WO2011113638A1 - Laserdiodenanordnung und verfahren zum herstellen einer laserdiodenanordnung - Google Patents

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Alfred Lell
Martin Strassburg
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01S5/405—Two-dimensional arrays

Definitions

  • the present invention relates to a
  • Laser diode array with a semiconductor substrate, with laser stacks and intermediate layers between the
  • Laser diode array uniformly energized.
  • the light outputs of the various laser diodes of the laser diode array can not be independent of each other
  • Laser diode arrangement with at least one
  • At least two laser stacks, each with one active zone and at least one Intermediate layer are provided.
  • the laser stacks and the intermediate layers are monolithic on the
  • the intermediate layers are arranged between the laser stacks.
  • the active zone of the first laser stack is separated from the active zone of the at least one further laser stack
  • the semiconductor substrate may be a III-V compound semiconductor material, in particular
  • Nitride compound semiconductor material such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (A1N).
  • GaN gallium nitride
  • A1N aluminum nitride
  • GaAs gallium arsenide
  • SiC silicon carbide
  • sapphire sapphire
  • silicon can be used as a semiconductor substrate.
  • the active zones may have pn junctions,
  • Double heterostructure multiple quantum well structure (MQW), single quantum well structure (SQW).
  • Quantum well structure means: quantum wells (2-dim),
  • the current injection into the active zone takes place through a p-doped layer and through an n-doped layer.
  • the active zone can be a
  • Be multiple quantum well structure it consists of
  • Layers each have a barrier layer.
  • Diffusion barriers reduce the risk of penetration of the p-dopant of the p-doped confinement layer into the active region.
  • Each further barrier layer precedes the first active layer and follows the last active layer in the growth direction.
  • the active layers contain or consist of InGaN and are between about 0.8 nm and about 10 nm thick.
  • the monolithic growth means that the multiple laser stacks are grown one after another on the same wafer. In particular, no laser bars are mounted on top of each other by soldering or gluing.
  • Liquid phase epitaxy grown on each other.
  • the essential aspect of the invention is that the laser diodes can be controlled separately from different active zones. This can, in addition to the intensity also the color location of the emitted radiation are changed dynamically.
  • the active zones are driven by separate n-contacts and separate p-contacts. It is for the
  • the common p-contact is preferably applied to a passivation and to the passivation-free area of a highly doped p-type contact layer. Due to the omitted separate p-contact surfaces of the space required is reduced, making more compact components are possible. It insists
  • the layer structure is optimized for parasitic illumination if the band gap of the active zones in the layer structure increases from bottom to top, i. the wavelength of the
  • the active zones are driven by a common n-contact and several separate p-contacts.
  • the common n-contact is preferably at the
  • Layer construction is optimized for parasitic illumination if the bandgap of the active zones decreases from bottom to top, i. the wavelength of the
  • Another advantage is that the assembly effort is reduced.
  • the separate n-contacts are each on a highly n-doped
  • the separate p-contacts are each applied to a highly p-doped contact layer.
  • each has
  • Laser stack with the associated active zone at least one laser diode.
  • the intermediate layer is an ohmic resistance.
  • the ohmic contacts can be realized by a monolithic process as a tunnel diode. The tunnel junction will be during the epitaxial
  • the tunnel crossing includes two highly doped layers different
  • Conductor type (n- or p-conducting). These two layers are separated by at least one non-doped intermediate layer, eg of Al x In y Ga (i-x-y) N with 0 ⁇ (x + y) ⁇ .
  • the tunnel junction is used for the electrical connection of two laser stacks. The laser diodes are electrically connected in series through the tunnel junctions. The tunnel junction or tunnel junctions form particularly small potential barriers. This facilitates the tunneling of charge carriers between superposing active zones.
  • the following layer sequence may result in the tunnel junction:
  • Tunnel crossing the middle class accounts. This is followed by the next laser diode in the stack.
  • the p + -type and / or n + -type tunnel junction layer may be configured as a superlattice.
  • the band gap is in
  • the tunnel junction has a particularly low
  • Tunnel probability can be achieved.
  • Deep impurities (midgap states) in the middle layer of the tunnel junction can be from a uniform
  • the charge carriers In the case of a semiconductor body without a tunnel junction, the charge carriers must be in the transition from the n-type
  • Inclusion layer in the active zone or from the p-doped confinement layer in the active zone overcome high energy potential barriers. In HL bodies with tunnel junction, such potential barriers hardly or hardly occur.
  • Multiple quantum well structure contributes only one of the active zones to the emission.
  • the tunnel junction allows the two
  • the tunneling layer is very thin, namely about 30 nm, in particular thinner than an alternative insulator layer.
  • tunnel diodes use a maximum degree
  • Tunnel junction located in the waveguide layer is the monolithically grown tunnel junction
  • the laser radiation is advantageously barely before exiting the laser diode array
  • Laser diode array has the intermediate layer
  • the insulating layer may be by ion implantation or by epitaxial growth a crystalline electrically insulating layer.
  • the advantage of the crystalline layer is that the crystalline information is not lost in the further growth process. The result is a buffer layer with good crystalline quality for
  • the insulator layer is completely transparent to the laser light. There is no scattering of photons or absorption of
  • the insulator is grown intrinsically highly pure with an impurity concentration of less than 10 17 cm -3 , preferably less than 10 16 cm -3 and particularly preferably less than 10 15 cm -3 .
  • the semiconductor crystals are doped with special dopants, which destroy the conductivity of the crystals. In other words, deep centers are created.
  • electrically insulating layer act as a substrate and have the same function as a substrate. In other words, they form a good crystalline base for the subsequent epitaxially grown
  • the intermediate layer is in the form of a tunnel diode or a crystalline
  • electrically insulating layer with respect to Lattice properties and thermal properties are very similar to the subsequent laser stacks.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the TCO layer has a high electrical conductivity and a suitable transparency for the occurring
  • the TCO layer can with
  • Standard methods such as e.g. with CVD, sputtering or even MOVPE in sufficiently good quality.
  • the active zones are designed such that laser diodes from different laser stacks emit electromagnetic radiation in mutually different wavelength ranges.
  • a III-V compound semiconductor system in particular an InGaN system, by variation of a
  • Indium concentration in the active zones at least one first laser diode electromagnetic radiation in the blue to UV spectral range, at least one second laser diode electromagnetic radiation in the green to yellow
  • Spectral range and at least a third laser diode emit electromagnetic radiation in the red spectral range. It is advantageous here that laser diodes with different emission spectra are monolithic, i. grown in a single semiconductor system.
  • the order of the individual light sources, which belong to one active zone, is arbitrary. However, preference is given to stacking sequences in which the
  • the active zones in an AlInGaN material system have the following
  • the laser diode array is based on two light sources in which different laser stacks are grown on two different semiconductor substrates.
  • a first substrate e.g. a GaN substrate
  • an AlInGaN system grown on a first substrate
  • an InGaAlP system has been grown on a second substrate.
  • the two light sources, which are grown on the two different substrates, can be arranged close to each other.
  • the monolithically grown light sources can side and / or
  • a red light source grown on a GaAs substrate may be bonded to a blue and green emitting light source.
  • the metallizations are connected to one another via a solder layer.
  • the active zones of the two different systems are at a distance of
  • This growth on two different substrates with subsequent connection of the two light sources is particularly cost-effective.
  • This combination of a separately grown red emitting light source with a separately grown light source, with laser emission in the green and blue, is for applications such as projection, retina
  • the laser diodes are stacked vertically to the semiconductor substrate.
  • the vertical distance between the laser diodes is less than about 20 ym.
  • the vertical distance is less than about 5 ym and more preferably less than about 2 ym.
  • the laser diodes are horizontal, or in other words parallel, to
  • the horizontal distance between the laser diodes smaller than is about 100 ym.
  • the horizontal distance is less than about 20 ym, and more preferably less than about 5 ym.
  • Emission wavelength of the electromagnetic radiation are, are particularly advantageous because it allows the light from different laser diodes temporally and spatially coherently emitted to each other.
  • the individual laser diodes are placed so close together that the wave fields overlap. Below one
  • Compactness of the laser diode array is used in glasses (Retina Scanning Display), mobile phones, smart phones, PDAs or netbooks (Pocket Projectors).
  • the laser diodes can be in a two-dimensional
  • Mode training, mode gain and mode suppression are considered.
  • monolithic laser diode structure are the high optical power density, at the same time reduced expansion the laser diode structure. This allows the use of less complicated optical imaging systems, ie, for example, a simple lens or a simple lens system. In addition, there are better ones
  • Imaging properties The radiation takes place from a largely centrically radiating laser light source with an aspect ratio close to 1. This results in advantages in the imaging behavior. Particularly advantageously, the present invention can be used to generate extreme luminance.
  • Laser diode arrays compared to the construction of conventional laser arrays with equal emission.
  • the layer facing the semiconductor substrate, which adjoins the active zone is an n-waveguide and the layer facing away from the semiconductor substrate, which adjoins the active zone, is a p-waveguide.
  • the layer facing away from the semiconductor substrate, which adjoins the active zone is a p-waveguide.
  • Layer sequence can be operated at high voltages but low drive current. At low
  • the layer facing the semiconductor substrate, which adjoins the active zone is a p-waveguide and the layer facing away from the semiconductor substrate, which adjoins the active zone, is an n-waveguide.
  • the p-layer has a high resistance.
  • the p-layer is doped with Mg atoms (acceptor) and the n-layer is doped with Si atoms (donor). With a doping by Mg atoms with -10 cm results in one
  • current apertures are provided between the laser stacks. These current apertures counteract the current widening within the monolithically grown laser light source. Through the use of current fills can be achieved that over the entire monolithic layer system with
  • the current stop can be generated by incorporating one or more insulation layers into the layer system and the
  • Insulation layer is structured.
  • a current stop can be generated by ion implantation or by partial etching away of the contact layer.
  • RGB projectors using LED technology overcome some of the disadvantages of traditional display systems.
  • LED-based RGB proj ectors Increased costs for the overall system also significantly increased dimensions of the LED-based RGB proj ectors.
  • Another serious disadvantage of these LED-based RGB projectors over laser-based RGB projectors according to the invention is that the adjacent individual light sources have a minimum distance of several hundred ym due to the design. On the one hand, this leads to aberrations and thus stands in the way of highest resolutions. In addition, it makes it difficult to image through a single lens system, which the
  • the image can be through very close together lenses or a common lens system
  • the monolithically grown projection light source is particularly inexpensive and compact.
  • the invention further claims a method for
  • At least one semiconductor substrate is provided. Subsequently, by epitaxial growth, a first single light source, comprising a first
  • dielectric layer applied to the first p-type contact layer.
  • An intermediate layer is applied to the first p-contact layer.
  • Single light source comprising a second laser stack, a second n-contact layer and a second p-type
  • Contact layer is grown epitaxially. Then, a second dielectric layer is applied to the second p-type contact layer. Subsequently, the two dielectric layers are removed to expose contact surfaces. On the exposed contact surfaces and on the farthest from the substrate exposed Contact layer contacts are applied. This
  • the dielectric layer which serves as a passivation, can be applied over the entire surface and subsequent
  • Insulation layer grown on the contact layer. Subsequently, the insulating layer is partially opened by etching or lifting. This development is preferred when installing a
  • the entire layer stack can be grown entirely epitaxially. Subsequently, the contact surfaces are exposed by means of photo technology and etching technology. Then the contact metallization is applied and by means of
  • Laser light in laser diodes can be indexed and / or propagated profitably.
  • the laser diode array laser bars which serve to guide the laser radiation.
  • the active region is bounded laterally by refractive index jumps on a strip.
  • the optical wave is guided in a waveguide.
  • the formation of the waveguide can be effected by different layer thicknesses and / or layer sequences. There are different effective refractive indices inside and outside the strip. To improve the electrical confinement of the
  • gain-driven laser diodes are the low
  • Threshold current Over the width of the laser bars can be controlled, if only one mode starts
  • index-guided systems can be described in an analogous manner.
  • FIG. 1 shows the flow diagram of a first
  • FIG. 2 shows the flow chart of a second manufacturing method
  • Figures 2.1 to 2.5 show the intermediates of the second manufacturing process of Figure 2;
  • Figure 3a shows a first embodiment of a
  • Figure 3b shows an embodiment of a
  • Figure 3c shows an embodiment of a
  • Figure 3d shows an embodiment of a
  • FIG. 3e shows an embodiment of a
  • Layer sequence Figure 4a shows an embodiment of a
  • Figure 4b shows an embodiment of a
  • Figure 4c shows an embodiment of a
  • Figure 5a shows an embodiment of a
  • Figure 5b shows an embodiment of a
  • LaserIichtario Figure 6a shows an embodiment of a
  • Figure 6b shows an embodiment of a
  • Laser light source Figure 6c shows an embodiment of a
  • FIG. 7 shows an embodiment of a
  • Figure 8a shows an embodiment of a
  • Figure 8b shows an embodiment of a
  • Figure 8c shows an embodiment of a
  • FIG. 1 shows a first flow chart for producing a laser light source.
  • the first manufacturing process can be broken down into the steps S1 to S1.6.
  • step S1.1 a semiconductor substrate 2 having a buffer layer 3 is provided. Then one will
  • Single light source has a laser stack 30, a first n-contact layer 40 and a first p-contact layer 50.
  • the laser stack 30 consists in the growth direction of a first n-cladding layer 4, a first n-layer
  • Waveguide 5 a first active region 6006a, a first p-type waveguide 7 and a first p-type cladding layer 8.
  • step S1.1 The result of step S1.1 is shown in FIG. 1.1.
  • step S1.2 a first dielectric layer 53 is applied to a partial region of the first p-contact layer 50.
  • step S1.2 is in FIG. 1.2
  • step S1.3 a first tunnel diode 9 is applied to the first p-contact layer 50.
  • a second individual light source comprising a second n-contact layer 41, a second laser stack 31 and a second p-contact layer 51 is grown.
  • a second dielectric On the second p-contact layer 51 is a second dielectric
  • the second laser stack 31 has, in the growth direction, a second n-cladding layer 10, a second n-waveguide 11, a second active zone 6012a, a second p-type waveguide 13 and a second p-type cladding layer 14.
  • step S1.3 is in FIG. 1.3
  • a second tunnel diode 15 is grown on the second p-contact layer 51.
  • a third single-light source comprising a third n-contact layer 42, a third laser stack 32 and a third p-contact layer 52.
  • the third laser stack 32 has in the growth direction, a third n-cladding layer 16, a third n-waveguide 17, a third active Zone 6018a, a third p-type waveguide 19 and a third p-type cladding layer 20.
  • step S1.4 is in FIG. 1.4
  • step S1.5 the first dielectric layer 53 and the second dielectric layer 54 are removed.
  • step S1.5 is in Figure 1.5
  • step S1.6 are set to the exposed
  • FIG. 2 shows a second flowchart for producing a laser light source.
  • the second manufacturing process can be broken down into steps S2.1 to S2.6.
  • step S2.1 a semiconductor substrate 2 having a buffer layer 3 is provided. Then one will
  • Single light source has a laser stack 30, a first n-contact layer 40 and a first p-contact layer 50.
  • the laser stack 30 consists in the growth direction of a first n-cladding layer 4, a first n-layer
  • Waveguide 5 a first active region 6006a, a first p-type waveguide 7 and a first p-type cladding layer 8.
  • a first insulating layer 55 is applied on the first p-type contact layer 50. The result of step S2.1 is shown in FIG. 2.1
  • step 2.2 a portion of the first p-type contact layer 50 is covered with a first dielectric layer 53. Furthermore, the first insulation layer is opened, whereby a recess 56 is formed in the first insulation layer 55.
  • step S2.2 is in FIG. 2.2
  • step 2.3 a first tunnel diode 9
  • a second single light source comprising a laser stack 31 with a second active zone 6012a and with a second n-contact layer 41 and a second p-contact layer 51. Thereupon, a second insulation layer 57 grew up . A portion of the second p-type contact layer 51 is covered with a second dielectric layer 54. Next is the second
  • Insulation layer 57 is opened, resulting in a
  • Recess 58 in the second insulating layer 57 forms.
  • step S2.3 is in FIG. 2.3
  • step 2.4 a second tunnel diode 15
  • the single-light source has a third laser stack 32 comprising a third n-cladding layer 16, a third n-waveguide 17, a third active zone 6018a, a third p-waveguide 19, and a third p-cladding layer 20. On this is a third p-contact layer 52 applied.
  • step S2.4 is in Figure 2.4
  • step S2.5 the first dielectric layer 53 and the second dielectric layer 54 are removed.
  • the result of step S2.5 is in Figure 2.5
  • step S2.6 are on the exposed
  • Contact layer 52 contacts (70, 71, 72) applied.
  • FIG. 3a shows an epitaxially grown layer sequence 1 in which the tunnel diodes 9, 15 outside the
  • Sheath layers are arranged. It is a layer sequence with so-called conventional polarity.
  • On the n-doped semiconductor substrate 2 follows in
  • FIG. 1 also shows three laser stacks 30, 31 and 32.
  • the laser stack 30 comprises the first n-type cladding layer 4, the first n-type waveguide 5 , the first active zone 6 for emitting blue light, the first p-type waveguide 7, and the first p-type cladding layer 8.
  • the laser stack 31 includes the second n-type cladding layer 10, the second n-type waveguide 11, the second active region 12 for emission of green light, the second p-waveguide 13 and the second p-type cladding layer 14.
  • the laser stack 32 includes the third n-type cladding layer 16, the third n-type waveguide 17, the third red light emitting active region 18, the third p-type waveguide 19, and the third p-type cladding layer 20 ,
  • FIG. 3b shows an epitaxially grown layer sequence 1001 in which, in contrast to FIG. 1, the tunnel diodes 1009 and 1015 are arranged within the cladding layers are. It is as in Figure 3a to a
  • Laser diodes formed from the laser stacks 1030, 1031, and 1032 abut the p-type waveguides 1007, 1013, 1019 to the tops of the active zones 1006, 1012, 1018.
  • the n-doped substrate 1002 follows in
  • a buffer layer 1003, an n-type cladding layer 104 a first n-waveguide 1005, a first active zone 1006, a first p-waveguide 1007, a first tunnel diode 1009, a second n-waveguide 1011, a second active zone 1012, a second p-type waveguide 1013, a second tunneling diode 1015, a third n-type waveguide 1017, a third active region 1018, a third p-type waveguide 1019, a p-type cladding layer 1020, a p-type contact layer 1021.
  • a first laser stack 1030 includes the n-type cladding layer 1004, the first n-type waveguide 1005, the first active region 1006, and the first p-type waveguide 1007.
  • a second laser stack 1031 includes the second n-type waveguide 1011, the second active region 1012, and the second second p-
  • a third laser stack 1032 includes the third n-waveguide 1017, the third active zone 1018, the third p-waveguide 1019, and the p-cladding layer 1020.
  • Tunnel diodes are arranged within the cladding layers, the active zones are closer to each other. This allows a lower height of the
  • FIG. 3c shows an epitaxially grown layer sequence 2001 in which the tunnel diodes 2005 and 2011 are arranged outside the cladding layers. It is about a Layer sequence with inverted polarity. The the
  • Semiconductor substrate 2002 facing layers adjacent to the active zones 2008, 2014, the p-waveguide 2007, 2013. The facing away from the semiconductor substrate 2002 layers adjacent to the active zones 2007, 2014, the n-waveguides 2009, 2015.
  • Layer sequence comprises a first laser stack 2030 and a second laser stack 2031.
  • Semiconductor substrate 2002 is followed in the growth direction by a buffer layer 2003, a first n-cladding layer 2004, a first tunnel diode 2005, a first p-cladding layer 2006, a first p-waveguide 2007, a first active zone 2008, a first n-waveguide 2009, a second n-cladding layer 2010, a second tunnel diode 2011, a second p-cladding layer 2012, a second p-waveguide 2013, a second active zone 2014, a second n-waveguide 2015, a third n-cladding layer 2016, a third tunnel diode 2017, a third p-type cladding layer 2018 and a p-type contact layer 2019.
  • FIG. 3d shows an epitaxially grown layer sequence 3001 in which the first tunnel diode 3005 is arranged outside the cladding layers and in which the second 3010 and the third 3014 tunnel diode are arranged inside the cladding layer
  • Sheath layers are arranged. As in FIG. 3c, this is a layer sequence with inverted polarity.
  • the first tunnel diode 3005 is mandatory because the substrate 3002 is n-type.
  • the layers facing the semiconductor substrate 3002, which adjoin the active zones 3008, 3012, are p-waveguides 3007, 3011.
  • the layers facing away from the semiconductor substrate 3002 Layers adjacent to the active zones 3008, 3012 are n-waveguides 3009, 3013.
  • the semiconductor substrate 3002 is followed by
  • the first tunnel diode 3005 is necessary when the
  • the layer sequence has a first laser stack 3030 and a second laser stack 3031.
  • FIG. 3e shows an epitaxially grown layer sequence 4001. The layer sequence is identical to FIG.
  • crystalline electrically insulating layers 4009, 4015 are grown.
  • FIGS. 4 a, 5 a, 5 b, 6 a, 6 b, 6 c, 7 are based on FIGS. 4 a, 5 a, 5 b, 6 a, 6 b, 6 c, 7 .
  • Figures 4b, 4c, 8a, 8b and 8c are based on the layer sequence 4001 of Figure 3e.
  • FIG. 3a shows, as already stated above, the
  • the p-sides adjoin the upper sides, ie the sides of the active zones 6, 12 and 18 facing away from the semiconductor substrate.
  • Layers which adjoin the active zone 6, 12, 18 are n-waveguides 5, 11, 17.
  • the layers facing away from the semiconductor substrate 2 and adjoining the active zones 6, 12, 18 are p-waveguides 7, 13 , 19. All shown in Figures 4a to 8c
  • Laser diode arrays For this identical or at least similar effects can also with purely index-guided or profit and index-guided laser diode arrays
  • Edge emitter In an edge emitter runs the
  • Laser resonator in a plane parallel to the substrate.
  • the laser light is emitted out of the plane of the drawing. Due to their large resonator lengths of up to several 100 ym, edge emitters can be used with high laser light
  • edge emitters are particularly well suited for applications in laser projection arrays.
  • dielectric mirrors or simply the front and back surfaces of a laser mirror As a laser mirror, dielectric mirrors or simply the front and back surfaces of a laser mirror.
  • FIG. 4a shows an exemplary embodiment 10001 of a multicolor laser light source with individually activatable active zones 6, 12, 18.
  • the laser diode arrangement has a semiconductor substrate 2 with three laser stacks 30, 31, 32 each having an active zone 6, 12, 18 and with two intermediate layers 9, 15 on.
  • the laser stacks 30, 31, 32 and the intermediate layers 9, 15 are monolithically grown on the semiconductor substrate 2.
  • the intermediate layers 9, 15 are between the laser stacks 30, 31, 32nd
  • the active zones 6, 12, 18 can be controlled separately.
  • the active zones 6, 12, 18 are driven by three separate n-contacts 60, 61, 62 and three separate p-contacts 70, 71, 72.
  • the first n-contact 60 and the first p-contact 70 serve for the separate contacting of the first, blue, active zone 6.
  • the second n-contact 61 and the second p-contact 71 serve for the separate contacting of the second, green, active zone 12.
  • the third n-contact 62 and the third p-contact 72 is used for separate
  • Each laser stack 30, 31, 32 has, with its associated active zone 6, 12, 18, a laser diode 95, 96, 97.
  • the first and second intermediate layers are through
  • Tunnel diodes 9, 15 realized.
  • the active zones 6, 12, 18 are designed so that
  • Laser diodes 95, 96, 97 of different laser stacks 30, 31, 32 emit electromagnetic radiation in mutually different wavelength ranges.
  • the first active zone 6 is designed for the emission of blue laser light.
  • the second active zone 12 is for the emission of green laser light designed.
  • the third active zone 18 is designed to emit red laser light.
  • the green active zone 12 individually controls the green active zone 12
  • the first laser diode 95 emits in the blue
  • the second laser diode 96 emits in the green spectral range and the third laser diode 97 emitted in the red spectral range.
  • the active zone 6 for emission of blue laser light is first grown to the higher In concentration of the active zone 12 for
  • Emission of green laser light should not be adversely affected by subsequent epitaxy steps.
  • the vertical distance between the laser diodes 95, 96, 97 from different active zones 6, 12, 18 is less than about 20 ym, preferably less than about 5 ym, and more preferably less than about 2 ym.
  • FIG. 4b shows an exemplary embodiment 10002 of a multicolor laser light source with individually activatable active zones 6, 12, 18.
  • the structure in FIG. 4b is identical to the structure in FIG. 4a except for the intermediate layers. The only difference is that in Figure 4b, the intermediate layers 4009 and 4015 are designed as a crystalline electrically insulating layer. As an alternative to the above epitaxially grown insulating layer 4009, 4015, an insulating layer may also be used
  • Ion implantation are generated.
  • n-type contact layer 40, 41 and 42 with high n-type layers. Doping. On these n-contact layers 40, 41 and 42, the three n-contacts 60, 61 and 62 are mounted.
  • a p-contact layer 50, 51 and 52 extends above the p-type cladding layers 8, 14 and 20, respectively.
  • the p-type contacts 70, 71 and 72 are applied to these p-type contact layers 50, 51 and 52.
  • To individually drive the blue light laser diode 95 the first n-type contact 60 and the first p-type contact 70 are energized.
  • To individually drive the laser diode 96 for green light the second n-contact 61 and the second p-contact 71 are energized.
  • the third n-type contact 62 and the third p-type contact 72 are energized.
  • FIG. 4c has an identical layer sequence to FIG. 4b. But the orientations of the contacts differ.
  • the n-contacts 60, 61, 62 lie on the opposite side of the layer stack with respect to the p-contacts 70, 71, 72.
  • the n-contacts and the p-contacts are arranged on the same side of the layer stack , This design is particularly advantageous for placing two or more laser diode arrays close to each other.
  • the laser diodes 95, 96, 97 emit again in the blue, green and red
  • FIG. 5a shows an exemplary embodiment 10004 of a multicolored light source with individually activatable active zones 5006a, 5012a, 5018a. It is a common p-contact 100 and individual n-contacts 60, 61 and 62 for the emission of blue, green and red light
  • the first active zone 5006a is for the
  • the second active zone 5012a is for the emission of green
  • the third active zone 5018a is designed for the emission of red laser light.
  • the common p-contact 100 and the second n-contact 61 are energized.
  • Laser diode 5097a does not light up when higher
  • Losses at the red emitting laser diode 5097a first oscillates the green emitting laser diode 5096a.
  • the losses can be adjusted via the indium concentration in the active zones.
  • FIG. 5b shows an embodiment 10005.
  • the first active zone 5006b is designed to emit red laser light.
  • the second active region 5012b is designed to emit green laser light.
  • the third active zone 5018b is designed to emit blue laser light. It is also in this embodiment, a common p-contact 100th
  • the n-type contact 61 for green and the common p-type contact 100 are energized.
  • the blue laser diode 5097b does not light up, because due to the larger band gap of the blue laser diode 5097b, first the green laser diode 5096b starts to oscillate and starts to read.
  • FIG. 6a shows an exemplary embodiment 10006 of a multicolored light source with individually activatable active zones 6006a, 6012a, 6018a. It is a common one N-contact 101 and individual p-contacts 70, 71 and 72 are provided.
  • the n-contact 101 is connected to the bottom of the substrate 2.
  • the common n-contact 101 is formed as a metallic conductor.
  • the blue-emitting laser diode 6095a would not oscillate because, because of their larger band gap, first the green-emitting laser diode 6096a starts to oscillate and starts to read.
  • FIG. 6b shows an exemplary embodiment 10007. It is identical to the arrangement in FIG. 6a, except that the third active zone 6018b is designed to emit yellow light. As in Figure 6a, the first active zone 6006b is for emitting blue laser light and the second active zone 6012b is for emitting green
  • Laser light is designed.
  • FIG. 6c shows an exemplary embodiment 10008. It is based on the structure from FIG. 6a. In contrast to FIG. 6 a, a first insulation layer 55 is grown on the first p-contact layer 50 in FIG. 6 c, and a second insulation layer 57 is grown on the second p-contact layer 51. A recess 56 is provided in the first insulation layer 55, and a recess 58 is provided in the second insulation layer 57. On the structure of first insulation layer 55 is grown on the first p-contact layer 50 in FIG. 6 c, and a second insulation layer 57 is grown on the second p-contact layer 51.
  • a recess 56 is provided in the first insulation layer 55
  • a recess 58 is provided in the second insulation layer 57.
  • Insulation layer 55 and recess 56 is a first tunnel diode 9 grown.
  • a second tunnel diode 15 is grown.
  • the insulating layers 55 and 57 with their respective recesses 56 and 58 serve for current narrowing in the buried layers. Due to the current expansion within the monolithic
  • Figure 7 shows an embodiment 10009. It is a multi-colored light source with individually
  • Embodiment shows a two-dimensional structure of the laser diodes.
  • Laser stacks 30, 31, 32 are driven together.
  • Blue emitting laser diodes 95 and 95b are formed from the first active region 6.
  • Green emitting laser diodes 96 and 96b are formed from the second active region 12. Red-emitting
  • Laser diodes 97 and 97b are formed from the third active region.
  • the two-dimensional laser diode structure allows a high optical power density, while reducing the load on the facets. Furthermore, the laser diodes 95, 95b; 96, 96b; 97, 97b
  • Laser diodes 95, 95b; 96, 96b; 97, 97b is less than about 100 ym, preferably less than about 20 ym and
  • FIG. 8a shows an embodiment 10010 with a layer stack lx and a layer stack ly.
  • the layer stack lx is on a first
  • the layer stack ly has grown on a second semiconductor substrate 2y.
  • Embodiment 10003 of Figure 4c the n-type contacts 61x and 62x and the p-type contacts 70x, 71x of the layer stack lx are on one and the same side
  • the first n-contact 60x is on the
  • the third p-contact 72x closes the layer stack lx upwards.
  • the n-type contacts 61y and 62y and the p-type contacts 70y, 71y of the layer stack ly are also arranged on one and the same side.
  • the first n-contact 60x is on the side facing away from the stack of layers ly Semiconductor substrate 2y applied.
  • the third p-contact 72y closes the layer stack ly upwards.
  • GaN, AlN, InN or Si can be considered as the first semiconductor substrate 2x.
  • a second semiconductor substrate 2y GaAs, GaP or Si comes into question.
  • the first active zone 6x is designed to emit blue laser light
  • the second active zone 12x to emit cyan colored laser light
  • the third active zone 18x to emit green laser light.
  • the first active zone 6y is designed to emit yellow laser light
  • the second active zone 12y to emit amber colored laser light
  • the third active zone 18y to emit red laser light.
  • the two monolithic layer stacks lx and ly can be arranged so close to each other by their design described above that they have a distance in the range less ym.
  • the contacts 61x, 62x, 70x, 71x of the layer stack lx in the opposite direction of the contacts 61y, 62y, 70y, 71y.
  • This design produces laser diodes which are minimally spaced. Distances in the range of less than about 50 ym,
  • Schichstapel lx and the second layer stack ly are above distances in the ym range. As a result, optimal projection with minimal aberrations can be achieved. In addition, a simple lens system is sufficient. By growing or arranging more than three
  • FIG. 8b shows an embodiment 10011 with a first semiconductor substrate 2x and a second one
  • a second laser stack 31 with an active zone 12, which is designed to emit green laser light is also included.
  • a solder layer 91 provides the connection to a red single emitter grown separately from the first substrate 2x on the second substrate 2y. This red single emitter is turned on by a second p-type metallization 90 connected to the solder layer 91.
  • the red single emitter with the epitaxial layers such as p-contact layer 52, p-cladding layer 20, p-waveguide 19, red light emission active zone 18, n-waveguide 17, n-cladding layer 16, n-type.
  • Contact layer 42 and second substrate 2y down (face-down) with the 2x grown on the first substrate layers
  • the blue laser light emitting active zone 6 and the green laser light emitting active zone 12 may be simply and inexpensively mounted on the first substrate 2x, e.g. GaN, to be raised.
  • the active zone 18 for emitting red laser light can be particularly simple and inexpensive on the second
  • Substrate 2y e.g. GaAs, to be raised.
  • the two monolithic layer stacks are electrically conductively and mechanically connected to one another by means of the metallization layers 92 and 90 and by means of a solder layer 91.
  • a third p-contact 72 is dispensed with.
  • the p-side of the "red" layer stack is co-energized via the second p-type contact 71.
  • the first p-type metallization 92 comprises an alloy of Ti, Pt and Au, titanium serving as this
  • Adhesion promoters Platinum serves as a diffusion barrier. Lot 91 has AnSn or In. In order to increase the overview, no laser diodes are shown in FIG. 8b. Another advantage of the "face-down" structure,
  • FIG. 8c shows an embodiment 10012 with a first semiconductor substrate 2x and a second one
  • the insulating layer 93 is arranged.
  • the p-type metallization 92 is optional and can be used for additional current injection.
  • the insulating layer 93 has a thickness of between about 50 ⁇ m and 200 ⁇ m, preferably about 100 ⁇ m. In order to increase the overview, no laser diodes are shown in FIG. 8c.
  • the laser diode array and the method of fabricating a laser diode array have been illustrated to illustrate the underlying idea
  • first substrate e.g., GaN
  • 2y second substrate e.g., GaAs

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Abstract

Es handelt sich um eine Laserdiodenanordnung mit mindestens einem Halbleitersubstrat (2; 2x, 2y), mit mindestens zwei Laserstapeln (30, 31, 32) mit jeweils einer aktiven Zone (6, 12, 18) und mit mindestens einer Zwischenschicht (9, 15; 56, 58). Die Laserstapel (30, 31, 32) und die Zwischenschicht (9, 15; 56, 58) sind monolithisch auf das Halbleitersubstrat (2; 2x, 2y) aufgewachsen. Die Zwischenschicht (9, 15; 56, 58) ist zwischen den Laserstapeln (30, 31, 32) angeordnet. Die aktive Zone (6) des ersten Laserstapel (30) ist von der aktiven Zone (12, 18) des mindestens einen weiteren Laserstapels (31, 32) getrennt ansteuerbar. Die Zwischenschicht kann als Tunneldiode (9, 15) aufweisen, die insbesondere einen elektrischen Durchlassbereich innerhalb einer Stromblende (55, 57) darstellen kann. Alternativ kann die Zwischenschicht (4009, 4015) einen Isolator aufweisen. Die aktiven Zonen (6, 12, 18) sind insbesondere so ausgelegt, dass Laserdioden aus verschiedenen Laserstapeln (30, 31, 32) elektromagnetische Strahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren.

Description

LASERDIODENANORDNUNG UND VERFAHREN ZUM
HERSTELLEN EINER LASERDIODENANORDNUNG
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Laserdiodenanordnung mit einem Halbleitersubstrat, mit Laserstapeln und Zwischenschichten zwischen den
Laserstapeln. Darüber hinaus ist ein Verfahren zum
Herstellen einer Laserdiodenanordnung angegeben.
Im Stand der Technik werden Laserdioden einer
Laserdiodenanordnung einheitlich bestromt. Damit können die Lichtleistungen der verschiedenen Laserdioden der Laserdiodenanordnung nicht unabhängig voneinander
variiert werden.
Dieses Problem wird durch eine Laserdiodenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserdiodenanordnung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 bzw. 14 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Laserdiodenanordnung bzw. des Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiodenanordnung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Beispielhafte Ausführungsformen Verschiedene Ausführungsformen weisen eine
Laserdiodenanordnung mit mindestens einem
Halbleitersubstrat auf. Mindestens zwei Laserstapeln mit jeweils einer aktiven Zone und mit mindestens einer Zwischenschicht sind vorgesehen. Die Laserstapel und die Zwischenschichten sind monolithisch auf das
Halbleitersubstrat aufgewachsen. Die Zwischenschichten sind zwischen den Laserstapeln angeordnet. Die aktive Zone des ersten Laserstapels ist von der aktiven Zone des mindestens einen weiteren Laserstapels getrennt
ansteuerbar .
Das Halbleitersubstrat kann ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere ein
Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Galliumnitrid (GaN) und Aluminiumnitrid (A1N) sein. Alternativ kann Galliumarsenid (GaAs) , Siliziumcarbid (SiC)oder Saphir als Substrat eingesetzt werden.
Auch Silizium (Si) ist als Halbleitersubstrat einsetzbar. Die aktiven Zonen können pn-Übergänge,
Doppelheterostruktur, Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) , Einfach-Quantentopfstruktur (SQW) sein.
Quantentopfstruktur bedeutet: Quantentöpfe (2-dim) ,
Quantendrähte (1-dim) und Quantenpunkte (0-dim). Die Stromeinprägung in die aktive Zone erfolgt durch eine p-dotierte Schicht und durch eine n-dotierte Schicht.
Wie oben beschrieben, kann die aktive Zone eine
Mehrfachquantentopfstruktur sein. Sie besteht aus
mehreren aktiven Schichten. Zwischen den aktiven
Schichten liegt jeweils eine Barriereschicht.
Diffusionsbarrieren verringern die Gefahr des Eindringens des p-Dotierstoffes der p-dotierten Einschlussschicht in die aktive Zone. Jeweils eine weitere Barriereschicht geht der ersten aktiven Schicht voraus und folgt der letzten aktiven Schicht in Wachstumsrichtung nach. Die aktiven Schichten enthalten oder bestehen aus InGaN und sind zwischen etwa 0,8 nm und etwa 10 nm dick. Die Barriereschichten
enthalten oder bestehen aus AlxInyGa ( i-x-y)N mit 0^(x+y)^l und/oder GaN und sind zwischen 1 und 200 nm dick.
Das monolithische Wachstum bedeutet, dass die mehreren Laserstapel nacheinander auf demselben Wafer aufgewachsen sind. Insbesondere werden keine Laserbarren durch Löten oder Kleben übereinander angebracht.
In der vorliegenden Erfindung werden die Schichtenfolgen durch Molekularstrahlepitaxie oder metallorganischer Gasphasenepitaxie oder Gasphasenepitaxie oder
Flüssigphasenepitaxie aufeinander aufgewachsen.
Das monolithische Wachstum der Laserstapel ist
vorteilhaft, da dadurch besonders kleine Abstände der aktiven Zonen und den daraus bildbaren Laserdioden realisiert werden können. Ohne monolithisches Wachstum wären Anordnungen aus Laserdioden auf einen vertikalen Mindestabstand der Laserdioden voneinander von etwa 100 ym beschränkt. Dieser Mindestabstand rührt von der minimal zu verarbeitenden Dicke der Laserdiodenstrukturen her. Dieser hohe Abstand der vertikal übereinander angeordneten Laserdiodenstrukturen begrenzt die maximal erreichbare optische Leistungsdichte und auch das Etendu.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung ist der, dass die Laserdioden aus verschiedenen aktiven Zonen getrennt ansteuerbar sind. Dadurch kann neben der Intensität auch der Farbort der emittierten Strahlung dynamisch verändert werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, werden die aktiven Zonen durch separate n-Kontakte und separate p-Kontakte angesteuert. Dabei ist für die
Erzeugung der Primärfarben blau, grün und rot jede aktive Zone mit einem separaten n-Kontakt und einem separaten p- Kontakt verbunden. Die Laserstapel sind über eine
Zwischenschicht miteinander verbunden. Es ergibt sich eine beliebige Flexibilität in der Kontaktierung der
Einzellichtquellen und das parasitäre Mitleuchten anderer Lichtquellen im Laserstapel wird vermieden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die aktiven Zonen durch einen
gemeinsamen p-Kontakt und separate n-Kontakte
angesteuert. Der gemeinsame p-Kontakt ist vorzugsweise auf einer Passivierung und den von der Passivierung befreiten Bereich einer hoch dotierten p-Kontaktschicht aufgebracht. Durch die entfallenden separaten p- Kontaktflächen wird der Platzbedarf reduziert, wodurch kompaktere Bauteile möglich sind. Es besteht ein
geringerer Flächenbedarf auf dem Halbleiterwafer, wodurch eine kostengünstigere Herstellung der
Projektionslichtquellen möglich ist. Der Schichtaufbau ist hinsichtlich parasitärem Leuchten optimiert, falls der Bandabstand der aktiven Zonen im Schichtaufbau von unten nach oben zunimmt, d.h. die Wellenlänge des
emittierten Laserlichts abnimmt. Ein weiterer Vorteil ist der, dass der Montageaufwand reduziert wird. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung werden die aktiven Zonen durch einen gemeinsamen n- Kontakt und mehrere separate p-Kontakte angesteuert. Der gemeinsame n-Kontakt ist vorzugsweise an der
Substratunterseite angebracht. Wie schon beim gemeinsamen p-Kontakt ist der Platzbedarf reduziert. Diesesmal aber dadurch, dass die separaten n-Kontaktflachen entfallen. Dies ermöglicht kompaktere Bauteile. Zudem besteht ein geringerer Flächenbedarf auf dem Halbleiterwafer, wodurch eine kostengünstigere Herstellung möglich ist. Der
Schichtaufbau ist hinsichtlich parasitärem Leuchten optimiert, falls der Bandabstand der aktiven Zonen von unten nach oben abnimmt, d.h. die Wellenlänge des
emittierten Laserlichts zunimmt. Ein weiterer Vorteil ist der, dass der Montageaufwand reduziert wird.
Für sämtliche Ausführungsformen gilt, dass die separaten n-Kontakte jeweils auf einer hoch n-dotierten
Kontaktschicht aufgebracht sind. Die separaten p-Kontakte sind jeweils auf einer hoch p-dotierten Kontaktschicht aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder
Laserstapel mit der dazugehörigen aktiven Zone mindestens eine Laserdiode auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der
Laserdiodenanordnung ist die Zwischenschicht ein ohmscher Widerstand. Die ohmschen Kontakte können durch einen monolithischen Prozess als Tunneldiode realisiert sein. Der Tunnelübergang wird während des epitaktischen
Wachstums der Laserstrukturen mit abgeschieden. Er dient der elektrischen Verbindung. Der Tunnelübergang umfasst zwei hochdotierte Schichten unterschiedlichen
Leitungstyps (n- bzw. p-leitend) . Diese zwei Schichten sind durch mindestens eine undotierte Zwischenschicht, z.B. aus AlxInyGa(i-x-y)N mit 0^ (x+y) ^ voneinander getrennt. Der Tunnelübergang dient zur elektrischen Verbindung zweier Laserstapel. Die Laserdioden werden durch die Tunnelübergänge elektrisch in Reihe geschaltet. Der Tunnelübergang bzw. die Tunnelübergänge bilden besonders geringe Potentialbarrieren. Dies erleichtert das Tunneln von Ladungsträgern zwischen übereinanderliegenden aktiven Zonen .
In Wachstumsrichtung kann sich zum Beispiel folgende Schichtenfolge im Tunnelübergang ergeben:
- p+-Typ-Tunnelübergangsschicht
- Mittelschicht
- n+-Typ Tunnelübergangsschicht.
In einer alternativen Ausführungsform kann im
Tunnelübergang die Mittelschicht entfallen. Im Anschluss daran folgt die nächste Laserdiode im Stapel. Die p+-Typ- und/oder n+-Typ-Tunnelübergangsschicht kann als Übergitter ausgelegt sein. Die Bandlücke ist im
Bereich der Mittelschicht geringer als im Bereich der n- Barriere und der p-Barriere.
Der räumliche Abstand zwischen den Bereichen hoher
Ladungsträgerdichten (Elektronen und Löcher) ist gering: Der Tunnelübergang hat einen besonders geringen
elektrischen Widerstand. Es kann zugleich eine hohe
Ladungsträgerdichte und somit eine hohe
Tunnelwahrscheinlichkeit erzielt werden. Tiefe Störstellen (midgap states) in der Mittelschicht des Tunnelübergangs (kann aus einer einheitlichen
Substanz oder aus: n+-Typ-Tunnelübergangsschicht und Mittelschicht und p+- Typ-Tunnelübergangsschicht
bestehen) werden durch Fremdatome, insbesondere seltene Erden und/oder Übergangsmetalle, hervorgerufen.
Im Gegensatz zu den üblichen Dotierstoffen (Si, Mg) haben derartige Fremdatome den Vorteil, dass sie elektronische Zustände erzeugen, die energetisch etwa in der Mitte der Bandlücke der Tunneldiodenzwischenschicht angeordnet sind .
Diese Störstellen erleichtern den Ladungsträgern das Durchtunneln der Tunneldiodenzwischenschicht. Dadurch ist die Effizienz des Tunnelübergangs gegenüber einem
Tunnelübergang ohne gezielt eingebrachte Störstellen verbessert .
Beim Halbleiterkörper ohne Tunnelübergang müssen die Ladungsträger beim Übergang von der n-leitenden
Einschlussschicht in die aktive Zone bzw. von der p- dotierten Einschlussschicht in die aktive Zone hohe energetische Potentialbarrieren überwinden. Bei HL-Körper mit Tunnelübergang treten solche Potentialbarrieren nicht oder kaum auf.
Die Gefahr einer nicht strahlenden Rekombination von Elektronen ist verringert, was besonders bei hohen
Betriebsströmen, d.h. bei hohen
Ladungsträgerkonzentrationen, die Effizienz erhöht. Bei Halbleiterkörpern ohne Tunnelübergang mit
Mehrfachquantentopfstruktur trägt nur eine der aktiven Zonen zur Emission bei.
Der Tunnelübergang ermöglicht es, die beiden
gegenüberliegenden Kontakte des Halbleiterchips aus n- leitendem Halbleitermaterial herzustellen. Damit kann das Problem der geringen p-Leitfähigkeit von Nitrid- Verbindungs-Halbleitern umgangen werden.
Weitere Vorteile einer Tunnelschicht sind die Folgenden: Es sind nur wenige Kontakte erforderlich, nämlich im
Idealfall nur zwei für die gesamte Laserdiodenanordnung.
Die Tunnelschicht ist sehr dünn, nämlich etwa 30 nm, insbesondere dünner als eine alternative Isolatorschicht.
Deshalb ist mit Tunneldioden ein maximaler Grad an
Kompaktheit möglich. Mit anderen Worten entsteht ein ohmscher Kontakt zwischen den Laserdioden mit minimaler
Ausdehnung .
In einer weiteren Ausführungsform, bei der sich der
Tunnelübergang in der Wellenleiterschicht befindet, ist der monolithisch gewachsene Tunnelübergang
lichtdurchlässig. Dies ist besonders vorteilhaft, da der ohmsche Kontakt im Bereich der Laserwellenlänge keine oder nur eine äußerst geringe optische Absorption
aufweist. Die Laserstrahlung wird vorteilhafterweise vor dem Austritt aus der Laserdiodenanordnung kaum
geschwächt .
In einer weiteren Ausführungsform der
Laserdiodenanordnung weist die Zwischenschicht
Isolatoreigenschaften auf. Die isolierende Schicht kann durch Ionenimplantation oder durch epitaktisches Wachstum einer kristallinen elektrisch isolierenden Schicht erzeugt werden. Der Vorteil der kristallinen Schicht ist es, dass beim weiteren Wachstumsprozess die kristalline Information nicht verloren geht. Es ergibt sich eine Pufferschicht mit guter kristalliner Qualität für
darüberliegende Schichten. Es gibt weniger
Kristalldefekte und es ist keine neue Nukleation
erforderlich. Dadurch wird eine vollkommen unabhängige Steuerung der einzelnen aktiven Zonen mit den daraus gebildeten Laserdioden möglich. Die Isolatorschicht ist vollkommen transparent für das Laserlicht. Es erfolgt keine Streuung von Photonen oder Absorption von
Ladungsträgern und Photonen. Zwei Varianten der
isolierenden Schicht sind vorteilhaft. Gemäß der ersten Variante wird der Isolator intrinsisch hochrein gewachsen mit einer Verunreinigungskonzentration von kleiner 1017 cm-3, bevorzugt kleiner 1016 cm-3 und besonders bevorzugt kleiner 1015cm~3. Gemäß der zweiten Variante sind die Halbleiterkristalle mit speziellen Dotierstoffen dotiert, die die Leitfähigkeit der Kristalle zerstört. Mit anderen Worten werden tiefe Zentren erzeugt.
Sowohl der ohmsche Widerstand in Form einer Tunneldiode als auch der Isolator in Form einer kristallinen
elektrisch isolierenden Schicht wirken als Substrat und haben dabei die gleiche Funktion wie ein Substrat. Mit anderen Worten bilden sie eine gute kristalline Unterlage für die nachfolgenden epitaktisch gewachsenen
Laserstapel. Bevorzugter Weise ist die Zwischenschicht in Form einer Tunneldiode oder einer kristallinen,
elektrisch isolierenden, Schicht bezüglich der Gittereigenschaften und der thermischen Eigenschaften den nachfolgenden Laserstapeln sehr ähnlich.
In einer weiteren Ausführungsform kann als
Zwischenschicht eine dünne Transparent Conductive Oxid ( TCO) -Schicht zum Einsatz kommen. Insbesondere Zinkoxid und Indium Zinn Oxid (ITO) sind vorteilhaft. Die TCO- Schicht weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine geeignete Transparenz für die auftretenden
Laserwellenlängen auf. Die TCO-Schicht kann mit
Standardverfahren wie z.B. mit CVD, Sputtern oder auch MOVPE in ausreichend guter Qualität hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die aktiven Zonen so ausgelegt, dass Laserdioden aus verschiedenen Laserstapeln elektromagnetische Strahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren. Bei einem III-V-Verbindungshalbleitersystem, insbesondere einem InGaN-System, kann durch Variation einer
Indiumkonzentration in den aktiven Zonen mindestens eine erste Laserdiode elektromagnetische Strahlung im blauen bis UV-Spektralbereich, mindestens eine zweite Laserdiode elektromagnetische Strahlung im grünen bis gelben
Spektralbereich und mindestens eine dritte Laserdiode elektromagnetische Strahlung im roten Spektralbereich emittieren. Vorteilhaft ist hierbei, dass Laserdioden mit verschiedenen Emissionsspektren monolithisch, d.h. in einem einzigen Halbleitersystem, aufgewachsen sind. Die Reihenfolge der Einzellichtquellen, die zu jeweils einer aktiven Zone gehören, ist beliebig. Bevorzugt sind allerdings Stapelfolgen, bei denen die
temperaturempfindlichsten Schichten zuletzt, mit anderen Worten als oberste Schicht, aufgewachsen werden. Für den Fall, dass rote, grüne und blaue Einzellichtquellen auf dem AlInGaN-Materialsystem basierend aufgewachsen werden, ist es günstig, die Indiumreichste rote aktive Zone zuletzt aufzuwachsen. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die aktiven Zonen in einem AlInGaN-Materialsystem folgende
Indiumkonzentrationen auf:
- im UV-Bereich zwischen etwa 5% bis etwa 10%,
- im blauen Bereich zwischen etwa 15% bis etwa 25%,
- im grünen Bereich zwischen etwa 25% bis etwa 35%,
- im gelben Bereich zwischen etwa 35% bis etwa 45% und
- im roten Bereich größer als etwa 45%, vorzugsweise zwischen 45% und 60%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung basiert die Laserdiodenanordnung auf zwei Lichtquellen, bei denen verschiedenen Laserstapel auf zwei verschiedene Halbleitersubstrate aufgewachsen sind. Beispielsweise ist auf einem ersten Substrat, z.B. einem GaN-Substrat , ein AlInGaN-System aufgewachsen. Damit können aktive Zonen zur effizienten Emission von blauem und grünem Laserlicht erzeugt werden. Auf einem zweiten Substrat, z.B. einem GaAs- oder GaP- Substrat, ist beispielsweise ein InGaAlP- System aufgewachsen. Damit können aktive Zonen zur effizienten Emission von gelben bis rotem Laserlicht erzeugt werden. Die beiden Lichtquellen, die auf den beiden verschieden Substraten aufgewachsen sind, können nahe zueinander angeordnet werden. Die monolithisch gewachsenen Lichtquellen können neben- und/oder
übereinander angeordnet werden. Der wesentliche Vorteil besteht in der Erhöhung der Anzahl der Farben und somit in einer größtmöglichen Anpassung an den theoretisch darstellbaren Farbraum. Beispielsweise kann eine rote Lichtquelle gewachsen auf einem GaAs-Substrat auf eine blau und grün emittierende Lichtquelle gebondet werden. Dabei sind die Metallisierungen über eine Lotschicht miteinander verbunden. Die aktiven Zonen aus den beiden verschiedenen Systemen weisen einen Abstand von
vorzugsweise etwa 10ym, besonders bevorzugt von weniger als etwa 5ym auf. Damit können Abstände erreicht werden, wie sie bei einem rein monolithischen Wachstum ohne
Kombination zweier Lichtquellen basierend auf zwei verschiedenen Halbleitersubstraten erreicht werden.
Dieses Wachstum auf zwei verschiedenen Substraten mit anschließendem Verbinden der beiden Lichtquellen ist besonders kostengünstig. Diese Kombination einer separat gewachsenen Rot emittierend Lichtquelle mit einer separat gewachsenen Lichtquelle, mit Laseremission im Grünen und Blauen, ist für Anwendungen wie Projektion, Retina
Scanning Display über Pocket Projektoren, Laser TV, Beamer und Kino-Projektoren geeignet. In einer bevorzugten Ausführungsform der
Laserdiodenanordnung sind die Laserdioden vertikal zum Halbleitersubstrat gestapelt. Durch einen monolithischen Wachstumsprozess kann erreicht werden, dass der vertikale Abstand zwischen den Laserdioden kleiner als etwa 20 ym ist. Bevorzugt ist der vertikale Abstand kleiner als etwa 5 ym und besonders bevorzugt kleiner als etwa 2 ym.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Laserdioden horizontal, oder mit anderen Worten parallel, zum
Halbleitersubstrat angeordnet. Durch einen monolithischen Wachstumsprozess kann erreicht werden, dass der
horizontale Abstand zwischen den Laserdioden kleiner als etwa 100 ym ist. Bevorzugt ist der horizontale Abstand kleiner als etwa 20 ym und besonders bevorzugt kleiner als etwa 5 ym.
Die kleinen Abstände der monolithisch gewachsenen
Laserdioden, die in der Größenordnung der
Emissionswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung liegen, sind besonders vorteilhaft, da dadurch das Licht aus verschiedenen Laserdioden zeitlich und räumlich kohärent zueinander emittiert werden kann. Die einzelnen Laserdioden sind so dicht nebeneinander platziert, dass sich die Wellenfelder überlappen. Unterhalb eines
Abstandes der Laserdioden von etwa 15 ym ist dies möglich. In diesem Fall erfolgt eine Phasenkopplung der Einzelemissionen, so dass eine kohärente Strahlung ähnlich einem Einzellaser ausgesendet werden kann.
Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade und
Möglichkeiten für die Wechselwirkung zwischen den
Lichtwellen. Dadurch kann eine besonders scharfe
Projektionsabbildung erreicht werden. Durch die
Kompaktheit der Laserdiodenanordnung ist diese einsetzbar in Brillen (Retina Scanning Display) , Mobiltelefonen, Smartphones, PDAs oder Netbooks (Pocket Projektoren) .
Die Laserdioden können in einer zweidimensionalen
Struktur angeordnet sein. Als Wechselwirkung zwischen Lichtwellen verschiedener Laserdioden kommen
Modenausbildung, Modenverstärkung und Modenunterdrückung in Betracht.
Vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden
monolithischen Laserdiodenstruktur sind die hohe optische Leistungsdichte, bei gleichzeitig verringerter Ausdehnung der Laserdiodenstruktur. Dies ermöglicht die Verwendung weniger komplizierter optischer Abbildungssysteme, d.h. zum Beispiel eine einfache Linse oder ein einfaches Linsensystem. Zudem ergeben sich bessere
Abbildungseigenschaften. Die Abstrahlung erfolgt aus einer weitgehend zentrisch abstrahlenden Laserlichtquelle mit einem Aspekt-Verhältnis nahe 1. Daraus ergeben sich Vorteile im Abbildungsverhalten. Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung zur Erzeugung extremer Leuchtdichten eingesetzt werden.
Weiterhin vorteilhaft sind die geringen
Herstellungskosten (Epitaxie, Prozessierung und
Packaging) für die monolithisch integrierten
Laserdiodenanordnungen im Vergleich zum Aufbau von herkömmlichen Laserarrays mit gleich starker Emission.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die dem Halbleitersubstrat zugewandte Schicht, die an die aktive Zone angrenzt, ein n-Wellenleiter und die vom Halbleitersubstrat abgewandte Schicht, die an die aktive Zone angrenzt, ein p-Wellenleiter . Mit anderen Worten folgt in Wachstumsrichtung auf das Substrat eine n- Schicht, darauf eine aktive Zone und darauf wiederum eine p-Schicht. Diese Reihenfolge wird auch als herkömmliche Polarität bezeichnet. Das Aufbringen der Schichtenfolge kann mehrfach wiederholt werde. Vorteilhaft ist es, dass mit dieser Epitaxiestruktur besonders kleine Abstände zwischen den Laserdioden realisiert werden können.
Monolithisch gewachsene Bauteile mit obiger
Schichtenfolge können bei hohen Spannungen aber niedrigem Ansteuerungsstrom betrieben werden. Bei niedrigen
Stromdichten tritt allerdings der unerwünschte quantenconfined Stark-Effekt auf, der die aktive Zone verzerrt. Dadurch entsteht ein schlechter Überlapp der Wellenfunktionen der Ladungsträger in den laseraktiven Zonen. Daraus folgt eine hohe Wahrscheinlichkeit für nichtstrahlende Rekombination.
Vorteilhaft ist es, wenn die dem Halbleitersubstrat zugewandte Schicht, die an die aktive Zone angrenzt, ein p-Wellenleiter und die vom Halbleitersubstrat abgewandte Schicht, die an die aktive Zone angrenzt, ein n- Wellenleiter ist. Mit anderen Worten folgt in
Wachstumsrichtung auf das Substrat eine p-Schicht, darauf eine aktive Zone und wiederrum darauf eine n-Schicht. In diesem Zusammenhang spricht man auch von invertierter Polarität oder polaritätsinvertierter Laserdiode (PILD) . Die Laserdiodenanordnung mit obiger Schichtenfolge kann bei hohen Spannungen und niedrigem Ansteuerungsstrom betrieben werden. Das bei invertierter Polarität
auftretende interne piezoelektrische Feld kompensiert zumindest teilweise andere Felder, wie z.B. externe
Felder, und trägt somit dazu bei den quantenconfined
Stark-Effekt, der insbesondere in Kristallen mit einer polaren Wurzitstruktur, wie GaN, auftritt, zu reduzieren. Dadurch wird die Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone verbessert; es können mehr Ladungsträger in der aktiven Zone eingefangen werden. Die interne
Quanteneffizienz ist nur noch geringfügig von der
Stromdichte abhängig. Weiter wird durch die im Vergleich zur n-Schichten geringere Querleitfähigkeit der p- Schichten die ungewollte laterale Stromaufweitung
deutlich reduziert. Die elektrischen Verluste sind reduziert. Die geringere Querleitfähigkeit der p- Schichten erklärt sich wie folgt: Im Vergleich zu n- Schichten ist die p-Schicht hochohmig. Die p-Schicht wird mit Mg-Atomen (Akzeptor) dotiert und die n-Schicht wird mit Si-Atomen (Donator) dotiert. Bei einer Dotierung durch Mg-Atomen mit -10 cm ergibt sich eine
Löcherkonzentration von nur ~1018 cm-3.
Die laterale Stromaufweitung führt zu einer Undefinierten Strom- und Leistungsabhängigen Verbreiterung der
Strominjektion. Die Folge ist eine unkontrollierte
Verbreiterung der Leuchtflecke und damit eine verringerte Leuchtdichte. Der Betriebsstrom muss erhöht werden, da ansonsten am Rande des Undefinierten, stromverbreiterten Bereichs keine Besetzungsinversion erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den Laserstapeln Stromblenden vorgesehen. Diese Stromblenden wirken der Stromaufweitung innerhalb der monolithisch gewachsenen Laserlichtquelle entgegen. Durch den Einsatz von Stromblenden kann erreicht werden, dass über das gesamte monolithische Schichtsystem mit
mindestens zwei aktiven Zonen ein Monomodebetrieb
erreicht werden kann. Die Stromblende kann erzeugt werden, indem eine oder mehrere Isolationsschichten in das Schichtsystem eingebaut werden und die
Isolationsschicht strukturiert wird. Alternativ kann eine Stromblende durch Ionenimplantation oder durch teilweises Wegätzen der Kontaktschicht erzeugt werden.
Derzeit gängige Projektionssysteme basieren auf LCD oder Plasmatechnologie oder auf Projektoren und Beamer mit Hochdrucklampen. Alle diese traditionellen
Displaytechnologien weisen einen hohen Stromverbrauch, einen stark eingeschränkten Farbraum und eine sehr begrenzte Lebensdauer auf. Vor allem aber steht die mangelnde Kompaktheit einem Einsatz in mobilen
Anwendungen wie zum Beispiel in Mobiltelefonen und in PDAs entgegen.
RGB-Proj ektoren auf LED-Technologie überwinden zwar einige Nachteile traditioneller Displaysysteme.
Allerdings können mit LED-Projektoren nur auf planen, exakt senkrecht zur Projektionseinheit angeordneten
Flächen scharfe Projektionsabbildungen realisiert werden. Außerdem sind aufwendige Mikrooptiken und
Imagertechnologien erforderlich und führen neben
gesteigerten Kosten für das Gesamtsystem auch zu deutlich erhöhten Abmessungen der LED-basierten RGB-Proj ektoren . Ein weiterer gravierender Nachteil dieser LED-basierten RGB-Proj ektoren gegenüber erfindungsgemäßen Laserbasierten RGB-Proj ektoren ist der, dass die nebeneinander angeordneten einzelnen Lichtquellen bauformbedingt einen Mindestabstand von mehreren hundert ym aufweisen. Dies führt einerseits zu Abbildungsfehlern und steht damit höchsten Auflösungen entgegen. Zudem erschwert es eine Abbildung durch ein einziges Linsensystem, was die
Kompaktheit der Lichtquelle begrenzt.
Heute verfügbare Laserprojektoren lösen zwar das Problem der Tiefenschärfe und der Abbildung auf nicht exakt planen Oberfläche. Sie sind jedoch auf Grund der wenig kompakten Abmaße vor allem des grünen Laser (Grün wird über Frequenzvervielfachung erzeugt) nicht in der Lage ultrakompakte RGB-Laserlichtquellen zu bilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können durch geeignete Wahl der Schichtfolgen und durch entsprechende
Technologien zur Kontaktierung die Einzellichtquellen der Projektionslichtquelle einzeln angesteuert werden.
Dadurch können Abbildungsfehler minimiert werden ohne dass der Vorteil einer deutlich erhöhten Tiefenschärfe gegenüber herkömmlichen LED-Projektoren verloren geht. Die Abbildung kann dabei durch sehr eng beieinander liegende Linsen oder ein gemeinsames Linsensystem
realisiert werden, wodurch die monolithisch gewachsene Projektions-Lichtquelle besonders kostengünstig und kompakt ist.
Die Erfindung beansprucht weiters ein Verfahren zur
Herstellung einer Laserdiodenanordnung mit folgenden Schritten.
Es wird mindestens ein Halbleitersubstrat bereitgestellt. Anschließend wird durch epitaktisches Aufwachsen eine erste Einzellichtquelle, aufweisend einen ersten
Laserstapel, eine erste n-Kontaktschicht und eine erste p-Kontaktschicht erzeugt. Dann wird eine erste
dielektrische Schicht auf die erste p-Kontaktschicht aufgebracht. Eine Zwischenschicht wird auf die erste p- Kontaktschicht aufgebracht. Eine zweite
Einzellichtquelle, aufweisend einen zweiten Laserstapel, eine zweite n-Kontaktschicht und eine zweite p-
Kontaktschicht wird epitaktisch aufgewachsen. Dann wird eine zweite dielektrische Schicht auf die zweiten p- Kontaktschicht aufgebracht. Anschließend werden die zwei dielektrischen Schichten zum Freilegen von Kontaktflächen entfernt. Auf die freigelegten Kontaktflächen und auf die am weitesten vom Substrat entfernte freiliegende Kontaktschicht werden Kontakte aufgebracht. Dieses
Verfahren ist besonders vorteilhaft, da dabei eine selbstj ustierende Freilegung der Kontaktflächen möglich ist . Die Dielektrische Schicht, die als Passivierung dient, kann ganzflächig aufgebracht und anschließende
strukturiert werden oder alternativ in Abhebetechnik strukturiert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden nach dem Schritt des Aufwachsens einer Einzellichtquelle und vor dem Schritt Aufbringen einer dielektrischen
Schicht auf einen Teilbereich der p-Kontaktschicht folgende Schritte ausgeführt: Zunächst wird eine
Isolationsschicht auf die Kontaktschicht aufgewachsen. Anschließend wird die Isolationsschicht mittels Ätzen oder Abheben teilweise geöffnet. Diese Weiterbildung wird bevorzugter Weise beim Einbau einer
Strombegrenzungsschicht verwendet .
Alternativ zum oben beschriebenen Verfahren kann der gesamte Schichtstapel gänzlich epitaktisch gewachsen werden. Anschließend werden die Kontaktflächen mittels Fototechnik und Ätztechnik freigelegt. Dann wird die Kontaktmetallisierung aufgebracht und mittels
Fotolithographie oder Abhebetechnik strukturiert. Der Vorteil dieses Verfahrens sind die wenigen erforderlichen Epitaxieschritte .
Laserlicht in Laserdioden kann sich indexgeführt und/oder gewinngeführt ausbreiten. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Laserdiodenanordnung Laserstege auf, die zur Führung der Laserstrahlung dienen. Dabei ist der aktive Bereich lateral durch Brechungsindexsprünge auf einen Streifen begrenzt. Die optische Welle wird in einem Wellenleiter geführt. Die Ausbildung des Wellenleiters kann durch unterschiedliche Schichtdicken und/oder Schichtfolgen erfolgen. Dabei ergeben sich innerhalb und außerhalb des Streifens verschiedene effektive Brechungsindices . Zur Verbesserung des elektrischen Confinements wird der
Kontakt zusätzlich als Streifen ausgebildet. Die Vorteile von indexgeführten Laserdioden im Vergleich zu
gewinngeführten Laserdioden sind der niedrige
Schwellenstrom. Über die Breite der Laserstege kann gesteuert werden, ob nur eine Mode anschwingt
(Stegbreiten von kleiner etwa 2 ym) oder ob ein
Multimodebetrieb erfolgt.
In den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sind nur gewinngeführte Systeme dargestellt. Es lassen sich jedoch in analoger Weise indexgeführte Systeme beschreiben .
K U RZ E B E SC H R E I B U N G D E R Z E I C H N U N G E N
Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert .
Figur 1 zeigt das Ablaufdiagramm eines ersten
Herstellungsverfahrens ;
Figur 1.1 bis 1.5 zeigen die Zwischenprodukte des
ersten Herstellungsverfahrens aus Figur 1 Figur 2 zeigt das Ablaufdiagramm eines zweiten Herstellungsverfahrens ;
Figur 2.1 bis 2.5 zeigen die Zwischenprodukte des zweiten Herstellungsverfahrens aus Figur 2 ; Figur 3a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Schichtenfolge ;
Figur 3b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Schichtenfolge ;
Figur 3c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Schichtenfolge
Figur 3d zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Schichtenfolge
Figur 3e zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Schichtenfolge Figur 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 4b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 4c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Laserlichtquelle
Figur 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 5b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle Figur 6a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 6b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle Figur 6c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 8a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Laserlichtquelle
Figur 8b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
Figur 8c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
LaserIichtquelle
AUSFÜH RUN GS BEISPIELE LASERDIODENANORDNUNG
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Figur 1 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Laserlichtquelle. Der erste Herstellungsprozess lässt sich in die Schritte Sl.l bis S1.6 aufgliedern.
Im Schritt Sl.l wird ein Halbleitersubstrat 2 mit einer Bufferschicht 3 bereitgestellt. Darauf wird eine
Einzellichtquelle epitaktisch aufgewachsen. Die
Einzellichtquelle weist einen Laserstapel 30, eine erste n-Kontaktschicht 40 und eine erste p-Kontaktschicht 50 auf. Der Laserstapel 30 besteht in Wachstumsrichtung aus einer ersten n-Mantelschicht 4, einem ersten n-
Wellenleiter 5, einer ersten aktiven Zone 6006a, einem ersten p-Wellenleiter 7 und einer ersten p-Mantelschicht 8.
Das Ergebnis des Schrittes Sl.l ist in Figur 1.1 dargestellt.
Im Schritt S1.2 wird eine erste dielektrische Schicht 53 auf einen Teilbereich der ersten p-Kontaktschicht 50 aufgebracht .
Das Ergebnis des Schrittes S1.2 ist in Figur 1.2
dargestellt.
Im Schritt S1.3 wird eine erste Tunneldiode 9 auf die erste p-Kontaktschicht 50 aufgebracht. Darüber wird eine zweite Einzellichtquelle, aufweisend eine zweite n- Kontaktschicht 41, einen zweiten Laserstapel 31 und eine zweite p-Kontaktschicht 51 aufgewachsen. Auf die zweite p-Kontaktschicht 51 wird eine zweite dielektrische
Schicht 54 aufgebracht. Der zweite Laserstapel 31 weist in Wachstumsrichtung eine zweite n-Mantelschicht 10, einen zweiten n-Wellenleiter 11, eine zweite aktive Zone 6012a, einen zweiten p-Wellenleiter 13 und eine zweite p- Mantelschicht 14 auf.
Das Ergebnis des Schrittes S1.3 ist in Figur 1.3
dargestellt . Im Schritt S1.4 wird eine zweite Tunneldiode 15 auf die zweite p-Kontaktschicht 51 aufgewachsen. Darüber wird eine dritte Einzellichtquelle, aufweisend eine dritte n- Kontaktschicht 42, einen dritten Laserstapel 32 und eine dritte p-Kontaktschicht 52. Der dritte Laserstapel 32 weist in Wachstumsrichtung eine dritte n-Mantelschicht 16, einen dritten n-Wellenleiter 17, eine dritte aktive Zone 6018a, einen dritten p-Wellenleiter 19 und eine dritte p-Mantelschicht 20 auf.
Das Ergebnis des Schrittes S1.4 ist in Figur 1.4
dargestellt.
Im Schritt S1.5 werden die erste dielektrische Schicht 53 und die zweite dielektrische Schicht 54 entfernt.
Das Ergebnis des Schrittes S1.5 ist in Figur 1.5
dargestellt. Darin zeigen sich die erste freigelegte Kontaktfläche 59a und die zweite freigelegte
Kontaktfläche 59b
Im Schritt S1.6 werden auf die freigelegten
Kontaktflächen 59a, 59b und auf die dritte p- Kontaktschicht 52 Kontakte (70, 71, 72) aufgebracht. Das Endergebnis des ersten Herstellungprozesses ist in Figur 6a dargestellt. Figur 2 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm zur Herstellung einer Laserlichtquelle. Der zweite Herstellungsprozess lässt sich in die Schritte S2.1 bis S2.6 aufgliedern.
Im Schritt S2.1 wird ein Halbleitersubstrat 2 mit einer Bufferschicht 3 bereitgestellt. Darauf wird eine
Einzellichtquelle epitaktisch aufgewachsen. Die
Einzellichtquelle weist einen Laserstapel 30, eine erste n-Kontaktschicht 40 und eine erste p-Kontaktschicht 50 auf. Der Laserstapel 30 besteht in Wachstumsrichtung aus einer ersten n-Mantelschicht 4, einem ersten n-
Wellenleiter 5, einer ersten aktiven Zone 6006a, einem ersten p-Wellenleiter 7 und einer ersten p-Mantelschicht 8. Auf die erste p-Kontaktschicht 50 wird eine erste Isolationsschicht 55 aufgebracht. Das Ergebnis des Schrittes S2.1 ist in Figur 2.1
dargestellt .
Im Schritt 2.2 wird ein Teilbereich der ersten p- Kontaktschicht 50 mit einer ersten dielektrischen Schicht 53 bedeckt. Weiter wird die erste Isolationsschicht geöffnet, wodurch sich eine Ausnehmung 56 in der ersten Isolationsschicht 55 bildet.
Das Ergebnis des Schrittes S2.2 ist in Figur 2.2
dargestellt .
Im Schritt 2.3 wird eine erste Tunneldiode 9
aufgewachsen. Darauf wird eine zweite Einzellichtquelle aufgewachsen, aufweisend einen Laserstapel 31 mit einer zweiten aktiven Zone 6012a und mit einer zweiten n- Kontaktschicht 41 und einer zweiten p-Kontaktschicht 51. Darauf wird eine zweite Isolationsschicht 57 aufgewachsen . Ein Teilbereich der zweiten p- Kontaktschicht 51 wird mit einer zweiten dielektrischen Schicht 54 bedeckt. Weiter wird die zweite
Isolationsschicht 57 geöffnet, wodurch sich eine
Ausnehmung 58 in der zweiten Isolationsschicht 57 bildet.
Das Ergebnis des Schrittes S2.3 ist in Figur 2.3
dargestellt .
Im Schritt 2.4 wird eine zweite Tunneldiode 15
aufgewachsen. Darauf wird eine dritte Einzellichtquelle aufgewachsen. Die Einzellichtquelle weist einen dritten Laserstapel 32 aufweisend eine dritte n-Mantelschicht 16, einen dritten n-Wellenleiter 17, eine dritte aktive Zone 6018a, einen dritten p-Wellenleiter 19 und eine dritte p- Mantelschicht 20. Darauf ist eine dritte p-Kontaktschicht 52 aufgebracht.
Das Ergebnis des Schrittes S2.4 ist in Figur 2.4
dargestellt .
Im Schritt S2.5 werden die erste dielektrische Schicht 53 und die zweite dielektrische Schicht 54 entfernt. Das Ergebnis des Schrittes S2.5 ist in Figur 2.5
dargestellt. Darin zeigen sich die erste freigelegte Kontaktfläche 59a und die zweite freigelegte
Kontaktfläche 59b
Im Schritt S2.6 werden auf die freigelegten
Kontaktflächen 59a, 59b und auf die dritte p-
Kontaktschicht 52 Kontakte (70, 71, 72) aufgebracht.
Das Endergebnis des zweiten Herstellungprozesses ist in Figur 6c dargestellt. Figur 3a zeigt eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 1 bei der die Tunneldioden 9, 15 außerhalb der
Mantelschichten angeordnet sind. Es handelt sich um eine Schichtenfolge mit so genannter herkömmlicher Polarität. Auf das n-dotierte Halbleitersubstrat 2 folgt in
Wachstumsrichtung eine Bufferschicht 3, eine erste n- Mantelschicht 4, ein erster n-Wellenleiter 5 eine erste aktive Zone 6, ein erster p-Wellenleiter 7, eine erste p- Mantelschicht 8, eine erste Tunneldiode 9, eine zweite n- Mantelschicht 10, ein zweiter n-Wellenleiter 11, eine zweite aktive Zone 12, ein zweiter p-Wellenleiter 13, eine zweite p-Mantelschicht 14, eine zweite Tunneldiode 15, eine dritte n-Mantelschicht 16, ein dritter n- Wellenleiter 17, eine dritte aktive Zone 18, ein dritter p-Wellenleiter 19, eine dritte p-Mantelschicht 20 und eine p-Kontaktschicht 21. Figur 1 zeigt weiterhin drei Laserstapel 30, 31 und 32. Laserstapel 30 umfasst die erste n-Mantelschicht 4, der erste n-Wellenleiter 5, die erste aktive Zone 6 zur Emission von blauem Licht, den ersten p-Wellenleiter 7 und die erste p-Mantelschicht 8. Laserstapel 31 umfasst die zweite n-Mantelschicht 10, den zweiten n-Wellenleiter 11, die zweite aktive Zone 12 zur Emission von grünem Licht, den zweiten p-Wellenleiter 13 und die zweite p-Mantelschicht 14. Laserstapel 32 umfasst die dritte n-Mantelschicht 16, den dritten n-Wellenleiter 17, die dritte aktive Zone 18 zur Emission von rotem Licht, den dritten p-Wellenleiter 19 und die dritte p- Mantelschicht 20.
Figur 3b zeigt eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 1001 bei der im Gegensatz zur Figur 1 die Tunneldioden 1009 und 1015 innerhalb der Mantelschichten angeordnet sind. Es handelt sich wie schon in Figur 3a um eine
Schichtenfolge mit herkömmlicher Polarität. Bei den
Laserdioden, die aus den Laserstapeln 1030, 1031 und 1032 gebildeten werden, grenzen die p-Wellenleiter 1007, 1013, 1019 an die Oberseiten der aktiven Zonen 1006, 1012, 1018 an. Auf das n-dotierte Substrat 1002 folgt in
Wachstumsrichtung eine Bufferschicht 1003, eine n- Mantelschicht 104, ein erster n-Wellenleiter 1005, eine erste aktive Zone 1006, ein erster p-Wellenleiter 1007, eine erste Tunneldiode 1009, ein zweiter n-Wellenleiter 1011, eine zweite aktive Zone 1012, ein zweiter p- Wellenleiter 1013, eine zweite Tunneldiode 1015, ein dritter n-Wellenleiter 1017, eine dritte aktive Zone 1018, ein dritter p-Wellenleiter 1019, eine p- Mantelschicht 1020, eine p-Kontaktschicht 1021.
Ein erster Laserstapel 1030 umfasst die n-Mantelschicht 1004, den ersten n-Wellenleiter 1005, die erste aktive Zone 1006 und den ersten p-Wellenleiter 1007. Ein zweiter Laserstapel 1031 umfasst den zweiten n-Wellenleiter 1011, die zweite aktive Zone 1012 und den zweiten p-
Wellenleiter 1013. Ein dritter Laserstapel 1032 umfasst den dritten n-Wellenleiter 1017, die dritte aktive Zone 1018, den dritten p-Wellenleiter 1019 und die p- Mantelschicht 1020. Dadurch dass in Figur 2 die
Tunneldioden innerhalb der Mantelschichten angeordnet sind, sind die aktiven Zonen näher beieinander. Dies ermöglicht eine geringere Bauhöhe der
Laserdiodenanordnung .
Figur 3c zeigt eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 2001 bei der die Tunneldioden 2005 und 2011 außerhalb der Mantelschichten angeordnet sind. Es handelt sich um eine Schichtenfolge mit invertierter Polarität. Die dem
Halbleitersubstrat 2002 zugewandten Schichten, die an die aktiven Zonen 2008, 2014 angrenzen, sind die p- Wellenleiter 2007, 2013. Die vom Halbleitersubstrat 2002 abgewandte Schichten, die an die aktiven Zonen 2007, 2014 angrenzen, sind die n-Wellenleiter 2009, 2015. Die
Schichtenfolge weist einen ersten Laserstapel 2030 und einen zweiten Laserstapel 2031 auf. Auf das
Halbleitersubstrat 2002 folgt in Wachstumsrichtung eine Bufferschicht 2003, eine erste n-Mantelschicht 2004, eine erste Tunneldiode 2005, eine erste p-Mantelschicht 2006, ein erster p-Wellenleiter 2007, eine erste aktive Zone 2008, einer erster n-Wellenleiter 2009, eine zweite n- Mantelschicht 2010, eine zweite Tunneldiode 2011, eine zweite p-Mantelschicht 2012, ein zweiter p-Wellenleiter 2013, eine zweite aktive Zone 2014, ein zweiter n- Wellenleiter 2015, eine dritte n-Mantelschicht 2016, eine dritte Tunneldiode 2017, eine dritte p-Mantelschicht 2018 und eine p-Kontaktschicht 2019.
Figur 3d zeigt eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 3001 bei der die erste Tunneldiode 3005 außerhalb der Mantelschichten angeordnet ist und bei der die zweite 3010 und die dritte 3014 Tunneldiode innerhalb der
Mantelschichten angeordnet sind. Es handelt sich wie schon in Figur 3c um eine Schichtenfolge mit invertierter Polarität. Die erste Tunneldiode 3005 ist zwingend notwendig, da das Substrat 3002 n-leitend ist. Die dem Halbleitersubstrat 3002 zugewandte Schichten, die an die aktiven Zonen 3008, 3012 angrenzen, sind p-Wellenleiter 3007, 3011. Die vom Halbleitersubstrat 3002 abgewandte Schichten, die an die aktiven Zonen 3008, 3012 angrenzen sind n-Wellenleiter 3009, 3013.
Auf das Halbleitersubstrat 3002 folgt in
Wachstumsrichtung eine Bufferschicht 3003, eine erste n- Mantelschicht 3004, eine erste Tunneldiode 3005, eine erste p-Mantelschicht 3006, ein erster p-Wellenleiter 3007, eine erste aktive Zone 3008, ein erster n- Wellenleiter 3009, eine zweite Tunneldiode 3010, ein zweiter p-Wellenleiter 3011, eine zweite aktive Zone 3012, ein zweiter n-Wellenleiter 3013, eine zweite n- Mantelschicht 3016 und eine p-Kontaktschicht 3017.
Die erste Tunneldiode 3005 ist notwendig, wenn das
Halbleitersubstrat 3002 vom n-Typ ist.
Die Schichtenfolge weist einen ersten Laserstapel 3030 und einen zweiten Laserstapel 3031 auf.
Figur 3e zeigt eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge 4001. Die Schichtenfolge ist identisch mit der
Schichtenfolge 1001 in Figur 3a, außer, dass als
Zwischenschichten statt der Tunneldioden 9, 15
kristalline elektrisch isolierende Schichten 4009, 4015 aufgewachsen werden.
Die im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiele in Figur 4a, 5a, 5b, 6a, 6b, 6c, 7 basieren auf der
Schichtenfolge 1 aus Figur 3a. Die im Folgenden
dargestellten Ausführungsbeispiele in den Figuren 4b, 4c, 8a, 8b und 8c basieren auf der Schichtenfolge 4001 aus Figur 3e.
Figur 3a zeigt, wie oben schon festgestellt, die
epitaktische Schichtenfolge bei herkömmlicher Polarität. Dies bedeutet, dass bei den Laserdioden, die aus den Laserstapeln 30, 31 und 32 gebildet werden, die p-Seiten an die Oberseiten, also auf den dem Halbleitersubstrat abgewandten Seiten der aktiven Zonen 6, 12 und 18 angrenzen. Die dem Halbleitersubstrat 2 zugewandte
Schichten, die an die aktive Zone 6, 12, 18 angrenzt, sind n-Wellenleiter 5, 11, 17. Die vom Halbleitersubstrat 2 abgewandte Schichten, die an die aktiven Zonen 6, 12, 18 angrenzen, sind p-Wellenleiter 7, 13, 19. Sämtliche in den Figuren 4a bis 8c gezeigten
Ausführungsbeispiele sind rein gewinngeführte
Laserdiodenanordnungen. Hierzu identische oder zumindest ähnliche Effekte können auch bei rein indexgeführten oder gewinn- und indexgeführten Laserdiodenanordnungen
erreicht werden.
Sämtliche in den Figuren 4a bis 8c gezeigten
Ausführungsbeispiele sind monolithisch gewachsene
Kantenemitter. Bei einem Kantenemitter verläuft der
Laserresonator in einer Ebene parallel zum Substrat. Das Laserlicht wird aus der Zeichenebene heraus emittiert. Kantenemitter können wegen Ihrer großen Resonatorlängen von bis zu mehreren 100 ym Laserlicht mit hohen
Leistungen emittieren. Deshalb sind Kantenemitter für Anwendungen in Laserprojektionsanordnungen besonders gut geeignet. Als Laserspiegel können dielektrische Spiegel oder einfach die Front- und Rück-Flächen eines
Laserstapels dienen. In den folgenden
Ausführungsbeispielen sind nur Anordnungen gezeigt, die die Front- und Rück-Flächen eines Laserstapels als
Laserspiegel verwenden. Figur 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel 10001 einer mehrfarbigen Laserlichtquelle mit einzeln ansteuerbaren aktiven Zonen 6, 12, 18. Die Laserdiodenanordnung weist ein Halbleitersubstrat 2 mit drei Laserstapeln 30, 31, 32 mit jeweils einer aktiven Zone 6, 12, 18 und mit zwei Zwischenschichten 9, 15 auf. Die Laserstapel 30, 31, 32 und die Zwischenschichten 9, 15 sind monolithisch auf das Halbleitersubstrat 2 aufgewachsen. Die Zwischenschichten 9, 15 sind zwischen den Laserstapeln 30, 31, 32
angeordnet. Die aktiven Zonen 6, 12, 18 sind getrennt voneinander ansteuerbar.
Die aktiven Zonen 6, 12, 18 werden durch drei separate n- Kontakte 60, 61, 62 und drei separate p-Kontakte 70, 71, 72 angesteuert. Der erste n-Kontakt 60 und der erste p- Kontakt 70 dient zur separaten Kontaktierung der ersten, blauen, aktiven Zone 6. Der zweite n-Kontakt 61 und der zweite p-Kontakt 71 dient zur separaten Kontaktierung der zweiten, grünen, aktiven Zone 12. Der dritte n-Kontakt 62 und der dritte p-Kontakt 72 dient zur separaten
Kontaktierung der dritten, roten, aktiven Zone 18.
Jeder Laserstapel 30, 31, 32 weist mit seiner zugehörigen aktiven Zone 6, 12, 18 eine Laserdiode 95, 96, 97 auf. Die erste und die zweite Zwischenschicht sind durch
Tunneldioden 9, 15 realisiert. Die aktiven Zonen 6, 12, 18 sind so ausgelegt, dass
Laserdioden 95, 96, 97 aus verschiedenen Laserstapeln 30, 31, 32 elektromagnetische Strahlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren. Die erste aktive Zone 6 ist zur Emission von blauem Laserlicht ausgelegt. Die zweite aktive Zone 12 ist zur Emission von grünem Laserlicht ausgelegt. Die dritte aktive Zone 18 ist zur Emission von rotem Laserlicht ausgelegt.
Um zum Beispiel die grüne aktive Zone 12 einzeln
anzusteuern wird der p-Kontakt (71) für Grün und der n- Kontakt (61) für Grün bestromt.
Die erste Laserdiode 95 emittiert im blauen
Spektralbereich, die zweite Laserdiode 96 emittiert im grünen Spektralbereich und die dritte Laserdiode 97 emittiert im roten Spektralbereich. Die aktive Zone 6 zur Emission von blauem Laserlicht wird zuerst gewachsen, um die höhere In-Konzentration der aktiven Zone 12 zur
Emission von grünem Laserlicht durch die nachfolgenden Epitaxieschritte nicht negativ zu beeinflussen.
Der vertikale Abstand zwischen den Laserdioden 95, 96, 97 aus verschiedenen aktiven Zonen 6, 12, 18 ist kleiner als etwa 20 ym, bevorzugt kleiner als etwa 5 ym und besonders bevorzugt kleiner als etwa 2 ym.
Die Figur 4b zeigt ein Ausführungsbeispiel 10002 einer mehrfarbigen Laserlichtquelle mit einzeln ansteuerbaren aktiven Zonen 6, 12, 18. Die Struktur in Figur 4b ist bis auf die Zwischenschichten identisch zur Struktur in Figur 4a. Der Unterschied besteht allein darin, dass in Figur 4b die Zwischenschichten 4009 und 4015 als kristalline elektrisch isolierende Schicht ausgelegt sind. Alternativ zur obigen, epitaktisch gewachsenen, isolierenden Schicht 4009, 4015 kann eine isolierende Schicht auch durch
Ionenimplantation erzeugt werden.
Unterhalb der n-Mantelschichten 4, 10 und 16 liegt jeweils eine n-Kontaktschicht 40, 41 und 42 mit hoher n- Dotierung. Auf diesen n-Kontaktschichten 40, 41 und 42 sind die drei n-Kontakte 60, 61 und 62 angebracht.
Oberhalb der p-Mantelschichten 8, 14 und 20 erstreckt sich jeweils eine p-Kontaktschicht 50, 51 und 52. Auf diesen p-Kontaktschichten 50, 51 und 52 sind die drei p- Kontakte 70, 71 und 72 aufgebracht. Um die Laserdiode 95 für blaues Licht einzeln anzusteuern, wird der erste n- Kontakt 60 und der erste p-Kontakt 70 bestromt. Um die Laserdiode 96 für grünes Licht einzeln anzusteuern, wird der zweite n-Kontakt 61 und der zweite p-Kontakt 71 bestromt. Um die Laserdiode 97 für rotes Licht einzeln anzusteuern, wird der dritte n-Kontakt 62 und der dritte p-Kontakt 72 bestromt.
Figur 4c weist eine zu Figur 4b identische Schichtenfolge auf. Allein die Orientierungen der Kontakte unterscheiden sich. In Figur 4b liegen die n-Kontakte 60, 61, 62 auf der gegenüberliegenden Seite des Schichtstapels bezogen auf die p-Kontakte 70, 71, 72. In Figur 4c sind die n- Kontakte und die p-Kontakte auf derselben Seite des Schichtstapels angeordnet. Diese Bauform ist besonders vorteilhaft, um zwei oder mehr Laserdiodenanordnungen nahe zu einander zu platzieren. Die Laserdioden 95, 96, 97 emittieren wiederum im blauen, grünen und roten
Spektralbereich . Figur 5a zeigt ein Ausführungsbeispiel 10004 einer mehrfarbigen Lichtquelle mit einzeln ansteuerbaren aktiven Zonen 5006a, 5012a, 5018a. Es ist ein gemeinsamer p-Kontakt 100 und einzelne n-Kontakte 60, 61 und 62 für die Emission von blauem, grünem und rotem Licht
vorgesehen. Die erste aktive Zone 5006a ist für die
Emission von blauem Laserlicht ausgelegt. Die zweite aktive Zone 5012a ist für die Emission von grünem
Laserlicht ausgelegt. Die dritte aktive Zone 5018a ist für die Emission von rotem Laserlicht ausgelegt.
Um beispielsweise die grün emittierend Laserdiode 5096a anzusteuern, wird der gemeinsame p-Kontakt 100 und der zweite n-Kontakt 61 bestromt. Die rot emittierende
Laserdiode 5097a leuchtet nicht, wenn durch höhere
Verluste bei der rot emittierenden Laserdiode 5097a zuerst die grün emittierende Laserdiode 5096a anschwingt. Die Verluste sind über die Indiumkonzentration in den aktiven Zonen einstellbar.
Figur 5b zeigt ein Ausführungsbeispiel 10005. Die
Anordnung ist identisch zu Figur 5a, außer dass die
Reihenfolge der Farben der aktiven Zonen 5006b, 5012b und 5018b verändert wurde. Die erste aktive Zone 5006b ist zur Emission von rotem Laserlicht ausgelegt. Die zweite aktive Zone 5012b ist zur Emission von grünem Laserlicht ausgelegt. Die dritte aktive Zone 5018b ist zur Emission von blauem Laserlicht ausgelegt. Es wird auch in diesem Ausführungsbeispiel ein gemeinsame p-Kontakt 100
verwendet .
Um zum Beispiel die grüne aktive Zone 5096b einzeln anzusteuern, wird der n-Kontakt 61 für Grün und der gemeinsame p-Kontakt 100 bestromt. Die blaue Laserdiode 5097b leuchtet nicht, da wegen der größeren Bandlücke der blauen Laserdiode 5097b zuerst die grüne Laserdiode 5096b anschwingt und zu lasen beginnt.
Figur 6a zeigt ein Ausführungsbeispiel 10006 einer mehrfarbigen Lichtquelle mit einzeln ansteuerbaren aktiven Zonen 6006a, 6012a, 6018a. Es ist ein gemeinsamer n-Kontakt 101 und einzelne p-Kontakte 70, 71 und 72 vorgesehen. Der n-Kontakt 101 ist mit der Unterseite des Substrats 2 verbunden. Vorzugsweise ist der gemeinsame n- Kontakt 101 als metallischer Leiter ausgebildet. Um Beispielsweise die grün emittierende Laserdiode 6096a anzusteuern, wird der gemeinsame n-Kontakt 101 und der zweite p-Kontakt 71 bestromt. Dabei würde die blau emittierende Laserdiode 6095a nicht anschwingen, da wegen deren größerer Bandlücke zuerst die grün emittierende Laserdiode 6096a anschwingt und zu lasen beginnt.
Figur 6b zeigt ein Ausführungsbeispiel 10007. Sie ist identisch zur Anordnung in Figur 6a außer, dass die dritte aktive Zone 6018b zur Emission von gelbem Licht ausgelegt ist. Wie schon in Figur 6a ist die erste aktive Zone 6006b zur Emission von blauem Laserlicht und die zweite aktive Zone 6012b zur Emission von grünem
Laserlichtlicht ausgelegt.
Figur 6c zeigt ein Ausführungsbeispiel 10008. Sie basiert auf der Struktur aus Figur 6a. Anders als in Figur 6a ist in Figur 6c auf der ersten p-Kontaktschicht 50 eine erste Isolationsschicht 55 und auf der zweiten p-Kontaktschicht 51 eine zweite Isolationsschicht 57 aufgewachsen. In der ersten Isolationsschicht 55 ist eine Ausnehmung 56 und in der zweiten Isolationsschicht 57 ist eine Ausnehmung 58 vorgesehen. Auf die Struktur aus erster
Isolationsschicht 55 und Ausnehmung 56 ist eine erste Tunneldiode 9 aufgewachsen. Auf die Struktur aus zweiter Isolationsschicht 57 und Ausnehmung 58 ist eine zweite Tunneldiode 15 aufgewachsen. Die Isolationsschichten 55 und 57 mit ihren jeweiligen Ausnehmungen 56 und 58 dienen zur Stromeinengung in den vergrabenen Schichten. Aufgrund der Stromaufweitung innerhalb des monolithischen
Schichtstapels kann es vorteilhaft sein,
Stromeinengungsschichten innerhalb des monolithischen Schichtstapels einzubauen, um die Einzellichtquellen basierend auf den Laserstapeln 30, 31 und 32, in ihrer Emissionsbreite anzugleichen. Dies ist Voraussetzung die Lichtquelle 10008 im Monomodebetrieb zu betreiben. Um die Übersichtlichkeit der Figur 6c zu erhalten, sind keine Laserdioden eingezeichnet.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel 10009. Es handelt sich um eine mehrfarbige Lichtquelle mit einzeln
ansteuerbaren aktiven Zonen 6, 12, 18. Das
Ausführungsbeispiel zeigt eine zwei-dimensionale Struktur der Laserdioden. Die Laserdioden innerhalb eines
Laserstapel 30, 31, 32 werden gemeinsam angesteuert.
Mittels Gewinnführung werden in jeder aktiven Zone zwei Laserdioden erzeugt. Blau emittierende Laserdioden 95 und 95b werden aus der ersten aktiven Zone 6 gebildet. Grün emittierende Laserdioden 96 und 96b werden aus der zweiten aktiven Zone 12 gebildet. Rot emittierende
Laserdioden 97 und 97b werden aus der dritten aktiven Zone gebildet. Die zweidimensionale Laserdiodenstruktur ermöglicht eine hohe optische Leistungsdichte, bei gleichzeitig verringerter Belastung der Facetten. Weiters sind die Laserdioden 95, 95b; 96, 96b; 97, 97b
horizontal, also parallel, zum Halbleitersubstrat 2 angeordnet. Der horizontale Abstand zwischen den
Laserdioden 95, 95b; 96, 96b; 97, 97b ist kleiner als etwa 100 ym, bevorzugt kleiner als etwa 20 ym und
besonders bevorzugt kleiner als etwa 5 m. Auch sind die geometrischen Eigenschaften der Emissionsfläche günstig. Dies ermöglicht die Verwendung weniger komplizierter optischer Abbildungssysteme, d.h. zum Beispiel eine einfache Linse oder ein einfaches Linsensystem. Zudem ergeben sich bessere Abbildungseigenschaften. Die Bildung von zwei oder mehr Laserdioden in einer aktiven Zone ist zum Beispiel vorteilhaft, um der Augenempfindlichkeit oder anderen Anforderungen Rechnung zu tragen. Hier kommt vor allem eine zweite grüne Laserdiode 96b in Frage. Auch die unterschiedliche Effizienz von Laserdioden mit verschiedenen Emissionswellenlängen kann dadurch
ausgeglichen werden.
Figur 8a zeigt ein Ausführungsbeispiel 10010 mit einem Schichtenstapel lx und einem Schichtenstapel ly. Der Schichtenstapel lx ist auf einem ersten
Halbleitersubstrat 2x gewachsen. Der Schichtenstapel ly ist auf einem zweiten Halbleitersubstrat 2y gewachsen. Die Anordnung der Schichten auf jedem der beiden
Halbleitersubstrate 2x, 2y entspricht der des
Ausführungsbeispiels 10003 aus Figur 4c. Demnach sind die n-Kontakte 61x und 62x und die p-Kontakte 70x, 71x des Schichtenstapels lx auf ein und derselben Seite
angeordnet. Der erste n-Kontakt 60x ist auf der dem
Schichtenstapel lx abgewandten Seite des
Halbleitersubstrats 2x aufgebracht. Der dritte p-Kontakt 72x schließt den Schichtenstapel lx nach oben hin ab.
Die n-Kontakte 61y und 62y und die p-Kontakte 70y, 71y des Schichtenstapels ly ebenfalls auf ein und derselben Seite angeordnet. Der erste n-Kontakt 60x ist auf der dem Schichtenstapel ly abgewandten Seite des Halbleitersubstrats 2y aufgebracht. Der dritte p-Kontakt 72y schließt den Schichtenstapel ly nach oben hin ab.
Als erstes Halbleitersubstrat 2x kommt GaN, A1N, InN oder Si in Frage. Als zweites Halbleitersubstrat 2y kommt GaAs, GaP oder Si in Frage.
Auf dem ersten Halbleitersubstrat 2x wird ein
Schichtstapel basierend auf dem AlInGaN-Materialsystem gewachsen. Vorzugsweise ist die erste aktive Zone 6x zur Emission von blauem Laserlicht, die zweite aktive Zone 12x zur Emission von cyan farbigen Laserlicht und die dritte aktive Zone 18x zur Emission von grünem Laserlicht ausgelegt .
Auf dem zweiten Halbleitersubstrat 2y wird ein
Schichtstapel basierend auf dem AlInGaP-Materialsystem gewachsen. Vorzugsweise ist die erste aktive Zone 6y zur Emission von gelbem Laserlicht, die zweite aktive Zone 12y zur Emission von Amber farbigen Laserlicht und die dritte aktive Zone 18y zur Emission von rotem Laserlicht ausgelegt.
Die beiden monolithischen Schichtstapel lx und ly können durch ihrer oben beschriebene Bauform so nahe zueinander angeordnet werden, dass sie einen Abstand im Bereich weniger ym aufweisen. Dabei weisen die Kontakte 61x, 62x, 70x, 71x des Schichtstapels lx in die entgegengesetzte Richtung der Kontakte 61y, 62y, 70y, 71y.
Diese Bauform erzeugt Laserdioden die minimal beabstandet sind. Abstände im Bereich von kleiner etwa 50 ym,
vorzugsweise kleiner etwa 10 ym, besonders bevorzugt etwa 2 ym sind realisierbar. Dies trifft zum Einen für
Laserdioden innerhalb des ersten Schichtstapel lx und innerhalb des zweiten Schichtstapel ly zu. Aber auch für die Abstände zwischen Laserdioden aus dem ersten
Schichstapel lx und dem zweiten Schichtstapel ly gelten obige Abstände im ym-Bereich. Dadurch kann eine optimale Projektion mit minimalen Abbildungsfehlern erreicht werden. Zudem ist ein einfaches Linsensystem ausreichend. Durch Wachsen bzw. Anordnen von mehr als drei
Einzellichtquellen mit jeweils einer aktiven Zone 6x,
12x, 18x, 6y, 12y, 18y, also z.B. wie oben dargestellt, blau, cyan, grün, gelb, Amber und rot kann der
abzubildende Farbraum vergrößert werden. Um die Übersicht zu erhöhen sind in Figur 8a keine Laserdioden
eingezeichnet.
Figur 8b zeigt ein Ausführungsbeispiel 10011 mit einem ersten Halbleitersubstrat 2x und einem zweiten
Halbleitersubstrat 2y. Auf dem ersten Halbleitersubstrat 2x ist ein erster Laserstapel 30 mit einer aktiven Zone 6, die ausgelegt ist blaues Laserlicht zu emittieren, aufgewachsen. Darauf ist eine kristalline, elektrisch isolierende Schicht 4009, aufgewachsen. Darüber ist ein zweiter Laserstapel 31 mit einer aktiven Zone 12, die ausgelegt ist grünes Laserlicht zu emittieren,
aufgewachsen. Auf den zweiten Laserstapel 31 ist
unmittelbar eine zweite p-Kontaktschicht 51 aufgewachsen. Darauf ist eine erste p-Metallisierung 92 aufgebracht. Eine Lotschicht 91 schafft die Verbindung zu einem roten Einzelemitter, der getrennt vom ersten Substrat 2x auf dem zweiten Substrat 2y aufgewachsen wurde. Dieser rote Einzelemitter wird über eine zweite p-Metallisierung 90 mit der Lotschicht 91 verbunden. Mit anderen Worten wird der rote Einzelemitter mit den Epitaxie-Schichten, wie p- Kontaktschicht 52, p-Mantelschicht 20, p-Wellenleiter 19, aktive Zone zur Emission von rotem Licht 18, n- Wellenleiter 17, n-Mantelschicht 16, n-Kontaktschicht 42 und zweites Substrat 2y nach unten (face-down) mit den auf dem ersten Substrat 2x gewachsenen Schichten
verbunden. Auf das zweite Substrat 2y ist eine
Passivierung 80 und ein dritter n-Kontakt 62 aufgebracht. Der Vorteil der Anordnung 10011 besteht in folgendem
Sachverhalt. Die aktive Zone 6 zur Emission von blauem Laserlicht und die aktive Zone 12 zur Emission von grünem Laserlicht können einfach und kostengünstig auf dem ersten Substrat 2x, z.B. GaN, aufgewachsen werden. Die aktive Zone 18 zur Emission von rotem Laserlicht kann besonders einfach und kostengünstig auf dem zweiten
Substrat 2y, z.B. GaAs, aufgewachsen werden. Erst nach dem epitaktischen Wachstum werden die beiden monolithischen Schichtstapel mittels der Metallisierunsgsschichten 92 und 90 und mittels einer Lotschicht 91 elektrisch leitend und mechanisch miteinander verbunden. Dabei wird auf einen dritten p-Kontakt 72 verzichtet. Die p-Seite des „roten" Schichtstapels wird über den zweiten p-Kontakt 71 mitbestromt . Die erste p-Metallisierung 92 weist eine Legierung aus Ti, Pt und Au auf. Titan dient hierbei als
Haftvermittler. Platin dient als Diffusionssperre. Das Lot 91 weist AnSn oder In auf. Um die Übersicht zu erhöhen sind in Figur 8b keine Laserdioden eingezeichnet. Ein weiterer Vorzug der „face-down" Struktur,
insbesondere bei Power-Lasern, ist die verbesserte
Wärmeabfuhr .
Figur 8c zeigt ein Ausführungsbeispiel 10012 mit einem ersten Halbleitersubstrat 2x und einem zweiten
Halbleitersubstrat 2y. Die Anordnung ist identisch mit der Anordnung aus Figur 8b, außer dass statt der
Lotschicht 91 eine Isolationsschicht 93 und ein separater dritter p-Kontakt 72 vorgesehen ist. Dieser separate p- Kontakt 72 ist notwendig, da zwischen der p-
Metallisierungsschicht 92 für den Schichtstapel 31 und der p-Metallisierungsschicht 90 für den Schichtstapel 32 die Isolationsschicht 93 angeordnet ist. Die p- Metallisierung 92 ist optional und kann zur zusätzlichen Stromeinprägung verwendet werden. Die Isolationsschicht 93 weist eine Dicke zwischen etwa 50 ym und 200 ym, vorzugsweise etwa lOOym auf. Um die Übersicht zu erhöhen sind in Figur 8c keine Laserdioden eingezeichnet.
Die Laserdiodenanordnung und das Verfahren zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung wurden zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger
Ausführungsbeispiele beschrieben. Die
Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte
Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige
Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen
Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen
Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso denkbar, in Ausführungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt.
Auch wenn die Schritte des Verfahrens zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung in einer bestimmten
Reihenfolge beschrieben sind, so ist es
selbstverständlich, dass jedes der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren in jeder anderen, sinnvollen Reihenfolge durchgeführt werden kann, wobei auch
Verfahrensschritte ausgelassen oder hinzugefügt werden können, soweit nicht von dem Grundgedanken der
beschriebenen technischen Lehre abgewichen wird.
Bezugs zeichenliste
I Schichtenfolge
2 Substrat
3 Bufferschicht
4 erste n-Mantelschicht
5 erster n-Wellenleiter
6 erste aktive Zone (blau) 7 erster p-Wellenleiter
8 erste p-Mantelschicht
9 erste Tunneldiode
10 zweite n-Mantelschicht
II zweiter n-Wellenleiter 12 zweite aktive Zone (grün)
13 zweiter p-Wellenleiter
14 zweite p-Mantelschicht
15 zweite Tunneldiode
16 dritte n-Mantelschicht 17 dritter n-Wellenleiter
18 dritte aktive Zone (rot)
19 dritter p-Wellenleiter
20 dritte p-Mantelschicht
21 p-Kontaktschicht
30 erster Laserstapel
31 zweiter Laserstapel
32 dritter Laserstapel 40 erste n-Kontaktschicht
41 zweite n-Kontaktschicht
42 dritte n-Kontaktschicht
50 erste p-Kontaktschicht
51 zweite p-Kontaktschicht (grün)
52 dritte p-Kontaktschicht (rot)
53 erste dielektrische Schicht
54 zweite dielektrische Schicht
55 erste Isolationsschicht
56 Ausnehmung in der ersten Isolationsschicht
57 zweite Isolationsschicht
58 Ausnehmung in der zweiten Isolationsschicht 59a erste freigelegte Kontaktfläche
59b zweite freigelegte Kontaktfläche
60 erster n-Kontakt (blau)
61 zweiter n-Kontakt (grün)
62 dritter n-Kontakt (rot)
70 erster p-Kontakt (blau)
71 zweiter p-Kontakt (grün)
72 dritter p-Kontakt (rot)
72b dritter p-Kontakt (gelb)
80 Passivierung
90 p-Metallisierung (rot)
91 Lotschicht
92 p-Metallisierung (grün)
93 Isolationsschicht
95 erste Laserdiode (blau)
96 zweite Laserdiode (grün) 97 dritte Laserdiode (rot)
95b vierte Laserdiode (blau)
96b fünfte Laserdiode (grün)
97b sechste Laserdiode (rot)
100 gemeinsamer p-Kontakt
101 gemeinsamer n-Kontakt
1001 Schichtenfolge
1002 Substrat
1003 Bufferschicht
1004 n-Mantelschicht
1005 erster n-Wellenleiter
1006 erste aktive Zone
1007 erster p-Wellenleiter 1009 erste Tunneldiode
1011 zweiter n-Wellenleiter
1012 zweite aktive Zone
1013 zweiter p-Wellenleiter 1015 zweite Tunneldiode
1017 dritter n-Wellenleiter
1018 dritte aktive Zone
1019 dritter p-Wellenleiter
1020 p-Mantelschicht
1021 p-Kontaktschicht
2001 Schichtenfolge
2002 Substrat
2003 Bufferschicht 2004 erste n-Mantelschicht
2005 erste Tunneldiode
2006 erste p-Mantelschicht
2007 erster p-Wellenleiter
2008 erste aktive Zone
2009 erster n-Wellenleiter
2010 zweite n-Mantelschicht
2011 zweite Tunneldiode
2012 zweite p-Mantelschicht
2013 zweiter p-Wellenleiter
2014 zweite aktive Zone
2015 zweiter n-Wellenleiter
2016 dritte n-Mantelschicht
2017 dritte Tunneldiode
2018 dritte p-Mantelschicht
2019 p-Kontaktschicht
3001 Schichtenfolge
3002 Substrat
3003 Bufferschicht
3004 n-Mantelschicht
3005 erste Tunneldiode
3006 erste p-Mantelschicht
3007 erster p-Wellenleiter 3008 erste aktive Zone
3009 erster n-Wellenleiter
3010 zweite Tunneldiode
3011 zweiter p-Wellenleiter zweite aktive Zone
zweiter n-Wellenleiter
dritte Tunneldiode
dritter p-Wellenleiter
zweite p-Mantelschicht
p-KontaktSchicht erste kristalline, elektrisch isolierende Schicht zweite kristalline, elektrisch isolierende Schicht erster Schichtenstapel
erstes Substrat (z.B. GaN)
erste Bufferschicht
erste n-Mantelschicht
erster n-Wellenleiter
erste aktive Zone (blau)
erster p-Wellenleiter
erste p-Mantelschicht
erste kristalline elektrisch isolierende Schicht zweite n-Mantelschicht
zweiter n-Wellenleiter
zweite aktive Zone (cyan)
zweiter p-Wellenleiter
zweite n-Mantelschicht
zweite kristalline elektrisch isolierende Schicht dritte n-Mantelschicht
dritter n-Wellenleiter
dritte aktive Zone (grün) 19x dritter p-Wellenleiter
20x dritte p-Mantelschicht
30x erster Laserstapel
31x zweiter Laserstapel
32x dritter Laserstapel
40x erste n-Kontaktschicht (blau)
41x zweite n-Kontaktschicht (cyan)
42x dritte n-Kontaktschicht (grün)
50x erste p-Kontaktschicht (blau)
51x zweite p-Kontaktschicht (cyan)
52x dritte p-Kontaktschicht (grün)
60x erster n-Kontakt (blau)
61x zweiter n-Kontakt (Cyan)
62x dritter n-Kontakt (Grün)
70x erster p-Kontakt (blau)
71x zweiter p-Kontakt (cyan)
72x dritter p-Kontakt (grün)
80x Passivierung ly zweiter Schichtenstapel
2y zweites Substrat (z.B. GaAs)
3y zweite Bufferschicht
4y erste n-Mantelschicht
5y erster n-Wellenleiter
6y erste aktive Zone (gelb)
7y erster p-Wellenleiter
8y erste p-Mantelschicht
4009y erste kristalline elektrisch isolierende Schicht 10y zweite n-Mantelschicht
lly zweiter n-Wellenleiter
12y zweite aktive Zone (amber)
13y zweiter p-Wellenleiter
14y zweite n-Mantelschicht
15y zweite kristalline elektrisch isolierende Schicht
16y dritte n-Mantelschicht
17y dritter n-Wellenleiter
18y dritte aktive Zone (rot)
19y dritter p-Wellenleiter
20y dritte p-Mantelschicht
30y erster Laserstapel
31y zweiter Laserstapel
32y dritter Laserstapel
40y erste n-Kontaktschicht (gelb)
41y zweite n-Kontaktschicht (amber)
42y dritte n-Kontaktschicht (rot)
50y erste p-Kontaktschicht (gelb)
51y zweite p-Kontaktschicht (amber)
52y dritte p-Kontaktschicht (rot)
60y erster n-Kontakt (gelb)
61y zweiter n-Kontakt (amber)
62y dritter n-Kontakt (rot)
70y erster p-Kontakt (gelb)
71y zweiter p-Kontakt (amber)
72y dritter p-Kontakt (rot)
80y Passivierung erste aktive Zone (blau) zweite aktive Zone (grün) dritte aktive Zone (rot) erste aktive Zone (rot) zweite aktive Zone (grün) dritte aktive Zone (blau) erste Leuchtdiode (blau) zweite Leuchtdiode (grün) dritte Leuchtdiode (rot) erste Laserdiode (rot) zweite Laserdiode (grün) dritte Laserdiode (blau)
6006a erste aktive Zone (blau) 6012a zweite aktive Zone (grün)
6018a dritte aktive Zone (rot)
6006b erste aktive Zone (blau)
6012b zweite aktive Zone (grün)
6018b dritte aktive Zone (gelb) 6095a erste Laserdiode (blau)
6096a zweite Laserdiode (grün)
6097a dritte Laserdiode (rot)
6095b erste Laserdiode (blau)
6096b zweite Laserdiode (grün) 6097b dritte Laserdiode (gelb)
10001 Laserlichtquelle
10002 Laserlichtquelle 10003 Laserlichtquelle
10004 Laserlichtquelle
10005 Laserlichtquelle
10006 Laserlichtquelle
10007 Laserlichtquelle
10008 Laserlichtquelle
10009 Laserlichtquelle
10010 Laserlichtquelle
10011 Laserlichtquelle
10012 Laserlichtquelle

Claims

Laserdiodenanordnung mit
- mindestens einem Halbleitersubstrat (2; 1002;
2002; 3002; 2x, 2y) ,
- mit mindestens zwei Laserstapeln (30, 31, 32;
1030, 1031, 1032; 2030, 2031; 3030, 3031; 30x, 31x, 32x, 30y, 31y, 32y) mit jeweils einer aktiven Zone (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b;
6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) und
- mit mindestens einer Zwischenschicht (9, 15; 56, 58; 1009, 1015; 2005, 2011, 2017; 3005, 3010, 3014; 4009, 4015; 9x, 15x, 9y, 15y) ,
wobei
die Laserstapel (30, 31, 32; 1030, 1031, 1032; 2030, 2031; 3030, 3031; 30x, 31x, 32x, 30y, 31y, 32y) und die Zwischenschicht (9, 15; 56, 58; 1009, 1015; 2005, 2011, 2017; 3005, 3010, 3014; 4009, 4015; 9x, 15x, 9y, 15y) monolithisch auf das Halbleitersubstrat (2; 1002; 2002; 3002; 2x, 2y) aufgewachsen sind,
wobei
die Zwischenschicht (9, 15; 56, 58; 1009, 1015;
2005, 2011, 2017; 3005, 3010, 3014; 4009, 4015; 9x, 15x, 9y, 15y) zwischen den Laserstapeln (30, 31, 32; 1030, 1031, 1032; 2030, 2031; 3030, 3031; 30x, 31x, 32x, 30y, 31y, 32y) angeordnet ist und
wobei
die aktive Zone (6; 1006; 2008; 3008; 5006a; 5006b; 6006a; 6006b; 6x, 6y) des ersten Laserstapels (30; 1030; 2030; 3030; 30x, 30y) von der aktiven Zone (12, 18; 1012, 1018; 2014; 3012; 5012a, 5018a;
5012b, 5018b; 6012a, 6018a; 6012b, 6018b; 12x, 18x, 12y, 18y) des mindestens einen weiteren Laserstapels (31, 32; 1031, 1032; 2031; 3031; 31x, 32x, 31y, 32y) getrennt ansteuerbar ist.
2. Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die
getrennte Ansteuerung der aktiven Zonen (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b; 6006a, 6012a,
6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18) durch getrennte n-Kontakte (60, 61, 62; 60x, 61x, 62x; 60y, 61y, 62y) vorgesehen ist.
3. Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die
getrennte Ansteuerung der aktiven Zonen (6, 12, 18;
1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b) durch einen gemeinsamen p-Kontakt (100) vorgesehen ist.
4. Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die getrennte Ansteuerung der aktiven Zonen (6, 12,
18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) durch getrennte p-Kontakte (70, 71, 72; 70x, 71x, 72x, 70y, 71y, 72y) vorgesehen ist. 5. Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 4, wobei die
getrennte Ansteuerung der aktiven Zonen (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b) durch einen gemeinsamen n-Kontakt (101) vorgesehen ist.
Laserdiodenanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder Laserstapel (30, 31, 32;
1030, 1031, 1032; 2030, 2031; 3030, 3031; 30x, 31x, 32x, 30y, 31y, 32y) mit der zugehörigen aktiven Zone (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b;
6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) mindestens eine Laserdiode (95, 96, 97; 95b, 96b, 97b; 5095a, 5096a, 5097a; 5095b, 5096b, 5097b; 6095a, 6096a, 6097a; 6095b, 6096b, 6097b) aufweist.
Laserdiodenanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (9, 15;) eine Tunneldiode, insbesondere mit einem niedrigen ohmschen Widerstand, aufweist.
Laserdiodenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zwischenschicht (4009, 4015) einen Isolator, insbesondere eine kristalline elektrisch isolierende Schicht, aufweist.
Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 6, wobei die aktiven Zonen (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 2008, 2014; 3008, 3012; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b; 6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) so ausgelegt sind, dass Laserdioden (95, 96, 97; 95b, 96b, 97b; 5095a,
5096a, 5097a; 5095b, 5096b, 5097b; 6095a, 6096a, 6097a; 6095b, 6096b, 6097b) aus verschiedenen
Laserstapeln (30, 31, 32; 1030, 1031, 1032; 2030, 2031; 3030, 3031; 30x, 31x, 32x, 30y, 31y, 32y) elektromagnetische Strahlung in voneinander
verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren.
10. Laserdiodenanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laserdiodenanordnung mindestens zwei aus den Laserstapeln (30x, 31x, 32x, 30y, 31y,
32y) gebildete Lichtquellen (10010; 10011; 10012) mit verschiedenen Halbleitersubstraten (2x, 2y) aufweist .
11. Laserdiodenanordnung gemäß Anspruch 6 oder 9, wobei der vertikale Abstand zwischen den Laserdioden
(95, 96, 97; 95b, 96b, 97b; 5095a, 5096a, 5097a; 5095b, 5096b, 5097b; 6095a, 6096a, 6097a; 6095b, 6096b, 6097b) kleiner als etwa 20 ym, bevorzugt kleiner als etwa 5 ym und besonders bevorzugt kleiner als etwa 2 ym ist.
12. Laserdiodenanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die dem Halbleitersubstrat (2;
1002; 2002; 3002; 2x, 2y) zugewandte Schicht, die an die aktive Zone (6, 12, 18; 1006, 1012, 1018; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b; 6006a, 6012a,
6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) angrenzt, ein n-Wellenleiter (5, 11, 17; 1005, 1011, 1117; 5x, llx, 17x, 5y, lly, 17y) ist und die vom Halbleitersubstrat (2; 1002; 2002; 3002; 2x, 2y) abgewandte Schicht, die an die aktive Zone (6, 12,
18; 1006, 1012, 1018; 5006a, 5012a, 5018a; 5006b, 5012b, 5018b; 6006a, 6012a, 6018a; 6006b, 6012b, 6018b; 6x, 12x, 18x, 6y, 12y, 18y) angrenzt, ein p- Wellenleiter (7, 13, 19; 1007, 1013, 1019; 7x, 13x, 19x, 7y, 13y, 19y) ist.
13. Laserdiodenanordnung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei zwischen zwei Laserstapeln (30, 31, 32) eine Stromblende (55, 57) vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer
Laserdiodenanordnung mit den Schritten:
- Bereitstellen mindestens eines Halbleitersubstrats (2) ;
- epitaktisches Aufwachsen einer ersten
Einzellichtquelle, aufweisend einen ersten
Laserstapel (30), eine erste n-Kontaktschicht (40) und eine erste p-Kontaktschicht (50)
- Aufbringen einer ersten dielektrischen Schicht (53) auf einen Teilbereich der ersten p- Kontaktschicht (50)
- epitaktisches Aufwachsen einer Zwischenschicht (9) auf die erste p-Kontaktschicht (50)
- epitaktisches Aufwachsen mindestens einer zweiten Einzellichtquelle, aufweisend einen zweiten
Laserstapel (31, 32), eine zweite n-Kontaktschicht (41, 42) und eine zweite p-Kontaktschicht (51)
- Aufbringen einer zweiten dielektrischen Schicht (55) auf einen Teilbereich der zweiten p- Kontaktschicht (51)
- Entfernen der mindestens zwei dielektrischen
Schichten (53, 55) mittels Ätzen oder Abheben zum
Freilegen von Kontaktflächen (59a, 59b)
- Aufbringen von Kontakten (70, 71, 72) auf die freigelegten Kontaktflächen (59a, 59b) und auf die am weitesten vom Substrat (2) entfernte freiliegende Kontaktschicht (52) .
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei nach dem
Schritt Aufwachsen einer Einzellichtquelle und vor dem Schritt Aufbringen einer dielektrischen Schicht (53, 55) auf einen Teilbereich der p-Kontaktschicht (50, 51) folgende Schritte ausgeführt werden:
- Aufwachsen einer Isolationsschicht (55, 57) auf die Kontaktschicht (50, 51)
- Öffnen der Isolationsschicht (55, 57) mittels Ätzen oder Abheben.
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