweite zu AI2O3 oxidieren lässt.

[0004] Es sind VCSELs bekannt, die einen aktiven Bereich mit einer Mehrzahl von Aktivschichten aufweisen, wobei zwischen jeweils benachbarten Aktivschichten eine Tunneldiode angeordnet ist. Beispielsweise kann ein derartiger Aufbau drei Aktivschichten und zwei Tunneldioden aufweisen. Durch eine solche Anordnung lässt sich die Leistung des VCSEL deutlich erhöhen, im Pulsbetrieb sogar beispielsweise auf das Dreifache. Mit anderen Worten können durch eine solche Anordnung aus einem Ladungsträger 3x Photonen erzeugt werden. Bei einer solchen Ausgestaltung des optischen Resonators mit mehreren Aktivschichten wird nahe jeder Aktivschicht eine Oxidblende zur Kanalisierung bzw. Eingrenzung des Stroms benötigt. Zur Herstellung der Oxidblende wird typischerweise eine Schicht mit einem hohen Gehalt an Aluminiumarsenid (AlAs), beispielsweise einem Gehalt von 90-100 % AlAs, verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass der Einbau von Tunneldioden zwischen den Aktivschichten die Kristalleigenschaften der für die Oxidation vorgesehenen Schichten verändert, beispielsweise intrinsische Defekte wie Vakanzen induziert, und dadurch die Oxidationsrate der oxidierbaren Schicht(en) verändert, wodurch sich unerwünscht unterschiedlich große Stromaperturen einstellen. Mit anderen Worten weichen die Oxidationsraten der oxidierbaren Schichten durch den Einbau von Tunneldioden stark von der Situation ohne Tunneldiode ab. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt bei den Oxidblenden, die nahe einer Tunneldiode angeordnet sind, während eine Oxidblende, die nicht in Nähe einer Tunneldiode angeordnet ist, deutlich schneller oxidiert.

[0005] In dem Dokument US 2021/0104872 A1 sind verschiedene Ausführungen von VCSELs beschrieben, die eine oder mehrere Tunneldioden in der Halbleitermehrschichtstruktur aufweisen. Eine n-dotierte Halbleiterschicht der Tunneldiode ist mit zumindest einem Element derart dotiert, dass die Tunneldiode nicht nur eine hohe Dotierung aufweist, sondern die Oxidationsrate während des Oxidationsprozesses relativ stabil ist. Alternativ ist die n-dotierte Halbleiterschicht mit zumindest zwei Elementen dotiert. Die Tunneldiode ist zwischen zwei Aktivschichten des VCSEL angeordnet. Der in diesem Dokument beschriebene Lösungsweg zur Erzielung einer gleichmäßigen Oxidationsrate beim Oxidieren der oxidierbaren Schicht(en) beruht auf zusätzlichen Dotierungen und Schichten, die jedoch den Herstellungsaufwand des VCSEL erhöhen.

[0006] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität bereitzustellen, bei dem die Oxidationsrate aller vorhandenen oxidierbaren Schichten zur Herstellung von Oxidblen- den gleichmäßig ist und somit eine gleichmäßige Oxidationsweite aller Oxidblenden gewährleistet ist, wobei der Herstellungsaufwand des VCSEL gering bleibt.

[0007] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit vertikaler Kavität bereitzustellen.

[0008] Die an erster Stelle genannte Aufgabe wird durch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

[0009] Der erfindungsgemäße oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität, im Folgenden kurz als VCSEL bezeichnet, weist einen aktiven Bereich mit einer Mehrzahl an Aktivschichten mit einer ersten und zumindest einer zweiten Aktivschicht auf. Die zweite Aktivschicht ist die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel. Zwischen der ersten Aktivschicht und der zweiten Aktivschicht ist eine erste Oxidblende zur Stromeingrenzung und eine erste Tunneldiode angeordnet, wobei eine zweite Oxidblende auf einer der ersten Aktivschicht abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht angeordnet ist. Dieser prinzipielle Aufbau ist wie oben beschrieben vorteilhaft, weil der VCSEL aufgrund der zumindest zwei Aktivschichten mit einer Tunneldiode zwischen diesen Aktivschichten eine höhere Lichtausbeute ermöglicht.

[0010] Um das Problem der unterschiedlichen Oxidationsraten bei der Erzeugung der ersten Oxidblende und der zweiten Oxidblende zu lösen, weist der erfindungsgemäße VCSEL auf der der ersten Aktivschicht abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht eine zweite Tunneldiode auf. Durch die zusätzliche (zweite) Tunneldiode auf der der ersten Aktivschicht abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht wird erreicht, dass die Umgebung jeder Oxidblende gleich ausgestaltet sein kann. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass sich durch die zusätzliche Tunneldiode die Oxidationsraten bei der Herstellung der Oxidblenden angleichen und der VCSEL ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen prozessiert werden kann. Eine Feinanpassung der Zusammensetzung und besondere Steuerung der Oxidationsraten, die sich beide als schwierig erweisen, ist bei der Herstellung des erfindungsgemäßen VCSEL nicht erforderlich. Die Erfindung löst das Problem der unterschiedlichen Oxidationsraten vielmehr durch eine erhöhte Symmetrie der Anordnung aus Aktivschichten, Oxidblenden und Tunneldiode durch eine zusätzliche Tunneldiode.

[0011] Ein möglicher Nachteil einer leicht verlängerten Wachstumszeit und einer leicht erhöhten Absorption durch die zusätzliche Tunneldiode werden durch die deutlich vereinfachte und besser kontrollierbare Herstellung des VCSEL mehr als ausgeglichen.

[0012] Der erste Bragg-Spiegel kann der substratseitige oder der vom Substrat abgewandte Bragg-Spiegel sein, unabhängig davon, dass in der nachfolgenden Beschreibung der erste Bragg-Spiegel als der substratseitige Bragg-Spiegel beschrieben wird.

[0013] Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen VCSEL werden hiernach beschrieben und sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. [0014] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schichtabfolge der Anordnung aus zweiter Aktivschicht, zweiter Oxidblende und zweiter Tunneldiode gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht, erster Oxidblende und erster Tunneldiode.

[0015] In dieser Ausgestaltung wird eine besonders hohe Symmetrie der Anordnung aus Aktivschichten, Oxidblenden und Tunneldioden geschaffen, wodurch eine besonders gute Angleichung der Oxidationsraten in der ersten und zweiten oxidierbaren Schicht zur Herstellung der ersten und zweiten Oxidblende und somit gleichmäßige Stromaperturen geschaffen werden.

[0016] Eine vorteilhafte Abfolge, von dem ersten Bragg-Spiegel der ersten Aktivschicht aus gesehen, ist: Erste Aktivschicht - erste Oxidblende - erste Tunneldiode - zweite Aktivschicht - zweite Oxidblende - zweite Tunneldiode. Eine andere mögliche Abfolge ist: Erste Aktivschicht - erste Tunneldiode - erste Oxidblende - zweite Aktivschicht - zweite Tunneldiode - zweite Oxidblende.

[0017] Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Tunneldiode jeweils eine hochdotierte n- Schicht und eine hochdotierte p-Schicht mit einer Dotierung von zumindest 1 E19 cm^-3 auf, wobei vorzugsweise die p-dotierte Schicht der zweiten Tunneldiode der zweiten Aktivschicht und die n-dotierte Schicht der zweiten Tunneldiode dem zweiten Bragg-Spiegel zugewandt ist.

[0018] Durch eine hohe Dotierung weisen die erste und die zweite Tunneldiode vorteilhafterweise einen sehr geringen Widerstand auf. Wie dies bei Tunneldioden üblich ist, werden die erste und die zweite Tunneldiode in Sperrrichtung betrieben. Die hochdotierte n-Schicht und die hochdotierte p-Schicht sind im Vergleich zu den anderen Schichten der Halbleitermehrschichtstruktur sehr dünne Schichten. Dadurch, dass die n-dotierte Schicht dem zweiten Bragg-Spiegel zugewandt ist, wird der zweite Bragg-Spiegel ein n-Bragg- Spiegel. Gegenüber üblichen VCSELs, bei denen der eine Bragg-Spiegel ein n-Spiegel ist, während der andere ein p-Bragg-Spiegel ist, sind bei dem erfindungsgemäßen VCSEL in dieser Ausführungsform beide Bragg-Spiegel n-Spiegel. Auf dem zweiten Bragg- Spiegel kann entsprechend ein n-Kontakt zur Bestromung des VCSEL angeordnet werden. Obwohl die n-Kontaktierung beider Bragg-Spiegel ungewohnt ist, hat dies jedoch den Vorteil, dass nicht nur in dem einen, sondern in beiden Spiegeln die optischen Verluste verringert sind. n-Material absorbiert ca. 3x weniger Laserlicht als p-Material bei Wellenlängen von beispielsweise 940 nm.

[0019] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der aktive Bereich zumindest eine dritte Aktivschicht auf, die auf der der zweiten Aktivschicht abgewandten Seite der ersten Aktivschicht angeordnet ist, und wobei zwischen der dritten und der ersten Aktivschicht eine dritte Oxidblende und eine dritte Tunneldiode angeordnet ist.

[0020] In dieser Ausführungsform weist der VCSEL insgesamt drei Aktivschichten, drei Oxidblenden und drei Tunneldioden auf, mit den oben genannten Vorteilen einer hohen Lichtausbeute des VCSEL bei gleichzeitig gleichmäßigen Oxidationsraten und damit gleichmäßigen Stromaperturen in den Oxidblenden.

[0021] Im Kontext der zuvor genannten Ausgestaltung ist vorzugsweise die Schichtabfolge der Anordnung aus dritter Aktivschicht, dritter Oxidblende und dritter Tunneldiode gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht, erster Oxidblende und erster Tunneldiode.

[0022] In dieser Ausgestaltung wird die Symmetrie auch bei einer Ausgestaltung des aktiven Bereichs mit drei Aktivschichten noch weiter erhöht, und die Oxidationsraten werden in den oxidierbaren Schichten so weit wie möglich angeglichen.

[0023] Es versteht sich, dass der aktive Bereich mehr als drei Aktivschichten, mehr als drei Oxidblenden und/oder mehr als drei Tunneldioden aufweisen kann.

[0024] Vorzugsweise weisen die erste und die zweite und ggf. die dritte Tunneldiode GaAs(Galliumarsenid)-Schichten auf.

[0025] Weiter erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit vertikaler Kavität bereitgestellt. [0026] Gemäß dem Verfahren wird eine Halbleitermehrschichtstruktur hergestellt, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator aufweist, wobei der optische Resonator einen ersten Bragg-Spiegel, einen zweiten Bragg-Spiegel und zwischen dem ersten Bragg-Spiegel und dem zweiten Bragg-Spiegel einen aktiven Bereich zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist, wobei der aktive Bereich eine Mehrzahl an Aktivschichten mit einer ersten und zumindest einer zweiten Aktivschicht aufweist, wobei die zweite Aktivschicht die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel ist. Die Halbleitermehrschichtstruktur wird erfindungsgemäß so hergestellt, dass zwischen der ersten Aktivschicht und der zweiten Aktivschicht eine erste oxidierbare Schicht und eine erste Tunneldiode angeordnet ist, und eine zweite oxidierbare Schicht auf einer der ersten Aktivschicht abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht angeordnet ist, und auf der der ersten Aktivschicht abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht eine zweite Tunneldiode angeordnet ist. Die erste und die zweite oxidierbare Schicht werden zur Erzeugung einer ersten Oxidblende und einer zweiten Oxidblende zur Stromeingrenzung oxidiert.

[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren weist die gleichen Vorteile auf wie der erfindungsgemäße VCSEL. Ebenso weist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugte Ausgestaltungen entsprechend den bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen VCSEL auf.

[0028] Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

[0029] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0030] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen VCSEL gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen VCSEL gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

[0031] Fig. 1 zeigt einen mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität, kurz als VCSEL bezeichnet. Der VCSEL 10 weist eine Halbleitermehrschichtstruktur auf, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator 12 aufweist. Die Halbleiterschichten des optischen Resonators 12 sind auf einem Substrat 14 angeordnet, das ebenfalls aus einem Halbleitermaterial gefertigt ist. Das Substrat 14 kann bei dem fertigen VCSEL 10 auch wieder entfernt worden sein. Die Halbleiterschichten des optischen Resonators 12 werden mittels Epitaxie auf dem Substrat 14 gewachsen, wie dies dem Fachmann geläufig ist.

[0032] Der optische Resonator 12 weist einen ersten Bragg-Spiegel 16 sowie einen zweiten Bragg-Spiegel 18 auf. Der erste Bragg-Spiegel 16 und der zweite Bragg-Spiegel 18 werden auch als DBR bezeichnet (englisch: Distributed Bragg Reflector). Jeder der beiden Bragg-Spiegel 16 und 18 ist aus einer Abfolge von Halbleiterschichtpaaren ausgebildet, wobei jedes Paar eine Schicht mit einem höheren und eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex aufweist.

[0033] Zwischen dem ersten Bragg-Spiegel 16 und dem zweiten Bragg-Spiegel 18 weist der optische Resonator 12 einen aktiven Bereich 20 auf. Der aktive Bereich 20 dient der Erzeugung von Laserstrahlung. Der aktive Bereich 20 weist eine erste Aktivschicht 22 und eine zweite Aktivschicht 24 auf. Die erste Aktivschicht 22 ist dem ersten Bragg-Spiegel 16 zugewandt, und die zweite Aktivschicht 24 ist näher zu dem zweiten Bragg-Spiegel 18 angeordnet. Die zweite Aktivschicht 24 bildet die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel 18. Die Aktivschichten 22 und 24 können insbesondere jeweils als Mehr- fach-Quantentrog-Strukturen (MQW; englisch: Multiple Quantum Wells) ausgebildet sein. [0034] Zwischen der ersten Aktivschicht 22 und der zweiten Aktivschicht 24 ist eine erste Oxidblende 26 angeordnet. Die Oxidblende 26 ist aus einer Schicht gebildet, die sich leicht oxidieren lässt. Beispielsweise ist eine Schicht mit einem hohen Gehalt an Alumini- umarsenid (AlAs) ein gut und kontrollierbar oxidierbares Material. Die Oxidation der Schicht erfolgt bis zu einer bestimmten Oxidationsweite, so dass ein zentraler Bereich 28 der Oxidblende 26 nicht oxidiert ist. Der zentrale Bereich 28 bildet somit eine Apertur bzw. Blende, durch die der Strom zum Treiben des aktiven Bereichs 20 hindurchgeht, während der oxidierte äußere Bereich der Schicht isolierend wirkt. Die Oxidblende 26 dient somit zur Stromeingrenzung.

[0035] Der ersten Oxidblende 26 benachbart, insbesondere unmittelbar benachbart, ist eine erste Tunneldiode 30. Die Tunneldiode 30 zwischen der ersten Aktivschicht 22 und der zweiten Aktivschicht 24 bewirkt eine Erhöhung der Lichtausbeute aus den beiden Aktivschichten 22 und 24. Der zweiten Aktivschicht 24 benachbart, insbesondere unmittelbar benachbart, ist eine zweite Oxidblende 32, die hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung und Funktion der ersten Oxidblende 26 gleicht. Die zweite Oxidblende 32 weist einen zentralen Bereich 29 auf, die als Stromapertur wirkt. Auf die zweite Oxidblende 32 folgt eine zweite Tunneldiode 34, die die gleiche Materialzusammensetzung aufweist wie die erste Tunneldiode 30.

[0036] Es hat sich herausgestellt, dass ohne die zusätzliche bzw. zweite Tunneldiode 34 die Oxidationsrate bei der Herstellung der zweiten Oxidblende 32 deutlich höher ist als die Oxidationsrate bei der Herstellung der ersten Oxidblende 26. Ohne die zweite Tunneldiode 34 würden die Aperturen in dem jeweiligen zentralen Bereich 28 und 29 demnach unterschiedlich groß sein. Es hat sich in Experimenten gezeigt, dass die Oxidationsraten bei der Herstellung der ersten Oxidblende 26 und der zweiten Oxidblende 32 aneinander angeglichen sind, wenn die zweite Tunneldiode 34 im Halbleitermehrschichtaufbau vorhanden ist. Durch das Vorsehen der zweiten Tunneldiode 34 wird die Symmetrie des Schichtaufbaus im Bereich der Oxidblenden 26 und 32 erhöht, mit anderen Worten sieht die Umgebung der zweiten Oxidblende 32 durch die zusätzliche Tunneldiode 34 genauso aus wie die Umgebung der ersten Oxidblende 26. [0037] Die erste Tunneldiode 30 und die zweite Tunneldiode 34 können aus jeweils zwei dünnen Schichten aufgebaut sein, von denen die eine eine hochdotierte p-Schicht und die andere eine hochdotierte n-Schicht ist. Die jeweilige p-dotierte Schicht ist dabei dem ersten Bragg-Spiegel 16 zugewandt, und die n-dotierte Schicht dem zweiten Bragg-Spiegel 18. Aufgrund der zusätzlich vorgesehenen zweiten Tunneldiode 34 wird der zweite Bragg- Spiegel 18 dadurch zu einem n-Bragg-Spiegel.

[0038] Ein oberseitiger Kontakt 36 zur Kontaktierung des VCSEL 10 ist entsprechend ein n-Kon- takt. Die hochdotierten n-Schichten und die hochdotierte p-Schichten der ersten Tunneldiode 30 und der zweiten Tunneldiode 34 können eine jeweilige Dotierung von zumindest 1E19 cm^-3 aufweisen.

[0039] In dem VCSEL 10 sind somit der erste Bragg-Spiegel 16 und der zweite Bragg-Spiegel 18 n-dotierte Spiegel.

[0040] Die Schichtabfolge der Anordnung aus zweiter Aktivschicht 24, zweiter Oxidblende 32 und zweiter Tunneldiode 34 ist gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht 22, erster Oxidblende 26 und erster Tunneldiode 30. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 weist der aktive Bereich 20, vom ersten Bragg-Spiegel aus gesehen, die Schichtabfolge erste Aktivschicht 22 - erste Oxidblende 26 - erste Tunneldiode 30 - zweite Aktivschicht 24 - zweite Oxidblende 32 - zweite Tunneldiode 34 auf. Die Abfolge aus erste Oxidblende 26 - erste Tunneldiode 30 kann auch umgekehrt sein, wobei dann vorzugsweise auch die Abfolge zweite Oxidblende 32 - zweite Tunneldiode 34 umgekehrt ist.

[0041] Die erste Tunneldiode 30 und die zweite Tunneldiode 34 sind beispielsweise aus Galliumarsenid(GaAs)-Schichten aufgebaut, die sehr dünn sind. Beispielsweise können sie eine Dicke von 10 - 30 nm aufweisen. Als Dotierstoffe für die hochdotierten p- Schichten der Tunneldioden 30 und 34 kann beispielsweise Kohlenstoff verwendet werden, und für die hochdotierten n-Schichten der Tunneldioden 30 und 34 kann Tellur verwendet werden. [0042] Der zweite Bragg-Spiegel dient in dem Ausführungsbeispiel der Auskopplung der erzeugten Laserstrahlung. Der Kontakt 36 kann zu diesem Zweck als Ringkontakt ausgebildet sein. Die Anzahl an Halbleiterschichtpaaren des ersten Bragg-Spiegels 16 ist größer als die Anzahl der Halbleiterschichtpaare des zweiten Bragg-Spiegels 18. Beispielsweise kann der erste Bragg-Spiegel vierzig Spiegelpaare aufweisen, und der zweite Bragg-Spiegel 18 weniger als zwanzig Spiegelpaare. Die oberste Schicht des zweiten Bragg-Spiegels oder eine zusätzliche Schicht auf dem zweiten Bragg-Spiegel 18 kann als n-dotierte Kontaktschicht ausgebildet sein.

[0043] In einem konkreten Beispiel kann die Halbleitermehrschichtstruktur des VCSEL 10 wie folgt aufgebaut sein: Die Halbleitermehrschichtstruktur kann auf dem Mate rial system Aluminiumgalliumarsenid-Galliumarsenid (AIGaAs/GaAs) basieren. Das Substrat 14 kann ein Galliumarsenid-Substrat sein, inklusive einer n-dotierten Anwachsschicht. Die erste Aktivschicht 22 und die zweite Aktivschicht 24 können als Mehrfach-Quantentrog- Strukturen (MQW) ausgebildet sein. Die Oxidblenden 26 und 32 können aus Halbleiterschichten mit hohem Aluminiumgehalt, insbesondere Aluminiumarsenid (AlAs), hergestellt werden. Die erste Tunneldiode 30 und die zweite Tunneldiode 34 können jeweils aus zwei dünnen, hochdotierten Galliumarsenid-Schichten gebildet sein, wobei vom Substrat 14 aus gesehen die erste p- und die zweite n-dotiert ist. Die Dotierung beträgt vorzugsweise mehr als 1 E19 cm^-3, beispielsweise 1E20 cm^-3. Dotierstoffe für die p-dotierten Schichten der Tunneldioden 30 und 34 sind beispielsweise Kohlenstoff und für die n-dotierten Schichten der Tunneldioden 30 und 34 beispielsweise Tellur. Der zweite Bragg-Spiegel 18 wird aus n-dotierten Halbleiterschichten aufgebaut, wobei der zweite Bragg-Spiegel beispielsweise weniger als zwanzig Spiegelpaare zur Auskopplung der Laserstrahlung aufweist. Auf dem zweiten Bragg-Spiegel 18 kann eine n-dotierte Kontaktschicht angeordnet sein. Der Kontakt 36 ist als Metallkontakt ausgebildet.

[0044] Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines VCSEL 10', wobei Elemente des VCSEL 10', die mit Elementen des VCSEL 10 in Fig. 1 identisch, ähnlich oder vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1.

[0045] Nachfolgend werden nur die Unterschiede des VCSEL 10' zu dem VCSEL 10 beschrieben. [0046] Der aktive Bereich 20 des VCSEL 10' weist zusätzlich eine dritte Aktivschicht 40 auf, die auf der der zweiten Aktivschicht 24 abgewandten Seite der ersten Aktivschicht 22 angeordnet ist. Der VCSEL 10' weist somit insgesamt drei Aktivschichten auf, die jeweils als Mehrfach-Quantentrog-Strukturen ausgebildet sein können. Zwischen der dritten Aktivschicht 40 und der ersten Aktivschicht 22 ist eine dritte Oxidblende 42 sowie eine dritte Tunneldiode 44 angeordnet. Die Oxidblende 42 weist einen zentralen Bereich 31 auf, der als Stromapertur wirkt.

[0047] Die Schichtabfolge der Anordnung aus dritter Aktivschicht 40, dritter Oxidblende 42 und dritter T unneldiode 44 ist vorzugsweise gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht 22, erster Oxidblende 26 und erster Tunneldiode 30. Insgesamt ergibt sich somit ein VCSEL mit gestapelten p-n- Übergängen beziehungsweise ein VCSEL mit Mehrfachaktivschichten, hier mit insgesamt drei Aktivschichten mit hoher Gesamtsymmetrie der Schichtanordnung im aktiven Bereich. Ohne die zusätzliche Tunneldiode 34 würden sich, wie in Experimenten gezeigt werden konnte, unterschiedliche Oxidationsraten bei der Herstellung der Oxidblenden 26, 32 und 42 einstellen. Es hat sich herausgestellt, dass ohne die zusätzliche Tunneldiode 34 die Oxidationsraten bei der Herstellung der Oxidblenden 42 und 26 geringer sind als die Oxidationsrate bei der Herstellung der Oxidblende 32. Dies ändert sich durch die zusätzliche Tunneldiode 34 und der dadurch höheren Symmetrie der Anordnung. Mit der zusätzlichen Tunneldiode 34 stellen sich bei der Herstellung aller Oxidblenden 32, 26 und 42 gleiche Oxidationsraten und damit gleich große Stromaperturen in den jeweiligen zentralen Bereichen 28, 29, 31 der Oxidblenden 26, 32, 42 ein.

[0048] Bei einem Verfahren zum Herstellen des VCSEL 10 oder 10' werden die Halbleiterschichten des ersten Bragg-Spiegels, die Halbleiterschichten des aktiven Bereichs 20 und die Halbleiterschichten des zweiten Bragg-Spiegels 18 auf dem Substrat 14 mittels Epitaxie gewachsen. Die Schichten, die zur Erzeugung der Oxidblenden 26 und 32 bzw. 42 dienen, werden in einem späteren Verfahrensschritt oxidiert, um die Oxidblenden 26 und 32 bzw. 42 herzustellen. Auf der Halbleitermehrschichtstruktur wird anschließend der Kontakt 36 aufgebracht.

Claims

Patentansprüche

1 . Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität, mit einer Halbleitermehrschichtstruktur, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator (12) aufweist, wobei der optische Resonator (12) einen ersten Bragg- Spiegel (16), einen zweiten Bragg-Spiegel (18) und zwischen dem ersten Bragg- Spiegel (16) und dem zweiten Bragg-Spiegel (18) einen aktiven Bereich (20) zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist, wobei der aktive Bereich (20) eine Mehrzahl an Aktivschichten (22, 24, 40) mit einer ersten und zumindest einer zweiten Aktivschicht (22, 24) aufweist, wobei die zweite Aktivschicht (24) die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel (18) ist, und wobei zwischen der ersten Aktivschicht (22) und der zweiten Aktivschicht (24) eine erste Oxidblende (26) zur Stromeingrenzung und eine erste Tunneldiode (30) angeordnet sind, wobei eine zweite Oxidblende (32) auf einer der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) angeordnet ist, wobei auf der der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) eine zweite Tunneldiode (34) angeordnet ist.

2. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach Anspruch 1 , wobei die Schichtabfolge der Anordnung aus zweiter Aktivschicht (24), zweiter Oxidblende (32) und zweiter Tunneldiode (34) gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht (22), erster Oxidblende (26) und erster Tunneldiode (30) ist.

3. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach Anspruch 1 oder 2, wobei, von dem ersten Bragg-Spiegel (16) aus gesehen, die Schichtabfolge der Anordnung aus erster und zweiter Aktivschicht (22, 24), erster und zweiter Oxidblende (26, 32), erster und zweiter Tunneldiode (30, 34) wie folgt ist: erste Aktivschicht (22) - erste Oxidblende (26) - erste Tunneldiode (30) - zweite Aktivschicht (24) - zweite Oxidblende (32) - zweite Tunneldiode (34).

4. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und die zweite Tunneldiode (30, 34) jeweils eine hochdotierte n-Schicht und eine hochdotierte p-Schicht mit einer Dotierung von zumindest 1 E19 cm^-3 aufweisen, wobei die hochdotierte p-Schicht der zweiten Tunneldiode (34) der zweiten Aktivschicht (24) und die hochdotierte n-Schicht der zweiten Tunneldiode (34) dem zweiten Bragg-Spiegel (18) zugewandt ist.

5. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Bragg-Spiegel (16) und der zweite Bragg- Spiegel (18) jeweils ein n-Bragg-Spiegel ist.

6. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der aktive Bereich (20) zumindest eine dritte Aktivschicht (40) aufweist, die auf der der zweiten Aktivschicht (24) abgewandten Seite der ersten Aktivschicht (22) angeordnet ist, und wobei zwischen der dritten und der ersten Aktivschicht (40, 22) eine dritte Oxidblende (42) und eine dritte Tunneldiode (44) angeordnet sind.

7. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikaler Kavität nach Anspruch 6, wobei die Schichtabfolge der Anordnung aus dritter Aktivschicht (40), dritter Oxidblende (42) und dritter Tunneldiode (44) gleich der Schichtabfolge der Anordnung aus erster Aktivschicht (22), erster Oxidblende (26) und erster Tunneldiode (30) ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit vertikaler Kavität, mit den Schritten:

Herstellen einer Halbleitermehrschichtstruktur, die einen aus Halbleiterschichten aufgebauten optischen Resonator (12) aufweist, wobei der optische Resonator (12) einen ersten Bragg-Spiegel (16), einen zweiten Bragg-Spiegel (18) und zwischen dem ersten Bragg-Spiegel (16) und dem zweiten Bragg-Spiegel (18) einen aktiven Bereich (20) zur Erzeugung von Laserstrahlung aufweist, wobei der aktive Bereich (20) eine Mehrzahl an Aktivschichten mit einer ersten und zumindest einer zweiten Aktivschicht (22, 24, 40) aufweist, wobei die zweite Aktivschicht (24) die letzte Aktivschicht vor dem zweiten Bragg-Spiegel (18) ist, wobei die Halbleitermehrschichtstruktur so hergestellt wird, dass zwischen der ersten Aktivschicht (22) und der zweiten Aktivschicht 24) eine erste oxidierbare Schicht und eine erste Tunneldiode (30), und eine zweite oxidierbare Schicht auf einer der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) angeordnet ist, und auf der der ersten Aktivschicht (22) abgewandten Seite der zweiten Aktivschicht (24) eine zweite Tunneldiode (34) angeordnet ist, und

Oxidieren der ersten und zweiten oxidierbaren Schicht zur Erzeugung einer ersten Oxidblende (26) und einer zweiten Oxidblende (32) zur Stromeingrenzung.