WO2006002609A1 - Surface emitting semi-conductor laser and method for the production thereof - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a surface-emitting semi conductor laser, comprising a semi-conductor chip (1), which comprises a substrate (2) and a succession of semi-conductor layers (19) which are grown on the substrate (2) and comprises a radiation emitting active area (12), and an external resonator mirror (5). According to the invention the substrate comprises a recess (3) through which the radiation (6) is emitted.

Description

Beschreibungdescription
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen HerstellungSurface emitting semiconductor laser and method for its production
Die Erfindung betrifft einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a surface-emitting semiconductor laser according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102004031711.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German Patent Application 102004031711.9, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Oberflächenemittierende Halbleiterlaser, die auch unter den Begriffen VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) oder Scheibenlaser bekannt sind, zeichnen sich durch eine hohe Strahlqualität bei gleichzeitig hohen Ausgangsleistungen aus. Bei hohen Ausgangsleistungen ist eine gute Abfuhr der anfallenden Verlustwärme notwendig, um eine Beschädigung oder sogar den Ausfall des Bauelements durch eine Überhitzung zu vermeiden.Surface-emitting semiconductor lasers, which are also known under the terms VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) or disk lasers, are characterized by a high beam quality with simultaneously high output powers. At high outputs, a good dissipation of the resulting heat loss is necessary to prevent damage or even failure of the device by overheating.
Um die Wärmeabfuhr zu verbessern, werden oberflächenemittierende Halbleiterlaser beispielsweise auf einer Wärmesenke montiert. Da das für die Herstellung der epitaktischen Halbleiterschichten verwendete Halbleitersubstrat in der Regel eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wäre es vorteilhaft, dieses Halbleitersubstrat von den epitaktischen Halbleiterschichten abzulösen. Dabei tritt aber das Problem auf, dass die epitaktischen Schichten ohne das Substrat aufgrund ihrer geringen Dicke nur schwer handhabbar sind. Deshalb wird oftmals die Halbleiterschichtenfolge mit der dem Substrat gegenüberliegenden Seite auf die Wärmesenke montiert und erst anschließend das Substrat mit einem Ätzprozess abgelöst.In order to improve the heat dissipation, surface-emitting semiconductor lasers are mounted, for example, on a heat sink. Since the semiconductor substrate used for the production of the epitaxial semiconductor layers usually has a comparatively low thermal conductivity, it would be advantageous to detach this semiconductor substrate from the epitaxial semiconductor layers. However, the problem arises that the epitaxial layers without the substrate are difficult to handle due to their small thickness. Therefore, often the semiconductor layer sequence with the substrate mounted opposite side on the heat sink and only then followed the substrate with an etching process.
Der Prozess des Ablösens des Substrats durch einen Ätzprozess ist jedoch - abhängig vom Zeitpunkt während des Herstellungsprozesses der Halbleiterchips - mit verschiedenen Nachteilen verbunden. In der Regel werden eine Vielzahl von Halbleiterchips in einem sogenannten Waferverbund hergestellt und anschließend in einzelne Halbleiterchips vereinzelt. Das Entfernen des Substrats im Waferverbund hat den Nachteil, dass dabei das Substrat auf einer Fläche von typischerweise mehreren Quadratzentimetern abgeätzt werden muss. Durch eine unterschiedliche Ätzrate auf dieser Fläche kann es vorkommen, dass die epitaktische Schicht stellenweise trotz der Ätzstoppschicht beschädigt wird. Wenn das Entfernen des Substrats dagegen erst nach der Vereinzelung des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips erfolgt, besteht die Gefahr, dass die Ätzstoppschicht an den Seitenflanken der Halbleiterchips unterätzt wird, wobei insbesondere Risse in den epitaktischen Schichten und Ausbrüche an den Rändern des Halbleiterchips entstehen können.However, the process of detaching the substrate by an etching process is associated with various disadvantages, depending on the point in time during the manufacturing process of the semiconductor chips. In general, a plurality of semiconductor chips are produced in a so-called wafer composite and then singulated into individual semiconductor chips. The removal of the substrate in the wafer composite has the disadvantage that in this case the substrate has to be etched on a surface of typically several square centimeters. Due to a different etch rate on this surface, it may happen that the epitaxial layer is damaged in places despite the etch stop layer. On the other hand, if the removal of the substrate takes place only after singulation of the semiconductor wafer into individual semiconductor chips, there is a risk that the etch stop layer will be undercut on the side edges of the semiconductor chips, in particular cracks in the epitaxial layers and breakouts at the edges of the semiconductor chip.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser anzugeben, bei dem die zuvor genannten Nachteile nicht auftreten. Ferner soll ein vorteilhaftes Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden.The invention has for its object to provide a surface emitting semiconductor laser in which the aforementioned disadvantages do not occur. Furthermore, an advantageous method for its preparation should be specified.
Diese Aufgabe wird durch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser enthält gemäß der Erfindung einen Halbleiterchip, der ein Substrat und eine auf dem Substrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge, die eine Strahlungsemittierende aktive Zone enthält, und einen externen Resonatorspiegel, wobei das Substrat eine Ausnehmung aufweist und die emittierte Strahlung durch die Ausnehmung ausgekoppelt wird.This object is achieved by a surface emitting semiconductor laser having the features of patent claim 1 and a method according to claim 12. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims. According to the invention, a surface emitting semiconductor laser comprises a semiconductor chip comprising a substrate and a semiconductor layer sequence grown on the substrate, which contains a radiation-emitting active zone, and an external resonator mirror, wherein the substrate has a recess and the emitted radiation is coupled out through the recess.
Ein derartiger Halbleiterlaser hat den Vorteil, dass durch die Ausnehmung Strahlung auf der Substratseite aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt oder in den Halbleiterchip eingekoppelt werden kann, wobei gleichzeitig aber die noch vorhanden Bereiche des Substrats den Halbleiterschichten ausreichend Stabilität verleihen, dass der Halbleiterchip mit herkömmlicher Chiptechnologie handhabbar ist.Such a semiconductor laser has the advantage that radiation on the substrate side can be coupled out of the semiconductor chip or coupled into the semiconductor chip, but at the same time the remaining regions of the substrate give the semiconductor layers sufficient stability that the semiconductor chip can be handled with conventional chip technology ,
Die Ausnehmung in dem Substrat ist bei dem Halbleiterlaser beispielsweise mit einem Ätzprozess hergestellt. Dazu ist die dem Substrat zugewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge vorteilhaft mit einer Ätzstoppschicht versehen. Diese Ätzstoppschicht verhindert bei der Herstellung der Ausnehmung des Substrats, dass die epitaktischen Halbleiterschichten von den Ätzmittel angegriffen werden.The recess in the substrate is produced in the semiconductor laser, for example with an etching process. For this purpose, the side of the semiconductor layer sequence facing the substrate is advantageously provided with an etching stop layer. This etch stop layer prevents, in the production of the recess of the substrate, that the epitaxial semiconductor layers are attacked by the etchant.
Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterlaser um einen optisch gepumpten Halbleiterlaser handeln, bei dem eine außerhalb des Halbleiterchips angeordnete Pumpstrahlungsquelle vorgesehen ist, wobei die von der Pumpstrahlungsquelle emittierte Pumpstrahlung durch die Ausnehmung des Substrats in die aktive Zone des Halbleiterchips eingestrahlt wird. Bei einem optisch gepumpten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausnehmung schräge Seitenflanken aufweist. Vorzugsweise verjüngt sich der Querschnitt der Ausnehmung von einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats zu einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Substrats hin. Insbesondere kann die Ausnehmung einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Abschattung einzelner Teilbereiche der aktiven Zone durch die Seitenflanken der Ausnehmungen bei der Einstrahlung der Pumpstrahlung vermindert oder sogar ganz vermieden wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Pumpstrahlung schräg zur Emissionsrichtung des Halbleiterlasers angestrahlt wird.By way of example, the semiconductor laser may be an optically pumped semiconductor laser, in which a pump radiation source arranged outside the semiconductor chip is provided, the pump radiation emitted by the pump radiation source being radiated through the recess of the substrate into the active zone of the semiconductor chip. In an optically pumped surface-emitting semiconductor laser, it is particularly advantageous if the recess has oblique side edges. Preferably, the cross section of the recess tapers from a side of the substrate facing away from the semiconductor layer sequence to a side of the substrate facing the semiconductor layer sequence. In particular, the recess may have a trapezoidal cross-section. This embodiment has the advantage that the shading of individual portions of the active zone by the side edges of the recesses in the irradiation of the pump radiation is reduced or even completely avoided. This is particularly advantageous when the pump radiation is irradiated obliquely to the emission direction of the semiconductor laser.
Der Halbleiterchip kann beispielsweise derart auf eine Wärmesenke montiert sein, dass die Wärmesenke von der aktiven Zone aus gesehen dem Substrat gegenüberliegt. Die Wärmesenke ist bei dem Halbleiterlaser nicht notwendigerweise als Träger für die Halbleiterschichten erforderlich, da auch der noch vorhandene Teil des Substrats die Funktion des Trägers erfüllt. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, vor der Montage des Halbleiterchips auf eine Wärmesenke Prozessschritte mit herkömmlicher Chipteσhnologie durchzuführen, die nach der Montage auf eine Wärmesenke nicht nur mit erheblichem Aufwand möglich wären. Beispielsweise können, wie im folgenden beschrieben wird, weitere funktionelle Schichten auf den Halbleiterchip aufgebracht werden.For example, the semiconductor chip may be mounted on a heat sink such that the heat sink faces the substrate as seen from the active region. The heat sink is not necessarily required in the semiconductor laser as a carrier for the semiconductor layers, since the remaining part of the substrate fulfills the function of the carrier. As a result, it is advantageously possible to carry out process steps with conventional chip technology before mounting the semiconductor chip on a heat sink, which would not only be possible with considerable effort after installation on a heat sink. For example, as described below, further functional layers can be applied to the semiconductor chip.
Auf der von dem Substrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge sind vorteilhaft eine oder mehrere metallische Schichten aufgebracht, die beispielsweise eines der Metalle Ti, Pt oder Al oder eine Verbindung dieser Materialien enthalten. Um insbesondere die Stabilität der epitaktischen Schichten im Bereich der Ausnehmung des Substrats zu erhöhen, kann auch eine metallische Schicht aufgebracht sein, die beispielsweise Gold oder Silber enthält und insbesondere galvanisch aufgebracht werden kann.On the side facing away from the substrate side of the semiconductor layer sequence, one or more metallic layers are advantageously applied, for example, one of the metals Ti, Pt or Al or a compound thereof Materials included. In order in particular to increase the stability of the epitaxial layers in the region of the recess of the substrate, it is also possible to apply a metallic layer which, for example, contains gold or silver and in particular can be applied by electroplating.
In dem Bereich der Ausnehmung des Substrats, das beispielsweise ein GaAs-Substrat sein kann, ist vorzugsweise eine reflexionsmindernde Schicht auf den Halbleiterchip aufgebracht, um Reflektionsverluste an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip und dem Umgebungsmedium zu vermindern.In the region of the recess of the substrate, which may be a GaAs substrate, for example, a reflection-reducing layer is preferably applied to the semiconductor chip in order to reduce reflection losses at the interface between the semiconductor chip and the surrounding medium.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Substrat für eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt wird. Auf das Substrat wird eine Halbleiterschichtenfolge, die insbesondere die aktive Zone des Halbleiterlasers enthält, aufgebracht. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge auch einen der Resonatorspiegel des Halbleiterlasers, beispielsweise einen Bragg-Spiegel enthalten.In a method for producing a surface emitting semiconductor laser according to the invention, it is provided that a substrate for a plurality of semiconductor chips is provided. A semiconductor layer sequence, which in particular contains the active zone of the semiconductor laser, is applied to the substrate. Furthermore, the semiconductor layer sequence can also contain one of the resonator mirrors of the semiconductor laser, for example a Bragg mirror.
Das Substrat ist vorzugsweise ein Halbleiterwafer, insbesondere ein GaAs-Wafer.The substrate is preferably a semiconductor wafer, in particular a GaAs wafer.
In dem Substrat wird eine Mehrzahl von Ausnehmungen hergestellt, wobei jede Ausnehmung als Strahlungsauskopplungsflache eines einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers vorgesehen ist.A plurality of recesses are produced in the substrate, each recess being provided as a radiation-decoupling surface of a single surface-emitting semiconductor laser.
Auch nach der Herstellung der Ausnehmungen in dem Substrat ist der Wafer weiterhin mit herkömmlicher Chiptechnologie handhabbar. Beispielsweise können nach der Herstellung der Ausnehmungen weitere Beschichtungsprozesse durchgeführt werden. Insbesondere kann in dem Bereich der Ausnehmung eine reflexionsmindernde Schicht aufgebracht werden, durch die Reflektionsverluste bei der Auskopplung der Laserstrahlung aus dem Halbleiterchip verringert werden. Weiterhin können Metallschichten, mit denen beispielsweise ein Lötkontakt zu einer Wärmesenke hergestellt werden kann, vorgesehen sein.Even after the production of the recesses in the substrate, the wafer is still using conventional chip technology manageable. For example, after the production of the recesses further coating processes can be carried out. In particular, in the region of the recess, a reflection-reducing layer can be applied, by means of which reflection losses in the coupling out of the laser radiation from the semiconductor chip are reduced. Furthermore, metal layers with which, for example, a solder contact to a heat sink can be produced may be provided.
Nachfolgend wird der Wafer in eine Mehrzahl einzelner Halbleiterchips zerteilt. Beispielsweise wird der Wafer in rechteckige oder quadratische einzelne Halbleiterchips zersägt, wobei jeder einzelne Halbleiterchip mindestens eine der vorher hergestellten Ausnehmungen umfasst.Subsequently, the wafer is divided into a plurality of individual semiconductor chips. By way of example, the wafer is sawn into rectangular or square individual semiconductor chips, wherein each individual semiconductor chip comprises at least one of the previously produced recesses.
Die Halbleiterchips werden bevorzugt auf eine Wärmesenke montiert, beispielsweise gelötet. Die Montage auf die Wärmesenke kann sowohl vor als auch nach dem Zerteilen des Wafers in einzelne Halbleiterchips erfolgen.The semiconductor chips are preferably mounted on a heat sink, for example soldered. The mounting on the heat sink can be done both before and after the division of the wafer into individual semiconductor chips.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment in conjunction with the figure.
Die Figur zeigt einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.The figure shows a schematically illustrated cross section through a surface emitting semiconductor laser according to an embodiment of the invention.
Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser enthält einen Halbleiterchip 1, der ein Substrat 2 und eine Halbleiterschichtenfolge 19 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge 19 umfasst eine Strahlungsemittierende aktive Zone 12, die insbesondere als Quantenstruktur gebildet sein kann. Als Quantenstrukturen sind im Rahmen der Erfindung insbesondere Quantentröge, Quantendrähte oder Quantenpunkte zu verstehen. Die aktive Zone 12 ist vorzugsweise von Mantelschichten 11, 13 umgeben.The surface emitting semiconductor laser includes a semiconductor chip 1 having a substrate 2 and a semiconductor layer sequence 19. The semiconductor layer sequence 19 comprises a radiation-emitting active zone 12, in particular as Quantum structure can be formed. In the context of the invention, quantum structures are to be understood in particular as quantum wells, quantum wires or quantum dots. The active zone 12 is preferably surrounded by cladding layers 11, 13.
Weiterhin enthält die Halbleiterschichtenfolge 19 einen Reflektor 14, der einen Resonatorspiegel des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers darstellt. Der Reflektor 14 kann eine metallische oder dielektrische Schicht oder Schichtenfolge sein. Bevorzugt ist der Reflektor 14 ein Bragg-Reflektor. Zusammen mit einem externen Resonatorspiegel 5 bildet der Reflektor 14 den Laserresonator des Halbleiterlasers aus.Furthermore, the semiconductor layer sequence 19 contains a reflector 14, which represents a resonator mirror of the surface-emitting semiconductor laser. The reflector 14 may be a metallic or dielectric layer or layer sequence. Preferably, the reflector 14 is a Bragg reflector. Together with an external resonator mirror 5, the reflector 14 forms the laser resonator of the semiconductor laser.
Zum Pumpen des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers ist eine externe Pumpstrahlungsquelle 8, zum Beispiel eine vorzugsweise kantenemittierende Laserdiode, vorgesehen. Mittels der von der Pumpstrahlungsquelle 8 erzeugten Pumpstrahlung 9 wird die Strahlungsemittierende aktive Zone 12 beziehungsweise die hierin ausgebildete Quantenstruktur optisch gepumpt.For pumping the surface-emitting semiconductor laser, an external pump radiation source 8, for example a preferably edge-emitting laser diode, is provided. By means of the pump radiation 9 generated by the pump radiation source 8, the radiation-emitting active zone 12 or the quantum structure formed therein is optically pumped.
Die in der aktiven Zone 12 erzeugte Strahlung 6 wird durch eine Ausnehmung 3 in dem Substrat 2 aus dem Halbleiterchip 1 ausgekoppelt. Die Ausnehmung 3 in dem Substrat 2 ist beispielsweise durch einen Ätzprozess hergestellt.The radiation 6 generated in the active zone 12 is coupled out of the semiconductor chip 1 through a recess 3 in the substrate 2. The recess 3 in the substrate 2 is produced, for example, by an etching process.
Vorteilhaft enthält die Halbleiterschichtenfolge 19 eine an das Substrat 2 angrenzende Ätzstoppschicht 10, die bei dem Ätzprozess eine Beschädigung der Halbleiterschichten durch das Ätzmittel verhindert. Die Teilbereiche des Substrats 2, die durch den Ätzprozess nicht entfernt werden, verhindern einerseits in vorteilhafter Weise, dass das bei dem Ätzprozess verwendete Ätzmittel an die Seitenflanken des Halbleiterchips 1 vordringt und dort die Halbleiterschichten beschädigt. Weiterhin werden die Halbleiterschichten 19 durch die verbleibenden Bereiche 2 des Substrats ausreichend stabilisiert, dass der Halbleiterchip 1 auch nach der Herstellung der Ausnehmungen mit herkömmlicher Chiptechnologie handhabbar ist.Advantageously, the semiconductor layer sequence 19 includes an etching stop layer 10 adjacent to the substrate 2, which prevents damage to the semiconductor layers by the etchant during the etching process. The portions of the substrate 2, which are not removed by the etching process, prevent on the one hand advantageously, that in the Etching used etchant to the side edges of the semiconductor chip 1 penetrates and damaged the semiconductor layers there. Furthermore, the semiconductor layers 19 are sufficiently stabilized by the remaining regions 2 of the substrate that the semiconductor chip 1 can be handled even after the production of the recesses with conventional chip technology.
Die der Ausnehmung 3 zugewandten Seitenflanken 4 des Substrats verlaufen vorzugsweise schräg zur Abstrahlrichtung 6 der von dem Halbleiterlaser emittierten Strahlung. Dies ist insbesondere vorteilhaft für oberflächenemittierende Halbleiterlaser, die von einer Pumpstrahlungsquelle 8 optisch gepumpt werden, die außerhalb des Halbleiterchips 1 angeordnet ist. Die Ausnehmung 3 kann beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der sich von einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats zu einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Substrats hin verjüngt. Dadurch wird vermieden, dass ein Teil der eingestrahlten Pumpstrahlung 9 durch die Seitenflanken 4 des Substrats 2 abgeschattet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die schrägen Seitenflanken 4 einen größeren Winkel mit der Emissionsrichtung 6 der Laserstrahlung einschließen als die Einstrahlrichtung der Pumpstrahlung 9.The side edges 4 of the substrate facing the recess 3 preferably extend obliquely to the emission direction 6 of the radiation emitted by the semiconductor laser. This is particularly advantageous for surface-emitting semiconductor lasers which are optically pumped by a pump radiation source 8, which is arranged outside the semiconductor chip 1. The recess 3 may, for example, have a trapezoidal cross-section which tapers from one side of the substrate facing away from the semiconductor layer sequence to a side of the substrate facing the semiconductor layer sequence. This avoids that a portion of the irradiated pump radiation 9 is shaded by the side edges 4 of the substrate 2. It is particularly advantageous if the oblique side flanks 4 enclose a larger angle with the emission direction 6 of the laser radiation than the direction of incidence of the pump radiation 9.
Auf der von der aktiven Zone abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 19 enthält der Halbleiterchip 1 vorzugsweise eine Schicht oder Schichtenfolge 15, die eines oder mehrere Metalle enthält. Die Schicht oder Schichtenfolge 15 kann insbesondere die Metalle Ti, Pt oder Au enthalten. Die Schicht beziehungsweise Schichtenfolge ist bevorzugt als Barrierenschicht, Benetzungsschicht und/oder Haftvermittlerschicht für eine nachfolgende Lotschicht ausgeführt. Ferner kann auch eine Verstärkungsschicht 16 vorgesehen sein, die beispielsweise Ag oder Au enthält und insbesondere dazu dient, die Halbleiterschichtenfolge 19 nach der Herstellung der Ausnehmung 3 mechanisch zu stabilisieren. Diese Verstärkungsschicht 16 kann beispielsweise galvanisch hergestellt werden.On the side of the semiconductor layer sequence 19 facing away from the active zone, the semiconductor chip 1 preferably contains a layer or layer sequence 15 which contains one or more metals. The layer or layer sequence 15 may in particular contain the metals Ti, Pt or Au. The layer or layer sequence is preferred as a barrier layer, wetting layer and / or adhesion promoter layer for a subsequent solder layer executed. Furthermore, a reinforcing layer 16 may also be provided which contains, for example, Ag or Au and in particular serves to mechanically stabilize the semiconductor layer sequence 19 after the production of the recess 3. This reinforcing layer 16 can be produced, for example, galvanically.
Der Halbleiterchip 1 ist bevorzugt auf eine Wärmesenke 18 montiert. Beispielsweise kann er mittels einer Lotschicht 17 auf die Wärmesenke 18 gelötet sein. Die Wärmesenke 18 kann zum Beispiel Kupfer enthalten.The semiconductor chip 1 is preferably mounted on a heat sink 18. For example, it may be soldered to the heat sink 18 by means of a solder layer 17. The heat sink 18 may include, for example, copper.
Optional ist in dem Laserresonator ein nicht-linearer optischer Kristall 7 zur Frequenzkonversion der emittierten Strahlung 6, insbesondere zu einer Frequenzvervielfachung wie beispielsweise einer Frequenzverdopplung, vorgesehen.Optionally, in the laser resonator a non-linear optical crystal 7 for frequency conversion of the emitted radiation 6, in particular to a frequency multiplication such as a frequency doubling, is provided.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung 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. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit1. Surface emitting semiconductor laser with
- einem Halbleiterchip (1) , der ein Substrat (2) und eine auf dem Substrat (2) aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge (19) , die einea semiconductor chip (1) comprising a substrate (2) and a semiconductor layer sequence (19) grown on the substrate (2), which is a
Strahlungsemittierende aktive Zone (12) umfasst, enthält, undRadiation emitting active zone (12) comprises, contains, and
- einem externen Resonatorspiegel (5) , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine Ausnehmung (3) aufweist und die emittierte Strahlung (6) durch die Ausnehmung (3) ausgekoppelt wird.- An external resonator (5), characterized in that the substrate (2) has a recess (3) and the emitted radiation (6) through the recess (3) is coupled out.
2. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterchip (1) auf eine Wärmesenke (18) montiert ist, wobei die Wärmesenke (18) von der aktiven Zone (12) aus gesehen dem Substrat (2) gegenüberliegt.A surface emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein said semiconductor chip (1) is mounted on a heat sink (18), said heat sink (18) being opposed to said substrate (2) from the active region (12).
3. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum optischen Pumpen des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers eine außerhalb des Halbleiterchips (1) angeordnete Pumpstrahlungsquelle (8) vorgesehen ist, wobei die von der Pumpstrahlungsquelle (8) emittierte Pumpstrahlung (9) durch die Ausnehmung (3) des Substrats (9) in die aktive Zone (12) eingestrahlt wird.3. Surface-emitting semiconductor laser according to claim 1 or 2, in which a pump radiation source (8) arranged outside the semiconductor chip (1) is provided for optically pumping the surface-emitting semiconductor laser, the pump radiation (8) emitted by the pump radiation source (8) passing through the recess (FIG. 3) of the substrate (9) in the active zone (12) is irradiated.
4. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausnehmung (3) schräge Seitenflanken (4) aufweist. 4. Surface-emitting semiconductor laser according to one of the preceding claims, wherein the recess (3) has oblique side edges (4).
5. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 4, bei der sich der Querschnitt der Ausnehmung (3) von einer der Halbleiterschichtenfolge (19) abgewandten Seite des Substrats (2) zu einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Substrats (2) hin verjüngt.5. Surface emitting semiconductor laser according to claim 4, wherein the cross section of the recess (3) of a semiconductor layer sequence (19) facing away from the side of the substrate (2) to a semiconductor layer sequence facing side of the substrate (2) tapers.
6. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 5, bei dem die Ausnehmung (3) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.6. Surface-emitting semiconductor laser according to claim 5, wherein the recess (3) has a trapezoidal cross-section.
7. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dem Substrat (2) zugewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge (19) mit einer Ätzstoppschicht (10) versehen ist.7. Surface-emitting semiconductor laser according to one of the preceding claims, in which the substrate (2) facing side of the semiconductor layer sequence (19) is provided with an etch stop layer (10).
8. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die von dem Substrat (2) abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge (19) eine metallische Schicht oder Schichtenfolge (15) aufgebracht ist.8. Surface-emitting semiconductor laser according to one of the preceding claims, in which on the side facing away from the substrate (2) side of the semiconductor layer sequence (19) a metallic layer or layer sequence (15) is applied.
9. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (2) ein GaAs-Substrat ist.A surface emitting semiconductor laser according to any one of the preceding claims, wherein the substrate (2) is a GaAs substrate.
10. Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Bereich der Ausnehmung (3) eine reflexionsmindernde Schicht (20) auf den Halbleiterchip aufgebracht ist. 10. Surface emitting semiconductor laser according to one of the preceding claims, wherein in the region of the recess (3) a reflection-reducing layer (20) is applied to the semiconductor chip.
11. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Substrats (2) für eine Mehrzahl von Halbleiterchips, b) Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (19) , die die aktive Zone (12) enthält, auf das Substrat (2) , c) Herstellung einer Mehrzahl von Ausnehmungen (3) in dem Substrat (2) , d) Zerteilen des Substrats (2) in eine Mehrzahl einzelner Halbleiterchips (1) derart, dass jeder Halbleiterchip (1) eine Ausnehmung (3) enthält.11. A method for producing a surface-emitting semiconductor laser according to one of claims 1 to 10, comprising the method steps: a) provision of a substrate (2) for a plurality of semiconductor chips, b) application of a semiconductor layer sequence (19), the active zone (12) comprising, on the substrate (2), c) producing a plurality of recesses (3) in the substrate (2), d) dividing the substrate (2) into a plurality of individual semiconductor chips (1) such that each semiconductor chip (1) a recess (3) contains.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Substrat (2) ein Halbleiterwafer, insbesondere ein GaAs-Wafer, ist.12. The method of claim 11, wherein the substrate (2) is a semiconductor wafer, in particular a GaAs wafer.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem nach dem Herstellen der Ausnehmungen (3) in dem Substrat (2) und vor dem Zerteilen des Substrats (2) eine reflexionsmindernde Schicht (20) in dem Bereich der Ausnehmungen auf die Halbleiterschichtenfolge (19) aufgebracht wird. 13. The method according to claim 11 or 12, wherein after the production of the recesses (3) in the substrate (2) and before the dividing of the substrate (2) a reflection-reducing layer (20) in the region of the recesses on the semiconductor layer sequence (19 ) is applied.
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