JP2024519808A - 光電子半導体チップ及び構成要素 - Google Patents

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Abstract

少なくとも１つの実施形態では、光電子半導体チップ（１）は、－支持体（２）と、－放射線（Ｒ）を生成するための少なくとも１つの活性ゾーン（３３）を有する支持体（２）の半導体層列（３）と、－放射線を出力結合するための半導体層列（３）の出力結合ファセット（３４）の光学高屈折率層（４）と、－放射線（Ｒ）を全反射するための高屈折率層（４）の外面（４５）に直接的になされた低屈折率コーティング（５）とを備え、－半導体層列（３）は、半導体層列（３）の成長方向（Ｇ）に対して垂直な活性ゾーン（３３）において放射線（Ｒ）を誘導するよう構成され、－高屈折率層（４）は、成長方向（Ｇ）に対して平行な外面（４５）の放射線（Ｒ）を偏向するように構成されている。【選択図】図１

Description

光電子半導体チップが提供される。さらに、そのような光電子半導体チップを有する構成要素も提供される。
米国特許出願公開第２００９／００９７５１９号明細書及び国際公開第２０１９／１７０６３６号の文献では、斜めに配向された偏向ファセットを有する半導体レーザが見られる。
効率よく製造可能な光電子半導体チップ及び構成要素を提供することを課題とする。
この課題は、とりわけ、光電子半導体チップ及び独立請求項の特徴を有する構成要素によって解決される。好ましいさらなる実施形態は、従属請求項の主題である。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップは、支持体を備える。支持体は、半導体チップを機械的に担持し支持する構成要素であってもよい。支持体は、半導体チップを電気的に接続するために用いられてもよい。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップは、放射線を発生するための１つまたは複数の活性ゾーンが配置された半導体層列を含む。少なくとも１つの活性ゾーンは、特に少なくとも１つのｐｎ接合及び／または少なくとも１つの量子ウェル構造を含む。量子ウェルという用語は、量子化の次元に関するいかなる意味も展開するものではない。したがって、量子ウェルという用語は、例えば、多次元の量子ウェル、１次元の量子細線、及び０次元と見なされるべき量子ドットならびにそれらの構造のあらゆる組み合わせを含む。
半導体層列は、好ましくはＩＩＩ－Ｖ族の化合物半導体材料をベースとするものである。半導体材料は、例えば、窒化物系化合物半導体材料、例えばＡｌｎＩｎ１－ｎ－ｍＧａｍＮ、またはリン化物系化合物半導体材料、例えばＡｌｎＩｎ１－ｎ－ｍＧａｍＰ、または同様にヒ素化合物半導体材料、例えばＡｌｎＩｎ１－ｎ－ｍＧａｍＡｓまたは例えば、ＡｌｎＧａｍＩｎ１－ｎ－ｍＡｓｋＰ１－ｋ、であり、それぞれの場合、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、及びｎ＋ｍ≦１、ならびに０≦ｋ＜１である。例えば、０＜ｎ≦０．８、０．４≦ｍ＜１及びｎ＋ｍ≦０．９５ならびに０＜ｋ≦０．５が、半導体層列の少なくとも１つの層またはすべての層に適用される。
これに関連して、半導体層列は、ドーパント及び付加的な構成要素を含むことができる。ただし、簡素にするために、半導体層列の結晶格子の必須構成要素、つまりＡｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、またはＰが前述され、これらが少量の付加的な物質で部分的に置き換えられる及び／または補足される場合もある。
好ましくは、半導体層列は、材料系ＡｌｎＩｎ１－ｎ－ｍＧａｍＮまたはＡｌｎＩｎ１－ｎ－ｍＧａｍＡｓに基づいている。動作中に活性ゾーンによって生成される放射線は、特に、３５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下のスペクトル領域、または５９０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下のスペクトル領域にある。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップは、光学高屈折率層を含む。この少なくとも１つの高屈折率層は、半導体層列の少なくとも１つの出力結合ファセットに配置されている。少なくとも１つの出力結合ファセットは、半導体層列からの放射線の放射線出力結合に機能する。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップは、光学高屈折率層を含む。低屈折率コーティングは、好ましくは、高屈折率層の外面に直接配置されている。外面は、半導体層列とは反対側を向いている。高屈折率層との相互作用において、低屈折率コーティングは、放射線の全反射に役立つ。
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体層列は、半導体層列の成長方向に対して垂直に、活性ゾーンにおいて放射線を誘導するように構成されている。このために、半導体層列は、導波体とその周囲のクラッド層とを含むことができ、少なくとも１つの活性ゾーンは導波体に位置している。平行線という用語は、例えば、放射線が成長方向に対する法線平面に対して最大１５°または最大５°または最大２°の角度で誘導されることを意味する。
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率層は、成長方向に対して平行な外面で放射を偏向するように構成されている。このことは、例えば最大で４５°または最大で１５°または最大で５°の角度公差で当てはまる。
少なくとも１つの実施形態では、光電子半導体チップは、支持体と、放射線を生成するための少なくとも１つの活性ゾーンを有する支持体の半導体層列と、放射を出力結合するための半導体層列の出力結合ファセット上の光学高屈折率層と、放射線の全反射のための高屈折率層の外面に直接なされた光学的な低屈折率コーティングとを含む。半導体層列は、半導体層列の成長方向に対して垂直に、活性ゾーンにおいて放射線を誘導するように構成されている。高屈折率層は、成長方向に対して平行な外面で放射線を方向転換するように構成されており、高屈折率層と低屈折率コーティングとが協働し、それによって、高屈折率層と低屈折率コーティングとの間の界面は、放射線の全反射のために構成されている。
特に、半導体チップは、ＨＣＳＥＬとも称される水平方向キャビティを有する面放射レーザである。「面放射」とは、放射面が半導体層列の成長方向に対して垂直に配向されていることを意味し、「水平方向」とは、放射面に対して平行な方向を意味することができる。したがって、本明細書に記載される半導体チップには、好適には、特に高屈折率層と低屈折率コーティングとの組み合わせから形成された偏向素子が組み込まれており、関連する出力結合ファセットは、例えば４５°の偏向プリズムを形成するか、または成長方向に対して平行に配向されている。したがって、半導体チップをレーザとしてコスト効率的に設計することができる。それというのも、製造においてＬＥＤのようなプロセスを使用することができ、スクライビング及びブレイキングのような特別なレーザプロセスを必要としないからである。
著しいコスト効率性を実現し、さもなくばレーザによるミラーコーティングに必要な分離プロセスを用いずにウェハレベルの処理をすることに加えて、多くの用途、例えば投影用途における波長変換材料のポンピングが利用可能である。他の可能な用途は、航空宇宙分野ならびに自動車分野または一般照明の分野である。さらに、面放射により、特に平坦なパッケージが可能になり、したがってＬＥＤパッケージ技術との高い相乗効果が可能となる。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップは、半導体レーザである。すなわち、動作時に、半導体チップは、コヒーレント放射を放射するように構成されている。
少なくとも１つの実施形態によれば、放射線の最大強度の波長において、高屈折率コーティングは、低屈折率コーティングよりも少なくとも０．６または少なくとも０．８または少なくとも１．０高い屈折率を有する。これは、特に室温、すなわち３００Ｋで、または半導体チップの意図された動作温度で当てはまる。
少なくとも１つの実施形態によれば、活性ゾーンと高屈折率層との間の屈折率の差は、最大０．３または最大０．２または最大０．１または最大０．０５である。これは、特に室温、すなわち３００Ｋで、または半導体チップの意図された動作温度で当てはまる。
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率層は直接的に出力結合ファセットに配置され、出力結合ファセットは成長方向に対して横方向に配向される。例えば、成長方向と出力結合ファセットとの間の角度は、最小１５°または最小３０°及び／または最大７５°または最大６０°、例えば４５°である。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップはさらに、１つまたは複数の出力結合鏡を直接的に出力結合ファセットに備える。少なくとも１つの出力結合鏡は、特にブラッグミラーである。
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率層は直接的に出力結合鏡に配置され、出力結合ファセットは成長方向に対して平行に配向される。例えば平行または垂直という用語は、本明細書及び以下では特に、最大で１５°または最大で１０°または最大で５°の角度の誤差で適用される。
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率層は、出力結合ファセット及び／または出力結合鏡のための平坦化層である。すなわち、高屈折率層は、出力結合ファセットの凹凸または粗さを低減することができる。換言すれば、高屈折率層は、出力結合ファセット自体よりも、出力結合ファセットと反対側に向く面においてより滑らかであってよく、及び／またはより平坦であってよい。いずれにせよ、凹凸または粗さにわたって平均化された出力結合ファセットは、好ましくは平坦な表面である。
少なくとも１つの実施形態によれば、高屈折率層は、出力結合ファセットに対する角度補正層であり、その結果、外面と出力結合ファセットとの間の角度は、０．１°以上２０°以下の間、または０．２°以上１０°以下の間、または０．２°以上３°以下である。すなわち、高屈折率層によって、放射線の出力結合方向を、出力結合ファセット自体に比べて正確に設定及び／または調整することができる。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップはさらに、出力結合ファセットとは反対向きの低屈折率コーティングの面に、放射線を直接的に反射するメタライゼーションを含む。このようなメタライゼーションにより、低屈折率コーティングを通過する半導体層列で生成された放射線の一部をなおも利用することが可能になる。
少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は、半導体層列の成長基板である。これにより、放射線は、支持体を通して放出される。
少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は、半導体層列が固定手段により取り付けられた代替支持体である。すなわち、半導体層列の成長基板を代替支持体に置き換えるか、または、成長基板に加えて代替支持体を設けることが可能である。この場合、外面が原因で、支持体から離れる方向に、特に代替支持体から離れる方向に放射線が放出されることが可能である。
少なくとも１つの実施形態によれば、支持体は、半導体層列に対して切欠きを有しており、これにより支持体は、出力結合ファセットに面した支持面を有する。この場合、低屈折率コーティングを支持面に適用することができ、高屈折率層を低屈折率コーティングに着座させることができる。
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体層列は、平面図で見て、及び活性ゾーンを有しない少なくとも１つの領域で見て、固定手段により基板に堆積された低屈折率コーティングに取り付けられている。固定手段は、少なくとも１つの金属を基礎とすることができる。
少なくとも１つの実施形態によれば、出力結合ファセットとは反対側にある半導体層列のさらなるファセットは、成長方向に対して斜めに配向されている。あるいは、さらなるファセットは成長方向に対して平行に配向されている。
少なくとも１つの実施形態によれば、さらなるファセットに割り当てられたさらなる支持面は、成長方向に対して平行に配向されているので、さらなる支持面は、活性ゾーンから活性ゾーンへ戻るさらなる支持面に到達する放射線の放射線構成要素を反射するように構成されている。
少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体チップはさらに、ビームをビーム補正するための光学系を含む。光学系は、平面図で見て、例えば完全にまたは部分的に外面の上方に配置されている。平面図で見て、光学系は、外面よりも大きくてもよい。光学系を支持体から製造することが可能である。
さらに、上記の実施形態のうちの１つ以上に関連して説明した少なくとも１つの光電子半導体チップを有する部品が開示される。したがって、光電子半導体チップのための構成要素の特徴もまた開示され、その逆も同様である。
少なくとも１つの実施形態では、構成要素は、複数の光電子半導体チップと実装プラットフォームとを含む。半導体チップは、実装プラットフォームに実装され、半導体チップの光学系によって、半導体チップの放射線の方向が互いに整合されている。
以下では、例示的実施形態に基づいて、本明細書に記載されている光電子半導体チップ及び本明細書に記載されている構成要素を図面を参照してより詳細に説明する。同一の参照符号は、個々の図面において同一の要素を示している。しかしながら、縮尺への言及は示されておらず、むしろ、より良い理解のために、個々の要素が誇張して大きく示されている場合がある。
本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の共振器長手方向に平行な概略断面図を示す。 図１の光電子半導体チップを製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 図１の光電子半導体チップを製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 図１の光電子半導体チップを製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 図１の光電子半導体チップを製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 ここに説明される光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な断面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に説明される光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本明細書に記載される光電子半導体チップの例示的実施形態を製造するためのプロセスステップの概略的な断面図を示す。 本本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップの例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップを伴う構成要素の例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップを伴う構成要素の例示的実施形態の概略的な上面図を示す。 本明細書に記載されている光電子半導体チップを伴う構成要素の例示的実施形態の概略的な上面図を示す。
図１には、光電子半導体チップ１の例示的実施形態が示されている。半導体チップ１は、レーザダイオードチップであることが好ましい。半導体チップ１は、例えばＡｌＩｎＧａＮで作製される半導体層列３を含む。例えば、半導体層列３の活性ゾーン３３は、動作中、青色光、緑色光、及び／または近紫外放射線Ｒを発生させるように構成されている。活性ゾーン３３を、半導体層列３の導波管に埋め込むことができ、導波管は、明示的に図示されていない、半導体層列３のクラッド層によって制限することができる。半導体層列３を、支持体２として成長基板２１に依然として配置することができる。
半導体層列３は、半導体層列３の成長方向Ｇに対して約４５°に向けられた２つの出力結合ファセット３４を有している。これにより、半導体層列３は、成長基板２１から離れる方向に狭くなる。活性ゾーン３３で発生した放射線は、出力結合ファセット３４を通って半導体層列３から出射する。
光学的な高屈折率層４が出力結合ファセット３４の各々に直接的に配置されている。高屈折率層４は、半導体層列３と同じまたはほぼ同じ屈折率を有する。高屈折率層４は、例えばＮｂＯまたはＬｉＮｂＯで作製され、ゾルゲル法により適用することができるか、またはＺｎＳから作製されるか、スパッタされたアモルファスＧａＮからも作製される。高屈折率層４の外面４５は、比較的滑らかであり、成長方向Ｇに対して正確に４５°に配向され得る。すなわち、高屈折率層４によって、出力結合ファセット３４の向きの補正及び出力結合ファセット３４の平滑化を行うことができる。
外面４５には、光学的に低屈折率のコーティング５が直に設けられている。低屈折率コーティング５は、好ましくは電気絶縁性であり、例えばＳｉＯ２、またはＭｇＦまたはＣａＦなどのフッ化物で作製されている。低屈折率コーティング５は、比較的薄くし得る。高屈折率層４と低屈折率コーティング５との相互作用において、外面４５は、放射線Ｒの全反射のために構成されている。
固定手段６３は、任意選択に、高屈折率層４の側方に隣接して配置されている。固定手段６３は、好ましくは導電性であり、はんだであってよい。固定手段６３は、さらなる支持体２としての代替支持体２２に、半導体層列３を電気的に接触させること、及び機械的に接続することを可能にする。代替支持体２２は、好ましくは高屈折率層４に適合するように構造化されて、例えばサファイアから作製される。したがって、活性ゾーン３３は、さらなる支持体２、２２の切欠き２４に位置している。
半導体層列３をさらに電気的に接触させるために、低屈折率コーティング５は、半導体層列３の、代替支持体２２に面した接触面３０において穿孔され得るので、電気的な接触手段６４は、低屈折率コーティング５を通って半導体層列３を通過することができる。代替支持体２２の支持面２５において、低屈折率コーティング５は、場合により、代替支持体２２に直接配置されている。
半導体層列３から離れる方向において、支持面２５には、成長方向Ｇに対して垂直に配向された領域が続き得る。支持面２５には、成長基板２１から離れる方向に向けられた別の領域が続き得る。この領域には、任意選択に、成長基板２１から離れる方向に延在するさらなる領域が続き得る。
さらに、任意選択に、低屈折率コーティング５と高屈折率層４との間の接触面３０に、ギャップ８を配置することが可能である。
したがって、活性ゾーン３３において発生された放射線Ｒは、出力結合ファセット３４を通って高屈折率層４の中に入り、それぞれの外面４５に達する。外面４５において、放射線Ｒは、全反射によって成長基板２１に向けられ、例えば、成長基板２１の放射面３７の２つの領域から放射される。
図２～図５は、図１に示した光電子半導体チップ１の例示的な製造プロセスを示す。
図２によれば、活性ゾーン３３がプリファセット３５間の領域にのみ留まるように、半導体層列３が成長基板２１に形成され、パターニングされる。半導体層列３の構造化はドライエッチングにより行われる、なぜなら、ウェットエッチングにより例えば４５°の出力結合ファセット３４の正しい角度を生成することが困難であるからである。しかしながら、ドライエッチングが原因で、プリファセット３５は比較的粗い。
図３に示されている任意選択的なステップでは、プリファセット３５が平滑化されて、出力結合ファセット３４が形成される。
図４によれば、光学的高屈折率層４が形成され、パターニングされる。このプロセスでは、外面４５と、電気的接触手段のための開口部とが形成されている。したがって、高屈折率層４は、開口部を除いて、接触面３０において成長方向Ｇに対して垂直に、面状に配向され得る。例えば、外面４５は、成長方向Ｇに対して４５°の角度で配向されている。基板２に近く、外面４５に放射線Ｒが入射する領域の外側では、高屈折率層４は、任意選択に、成長方向Ｇに対して平行に延在する側面を有することができる。
図２及び図３における成長方向Ｇに対する、例えば４５°の出力結合ファセット３４の角度を生成することができる誤差は、例えば０．５°である。それに対して、高屈折率層４が異なる材料であることに起因して、外面４５の角度は、例えば０．１°のみに公差または０．０５°のみの公差で生成され得る。したがって、外面４５と、関連付けられる出力結合ファセット３４との間の角度は、例えば少なくとも０．１°、及び／または最大で３°である。
図５において、さらなる支持体２、２２は、予め構造化が設けられて、低屈折率コーティング５に設けられることが示されている。同様に、低屈折率コーティング５は既に構造化されており、任意選択的に電気的接触手段６４が配置されている。
図示されていないさらなるプロセスステップでは、図４及び図５の構成要素が組み立てられて、図１の半導体チップ１に到達する。
したがって、図２～図５のプロセスは、完全な側面がエッチングの角度の不正確さを償うようにするために、高屈折率層４と組み合わせて、エッチングされた出力結合ファセット３４を作製するために使用することができる。したがって、スクライビング及びブレイキングによりファセットを形成することが、コスト節約を伴う、側面の角度における所望の高い精度を達成するために、必要ではない。
図６は、半導体チップ１の他の例示的実施形態を示す。この場合、ただ１つの出力結合ファセット３４とは反対側の別のファセット３６が存在する。さらなるファセット３６は成長方向Ｇに対して平行に向けられている。また、さらなるファセット３６には、高屈折率層４が直接存在するが、低屈折率コーティング５は存在しない。低屈折率コーティング５の代わりに、端面鏡コーティング６５、例えばブラッグミラーが存在している。したがって、成長方向Ｇに対して平行に方向付けられたさらなるファセット３６には、高屈折率層４の関連付けられる側面と同様に、別の支持面２６が関連付けられている。
端面鏡コーティング６５は、電気的接触手段６４のための開口部から始まることができる。図６の図示の代わりに、端面鏡コーティング６５を低屈折率コーティング５に置き換えないが、半導体層列３に面した低屈折率コーティング５の側に、さらに設けることも可能である。
他のすべての点において、図１～図５のコメントは図６と同様に適用され、逆もまた同様である。
図７及び図８は、半導体層列３の上面図を示すが、さらなる支持体２、２２及び低屈折率コーティング５は、図示を単純にするために描かれていない。
図７によれば、出力結合ファセット４５の生成後に残る半導体層列３の部分は、角錐台として成形されている。すなわち、半導体層列３のこの部分におけるすべての側方ファセットは、成長方向Ｇに対して横方向に配向されており、例えば、成長方向Ｇに対して約４５°の角度を有する。
これに対して、図８は、放射線Ｒと接触していないファセットを成長方向Ｇに対して平行またはほぼ平行に向けることができることを示している。
図７及び図８では、例えば図１に関連して図示されているように、それぞれの事例で、出力結合ファセット３４のうちの２つが存在している。ただし、同様に、図７及び図８の構造を、１つの出力結合ファセット４５のみを有する半導体チップ１に適用することも可能であり、例えばさらなるファセット３６を有する半導体チップ１については、図６を参照されたい。
他のすべての点において、図１～図６のコメントは図７及び図８と同様に適用され、逆もまた同様である。
図９及び図１０の例示的実施形態は、特に、放射面３７にエッチングされたファセット及び低出力密度を有し、例えば青色または緑色の放射線Ｒを放射するＧａＮベースのＨＣＳＥＬに関する。特に、図９及び図１０に示されているようなこれらの半導体チップ１を用いることにより、半導体チップ１の周りに密閉している気密性のパッケージまたはハウジングを省くことができる。
ＧａＮベースのレーザは、その高い出力密度及び狭い放射線の放射パターンにより、出力結合ファセットを保護するために通常は密閉して封止されたハウジングを通常必要とする。これは、かなりのコストを伴う。支持体２を通して出力結合し、放射線Ｒを支持体２内部に向け直すことによって、特に図９及び図１０による半導体チップ１の場合には、放射線Ｒの経路が拡大され、それによって、放射面３７の出力密度は、もはや密閉での封入が不要な程度まで低下する。
出力結合ファセット３４及び／またはさらなるファセット３６は、先行する実施形態と同様にエッチングによって生成することができる。さらに、集積オンチップＴＩＲ偏向ミラーが、ＨＣＳＥＬ概念による表面エミッタを実現するために設けられている。ＴＩＲは、内部全反射を表している。このことは、全体として、例えば外部の偏向ミラーまたはプリズムの接合などによる、他のアプローチ及び解決手段と比較して、著しいコスト削減及び性能上の利点を意味する。
図９及び図１０によれば、ＡｌＩｎＧａＮベースの半導体層列３は、基板２に堆積され、これは、例えば、約２．４６の屈折率を有する、ＧａＮから作製される成長基板２１である。出力結合ファセット３４及び反対側のさらなるファセット３６は、互いに平行に及び成長方向Ｇに向けられている。出力結合ファセット３４は、好ましくは、端面鏡コーティング６５として高反射性ブラッグミラーを備える。さらなるファセット３６には、好ましくは、端面鏡コーティング６５として高反射性ブラッグミラーがある。出力結合ファセット３４には、好ましくは、放射線Ｒに対してより低い反射率、例えば少なくとも３０％及び／または最大で８０％の反射率を有する出力結合鏡６１が、直接設けられている。出力結合鏡６１及び／または端面鏡コーティング６５は、ファセット３４、３６のパッシベーションとしても機能し得る。
光学的高屈折率層４は、半導体層列３と反対側を向いている出力結合鏡６１の面に、直接配置されており、例えば、約２．４４の屈折率を有するＮｂＯまたは約２．４７の屈折率を有するＺｎＳから作製されている。外面４５は、成長方向Ｇに対して例えば４５°の角度に方向付けられている。
外面４５には、直に、例えばＳｉＯｘ、ＭｇＦまたはＣａＦから作製され、好ましくは最大で２．０の屈折率を有する、光学的に低屈折率のコーティング５がある。低屈折率コーティング５は、好ましくは、放射線Ｒと接触する外面４５の領域にわたって一定の層の厚さを有する。
任意選択に、半導体層列３と反対側を向いている低屈折率コーティング５の面に直接、反射メタライゼーション６２、あるいはブラッグミラーが配置されている。反射メタライゼーション６２は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、または放射線Ｒの波長に応じて層系Ｃｒ－Ａｕから作製される。
放射面３７における放射線Ｒの出力密度を十分に低減するために、支持体２は、好ましくは少なくとも２００μｍ及び／または最大２ｍｍの厚さを有する。例えば、支持体２の厚さは０．３ｍｍである。
活性ゾーン３３の平面及び活性ゾーン３３に対して平行な方向における高屈折率層４の有効な厚さは、例えば、少なくとも２μｍまたは少なくとも８μｍ及び／または最大０．２ｍｍまたは最大０．１ｍｍまたは最大３０μｍである。すなわち、高屈折層４の有効な厚さは、基板２の厚さよりも格段に小さくてよい。
例えば、低屈折率コーティング５の厚さは、少なくとも０．２μｍ及び／または最大２μｍである。
支持体２の放射面３７には、任意選択的に、少なくとも放射線Ｒに関連する領域において、反射防止コーティング６６、例えばＳｉＯｘ、またはＳｉＯｘＮｙのλ／４層が設けられている。
好ましくは、例えば金属層である第１の電気的接触層９１及び第２の電気的接触層９２が、半導体層列３の放射面３７及び接触面３０にある支持体２に配置されている。
図９によれば、半導体層列３が配置されている支持体２の支持体上面２０は平坦である。しかしながら、特定の要求に応じて支持体２の厚さを調節することができるようにするために、支持体上面２０を構造化することもできる。図１０を参照されたい。例えば、支持体２は、半導体層列３の領域では、低屈折率コーティング５の領域よりも厚い。
ＮｂＯとＧａＮの屈折率のマッチングが非常に良好であるため、ＮｂＯ／ＧａＮの移行時に、対応する界面で障害反射が発生しない。加えて、非結晶性材料としてのＮｂＯは、例えば、４５°の外面４５を生成するために、良好にエッチングすることができる。
図１１は、図９に示す半導体チップ１の上面図を示す。したがって、半導体層列３は、上方から見たときに矩形であることができ、全ファセットは、成長方向Ｇに対して平行に配向することができる。
他のすべての点において、図１～図８のコメントは図９～図１１と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１２は、半導体チップ１の例示的実施形態を示し、これにおいて、半導体層列３が材料系ＡｌＩｎＧａＡｓに基づいており、活性ゾーン３３は、赤色または近赤外線の放射線Ｒを生成するように構成されている。他のすべての実施形態と同様に、半導体層列３は、複数の活性ゾーン３３を備えることができる。活性ゾーン３３はすべて、同じ波長の放射線Ｒを生成するように構成することができるか、または異なる波長の放射線Ｒを生成するように構成することができる。
図１２にはさらに、支持体２に光学系７を作製できることが示されている。光学系７は、例えばコリメートレンズである。そのような光学系７はまた、他のすべての実施形態の例においても存在し得る。特に、図１の半導体チップ１は、エッチングされたファセット３４、３６と共にパルス動作するように構成されたＧａＡｓベースのＨＣＳＥＬである。
例えばＬｉＤＡＲ適用のためのパルス状ＧａＡｓレーザ、特に３つの活性ゾーン３３を有するトリプルスタックレーザ、ひいては厚いエピタキシャル成長された半導体層列３は、ＨＣＳＥＬとして実現される場合、半導体層列３全体にわたって正確に４５°の勾配を必要とし、これは、活性ゾーン３３の異なる材料に起因して達成が困難である。このことが保証されない場合、特に、より深い活性ゾーン３３及び関連する導波路に対して、高い損失が生じる。特に、依然として傾いているのが共振器の一部である場合には、半導体層列３の厚さ全体にわたって、４５°の傾きを正確に捉えることは困難である。
図１２のＧａＡｓベースの半導体チップ１においても、ファセット３４、３６がエッチングによって生成され、集積オンチップＴＩＲ偏向ミラーを特徴づけることにより、ＨＣＳＥＬが実現される。このことは、外部の偏向ミラー、接着プリズムなどを使用といった他のアプローチ及び解決法と比較して、著しいコスト削減及び性能面での利点を意味する。この概念により、標準的なエッジエミッタアプローチと同程度の大きさの効率を達成することができる。このことは、特に、４５°の外面４５が実際の共振器の外側にあるので、当てはまる。別の利点は、ここで説明した概念における理想的な４５°の傾きからの偏差を、放射面３７の光学系７を補うことによって、補えることにある。このことは、１つの活性ゾーン３３のみを有する半導体チップ１にも当てはまる。
図１２に示されている半導体チップ１では、支持体２は特に、約３．６の屈折率を有するＧａＡｓ成長基板２１であり、これは約８７０ｎｍを超える波長に対して透過性である。光学的高屈折率層４は、同様に、例えば、約２．２８の屈折率を有するＮｂＯから作製されており、２．０未満の屈折率を有する低屈折率コーティング５と比較して、高屈折率である。低屈折率コーティング５は、例えば、ＳｉＯｘ、ＭｇＦ、またはＣａＦから作製されている。反射メタライゼーション６２は、例えばＡｌ、Ａｇ、ＡｕまたはＣｒ－Ａｕのものである。
支持体上面２０と高屈折率層４との間の界面での放射線Ｒの反射を防止するために、支持体２と高屈折率層４との間には、好ましくは反射防止コーティング６６が存在する。反射防止コーティング６６は、特に、高屈折率の層４がＳｉＯｘＮｙまたはＮｂＯのものである場合には、例えばＴｉＯｘのλ／４層であり、この場合、ＳｉＯｘＮｙは、特に約１．７５の屈折率を有していてもよい。単層の反射防止コーティング６６の代わりに、ブラッグ層列のような多層システムを使用することもできる。
光学系７はまた、高速軸補正を含み得、及び／または放射線Ｒの９０°偏向に対する角度の補正のために構成され得る。光学系７は、例えば支持体２に接着または接合またはエッチングされる。
他のすべての点において、図１～図１１のコメントは図１２と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１３は、低屈折率コーティング５がまたブラッグ層のスタックとして設計され得ることを示している。すなわち、この場合、低屈折率コーティング５は、高屈折率コーティング４と相互作用する全反射コーティングとして作用する必要はない。同じことが他のすべての実施形態にも当てはまる。
他のすべての点において、図１２のコメントは図１３と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１４は、高屈折率層４、低屈折率コーティング５、及び任意選択の反射メタライゼーション６２を接触面３０で平坦化する必要がないことを示している。同じことは、他のすべての実施形態に当てはまる。
さらに、図１４に、光学系７は、凸状または両凸の収束レンズである必要がなく、メタ光学系または回折光学素子によって形成されていてもよく、または対応する構成要素を含んでいてもよいことが示されている。同じことは、他のすべての実施形態に当てはまる。
他のすべての点において、図１２及び図１３のコメントは図１４と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１５に示す実施形態では、成長基板２１は置換基板２２に置き換えられている。したがって、放射面３７は、基板２とは反対側を向いている高屈折率層４の面に配置されている。やはり反射防止コーティング６６が存在してもよい。
他のすべての点において、図１２～図１４のコメントは図１５と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１６には、図１５に基づいて、低屈折率コーティング５が図１３と同様にブラッグミラーとして設計され得ることが示されている。他のすべての点において、図１３及び図１５のコメントは図１６と同様に適用され、逆もまた同様である。
図１７～図２８は、任意選択としての反射メタライゼーション６２の形態を除き、図１５に示されたように構成された半導体チップ１の製造方法を示している。例えば、図１７は、活性領域３３を有する半導体層列３が成長基板２１に連続的に成長されることを示している。
図１８によれば、出力結合ファセット３４及びさらなるファセット３６が形成されるように半導体層列３がパターニングされる。これらのファセット３４、３６は成長方向Ｇに対して平行に位置合わせされている。ファセット３４、３６は、スクライビング及びブレイキングによって生成されるのではなく、エッチングによって生成される。このエッチングは、湿式化学及び／または乾式化学プロセスを含んでもよいし、または湿式化学及び／または乾式化学プロセスであってもよい。
図１９のステップでは、端面鏡コーティング６５及び出力結合鏡６１が、ファセット３４、３６に生成される。端面鏡コーティング６５及び出力結合鏡６１は、好ましくはブラッグミラーである。
図２０のステップでは、高屈折率層のための出発層４１が堆積される。出発層４１は、大きな領域にわたって、任意選択に出力結合鏡６１にのみ堆積させることができる。
図２１は、高屈折率層４が外面４５を形成するためにエッチングによってパターニングされていることを示している。次に、図２２を参照して、低屈折率コーティング５は、好ましくは一定の層の厚さで生成される。
次いで、任意選択の反射メタライゼーション６２のための少なくとも１つの金属が適用される。図１５に示す場合とは異なり、この金属は、大きな領域で、比較的厚く適用することもまたできる。この金属はまた、図２３に示されているものとは異なり、半導体層列３とは反対側を向いた端面鏡コーティング６５の面に配置することができる。成長方向Ｇに対して平行な方向における反射メタライゼーション６２の厚さは、半導体層列３の厚さと同じかそれより厚くすることができる。
図２４の任意選択のステップでは、層４、５、６２を平坦化し、層４、５、６２を、成長基板２１から離れる方向で、半導体層列３及び鏡６１、６５と同一平面にすることができる。
図２５によれば、例えばＳｉまたはＧｅで作製されている代替支持体２２が、成長基板２１とは反対側を向いている半導体層列３の側に取り付けられるように、再接合が行われている。代替支持体２２を取り付けた後、成長基板２１を除去した。
図２６のステップでは、反射防止コーティング６６が適用され、その結果、放射面３７が生じる。
最後に、図２８は、電気接触層９１、９２が置換基板２２及び半導体層列３に取り付けられていることを示している。
図１７～図２８のプロセスは、図１５に示されたものと同様の、半導体チップ１を製造するための例として用いられるが、もちろん、他の実施形態による半導体チップ１の製造要件に適合可能である。
特に、図２９～図３１は、アンチビームチルト光学系７が設けられた半導体チップ１の例示的実施形態に関し、すなわち、支持体２に対する外面４５の位置ずれ及び／または放射線Ｒの望ましくない傾斜を償い得る光学系に関する。これにより、ＨＣＳＥＬの設計を効率的に実現することができる。
エッチングプロセスにおける外面４５の実現における誤差により、傾斜とも称される放射線の角度の傾きまたはスキューが生じる。例えば、外面４５における＋／－１°の変動は、例えば屈折率の差に起因する、放射された放射線Ｒの＋／－５°の傾斜を意味する。このことは、放射線Ｒの調節、コリメーション、及び／またはフォーカシングを必要とする多くの適用にとって極めて好ましからざるものである。
例えばＧａＮ基板２１に適切なレンズの設計を組み込むことによって、例えばラジアルＬＥＤと同様に、これらの出力ビームの傾きを補償することができる。特に、レーザモードがその開始点で典型的には幅が数１００ｎｍ～２μｍだけであるのみならず、支持体２がひと際厚いので、４５°の外面４５におけるビームのサイズは、レンズの設計のための点光源であると想定できる。支持体の厚さは、レンズ表面の間隔を良好に規定する。例えば、エッチング技術を用いて適切なラジアルレンズ形状を実現することができる。他のレンズ形状も、例えば、メタ光学構造または回折構造であってよい。別の利点として、ここでは、圧縮及び／または高速軸コリメーションまたはプレコリメーションを行うことができ、または光学的機能に統合することができる。
相応に、図２９には傾き補正が示されている。図面を簡単にするために、高屈折率層４及び低屈折率コーティング５は、非常に概略的にのみ示されている。
他の全例示的実施形態でもまた可能であるように、さらなるファセット３６はまた、成長方向Ｇに対して４５°の角度で配向されていてもよい。出力結合鏡６１はまた、他の全例示的実施形態においても可能であるように、支持体２と、少なくとも１つの活性ゾーン３３を有している半導体層列３の領域との間に配置されていてもよい。
他のすべての点において、図１～図２８のコメントは図２９と同様に適用され、逆もまた同様である。
図３０によれば、傾斜の補正に加えて高速軸補正がまた実行されている。
さらに、他の全例示的実施形態において同様に可能であるように、放射線Ｒの波長変更のために、反射防止コーティング６６の場所に、発光層６７が存在していてよい。
他のすべての点において、図２９のコメントは図３０と同様に適用され、逆もまた同様である。
図３１には、光学系７が回折光学素子またはメタ光学系として設計できることが示されている。
他のすべての点において、図２９及び図３０のコメントは図３１と同様に適用される。
図３２は、先行する例示的実施形態のうちの１つによる半導体チップ１を含む構成要素１０の例示的実施形態を示している。半導体チップ１は、実装プラットフォーム１１、例えばセラミック基板に配置されている。実装プラットフォーム１１は、半導体チップ１に電気的に接触するための導電性コーティング１２を備えている。例えば、電気的な接触は、ボンディングワイヤであり得る電気的な接続１５によって行われる。
したがって、半導体チップ１は、例えばＳＭＤパッケージに実装され、このパッケージは、プリント回路基板にはんだ付けするための下面に接触面を有することができる。パッケージ基板、つまり実装プラットフォーム１１は、例えばＡｌＮから作製されるセラミックであってよく、これは、その主要面の間に電気的ビアを有している。２つの電気接触部の他に、下面に、放熱のためのさらなる無電位接触部を実装することができる。
機械的保護のために、半導体チップ１は、例えば、エポキシ樹脂などの有機封止剤またはシリコーンで、描画されていないパッケージに、封入可能である。必要に応じて、さらなる光学素子、例えばレンズを構成要素１０またはパッケージの一部とすることができる。
他のすべての点において、図２９～図３１のコメントは図３２と同様に適用される。
ハウジング基板、すなわち実装プラットフォーム１１はまた、例えばＱＦＮハウジングなどのＣｕ製の金属リードフレームとすることもできる。このためには、支持体材料１３によって互いに機械的に接続されたリードフレーム部分１４が存在し得る。
他のすべての点において、図３２のコメントは図３３と同様に適用される。
図３４による構成要素１０は、複数の半導体チップ１を含み、これにより、全半導体チップ１が同一の構造であってもよいし、異なる種類の半導体チップ１が取り付けられてもよく、例えば、異なる色の放射線Ｒが生成される。
すなわち、複数の半導体チップ１を共通の組立プラットフォーム１１で組立てて接触させる。複数の半導体チップ１の電気的な接続は、例えば直列回路として作製されている。これにより、市販のドライバを使用することが可能となり、必要なワイヤ断面が低減される。実装プラットフォーム１１毎に複数の電気的なストリングが可能である。
共通の実装プラットフォーム１１は、例えば、図３２に示す少なくとも１つのセラミックに基づき、ＳＭＤパッケージとして設計されてもよい。択一的に、実装プラットフォーム１１は、金属基板、例えばＡｌまたはＣｕ、高い熱伝導率を有する誘電体、及び構造化された導体面から作製されるプリント回路基板として設計され得る。
機械的保護のために、半導体チップ１は今回も、例えば、エポキシ樹脂などの有機封止剤またはシリコーンで、封入可能である。さらなる光学素子、例えばレンズも構造体の一部であってよい。
構成要素１０は、図示されていない、温度監視のためのＮＴＣなどの適切な構成要素を含み得る。
実装プラットフォーム１１とするプリント回路基板の場合には、支持体１３は、図示されていない、ヒートシンクに実装するための電気的な接触及びドリル穴のためのソルダーパッドまたはコネクタを有することができる。
光学系７により、特に、個々の半導体チップ１の放射線の方向を相互に正確に整合させることができる。この目的のために、光学系７を、任意選択として個々に、それぞれの要件、すなわち半導体チップのレベルで適合させることができる。
図に示される構成要素は、好ましくは、示されている順序で互いに続き、特に別段の記載がない限り互いの直後に続く。図面において互いに接触していない構成要素は、好適には隔てられている。線が互いに平行に示されるとき、関連付けられる面は、好ましくは同様に互いに対して平行に整列される。さらに、示されている構成要素の互いに対する相対的な位置は、別段の指示がない限り、図に正確に再現されている。
本明細書に記載の本発明は、実施形態に基づく説明により限定されるものではない。むしろ、特に特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを含む任意の新しい特徴及び特徴の任意の組み合わせは、この特徴または組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施形態に明示的に記載されていなくても、本発明に含まれる。
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０ ２０２１ １１３ ８５６．６号の優先権を主張し、その開示内容を参照により本明細書に援用する。
１ 光電子半導体チップ
２ 支持体
２０ 支持体上面
２１ 成長基板
２２ 代替支持体
２３ ファスナ
２４ 切欠き
２５ 支持面
２６ さらなる支持面
３ 半導体層列
３０ 接触面
３３ 活性ゾーン
３４ 出力結合ファセット
３５ プリファセット
３６ さらなるファセット
３７ 放射面
４ 光学的高屈折率層
４１ 高屈折率層用の開始層
４５ 高屈折率層の外面
５ 光学的な低屈折率コーティング
６１ 出力結合鏡
６２ 反射メタライゼーション
６３ 固定手段
６４ 電気的接触手段
６５ 端面鏡コーティング
６６ 反射防止コーティング
６７ 発光層
７ 光学系
８ ギャップ
９１ 第１の電気的接触層
９２ 第２の電気的接触層
１０ 構成要素
１１ 実装プラットフォーム
１２ 導電性コーティング
１３ 支持体材料
１４ リードフレーム部分
１５ 電気的な接続
Ｇ 半導体層列の成長方向

Claims (15)

  1. 光電子半導体チップ（１）であって、
    －支持体（２）
    －放射線（Ｒ）を生成するための少なくとも１つの活性ゾーン（３３）を有する前記支持体（２）上の半導体層列（３）、
    －前記放射線を出力結合するための前記半導体層列（３）の出力結合ファセット（３４）上の光学高屈折率層（４）、及び
    －前記放射線（Ｒ）の全反射のための前記高屈折率層（４）の外面（４５）に直接なされた光学的な低屈折率コーティング（５）を含み
    －前記半導体層列（３）は、前記半導体層列（３）の成長方向（Ｇ）に対して垂直な前記活性ゾーン（３３）において前記放射線（Ｒ）を誘導するよう構成され、
    －前記高屈折率層（４）は、前記成長方向（Ｇ）に対して平行な前記外面（４５）の前記放射線（Ｒ）を偏向するように構成されており、
    －前記支持体（２）は、代替支持体（２２）であり、前記放射線（Ｒ）は、前記外面（４５）により前記支持体（２）から離れるように放射され、
    －前記支持体（２）が前記半導体層列（３）のための切欠き（２４）を有し、それによって、前記支持体（２）が前記出力結合ファセット（３４）に面する支持面（２５）を有し、前記低屈折率コーティング（５）が前記支持面（２５）に適用され、前記高屈折率層（４）が前記低屈折率コーティング（５）に着座し、
    －平面図で、及び活性ゾーン（３３）を有していない少なくとも１つの領域で見た前記半導体層列（３）が、固定手段（６３）によって前記支持体（２）に適用された前記低屈折率コーティング（５）に固定される、光電子半導体チップ（１）。
  2. 前記放射線（Ｒ）の最大強度の波長において、前記高屈折率層（４）が、前記低屈折率コーティング（５）よりも少なくとも０．６高い屈折率を有する半導体レーザである、請求項１に記載の光電子半導体チップ（１）。
  3. 前記活性ゾーン（３３）と前記高屈折率層（４）との間の屈折率の差が、最大で０．３であり、
    前記高屈折率層（４）は、前記出力結合ファセット（３４）に直接配置されており、前記出力結合ファセット（３４）は、前記成長方向（Ｇ）に対して横方向に配向されている、請求項１または２に記載の光電子半導体チップ（１）。
  4. 前記出力結合ファセット（３４）上に直接、出力結合鏡（６１）をさらに備え、
    前記高屈折率層（４）は、前記出力結合鏡（６１）に直接配置されており、前記出力結合ファセット（３４）は、前記成長方向（Ｇ）に対して平行に配向されている、請求項１または２に記載の光電子半導体チップ（１）。
  5. 前記高屈折率層（４）は、前記出力結合ファセット（３４）及び／または前記出力結合鏡（６１）のための平坦化層である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  6. 前記高屈折率層（４）は、前記外面（４５）と前記出力結合ファセット（３４）との間の角度が０．１°以上２０°以下となるような、前記出力結合ファセット（３４）に対する角度補正層である、請求項１から５のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  7. 前記放射線（Ｒ）に対して反射し、前記出力結合ファセット（３４）とは反対側の前記低屈折率コーティング（５）の面に直接的に配置される、メタライゼーション（６２）をさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  8. 前記低屈折率コーティング（５）が、前記支持体（２）に面した前記半導体層列（３）の接触面（３０）に穿孔されており、それによって、電気的接触手段（６４）が、前記低屈折率コーティング（５）を通って前記半導体層列（３）に導かれ、
    前記支持体（２）の前記支持面（２５）において、前記低屈折率コーティング（５）が、前記支持体（２）に直接配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  9. 前記低屈折率コーティング（５）と前記高屈折率層（４）との間の前記接触面（３０）にギャップ（８）が設けられている、請求項８に記載の光電子半導体チップ（１）。
  10. 横方向において、すなわち前記成長方向（Ｇ）に対して垂直な方向で、及び前記半導体層列（３）から離れる方向において、前記支持体（２）の第１の領域は、前記支持面（２５）に隣接しており、前記成長方向（Ｇ）に対して垂直に配向されており、前記支持体（２）の第２の領域は、前記第１の領域に隣接しており、前記支持体（２）の厚さは、前記半導体層列（３）から離れる方向で前記第２の領域において減少している、請求項９に記載の光電子半導体チップ（１）。
  11. 前記固定手段（６３）は、少なくとも１つの金属をベースとするか、または金属合金である、請求項１０に記載の光電子半導体チップ（１）。
  12. 前記出力結合ファセット（３４）とは反対側のさらなるファセット（３６）が、前記成長方向（Ｇ）に対して傾斜して配向されており、
    前記さらなるファセット（３５）に関連するさらなる支持面（２６）は、前記成長方向（Ｇ）に対して平行に配向されており、それによって、前記さらなる支持面（２６）は、前記活性ゾーン（３３）から前記活性ゾーン（３３）へ戻る前記さらなる支持面（２６）に到達する前記放射線（Ｒ）の放射線構成要素を反射するように構成されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  13. さらに、前記放射線（Ｒ）に対するビーム補正のための光学系（７）を備えており、
    前記光学系（７）は、平面図で見て前記外面（４５）の上方に配置されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光電子半導体チップ（１）。
  14. 前記光学系（７）は、前記支持体（２）から生成されている、請求項１３に記載の光電子半導体チップ（１）。
  15. －複数の、請求項１３および１４の少なくとも１つに記載の光電子半導体チップ（１）と、
    －実装プラットフォーム（１１）と、を含み、
    前記半導体チップ（１）は、前記実装プラットフォーム（１１）に実装されており、前記半導体チップ（１）の前記光学系（７）によって、前記半導体チップ（１）の放射線の方向が互いに適合される、構成要素（１０）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP2043210A3 (de) * 2007-09-28 2010-12-22 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Halbleiterlaser und Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers
JP2010109139A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Hitachi Ltd 半導体レーザ素子
JP2010251649A (ja) 2009-04-20 2010-11-04 Hitachi Ltd 面出射型レーザモジュールおよび面受光型モジュール
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