WO2016150838A1 - Laserdiode - Google Patents

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laser diode
layers
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Alfred Lell
Harald Koenig
Adrian Stefan Avramescu
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a laser diode according to patent claim 1 and to a method for producing a laser diode according to patent claim 12.
  • the object of the invention is to provide an improved La ⁇ serdiode with a lateral index guide and an improved method for producing a laser diode with a lateral index guide.
  • the object of the invention is achieved by the laser diode according to Pa ⁇ tenter 1 and by the method for manufacturing a laser diode according to claim 12.
  • An advantage of the laser diode is that the life of the laser diode is improved. This is achieved by not structuring the active zone by an etching method for a lateral index guide. This mög ⁇ Liche damage to the active zone are avoided by the etching process. Furthermore, the laser diode has a better voltage supply, since a large-area contact connection is possible. Furthermore, the laser diode can be produced by means of a simpler manufacturing method, since a lateral in ⁇ dex entry the laser mode is achieved without an etching of a Ridge Jardin is required. In addition, with the proposed laser diode, a complex passivation opening can be dispensed with, even with a narrow first layer structure.
  • the proposed laser diode has in the region of the first layer structure and the two laterally adjacent further layer structures in each case one active zone, wherein the ak ⁇ tive regions of the first layer structure in the height offset with respect to at least one active zone of the other
  • Layer structures is arranged.
  • a laser diode in which the lateral index guidance is achieved by the height offset between the active zone of the layer structures.
  • the active zones of the laterally arranged further layer structures are arranged at the same height.
  • a uniform lateral guidance of the laser mode is achieved.
  • the active zone is located between an n-contact and a p-contact.
  • the intermediate layer is arranged laterally of the first layer structure and between the active zone and the n-contact. In this case, the intermediate layer can be arranged in the first and in the second layer structure. As a result, a flow of current in the first and in the second side area is made difficult, in particular prevented. In this way, a concentration of the current flow through the active zone of the first layer structure is effected.
  • the intermediate layer is arranged in particular between the active zone and an n-doped layer, in particular arranged in the region of the n-doped layers. Due to the higher conductivity of the n-doped semiconductor layers, a current narrowing through the intermediate layer in the region of n-doped layers to a smaller drop in the component voltage of the laser diode.
  • the intermediate layer may in particular be formed as an epitaxially deposited layer.
  • the intermediate layer ⁇ have a doping generated when epitaxial deposition using a dopant.
  • the active zone is the first one
  • Layer structure arranged offset by at least the thickness of the active zone of the layer structure with respect to the active zones of the further layer structures in height. This achieves a further improvement in the lateral indexing of the laser mode.
  • the first layer structure is arranged at least partially in a recess of a carrier. With this arrangement too, lateral guidance of the laser modes is achieved due to a change in the index of refraction.
  • An improved management of La ⁇ sermoden is achieved.
  • the first layer structure, the second layer structure and the third layer structure each have the active zone, the waveguide layers and a first and a second cladding layer, which adjoin the ers ⁇ te and the second waveguide layer. This achieves a further improvement of the lateral mode guidance.
  • the electrical p-contact in the x-direction has a wider extension than the electrically conductive web, via which the first layer structure is electrically conductively connected to the n-contact. In this way it can be and a lower conductivity of the p-contact workedgli ⁇ chen still a concentration of the current flow can be achieved in the active zone.
  • the p-contact in the width ie in the X-direction has a smaller extent than the first layer structure.
  • the p-contact is arranged centrally to the width of the first layer structure.
  • the second and the third layer structure have a second or a third intermediate layer, wherein the intermediate layers are formed in order to at least reduce or prevent the flow of current. In this way too, a concentration of the current flow in the region of the first layer structure is supported.
  • the second and third intermediate layers can be arranged at the same height.
  • the first layer structure has a first intermediate layer, wherein the intermediate layer is designed to at least reduce or prevent the current flow.
  • the first intermediate layer of the first layer structure is offset in height from the second intermediate layer of the second layer structure and arranged opposite the third intermediate layer of the third layer structure. Also in this way, a concentration of the current flow in the region of the first layer structure is supported.
  • the second and the third layer structure are over an intermediate region with the first Layer structure connected.
  • the layers of the intermediate region are inclined at an angle between 5 ° and 90 ° to the plane of the active zone of the first layer structure, ie inclined relative to the ZY plane.
  • the layers of the intermediate region are arranged parallel to one another.
  • FIG. 1A shows a cross section through a first embodiment of a laser diode
  • Fig. 1B is a view on the laser diode of FIG. 1A from above
  • Fig. 2 shows a cross section through a partial section of a La ⁇ serdiode with an abrupt step with a barrier layer
  • Fig. 3 shows a cross section through a portion of a laser diode having an abrupt Stage without barrier layer
  • FIG. 4 shows a cross section through a partial region of a laser diode with a barrier layer and with a ramp-like transition between the first layer structure and the adjacent second or third layer structure
  • FIG. 5 shows a cross section through a partial region of a laser diode with a ramp-like transition between the first layer structure and the adjacent layer structures
  • 6 to 9 show process steps for producing a La ⁇ serdiode with an index guide by etching the sub- strates in the area of the first layer structure
  • FIGS. 10 to 14 are process steps for producing a laser diode with an index guide by etching the substrate in the side regions;
  • FIGS. 15 to 18 are process steps for producing a laser diode with an index guide by etching an intermediate layer
  • FIGS. 19 to 22 method steps for producing a laser diode with an index guide by etching a layer package with a cladding layer and a conductive or
  • Figures 23 to 27 process steps for the manufacture of egg ⁇ ner laser diode with an index guide by a Substratjan- wetting and application of an intermediate layer
  • FIGS. 28 to 31 show method steps for producing a laser diode with an index guide through a substrate etch and a p-side current limitation
  • FIGS. 32 to 35 show method steps for producing a laser diode with an index guide through a substrate etch and a current limitation on the p-side
  • FIG. 37 shows a cross section through a laser diode with an in ⁇ dex Entry by a substrate etching and a current limit on the n-side.
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of a cross section through a first embodiment of a laser diode 1.
  • the laser diode 1 has an n-type metallization 56, on which an electrically conductive substrate 3 is arranged.
  • the sub strate ⁇ 3 illustrates a carrier.
  • any other type of electrically conductive material, in particular semiconductor material may be provided having a
  • the substrate 3 has a web 4, which protrudes in the height along a Y-axis over side regions 5, 6 of the substrate 3 upwards and extends in length ent ⁇ long a Z-axis.
  • the web 4 has a predetermined width along an X-axis.
  • the Z-axis, Y-axis and X-axis are perpendicular to each other.
  • the first and the second side surface 5, 6, the side of the Ste ⁇ 4 represent an upper side of the substrate 3 are covered with an intermediate layer 7. As a result, the web 4 is widened around the intermediate layers 7 arranged on both sides, which are low or not electrically conductive.
  • a first and a second lateral surface 8, 9 of the web 4 which are arranged perpendicular to the XZ plane, with the intermediate layer 7 covered.
  • the first layer structure 15 has a first negatively doped cladding layer 16, which is arranged on the strip-like surface 14.
  • a negatively doped waveguide 17 is arranged on the strip-like surface 14.
  • an active zone 18 is arranged on the active zone 18 .
  • On the active zone 18 is a positive doped
  • Waveguide 19 is arranged. On the positively doped waveguide 19 is a blocking layer 20 for electrons angeord ⁇ net. On the blocking layer 20, a second positive do ⁇ oriented cladding layer 21 is disposed. On the second cladding layer 21, a contact layer 22 is arranged. Depending on the chosen embodiment, the blocking layer 20 may also be arranged in the positively doped waveguide 19.
  • the first layer structure 15 defines a Ridge für 23. In addition to the Ridge réelle 23, a first side portion 24 and a second side portion 25 are provided. In the first side region 24, a second layer structure 26 is arranged.
  • the second layer structure 24 has a first negatively doped cladding layer 16, which is arranged on a surface of the intermediate layer 7.
  • a negatively doped waveguide 17th On the negatively doped waveguide 17, an active zone 18 is arranged. On the active zone 18, a positively doped waveguide 19 is arranged. On the positively doped waveguide 19 is a blocking layer 20 for the positively doped waveguide 19 .
  • a second, positively doped cladding layer 21 is arranged on the blocking layer 20, a second, positively doped cladding layer 21 is arranged. On the second cladding layer 21 is a contact layer 22 angeord ⁇ net. The contact layer 22 may represent a p-contact layer .
  • the second layer structure 26 adjoins the first layer structure 15 with a side region. The second layer structure 26 has the same structure as the first layered structure 15, but is deeper than the first layer structure 15 is arranged ⁇ in height in relation to the substrate. 3 In the second side region 25 is a third layer structure
  • the third layer structure 27 has a first negatively doped cladding layer 16, which is arranged on a surface of the intermediate layer 7 Oberflä ⁇ .
  • a negatively doped waveguide 17 is arranged on the first man ⁇ tel Anlagen 16 .
  • an active zone 18 is arranged on the negatively doped waveguide 17, an active zone 18 is arranged.
  • a positively doped waveguide 19 is arranged on the positively doped waveguide 19, a blocking layer 20 for electrons is arranged.
  • a second, positively doped cladding layer 21 is arranged.
  • Blocking layer 20 can also be arranged in the p-doped waveguide 19.
  • a contact layer 22 is arranged on the second cladding layer 21, a contact layer 22 is arranged.
  • the third layer structure 27 is formed corresponding to the first layer structure 15, but lower in relation to the height position with respect to the substrate 3.
  • Layer structure 15 arranged higher by a predetermined height difference 33 with respect to the second and the third layer structure 26,27.
  • the second and the third layer structure 26,27 are arranged at the same height.
  • the first, second and third layer structures 15, 26, 27 are covered with a p-type metallization 28.
  • the first layer structure 15 merges with the second layer structure 26 via a first intermediate region 29.
  • Layer structure 15 merges via a second intermediate region 30 into third layer structure 27.
  • the first layer structure 15 faces the second and the third Layer structure 26, 27 a height difference 33 in the range of 20 nm to 500 nm, preferably from 30 nm to 400 nm, preferably ⁇ from 50 nm to 300 nm.
  • the ak ⁇ tive zone 18 of the first layer structure 15 to the active zone 18 of the second layer structure 26 and / or to the active zone 18 of the third layer structure 27 in the range of 20 nm to 500 nm, preferably from 30 nm to 400 nm, preferably offset from 50 nm to 300 nm in height. Due to the height difference 33 between the first layer structure 15 and the adjacent second and third
  • Layer structures in the first and second intermediate regions 29, 30 either adjoin one another or be connected to one another in the form of continuous layers. Due to the height offset between the active zone 18 of the Ridgepatented 23 and the active zones 18 of the first and second side region 24,25 a lateral indexing of the light generated by the active zone 18 of the first layer structure 15 light radiation is achieved.
  • the active zone is therefore arranged between an n-type contact and a p-contact, wherein the n-contact and the p-contact formed by respective layers ⁇ the electrically conductively connected to the n-metallization or with the p-metallization are connected to and are integrally ⁇ arranged on the n-side or p-side with respect to the active zone.
  • FIG. 1B shows a schematic representation of the laser diode 1 from above with a view of the ridged structure 23, the first side region 24 and the second side region 25.
  • the laser diode may be formed as edge-Laserdio ⁇ de, wherein the light generated by the active zone Laser light in the Ridge Vietnamese 13 is guided laterally and is reflected at opposite mirror surfaces at least partially.
  • a first and a second surfaces are provided Spiegelflä- 42,43 against ⁇ opposite ends on which the laser light is at least partially reflected and coupled out.
  • the intermediate layer 7 has a low electrical Leitfä ⁇ ability or is electrically insulating.
  • the intermediate layer 7 serves as an electrical resistance layer or barrier layer which is intended to reduce and in particular prevent a flow of the electric current through the side regions 24, 25.
  • the first layer structure 15 has the same width as the web 4 of the substrate 3.
  • the layers of the first, second and third layer structures 15, 26, 27 are each deposited simultaneously.
  • the shape of the layers of the layer structures 15, 26, 27 in the intermediate regions 29, 30 depends on the angles of inclination of the side surfaces 31, 32 of the intermediate layer 7, which delimit the strip-like surface 14 on both sides along the Z-axis.
  • Web 4 is omitted, the structure of the layer structures in the region of the first and second intermediate region 29, 30 is determined by the inclination angle of the first and second soflä ⁇ che 8.9 of the web 4, which limit the web 4 laterally along the Z-axis ,
  • angles of inclination of the first and the second side surface 8, 9 of the web 4 or of the side surfaces 31, 32 of the intermediate layer 7 may be in the range between 5 ° and 90 °, preferably between 20 ° and 88 °, in particular between 40 ° and 85 ° be arranged on the XZ plane.
  • the second intermediate layer 7 in the first and second sides 23,24 ⁇ range prevents an undefined widening of current flow outside of the active zone 18 of the first
  • Layer structure 15 Thus, a defined current path is present in the first layer structure 15, so that carrier losses are reduced or minimized. As a result, it is sufficient ⁇ a sti ⁇ delay of the quantum efficiency of the active zone 18th Due to the large-area contact layer 22, a lower operating voltage is present when the laser diode is operated.
  • the electrically conductive region of the strip-like surface 14 is limited to the region of the web 4 by the two-sided strips of the intermediate layer 7. ⁇ the opposite, the contact layer 22, which is disposed on the first layer structure 15 to a larger width in the X-direction than the web. 4
  • Fig. 2 shows a partial section of a first execution ⁇ form the laser diode 1, wherein the layers of the first, second and third layered structure in the first and second intermediate portion 29, go into the form of an abrupt step at an angle of 90 ° 30.
  • the first layer structure 15 is arranged closer to the substrate 3 than the second and third layer structures 26, 27. This is achieved in that the intermediate layer 7, which is applied to the substrate 3, has a recess 34.
  • the intermediate layer 7 and the substrate 3 constitute a support.
  • the recess 34 has a predetermined length along the Z-axis, a predetermined width along the X-axis, and a predetermined depth along the Y-axis.
  • the length of the recess is greater than the width of the recess.
  • the width of the recess is greater than the depth of the recess.
  • the refractive index of the n-waveguide layers 17 is smaller than the refractive index of the active zone 18, so that a lateral indexing of the laser mode between the n-waveguide layers 17 of the second and the third layer structure 26, 27 in the first
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a laser diode 1, in which the layers of the first, second and third
  • Layer structure 15, 26,27 abruptly at an angle of 90 ° over the intermediate regions 29,30 into each other.
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 is arranged lower than the active zones 18 of the second or third layer structure 26, 27. In this embodiment, this is achieved by providing a second recess 35 in the substrate 3 the first layer structure 15 is constructed.
  • the intermediate layer 7 has been dispensed with. Independently of this, an intermediate layer 7 may also be arranged between the first cladding layer 16 of the second and the third layer structure 26, 27 in this embodiment.
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 is correspondingly displaced relative to the active zones 18 of the second and third layer structures 26, 27.
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 should at least partially, in particular completely against ⁇ over the active zones 18 of the second or third
  • Layer structure 26, 27 be moved to allow a lateral index guide.
  • a complete shift involves an arrangement of the active zone 18 of the first
  • Layer structure 15 at least the thickness of the active zone 18th
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a laser diode, wherein the first intermediate region 29 and the second intermediate region 30 are not made abrupt, but wider. This is achieved by the layers of the second
  • Layer structure 26 over a small angle, for example, 5 ° in the first intermediate region 29 in the layers of the first Shift layer structure 15. Accordingly, the layers of the first layer structure 15 also transition over a small angle of, for example, 5 ° in the second intermediate region 30 into the layers of the third layer structure 27.
  • the substrate 3 and the intermediate layer 7 constitute a carrier.
  • the inclined arrangement of the inner surfaces 36, 37 of the intermediate layer 7 forms corresponding intermediate regions 29, 30, in which the deposited layers likewise at a corresponding angle of, for example, 5 ° are arranged opposite the plane of the layers in the area of the ridge structure 23.
  • a step index is effected in lateral regions of the active region 18 of the first layer structure 15 adjacent to the septbe ⁇ rich 29,30, Thereby, a lateral guidance of the laser mode through the step index in the intermediate portions 29, 30 is achieved.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a laser diode 1, in which the layers of the first, second and third
  • Layer structure 15, 26, 27 are arranged as shown in FIG. 4. However, it has been dispensed with the intermediate layer 7.
  • the substrate 3 has a second recess 35, in which a third and a fourth inner surface 38, 39 of the second recess 35 are arranged at an angle of 5 ° with respect to the X-Z plane.
  • FIGS. 6 to 9 show various method steps of a method for producing a laser diode with an index guide by etching the substrate 3 in the region of the ridged structure.
  • 6 shows a cross section through a substrate 3, on which an etching mask 40 is applied.
  • the etch ⁇ mask 40 may be formed for example of photoresist, from a DIE lektrischen layer or metal.
  • the etch mask 40 defines an etch opening ⁇ 41.
  • a second off ⁇ recess is introduced into the surface of the substrate 3 35 through the etching opening 41, as shown in Fig. 7.
  • various etching methods can be used.
  • the etching mask 40 is removed and a substrate 3 having the second recess 35 is obtained, as shown in FIG. 8. Subsequently, the individual layers of the first, second and third layer structure 15, 26, 27 are successively, but for all three layer structures
  • the layers of the layer structures are applied by means of an epitaxial growth.
  • corresponding layers are deposited.
  • Fig. 9 shows an example of the structure of a laser diode 1, wherein as layers for the first, second and third
  • Layer structure 15, 26, 27, a first negatively doped cladding layer 16, an n-waveguide layer 17, an active Zo ⁇ ne 18, a p-waveguide layer 19, a blocking layer 20 for electrons, and a second positively doped cladding layer 21 ⁇ deposited were.
  • a contact layer 22 is deposited on the second cladding layer 21.
  • the second recess 35 has vertically arranged third and fourth inner surfaces 38, 39. Due to the vertical training of the third and fourth inner surface 38, 39 of the second recess 35, an abrupt transition in the first and second intermediate region 29,30 between the layers of the second layer structure 26 and the first layer structure 15 and between the first layer structure 15 and the third layer structure 27 during the deposition of the layers reached.
  • the transition of the layers is given according to the embodiment of FIG. 3.
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 is opposite the active zones 18 of the second or third
  • Layer structure 26, 27 in height at least partially, in particular ⁇ arranged at least deeper by the thickness of the active zone 18. In this way, the side regions of the active zone 18 of the first layer structure 1 at least partially adjoin the n-type waveguides 17 of the second and third layer structures 26, 27. Characterized a lateral index ⁇ guide the laser mode is accomplished in the first layer structure 15th
  • a lateral waveguide of the laser mode is achieved by an index change, in particular an index jump, without a
  • Multi-step epitaxy is required.
  • undefined etching steps can be avoided.
  • no undefined oxidation of aluminum-containing epi-layers is required.
  • damage can be avoided by etching.
  • a laser diode with increased long-term stability is provided.
  • the threshold current for operating the laser diode is reduced.
  • a large-area contact connection in the form of the contact layer 22 is possible in spite of the ridge structure or the lateral index guide.
  • a low operating voltage is sufficient to operate the laser diode.
  • FIGS. 10 to 14 show method steps of a further method for producing a laser diode, wherein a Index guide is achieved in that the substrate 3 is etched in the region of the second and third layer structure 26, 27.
  • 10 shows the method step in which a photomask 44 is applied to the substrate 3.
  • the photomask 44 defining a ⁇ tzmaskenö réelle 45.
  • the free surface of the substrate 3 in the region of the etching masks ⁇ opening 45 and the photomask be coated with an etching mask 40 ⁇ 44th
  • This process status is shown in FIG. 11.
  • the photomask 44 and the portions of the etching mask 40 disposed thereon are removed by a lift-off method.
  • a patterned etch mask 40 remains, as shown in FIG. 12.
  • the etching mask 40 covers a central region of the substrate 3, on which the first layer structure 15 is to be applied later.
  • ⁇ wd the etching mask is removed 40th
  • This process status is shown in FIG. 13.
  • the two second recesses 35 each have a vertical fourth inner surface 39.
  • the layers of the first, second and third layered structure 15, 26, 27 are subsequently but applied layer by layer at the same time for the first, second and third layered structure 15,26,27 and a laser diode 1, prepared as in Fig example using a epitakti ⁇ rule growth method. 14 is shown.
  • the layer structures 15, 26, 27 of FIG. 14 correspond to the layer structures of FIG. 9, but in this exemplary embodiment the active zone 18 of the first layer structure 15 is arranged higher than the active zones 18 of the second and third layer structures 26, 27.
  • This method offers the same advantages as the method of FIGS. 6 to 9.
  • FIGS. 15 to 18 show method steps of a further method for producing a laser diode 1.
  • FIG. 15 shows a substrate 3 on which an intermediate layer 7 is arranged , On the intermediate layer 7 is an etching mask 40 applied.
  • the etching mask 40 has an etching opening 41.
  • This process status is shown in FIG. 16.
  • ⁇ IOd the intermediate layer 7 is patterned by using an etching method, wherein a first recess is incorporated in the intermediate layer 7 and the surface 34 of the substrate 3 is exposed in the region of the first Ausneh ⁇ mung 34th
  • the substrate 3 and the intermediate layer 7 constitute a carrier. This state of the process is shown in FIG. 17. From ⁇ pending selected from executing a recess as shown in Fig.
  • first cladding layer may be provided which is struc ⁇ riert together with the intermediate layer 7 according to Figures 15 through 17th
  • the first cladding layer may strat between the sub 3 and the intermediate layer 7 or may be disposed on the intermediate layer ⁇ . 7
  • the layers for a laser diode 1 are successively applied to the arrangement of FIG. 17, so that the first, second and third layer structure 15, 26, 27 he will hold ⁇ , as shown in Fig. 18.
  • ers ⁇ te recess 34 is the first layer structure 15, which is arranged in the region of the ridge structure 23, offset from the second and the third layer structure 26 disposed 27th Since the first and the second inner surface 36, 37 of the ers ⁇ th recess 34 is ⁇ arranged perpendicular to the plane of the substrate 3, when depositing the layers of the
  • the intermediate layer 7 represents a layer which impedes the flow of an electric current, in particular prevents it. From ⁇ dependent on the chosen embodiment, the intermediate layer 7 may be formed, for example in the form of an insulating layer, for example in the form of undoped gallium nitride or undoped aluminum nitride. In addition, depending on the selected embodiment, the intermediate layer 7 may be formed as a p-type layer when the substrate 3 is formed as an n-type conductive material.
  • the intermediate layer 7 may be formed as an n-conductive layer when the substrate 3 is formed as a p-conductive material.
  • a blocking pn junction for current flow be- see the p-contact and the n-contact of the laser diode forms ⁇ out.
  • the laser diode of FIG. 18 has the advantage over the embodiments of FIGS. 9 and 14 that the current flow in the region of the active zone 18 is the first one
  • Figures 19 to 22 show method steps of a wide ⁇ ren method of manufacturing a laser diode 1, in which a substrate 3 is provided in Fig. 19, which is covered with an ERS th cladding layer 16.
  • the first cladding layer 16 may be, for example, negatively doped.
  • a barrier layer 7 is arranged on the first cladding layer 16.
  • an etching mask ⁇ is woked ⁇ be applied to the barrier layer 7 40 defining an etching aperture 41, provided DAR as in Fig. 20.
  • the etching mask 40 is removed and an arrangement as shown in FIG.
  • the substrate 3, the first cladding layer 16 and the interim ⁇ rule layer 7 illustrate a carrier.
  • the first cladding layer 16 may be angeord ⁇ net and above the intermediate layer 7.
  • the first cladding layer 16 is patterned together with the intermediate layer 7, ie, removed in the region of the etching opening 41.
  • the first and the second and the third layer structure 15, 26, 27 together epitaxially deposited layer by layer in the growth direction, ie in the Y axis, wherein in this embodiment, the layer structures have no first cladding layer 16, since these was already deposited in the previous process steps.
  • a laser diode 1 the laser diode 1 of Fig. 22 is designed in accordance with the laser ⁇ diode 1 of Fig. 18, wherein the barrier layer 7 is disposed under the second and the third layer structure 26,27 above the first cladding layer 16.
  • the intermediate layer 7 is formed, for example, as an electrically insulating layer.
  • FIGS. 23 to 27 describe method steps for producing a laser diode with an index guide by substrate etching and by providing a current limiting layer.
  • Figures 23 to 27 show method steps ei ⁇ nes method of manufacturing a laser diode, which is formed in accordance with FIG. 1A.
  • a substrate 3 be placed ⁇ riding on which a, for example, lithographically structured etching mask 40 is applied.
  • the etch mask 40 defines the width and length of the later-produced first layer structure. Subsequently, the side of the etching mask 40 respectively ⁇ a second recess incorporated on both sides 35 in the substrate 3, as shown in Fig.
  • a web 4 is machined out of the substrate 3.
  • an intermediate layer 7 is deposited on the free surfaces of the substrate 3 and on side surfaces 8, 9 of the web 4.
  • the side surfaces 8,9 are complete in the illustrated example covered with the intermediate layer 7.
  • the intermediate layer 7 is formed to limit current flow or bond to be ⁇ .
  • the intermediate layer 7 covers both the bottom surfaces of the second recesses 35 and the side surfaces 8, 9 of the web 4 of the substrate 3.
  • the intermediate layer 7 itself may be formed in the form of an insulating material.
  • the interlayer 7 can be made, for example, of undoped gallium nitride, undoped aluminum nitride, undoped indium gallium nitride, undoped aluminum gallium nitride or undoped aluminum indium nitride.
  • the intermediate layer may be in the form of a positively doped material 7, when the substrate 3 is of a negatively doped material be ⁇ .
  • a blocking pn contact layer is formed between the intermediate layer 7 and the substrate 3.
  • the positively doped intermediate layer 7 may be formed, for example, from gallium nitride, aluminum nitride, indium gallium nitride, aluminum gallium nitride or aluminum gallium nitride, indium, wherein the intermediate layer 7 is doped for example with magnesium or zinc. This process status is shown in FIG.
  • the intermediate layer 7 can be negatively doped and the substrate 3 can be positively doped.
  • the etching mask 40 is removed. This process status is shown in FIG. 26.
  • the intermediate layer 7 and the substrate 3 represent a carrier.
  • the layer sequence according to the desired structure of the laser diode is deposited on the upper side of the arrangement of FIG. 26. In this case, due to the structured surface, a laser diode according to FIG. 27 is obtained.
  • FIG. 28 shows a laser diode 1 which according to the laser Diode of FIG. 14 is formed and prepared by a corresponding method.
  • An etching mask 40 is applied to the contact layer 22 of the laser diode.
  • the ⁇ tzmas ⁇ ke 40 has further etching openings 46, 47.
  • the etching apertures 46,47 extend up to the contact layer 22 and are rich ⁇ over the first layer structure 15 at a predetermined distance disposed Be.
  • the etching openings 46, 47 are guided over the entire length of the laser diode 1.
  • the etch ⁇ openings 46,47 are arranged mirror-symmetrically to a center of the first layer structure 15th This process status is shown in FIG. 29.
  • the contact layer 22 in the region of the first and second further etching openings 46, 47 is removed by means of an etching process.
  • further recesses 48, 49 are introduced into the second cladding layer 21 of the first layer structure 15.
  • the etching mask 40 is covered with an insulating layer 50.
  • the further recesses 48, 49 of the second cladding layer 21 are filled.
  • a contact 51 on the ers ⁇ th layer structure 15 is obtained which has a smaller width than the first layer structure 15th This achieves a current limitation with respect to the width of the active zone 18 of the first layer structure 15.
  • This process status is shown in FIG.
  • the etching mask is then removed 40, which is formed at ⁇ play of photoresist using a lift-off method.
  • the insulating layer 50 which is arranged on the ⁇ tzmaske removed.
  • FIG. 32 a central region 52 of the contact layer 22 and the adjacent isolati ⁇ ons slaughter 50 which are arranged in the further recesses 48, 49, covered with a photoresist layer 52nd
  • a second insulation layer 53 is applied to the top of the arrangement.
  • This Ver ⁇ drive stand is shown in Fig. 34.
  • the photoresist layer 52 is removed and while in a central region of the second insulation layer ⁇ 53.
  • a p-metallization applied to the central region of the contact layer 22 28th This process status is shown in FIG. 35.
  • FIG. 36 shows a further embodiment of a laser diode 1, in which both in the second and in the third layer structure 26, 27 an intermediate layer 7 as well as in the first layer structure 15 an intermediate layer 7 is arranged.
  • the intermediate layer 7 is respectively disposed between the p-type waveguide 19 and the second cladding layer 21.
  • the intermediate layer 7 is formed as a current blocking layer, so that only one clotting ⁇ ger or no vertical current flow between the p-contact 22 and the substrate 3 can be made.
  • the intermediate layer 7 of the first layered structure 15 and the intermediate layers 7 of the second and third layered structures 26, 27 have different height positions with respect to the Y-axis.
  • the intermediate layer 7 of the first layer structure 15 is arranged above the intermediate layers 7 of the second and third layer structures 26, 27.
  • the difference in the height position is greater than the thickness of the intermediate layer 7.
  • the p-type waveguide 19 borders the first one
  • Layer structure 15 and its active zone 18 are concentrated. Corresponding current paths 54 are shown schematically in the form of arrows.
  • the intermediate layer 7 is formed as Isola ⁇ tion layer.
  • the active zone of the ers ⁇ th layer pattern 15 is higher than the active zones of the second and the third layer structure 26 disposed 27th
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 laterally adjoins the blocking layer 20 for electrons.
  • the electron blocking layer 20 has a smaller refractive index, thereby providing lateral guidance of the laser mode is reached.
  • a defined current path is specified differently by providing the current-blocking intermediate layer 7, the current flow in the area of the first
  • Layer structure 15 concentrated. As a result, charge carrier losses are reduced. In addition, an increase in Quan ⁇ ten Fischsgrades is achieved.
  • the substrate 3 has in this embodiment a web 4 according to the embodiment of FIG. 1A.
  • Layer structure 26 and the third layer structure 27 constructed as shown in FIG. 1A may be provided between the active zone 18 and the blocking layer 20, which layer is positively doped.
  • the p-waveguide 19 is angeord ⁇ net in the layer structure on the blocking layer 20.
  • the intermediate layer 7 is brought on ⁇ .
  • the second cladding layer 21 which is positively doped.
  • an n-type metallization 56 is applied on the underside of the substrate 3.
  • FIG. 37 shows a further embodiment of a laser diode 1, in which the substrate 3 has a recess 35 in which the first layer structure 15 is partially arranged.
  • Layer structure 15, 26, 27 have the same layer sequence, wherein the sequence of layers of the first layer structure 15 ge ⁇ geninate the layer sequences of the second and third
  • Layer structure is arranged lower in height. Adjacent to the substrate 3 there is provided a spacer layer 55, an intermediate layer 7, a first cladding layer 16, an n-waveguide layer 17, an active zone 18, a p-waveguide layer 19, a second cladding layer 21 and a contact layer 22. On the underside of the electrically conductive substrate 3, an n-type metallization 56 is applied. A current flow is due to the arrangement of the intermediate layer 7, which is designed as a current blocking layer, according to the current paths 54, which are shown in the form of arrows, concentrated in the region of the active zone 18 of the first layer structure 15. Also by this arrangement, a latera ⁇ le waveguide structure is achieved without a Ridgenowung.
  • the laser mode is laterally indexed by the height offset between the first layer structure 15 and the second and third layer structures 26, 27 arranged on both sides.
  • the active zone 18 of the first layer structure 15 adjoins the first cladding layer 16 laterally.
  • the first cladding layer 16 has a lower refractive index than the active zone 18.
  • the intermediate layer acting as a current blocking layer 7 current paths 54 for the current flow.
  • the current flow is concentrated on the region of the active zone 18 of the first layer structure 15. As a result, carrier losses are reduced. In addition, an increase in quantum efficiency is thereby achieved.
  • FIGS. 36 and 37 may also have intermediate regions 29, 30 between the first layer structure 15 and the second layer structure 26 and / or between the first layer structure 15 and the third layer structure 27 with inclined layers arranged analogously to FIGS and 5 are arranged.
  • the angle of inclination of the layers in the intermediate regions may be between 5 ° and 90 °.
  • the layers in the intermediate regions 29, 30 are arranged parallel to one another.
  • the determination of the inclination, ie of the inclination angle of the layers in the intermediate regions, is achieved by a corresponding design of the inclination surfaces of the side surfaces of the web 4 or of the intermediate layer 7 or the side layer. surfaces or inner surfaces of the first or recess 34, 35 set.
  • the blocking layer 20 can be dispensed with in the described exemplary embodiments.
  • further layers may be provided between the active zone, the waveguide layers, and the cladding layers.
  • the active region 18 may, for example be a quantum well structure ⁇ forms.
  • the active zone can also be designed as a pn junction.
  • the transition in an intermediate region abruptly with a 90 ° angle and in the other intermediate area at an angle of 5 °.
  • all other different angular ranges between 5 ° and 90 ° for the transition in the two intermediate areas are possible.
  • laser diodes can be produced with different material systems.
  • the proposed methods offer advantages for producing an index-guided Ridgewellenleiter laser diode.
  • the proposed methods can dispense with the use of an etch stop layer in the aluminum-indium-gallium nitride material system.
  • the described methods and the described embodiments can also be applied to other material systems such as e.g. Gallium arsenide or indium phosphide based laser diodes.
  • the proposed methods for the production of the laser diode have the advantage that a multi-stage Ridgeussien can be dispensed with intermediate controls.
  • damage to the active zone which may occur during etching of the ridge structure, especially during dry etching, and which can lead to absorption centers, leakage current paths and device stability problems, can be avoided.
  • slight variations in the Caribbeanset ⁇ Zung cause the layers to be etched on a wafer or wafer-to-wafer at different Ridgefordraten. This caused ⁇ tztiefenschwankache and associated high scattering of the laser parameters are thus avoided.
  • the proposed methods have the advantage that an index-guided laser diode is provided, wherein kei ⁇ ne Ridge technology and no complicated multiple epitaxy with a plurality of epitaxy and etching steps are required. This results in advantages in terms of a low operating voltage through a large contact area. In addition, no time-consuming epitaxial overgrowth is erfor ⁇ sary. Furthermore, it is possible to dispense with the elaborate ride set.
  • the methods described have the advantage that a structuring of the component for Ausbil ⁇ dung a shifted in the height position over the edge regions Ridge structure takes place prior to forming the active zone. The structuring can take place in the epitaxy region under the active zone.
  • these indexdefinie ⁇ Rende etching can be performed directly in the substrate.
  • an epitaxial auxiliary layer deposited on the substrate may be etched.
  • an n-side current aperture can also be integrated.
  • an n-type substrate can be partially non-conductive ge ⁇ makes, including Moreover, by diffusion or implantation, etc. to be etched an auxiliary layer undoped (non-conducting tend) are formed or p-doped, so that in the non-etched area ge ⁇ a blocking pn junction is formed.
  • the intermediate layer 7 can also be integrated directly into the substrate 3, in particular in FIG. 37, by rendering the substrate 3 non-conductive in the corresponding surface regions.
  • the formation of the non-current-conducting intermediate layer 7 can be produced for example by a corresponding diffusion or implantation.
  • the substrate 3 is usually formed n-type.
  • the structuring methods can also be applied to the substrate, on which a first cladding layer 16 and an n-waveguide layer 17 have already been applied.
  • the structuring process will be carried out according to, wherein a Ausneh ⁇ mung or a ridge formed on the already deposited layer, and then further layers are epitaxially deposited with the acti ⁇ ven zone.
  • the intermediate layer 7 may be epitaxially deposited.
  • Layer growth of the intermediate layer 7 are installed.
  • the dopant is essentially incorporated at lattice sites.
  • a concentration of dopant is reduced to interstitial sites and in particular avoided.
  • a migration of the dopant is reduced in the active region during operation of the laser diode, in particular vermie ⁇ .
  • non-radiative recombination of charge carriers in the active zone is reduced, in particular avoided. This increases the efficiency of the laser diode. To ⁇ the risk of additional heating is reduced.
  • the intermediate layer 7 is, for example, positively doped semiconductor layer and adjacent to at least one ⁇ negatively doped, in particular between two negatively doped semi- conductor layers arranged. In this way, a blocking ⁇ the pn junction is generated, which impedes or prevents current flow.
  • the intermediate layer 7 may be disposed adjacent to the first cladding layer 16, and / or adjacent to the n-waveguide layer 17.
  • the interim ⁇ rule layer 7 can be between the substrate 3 and the first cladding layer 16 or ⁇ disposed in the first cladding layer sixteenth
  • the intermediate layer 7 can be arranged in the n-waveguide layer 17 or between the first cladding layer 16 and the n-waveguide layer 17 or between the n-waveguide layer 17 and the active zone 18.
  • the described laser diode can be used in particular for an AlGalnN system, in particular for laser diodes which generate visible light.
  • a basic idea of the present methods is that before the deposition of the active zone, a structuring of the surface of the layer arrangement takes place, so that in a later deposition of the layers with the active zone, the active zone in a ridging region in a different height position compared to the active zones the edge regions is arranged. As a result of this different height position, a change in the refractive index is achieved in the lateral regions, in particular in the intermediate regions between the ridge structure and the edge regions, so that a lateral guidance of the laser mode is produced in the region of the active zone of the Ridge Modell.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserdiode (1) mit einer Schichtanordnung mit aufeinander angeordneten Schichten, wobei die Schichtanordnung eine erste, eine zweite und eine dritte Schichtstruktur (15, 26, 27) mit wenigstens einer aktiven Zone (18) und zwei Wellenleiterschichten (16, 17) umfasst, wobei die aktive Zone (18) zwischen den zwei Wellenleiterschichten (16, 17) angeordnet ist, mit einer ersten Schichtstruktur (15), wobei sich die erste Schichtstruktur entlang einer Z-Achse in einer Längsrichtung, entlang einer X-Achse in einer Querrichtung und entlang einer Y-Achse in einer Höhenrichtung erstreckt, mit einer zweiten und einer dritten Schichtstruktur (26, 27), die entlang der Z-Achse an gegenüberliegenden Längsseiten der ersten Schichtstruktur angeordnet sind, und an die erste Schichtstruktur (15) angrenzen, wobei die aktive Zone der ersten Schichtstruktur (15) in der Höhe versetzt gegenüber den aktiven Zonen (18) der zweiten und der dritten Schichtstruktur (26, 27) angeordnet ist. Die aktive Zone (18) ist zwischen einem p-Kontakt (28) und einem n-Kontakt (56) angeordnet, wobei seitlich der ersten Schichtstruktur (15) eine Zwischenschicht (7) in der zweiten und der dritten Schichtstruktur (26, 27) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht (7) als elektrisch sperrende Schicht ausgebildet ist, die einen Stromfluss erschwert oder unterbindet, und wobei die Zwischenschicht (7) zwischen der aktiven Zone (18) und dem n-Kontakt (56) angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Laserdiode.

Description

LASERDIODE
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Laserdiode gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode gemäß Patentanspruch 12.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 104 206.1, deren Offenbarungsge¬ halt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Im Stand der Technik sind Laserdioden bekannt, die eine
Ridgestruktur aufweisen und die Lasermode seitlich über einen Indexsprung geführt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte La¬ serdiode mit einer seitlichen Indexführung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit einer seitlichen Indexführung bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Laserdiode gemäß Pa¬ tentanspruch 1 und durch das Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Ein Vorteil der Laserdiode besteht darin, dass die Lebensdau- er der Laserdiode verbessert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die aktive Zone nicht durch ein Ätzverfahren für eine seitliche Indexführung strukturiert wird. Dadurch werden mög¬ liche Beschädigungen der aktiven Zone durch das Ätzverfahren vermieden. Weiterhin weist die Laserdiode eine bessere Span- nungsversorgung auf, da ein großflächiger Kontaktanschluss möglich ist. Weiterhin kann die Laserdiode mithilfe eines einfacheren Herstellungsverfahrens hergestellt werden, da eine seitliche In¬ dexführung der Lasermode erreicht wird, ohne dass eine Ätzung einer Ridgestruktur erforderlich ist. Zudem kann bei der vor- geschlagenen Laserdiode auf eine aufwändige Passivierungsöff- nung auch bei einer schmalen ersten Schichtstruktur verzichtet werden.
Die vorgeschlagene Laserdiode weist im Bereich der ersten Schichtstruktur und in den zwei lateral angrenzenden weiteren Schichtstrukturen jeweils eine aktive Zone auf, wobei die ak¬ tiven Zonen der ersten Schichtstruktur in der Höhe versetzt gegenüber wenigstens einer aktiven Zone der weiteren
Schichtstrukturen angeordnet ist.
Auf diese Weise wird eine Laserdiode bereitgestellt, bei der die seitliche Indexführung durch den Höhenversatz zwischen der aktiven Zone der Schichtstrukturen erreicht wird. In einer Ausführungsform sind die aktiven Zonen der seitlich angeordneten weiteren Schichtstrukturen auf gleicher Höhe angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßige seitliche Führung der Lasermode erreicht. Die aktive Zone ist zwischen einem n- Kontakt und einen p-Kontakt angeordnet. Die Zwischenschicht ist seitlich der ersten Schichtstruktur und zwischen der aktiven Zone und dem n-Kontakt angeordnet. Dabei kann die Zwi¬ schenschicht in der ersten und in der zweiten Schichtstruktur angeordnet sein. Dadurch wird ein Stromfluss im ersten und im zweiten Seitenbereich erschwert, insbesondere unterbunden. Auf diese Weise wird eine Konzentration des Stromflusses durch die aktive Zone der ersten Schichtstruktur bewirkt.
Die Zwischenschicht ist insbesondere zwischen der aktiven Zo¬ ne und einer n-dotierten Schicht angeordnet, insbesondere im Bereich der n-dotierten Schichten angeordnet. Wegen der höheren Leitfähigkeit der n-dotierten Halbleiterschichten führt eine Stromeinengung durch die Zwischenschicht im Bereich der n-dotierten Schichten zu einem geringeren Abfall der Bauteilspannung der Laserdiode.
Die Zwischenschicht kann insbesondere als epitaktisch abge- schiedene Schicht ausgebildet sein. Zudem kann die Zwischen¬ schicht eine Dotierung aufweisen, die beim epitaktischen Abscheiden mithilfe eines Dotierstoffes erzeugt wurde.
In einer Ausführungsform ist die aktive Zone der ersten
Schichtstruktur um wenigstens die Dicke der aktiven Zone der Schichtstruktur gegenüber den aktiven Zonen der weiteren Schichtstrukturen in der Höhe versetzt angeordnet. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der seitlichen Indexführung der Lasermode erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Schichtstruktur in einer Ausnehmung eines Trägers wenigstens teilweise angeordnet. Auch mit dieser Anordnung wird eine seitliche Führung der Lasermoden aufgrund einer Änderung des Brechungs- index erreicht.
In einer weiteren Ausführung weist die erste Schichtstruktur, die zweite Schichtstruktur und die dritte Schichtstruktur je- weils die aktive Zone und zwei Wellenleiterschichten auf, wo¬ bei die aktive Zone zwischen den zwei Wellenleiterschichten angeordnet ist. Dadurch wird eine verbesserte Führung der La¬ sermoden erreicht. In einer weiteren Ausführung weisen die erste Schichtstruktur, die zweite Schichtstruktur und die dritte Schichtstruktur jeweils die aktive Zone, die Wellenleiterschichten und eine erste und eine zweite Mantelschicht auf, die an die ers¬ te bzw. die zweite Wellenleiterschicht angrenzen. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der seitlichen Modenführung erreicht . In einer Ausführung weist der elektrische p-Kontakt in der X- Richtung eine breitere Ausdehnung als der elektrisch leitende Steg auf, über den die erste Schichtstruktur mit dem n- Kontakt elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise kann eine geringere Leitfähigkeit des p-Kontaktes ausgegli¬ chen werden und trotzdem eine Konzentration des Stromflusses in der aktiven Zone erreicht werden.
In einer weiteren Ausführung weist der p-Kontakt in der Brei- te, d.h. in der X-Richtung eine kleinere Ausdehnung als die erste Schichtstruktur auf. Beispielsweise ist der p-Kontakt mittig zur Breite der ersten Schichtstruktur angeordnet. Somit wird eine weitere Konzentration des Stromflusses auf ei¬ nen Mittenbereich in Bezug auf die Breite der ersten
Schichtstruktur erreicht.
In einer weiteren Ausführung weisen die zweite und die dritte Schichtstruktur eine zweite bzw. eine dritte Zwischenschicht auf, wobei die Zwischenschichten ausgebildet sind, um den Stromfluss wenigstens zu reduzieren oder zu verhindern. Auch auf diese Weise wird eine Konzentration des Stromflusses im Bereich der ersten Schichtstruktur unterstützt. Die zweite und die dritte Zwischenschicht können auf gleicher Höhe ange¬ ordnet sein.
In einer weiteren Ausführung weist die erste Schichtstruktur eine erste Zwischenschicht auf, wobei die Zwischenschicht ausgebildet ist, um den Stromfluss wenigstens zu reduzieren oder zu verhindern. Die erste Zwischenschicht der ersten Schichtstruktur ist in der Höhe versetzt gegenüber der zweiten Zwischenschicht der zweiten Schichtstruktur und gegenüber der dritten Zwischenschicht der dritten Schichtstruktur angeordnet. Auch auf diese Weise wird eine Konzentration des Stromflusses im Bereich der ersten Schichtstruktur unter- stützt.
In einer weiteren Ausführung sind die zweite und die dritte Schichtstruktur über einen Zwischenbereich mit der ersten Schichtstruktur verbunden. Die Schichten des Zwischenbereiches sind in einem Winkel zwischen 5° und 90° geneigt zur Ebene der aktiven Zone der ersten Schichtstruktur, d.h. gegenüber der Z-Y-Ebene geneigt angeordnet. Die Schichten des Zwischenbereiches sind parallel zueinander angeordnet.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Fig. 1A einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Laserdiode,
Fig. 1B eine Ansicht auf die Laserdiode der Fig. 1A von oben, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teilausschnitt einer La¬ serdiode mit einer abrupten Stufe mit einer Sperrschicht, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Laser- diode mit einer abrupten Stufe ohne Sperrschicht,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Laserdiode mit einer Sperrschicht und mit einem rampenartigen Übergang zwischen der ersten Schichtstruktur und der angrenzenden zweiten bzw. dritten Schichtstruktur,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Laserdiode mit einem rampenartigen Übergang zwischen der ersten Schichtstruktur und den angrenzenden Schichtstrukturen,
Figuren 6 bis 9 Verfahrensschritte zur Herstellung einer La¬ serdiode mit einer Indexführung durch eine Ätzung des Sub- strates im Bereich der ersten Schichtstruktur,
Figuren 10 bis 14 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Ätzung des Substrates in den Seitenbereichen,
Figuren 15 bis 18 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch Ätzung einer Zwischenschicht,
Figuren 19 bis 22 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch Ätzung eines Schicht- paketes mit einer Mantelschicht und einer leitenden bzw.
nichtleitenden StrombegrenzungsSchicht,
Figuren 23 bis 27 Verfahrensschritte für die Herstellung ei¬ ner Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Substratät- zung und Aufbringung einer Zwischenschicht,
Figuren 28 bis 31 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Substratätzung und einer p-seitigen Strombegrenzung,
Figuren 32 bis 35 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Substratätzung und eine Strombegrenzung auf der p-Seite,
Fig. 36 einen Querschnitt durch eine Laserdiode mit einer In¬ dexführung durch eine Substratätzung eine Strombegrenzung auf der p-Seite, und
Fig. 37 einen Querschnitt durch eine Laserdiode mit einer In¬ dexführung durch eine Substratätzung und eine Strombegrenzung auf der n-Seite zeigt.
Fig. 1A zeigt in einer schematischen Darstellung einen Quer- schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Laserdiode 1. Die Laserdiode 1 weist eine n-Metallisierung 56 auf, auf dem ein elektrisch leitendes Substrat 3 angeordnet ist. Das Sub¬ strat 3 stellt einen Träger dar. Anstelle des Substrates 3 kann auch jede andere Art von elektrisch leitendem Material, insbesondere Halbleitermaterial vorgesehen sein, das einen
Träger bildet. Das Substrat 3 weist einen Steg 4 auf, der in der Höhe entlang einer Y-Achse über Seitenbereiche 5, 6 des Substrates 3 nach oben hinausragt und sich in der Länge ent¬ lang einer Z-Achse erstreckt. Zudem weist der Steg 4 eine festgelegte Breite entlang einer X-Achse auf. Die Z-Achse, Y- Achse und X-Achse stehen jeweils senkrecht aufeinander. Die erste und die zweite Seitenfläche 5, 6, die seitlich des Ste¬ ges 4 eine Oberseite des Substrates 3 darstellen, sind mit einer Zwischenschicht 7 bedeckt. Dadurch wird der Steg 4 um die beidseitig angeordneten Zwischenschichten 7, die gering oder nicht elektrisch leitend sind, verbreitert. Zudem sind eine erste und eine zweite seitliche Fläche 8, 9 des Steges 4, die senkrecht zur X-Z-Ebene angeordnet sind, mit der Zwi- schenschicht 7 bedeckt. Eine Oberfläche 10 des Steges 4, die parallel zur X-Z-Ebene angeordnet ist, und weitere Oberflä¬ chen 12, 13 der Zwischenschicht 7, die an die Oberfläche 10 angrenzen und parallel zur X-Z-Ebene angeordnet sind, bilden eine streifenartige Oberfläche 14. Von der streifenartigen
Oberfläche 14 ist nur der in der X-Richtung schmälere Bereich der Oberfläche 10, die durch den Steg 4 gebildet wird, elektrisch leitend. Auf der streifenartigen Oberfläche 14 ist eine erste Schichtstruktur 15 mit mehreren Schichten angeord- net. Die erste Schichtstruktur 15 weist eine erste negativ dotierte Mantelschicht 16 auf, die auf der streifenartigen Oberfläche 14 angeordnet ist. Auf der ersten Mantelschicht 16 ist ein negativ dotierter Wellenleiter 17 angeordnet. Auf dem negativ dotierten Wellenleiter 17 ist eine aktive Zone 18 an- geordnet. Auf der aktiven Zone 18 ist ein positiv dotierter
Wellenleiter 19 angeordnet. Auf dem positiv dotierten Wellenleiter 19 ist eine Blockierschicht 20 für Elektronen angeord¬ net. Auf der Blockierschicht 20 ist eine zweite, positiv do¬ tierte Mantelschicht 21 angeordnet. Auf der zweiten Mantel- schicht 21 ist eine Kontaktschicht 22 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Blockierschicht 20 auch in dem positiv dotierten Wellenleiter 19 angeordnet sein . Die erste Schichtstruktur 15 definiert eine Ridgestruktur 23. Neben der Ridgestruktur 23 sind ein erster Seitenbereich 24 und ein zweiter Seitenbereich 25 vorgesehen. Im ersten Seitenbereich 24 ist eine zweite Schichtstruktur 26 angeordnet. Die zweite Schichtstruktur 24 weist eine erste negativ do- tierte Mantelschicht 16 auf, die auf einer Oberfläche der Zwischenschicht 7 angeordnet ist. Auf der ersten Mantel¬ schicht 16 ist ein negativ dotierter Wellenleiter 17 angeordnet. Auf dem negativ dotierten Wellenleiter 17 ist eine aktive Zone 18 angeordnet. Auf der aktiven Zone 18 ist ein posi- tiv dotierter Wellenleiter 19 angeordnet. Auf dem positiv dotierten Wellenleiter 19 ist eine Blockierschicht 20 für
Elektronen angeordnet. Auf der Blockierschicht 20 ist eine zweite, positiv dotierte Mantelschicht 21 angeordnet. Auf der zweiten Mantelschicht 21 ist eine Kontaktschicht 22 angeord¬ net. Die Kontaktschicht 22 kann eine p-Kontaktschicht dar¬ stellen. Die zweite Schichtstruktur 26 grenzt mit einem Seitenbereich an die erste Schichtstruktur 15 an. Die zweite Schichtstruktur 26 weist den gleichen Aufbau wie die erste Schichtstruktur 15 auf, ist jedoch in der Höhe in Bezug auf das Substrat 3 tiefer als die erste Schichtstruktur 15 ange¬ ordnet . Im zweiten Seitenbereich 25 ist eine dritte Schichtstruktur
27 vorgesehen. Die dritte Schichtstruktur 27 weist eine erste negativ dotierte Mantelschicht 16 auf, die auf einer Oberflä¬ che der Zwischenschicht 7 angeordnet ist. Auf der ersten Man¬ telschicht 16 ist ein negativ dotierter Wellenleiter 17 ange- ordnet. Auf dem negativ dotierten Wellenleiter 17 ist eine aktive Zone 18 angeordnet. Auf der aktiven Zone 18 ist ein positiv dotierter Wellenleiter 19 angeordnet. Auf dem positiv dotierten Wellenleiter 19 ist eine Blockierschicht 20 für Elektronen angeordnet. Auf der Blockierschicht 20 ist eine zweite, positiv dotierte Mantelschicht 21 angeordnet. Die
Blockierschicht 20 kann auch im p dotierten Wellenleiter 19 angeordnet sein. Auf der zweiten Mantelschicht 21 ist eine Kontaktschicht 22 angeordnet. Die dritte Schichtstruktur 27 ist entsprechend der ersten Schichtstruktur 15 ausgebildet, jedoch in Bezug auf die Höhenposition niedriger in Bezug auf das Substrat 3 angeordnet ist. Somit ist die erste
Schichtstruktur 15 um einen vorgegebenen Höhenunterschied 33 gegenüber der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26,27 höher angeordnet. Die zweite und die dritte Schichtstruktur 26,27 sind auf gleicher Höhe angeordnet.
Die erste, die zweite und die dritte Schichtstruktur 15, 26, 27 sind mit einer p-Metallisierung 28 bedeckt. Die erste Schichtstruktur 15 geht über einen ersten Zwischenbereich 29 in die zweite Schichtstruktur 26 über. Die erste
Schichtstruktur 15 geht über einen zweiten Zwischenbereich 30 in die dritte Schichtstruktur 27 über. Zudem weist die erste Schichtstruktur 15 gegenüber der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 einen Höhenunterschied 33 im Bereich von 20 nm bis 500 nm, vorzugsweise von 30 nm bis 400 nm, vor¬ zugsweise von 50 nm bis 300 nm auf. Insbesondere ist die ak¬ tive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 gegenüber der ak- tiven Zone 18 der zweiten Schichtstruktur 26 und/oder gegenüber der aktiven Zone 18 der dritten Schichtstruktur 27 im Bereich von 20 nm bis 500 nm, vorzugsweise von 30 nm bis 400 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 300 nm in der Höhe versetzt angeordnet. Durch den Höhenunterschied 33 zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und den angrenzenden zweiten und dritten
Schichtstrukturen 26, 27 wird eine seitliche Indexführung erreicht. Dadurch wird eine geringere Streuung des Laser¬ schwellstroms, eine größere Steilheit und ein besseres Kink- Verhalten erreicht.
Zudem können die einzelnen Schichten der drei Schichtstrukturen 15, 26, 27 abhängig von einem Neigungswinkel der
Schichtstrukturen im ersten und zweiten Zwischenbereich 29, 30 entweder aneinander angrenzen oder miteinander in Form von durchgehenden Schichten miteinander verbunden sein. Durch den Höhenversatz zwischen der aktiven Zone 18 der Ridgestruktur 23 und den aktiven Zonen 18 des ersten und zweiten Seitenbereiches 24,25 wird eine seitliche Indexführung der durch die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 erzeugten Licht- Strahlung erreicht. Die aktive Zone ist somit zwischen einem n-Kontakt und einen p-Kontakt angeordnet, wobei der n-Kontakt und der p-Kontakt durch entsprechende Schichten gebildet wer¬ den, die mit der n-Metallisierung bzw. mit der p- Metallisierung elektrisch leitend verbunden sind und auf der n-Seite bzw. der p-Seite in Bezug auf die aktive Zone ange¬ ordnet sind.
Fig. 1B zeigt eine schematische Darstellung der Laserdiode 1 von oben mit Blick auf die Ridgestruktur 23, den ersten Sei- tenbereich 24 und den zweiten Seitenbereich 25. In dieser Ansicht wurde auf die Darstellung der p-Metallisierung 28 verzichtet. Die Laserdiode kann als kantenemittierende Laserdio¬ de ausgebildet sein, wobei das von der aktiven Zone erzeugte Laserlicht in der Ridgestruktur 13 seitlich geführt wird und an gegenüber liegenden Spiegelflächen wenigstens teilweise reflektiert wird. An Kanten der Laserdiode 1 sind an gegen¬ über liegenden Enden eine erste bzw. eine zweite Spiegelflä- chen 42,43 vorgesehen, an denen das Laserlicht wenigstens teilweise reflektiert bzw. ausgekoppelt wird.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann bei der Laserdiode 1 auch auf die Zwischenschicht 7 verzichtet werden. Die Zwischenschicht 7 weist eine geringe elektrische Leitfä¬ higkeit auf oder ist elektrisch isolierend ausgebildet. Die Zwischenschicht 7 dient als elektrische Widerstandsschicht oder Sperrschicht, die ein Fließen des elektrischen Stromes über die Seitenbereiche 24, 25 reduzieren und insbesondere verhindern soll. Bei Verzicht auf die Zwischenschicht 7 weist die erste Schichtstruktur 15 die gleiche Breite wie der Steg 4 des Substrates 3 auf. Die Schichten der ersten, zweiten und dritten Schichtstruktur 15, 26, 27 werden jeweils gleichzeitig abgeschieden. Die Form der Schichten der Schichtstruktu- ren 15, 26, 27 in den Zwischenbereichen 29, 30 hängt dabei von den Neigungswinkeln der Seitenflächen 31, 32 der Zwischenschicht 7 ab, die die streifenartige Oberfläche 14 auf beiden Seiten entlang der Z-Achse begrenzen. Wurde auf die Ausbildung der Zwischenschicht 7 vollständig oder wenigstens im Bereich der ersten und zweiten seitlichen Fläche 8,9 des
Steges 4 verzichtet, so wird der Aufbau der Schichtstrukturen im Bereich des ersten und des zweiten Zwischenbereiches 29, 30 durch die Neigungswinkel der ersten und zweiten Seitenflä¬ che 8,9 des Steges 4 vorgegeben, die entlang der Z-Achse den Steg 4 seitlich begrenzen.
Die Neigungswinkel der ersten und der zweiten Seitenfläche 8,9 des Steges 4 oder der Seitenflächen 31,32 der Zwischenschicht 7 können im Bereich zwischen 5° und 90°, vorzugsweise zwischen 20° und 88°, insbesondere zwischen 40° und 85° in Bezug auf die X-Z-Ebene angeordnet sein. Die zweite Zwischenschicht 7 im ersten und im zweiten Seiten¬ bereich 23,24 verhindert eine Undefinierte Aufweitung des Stromflusses außerhalb der aktiven Zone 18 der ersten
Schichtstruktur 15. Somit liegt ein definierter Strompfad in der ersten Schichtstruktur 15 vor, sodass Ladungsträgerverluste reduziert bzw. minimiert sind. Dadurch wird eine Stei¬ gerung des Quantenwirkungsgrades der aktiven Zone 18 er¬ reicht. Durch die großflächige Kontaktschicht 22 liegt beim Betreiben der Laserdiode eine geringere Betriebsspannung vor. Zudem wird durch die beidseitigen Streifen der Zwischenschicht 7 der elektrisch leitende Bereich der streifenartigen Oberfläche 14 auf den Bereich des Steges 4 eingegrenzt. Dem¬ gegenüber weist die Kontaktschicht 22, die auf der ersten Schichtstruktur 15 angeordnet ist, eine größere Breite in der X-Richtung als der Steg 4 auf.
Fig. 2 zeigt einen Teilausschnitt einer ersten Ausführungs¬ form der Laserdiode 1, bei der die Schichten der ersten, zweiten und dritten Schichtstruktur im ersten und zweiten Zwischenbereich 29, 30 in Form einer abrupten Stufe mit einem Winkel von 90° übergehen. Zudem ist in der dargestellten Ausführungsform die erste Schichtstruktur 15 näher am Substrat 3 angeordnet als die zweite und die dritte Schichtstruktur 26, 27. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zwischenschicht 7, die auf dem Substrat 3 aufgebracht ist, eine Ausnehmung 34 aufweist. Die Zwischenschicht 7 und das Substrat 3 stellen einen Träger dar. Die Ausnehmung 34 weist eine festgelegte Länge entlang der Z-Achse, eine festgelegte Breite entlang der X-Achse und eine festgelegte Tiefe entlang der Y-Achse auf. In der dargestellten Ausführung ist die Länge der Ausnehmung größer als die Breite der Ausnehmung. Zudem ist die Breite der Ausnehmung größer als die Tiefe der Ausnehmung. In der Ausnehmung 34 ist die erste Mantelschicht 16 der ersten Schichtstruktur 15 angeordnet. Die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 ist seitlich von den n-
Wellenleiterschichten 17 der zweiten und der dritten
Schichtstruktur 26, 27 begrenzt. Der Brechungsindex der n- Wellenleiterschichten 17 ist kleiner als der Brechungsindex der aktiven Zone 18, sodass eine seitliche Indexführung der Lasermode zwischen den n-Wellenleiterschichten 17 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 in der ersten
Schichtstruktur 15 erreicht wird.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode 1, bei der die Schichten der ersten, zweiten und dritten
Schichtstruktur 15, 26,27 abrupt mit einem Winkel von 90° über die Zwischenbereiche 29,30 ineinander übergehen. Auch bei dieser Ausführungsform ist die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 tiefer angeordnet als die aktiven Zonen 18 der zweiten oder der dritten Schichtstruktur 26, 27. In dieser Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass im Substrat 3 eine zweite Ausnehmung 35 vorgesehen ist, in der die erste Schichtstruktur 15 aufgebaut ist. In dieser Ausführungsform ist auf die Zwischenschicht 7 verzichtet worden. Unabhängig davon kann auch in dieser Ausführungsform eine Zwischenschicht 7 zwischen der ersten Mantelschicht 16 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 angeordnet sein. Abhängig von der Tiefe der ersten Ausnehmung 34 und der Tiefe der zweiten Ausnehmung 35 ist die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 entsprechend gegenüber der aktiven Zonen 18 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 verschoben. Die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 sollte wenigstens teilweise, insbesondere vollständig gegen¬ über den aktiven Zonen 18 der zweiten oder dritten
Schichtstruktur 26, 27 verschoben sein, um eine seitliche Indexführung zu ermöglichen. Eine vollständige Verschiebung beinhaltet eine Anordnung der aktiven Zone 18 der ersten
Schichtstruktur 15 um mindestens die Dicke der aktiven Zone 18.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode, wobei der erste Zwischenbereich 29 und der zweite Zwischenbe- reich 30 nicht abrupt, sondern breiter ausgeführt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schichten der zweiten
Schichtstruktur 26 über einen kleinen Winkel, beispielsweise 5° im ersten Zwischenbereich 29 in die Schichten der ersten Schichtstruktur 15 übergehen. Entsprechend gehen die Schichten der ersten Schichtstruktur 15 ebenfalls über einen kleinen Winkel von beispielsweise 5° im zweiten Zwischenbereich 30 in die Schichten der dritten Schichtstruktur 27 über. Dies wird dadurch erreicht, dass beispielsweise die Sperrschicht 7, die auf dem Substrat 3 angeordnet ist, entsprechend ge¬ neigt angeordnete Innenflächen 36, 37 aufweist, die die erste Ausnehmung 34 seitlich begrenzen. Das Substrat 3 und die Zwischenschicht 7 stellen einen Träger dar. Beim Abscheiden der Schichten wird durch die geneigte Anordnung der Innenflächen 36, 37 der Zwischenschicht 7 entsprechende Zwischenbereiche 29, 30 gebildet, in denen die abgeschiedenen Schichten ebenfalls in einem entsprechenden Winkel von beispielsweise 5° gegenüber der Ebene der Schichten im Bereich der Ridgestruk- tur 23 angeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform wird ein Indexsprung in seitlichen Bereichen der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 angrenzend an die Zwischenbe¬ reiche 29,30 bewirkt, Dadurch wird eine seitliche Führung der Lasermode durch den Indexsprung in den Zwischenbereichen 29, 30 erreicht.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode 1, bei der die Schichten der ersten, zweiten und dritten
Schichtstruktur 15, 26, 27 gemäß Fig. 4 angeordnet sind. Es wurde jedoch auf die Zwischenschicht 7 verzichtet. Dafür weist das Substrat 3 eine zweite Ausnehmung 35 auf, bei der eine dritte und eine vierte Innenfläche 38, 39 der zweiten Ausnehmung 35 in einem Winkel von 5° gegenüber der X-Z-Ebene angeordnet sind. Somit wird beim Abscheiden der Schichten der ersten, zweiten und dritten Schichtstruktur 15, 26, 27 ebenfalls ein erster Seitenbereich 24 mit ebenen Schichten, ein erster Zwischenbereich 29 mit geneigt angeordneten Schichten, eine Ridgestruktur 23 mit eben angeordneten Schichten, ein zweiter Zwischenbereich 30 mit geneigt angeordneten Schichten und ein zweiter Seitenbereich 25 mit eben angeordneten
Schichten erzeugt. Auch bei dieser Ausführungsform wird eine seitliche Führung der Lasermode in der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 durch die geneigt angeordneten aktiven Zonen 18 der Zwischenbereiche 29, 30 erreicht.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen verschiedene Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Ätzung des Substrats 3 im Bereich der Ridgestruktur . Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Substrat 3, auf dem eine Ätzmaske 40 aufgebracht ist. Die Ätz¬ maske 40 kann beispielsweise aus Fotolack, aus einer die- lektrischen Schicht oder aus Metall gebildet sein. Die Ätz¬ maske 40 begrenzt eine Ätzöffnung 41. In einem folgenden Verfahrensschritt wird über die Ätzöffnung 41 eine zweite Aus¬ nehmung 35 in die Oberfläche des Substrates 3 eingebracht, wie in Fig. 7 dargestellt. Zur Einbringung der zweiten Aus- nehmung 35 können verschiedene Ätzverfahren eingesetzt werden. Anschließend wird die Ätzmaske 40 entfernt und es wird ein Substrat 3 mit der zweiten Ausnehmung 35 erhalten, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Anschließend werden die einzelnen Schichten der ersten, zweiten und dritten Schichtstruktur 15, 26, 27 nacheinander, aber für alle drei Schichtstrukturen
15,26,27 gleichzeitig abgeschieden. Insbesondere werden die Schichten der Schichtstrukturen mithilfe eines epitaktischen AufWachsens aufgebracht. Abhängig von der gewünschten Ausführungsform der Laserdiode werden entsprechende Schichten abge- schieden.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Laserdiode 1, wobei als Schichten für die erste, zweite und dritte
Schichtstruktur 15, 26, 27 eine erste negativ dotierte Man- telschicht 16, eine n-Wellenleiterschicht 17, eine aktive Zo¬ ne 18, eine p-Wellenleiterschicht 19, eine Blockierschicht 20 für Elektronen, und eine zweite positiv dotierte Mantel¬ schicht 21 abgeschieden wurden. Zudem ist auf der zweiten Mantelschicht 21 eine Kontaktschicht 22 abgeschieden.
In der dargestellten Ausführungsform weist die zweite Ausnehmung 35 senkrecht angeordnete dritte und vierte Innenflächen 38, 39 auf. Durch die senkrechte Ausbildung der dritten und vierten Innenfläche 38, 39 der zweiten Ausnehmung 35 wird beim Abscheiden der Schichten ein abrupter Übergang im ersten und zweiten Zwischenbereich 29,30 zwischen den Schichten der zweiten Schichtstruktur 26 und der ersten Schichtstruktur 15 bzw. zwischen der der ersten Schichtstruktur 15 und der dritten Schichtstruktur 27 erreicht. Der Übergang der Schichten ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gegeben. Die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 ist gegenüber den aktiven Zonen 18 der zweiten oder dritten
Schichtstruktur 26, 27 in der Höhe wenigstens teilweise, ins¬ besondere wenigstens um die Dicke der aktiven Zone 18 tiefer angeordnet. Auf diese Weise grenzen die Seitenbereiche der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 1 wenigstens teilweise an die n-Wellenleiter 17 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 an. Dadurch wird eine seitliche Index¬ führung der Lasermode in der ersten Schichtstruktur 15 erreicht .
Durch das Verfahren der Figuren 6 bis 9 wird eine seitliche Wellenführung der Lasermode durch eine Indexänderung, insbesondere einen Indexsprung erreicht, ohne dass eine
Mehrschrittepitaxie erforderlich ist. Zudem kann auf eine Ridgeätzung verzichtet werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, unterschiedliche Materialien mit einem Ätzschritt zu definieren. Dadurch können Undefinierte Ätzstufen vermieden werden. Zudem ist keine Undefinierte Aufoxidation von alumi- niumhaltigen Epischichten erforderlich. Dadurch können Beschädigungen durch Ätzverfahren vermieden werden. Somit wird eine Laserdiode mit einer erhöhten Langzeitstabilität bereit- gestellt. Zudem wird der Schwellstrom zum Betreiben der Laserdiode reduziert. Weiterhin ist ein großflächiger Kontakt- anschluss in Form der Kontaktschicht 22 trotz der Ridgestruk- tur bzw. der seitlichen Indexführung möglich. Damit reicht eine geringe Betriebsspannung zum Betreiben der Laserdiode aus.
Die Figuren 10 bis 14 zeigen Verfahrensschritte eines weite¬ ren Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiode, wobei eine Indexführung dadurch erreicht wird, dass das Substrat 3 im Bereich der zweiten und dritten Schichtstruktur 26, 27 geätzt wird. Fig. 10 zeigt den Verfahrensschritt, bei dem auf das Substrat 3 eine Fotomaske 44 aufgebracht ist. Die Fotomaske 44 begrenzt eine Ätzmaskenöffnung 45. Anschließend wird die freie Oberfläche des Substrates 3 im Bereich der Ätzmasken¬ öffnung 45 und die Fotomaske 44 mit einer Ätzmaske 40 be¬ schichtet. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 11 dargestellt. Daraufhin wird die Fotomaske 44 und die darauf angeordneten Bereiche der Ätzmaske 40 mithilfe eines Lift-off-Verfahrens entfernt. Somit verbleibt eine strukturierte Ätzmaske 40, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Die Ätzmaske 40 bedeckt einen mittigen Bereich des Substrates 3, auf den später die erste Schichtstruktur 15 aufgebracht werden soll. Anschließend wer- den mithilfe eines Ätzverfahrens zwei zweite Ausnehmungen 35 in seitliche Oberflächenbereiche des Substrates 3 einge¬ bracht, die nicht von der Ätzmaske 40 bedeckt sind. Anschlie¬ ßend wird die Ätzmaske 40 entfernt. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 13 dargestellt. Die zwei zweiten Ausnehmungen 35 weisen jeweils eine senkrechte vierte Innenfläche 39 auf.
Anschließend werden beispielsweise mithilfe eines epitakti¬ schen Aufwachsverfahrens die Schichten der ersten, zweiten und dritten Schichtstruktur 15, 26, 27 schichtweise aber gleichzeitig für die erste, zweite und dritte Schichtstruktur 15,26,27 aufgebracht und eine Laserdiode 1 hergestellt, wie in Fig. 14 dargestellt. Die Schichtstrukturen 15,26,27 der Fig. 14 entsprechen den Schichtstrukturen der Fig. 9, wobei jedoch in diesem Ausführungsbeispiel die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 höher als die aktiven Zonen 18 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 angeordnet ist. Dieses Verfahren bietet die gleichen Vorteile wie das Verfahren der Figuren 6 bis 9. Die Figuren 15 bis 18 zeigen Verfahrensschritte eines weite¬ ren Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiode 1. Bei Fig. 15 ist ein Substrat 3 gezeigt, auf dem eine Zwischenschicht 7 angeordnet ist. Auf der Zwischenschicht 7 wird eine Ätzmaske 40 aufgebracht. Die Ätzmaske 40 weist eine Ätzöffnung 41 auf. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 16 dargestellt. Anschlie¬ ßend wird mithilfe eines Ätzverfahrens die Zwischenschicht 7 strukturiert, wobei eine erste Ausnehmung 34 in die Zwischen- schicht 7 eingebracht wird und im Bereich der ersten Ausneh¬ mung 34 die Oberfläche des Substrates 3 freigelegt wird. Das Substrat 3 und die Zwischenschicht 7 stellen einen Träger dar. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 17 dargestellt. Ab¬ hängig von der gewählten Ausführung kann auch in das Substrat 3 im Bereich der Ätzöffnung 41 eine Ausnehmung wie in Fig. 7 eingebracht werden. Zudem kann zusätzlich zur Zwischenschicht 7 eine erste Mantelschicht vorgesehen sein, die zusammen mit der Zwischenschicht 7 gemäß den Figuren 15 bis 17 struktu¬ riert wird. Die erste Mantelschicht kann zwischen dem Sub- strat 3 und der Zwischenschicht 7 oder auf der Zwischen¬ schicht 7 angeordnet sein.
Anschließend werden auf die Anordnung der Fig. 17 die Schichten für eine Laserdiode 1 nacheinander aufgebracht, sodass die erste, zweite und dritte Schichtstruktur 15, 26, 27 er¬ halten werden, wie in Fig. 18 dargestellt ist. Durch die ers¬ te Ausnehmung 34 ist die erste Schichtstruktur 15, die im Bereich der Ridgestruktur 23 angeordnet ist, versetzt gegenüber der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 angeord- net. Da die erste und die zweite Innenfläche 36, 37 der ers¬ ten Ausnehmung 34 senkrecht zur Ebene des Substrates 3 ange¬ ordnet sind, wird beim Abscheiden der Schichten der
Schichtstrukturen ein abrupter Übergang zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Schichtstruktur 15, 26, 27 er- zeugt. Die Verschiebung in der Höhenposition ist so groß, dass die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 seit¬ lich von den n-Wellenleiterschichten 17 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 begrenzt wird. Die Zwischenschicht 7 stellt eine Schicht dar, die das Fließen eines elektrischen Stromes erschwert, insbesondere unterbindet. Ab¬ hängig von der gewählten Ausführungsform kann die Zwischenschicht 7 beispielsweise in Form einer isolierenden Schicht ausgebildet sein, z.B. in Form von undotiertem Galliumnitrid oder undotiertem Aluminiumnitrid. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Zwischenschicht 7 als p- leitende Schicht ausgebildet sein, wenn das Substrat 3 als n- leitendes Material ausgebildet ist. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Zwischenschicht 7 als n- leitende Schicht ausgebildet sein, wenn das Substrat 3 als p- leitendes Material ausgebildet ist. Somit wird in diesen Aus¬ führungsformen zwischen der Zwischenschicht 7 und dem Substrat 3 ein sperrender pn-Übergang für einen Stromfluss zwi- sehen dem p-Kontakt und dem n-Kontakt der Laserdiode ausge¬ bildet. Die Laserdiode der Fig. 18 weist gegenüber den Aus¬ führungsformen der Figuren 9 und 14 den Vorteil auf, dass der Stromfluss im Bereich der aktiven Zone 18 der ersten
Schichtstruktur 15 konzentriert wird.
Abhängig vom Neigungswinkel der ersten und der zweiten Innenfläche 36, 37 der ersten Ausnehmung 34 können unterschiedlich steile bzw. abrupte Übergänge zwischen den Schichtstrukturen 15, 26, 27 erzeugt werden, wie anhand der Figuren 2 bis 5 schematisch für zwei ausgewählte Winkel dargestellt wurde. Somit kann auch bei den Verfahren gemäß den Figuren 6 bis 9 bzw. 10 bis 14 oder den Figuren 15 bis 18 entsprechend ge¬ neigt angeordnete Zwischenbereiche 29, 30 gemäß den Figuren 4 und 5 erzeugt werden. Die Neigungswinkel der Schichten der Zwischenbereiche 29,30 können zwischen 5° und 90° liegen.
Die Figuren 19 bis 22 zeigen Verfahrensschritte eines weite¬ ren Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiode 1, wobei bei Fig. 19 ein Substrat 3 bereitgestellt ist, das mit einer ers- ten Mantelschicht 16 bedeckt ist. Die erste Mantelschicht 16 kann beispielsweise negativ dotiert sein. Auf der ersten Mantelschicht 16 ist eine Sperrschicht 7 angeordnet. Anschlie¬ ßend wird auf die Sperrschicht 7 eine Ätzmaske 40 aufge¬ bracht, die eine Ätzöffnung 41 begrenzt, wie in Fig. 20 dar- gestellt. Daraufhin wird mithilfe der Ätzmaske 40 die Zwi¬ schenschicht 7 strukturiert, d.h. im Bereich der Ätzöffnung 41 entfernt. Anschließend wird die Ätzmaske 40 entfernt und es wird eine Anordnung erhalten, wie in Fig. 21 dargestellt ist. Das Substrat 3, die erste Mantelschicht 16 und die Zwi¬ schenschicht 7 stellen einen Träger dar. Zudem kann die erste Mantelschicht 16 auch oberhalb der Zwischenschicht 7 angeord¬ net sein. In dieser Ausführung wird die erste Mantelschicht 16 zusammen mit der Zwischenschicht 7 strukturiert, d.h. im Bereich der Ätzöffnung 41 entfernt.
Bei folgenden Verfahrensschritten werden die erste und die zweite und die dritte Schichtstruktur 15, 26, 27 gemeinsam Schicht für Schicht in der Wachstumsrichtung, d.h. in der Y- Achse nacheinander epitaktisch abgeschieden, wobei in dieser Ausführungsform die Schichtstrukturen keine erste Mantelschicht 16 aufweisen, da diese bereits bei den vorhergehenden Verfahrensschritten abgeschieden wurde. Somit wird eine Laserdiode 1 Die Laserdiode 1 der Fig. 22 ist gemäß der Laser¬ diode 1 der Fig. 18 ausgebildet, wobei die Sperrschicht 7 im Bereich der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26,27 oberhalb der ersten Mantelschicht 16 angeordnet ist. In die¬ ser Ausführungsform ist die Zwischenschicht 7 z.B. als elektrisch isolierende Schicht ausgebildet.
Die Figuren 23 bis 27 beschreiben Verfahrensschritte zum Herstellen einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Substratätzung und durch das Vorsehen einer Strombegrenzungs- Schicht. Die Figuren 23 bis 27 zeigen Verfahrensschritte ei¬ nes Verfahrens zur Herstellung einer Laserdiode, die gemäß Fig. 1A ausgebildet ist. Bei Fig. 23 wird ein Substrat 3 be¬ reitgestellt, auf das eine z.B. lithografisch strukturierte Ätzmaske 40 aufgebracht wird. Die Ätzmaske 40 definiert die Breite und Länge der später erzeugten ersten Schichtstruktur. Anschließend wird mithilfe der Ätzmaske 40 seitlich der Ätz¬ maske 40 auf beiden Seiten jeweils eine zweite Ausnehmung 35 in das Substrat 3 eingebracht, wie in Fig. 24 dargestellt ist. Dabei wird ein Steg 4 aus dem Substrat 3 herausgearbei- tet. Bei einem folgenden Verfahrensschritt wird eine Zwi¬ schenschicht 7 auf die freien Oberflächen des Substrates 3 und auf Seitenflächen 8,9 des Steges 4 abgeschieden. Die Seitenflächen 8,9 sind in dem dargestellten Beispiel vollständig mit der Zwischenschicht 7 bedeckt. Die Zwischenschicht 7 ist ausgebildet, um einen Stromfluss zu begrenzen bzw. zu unter¬ binden. Die Zwischenschicht 7 bedeckt sowohl die Bodenflächen der zweiten Ausnehmungen 35 als auch die Seitenflächen 8,9 des Steges 4 des Substrates 3. Dabei kann die Zwischenschicht 7 selbst in Form eines isolierenden Materials ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform kann die Zwischenschicht 7 z.B. aus undotiertem Galliumnitrid, undotiertem Aluminiumnitrid, undotiertem Indium-Galliumnitrid, undotiertem Alumi- nium-Galliumnitrid oder undotiertem Aluminium-Indium-
Galliumnitrid gebildet sein. Zudem kann die Zwischenschicht 7 in Form eines positiv dotierten Materials ausgebildet sein, wenn das Substrat 3 aus einem negativ dotierten Material be¬ steht. Somit wird eine sperrende pn-Kontaktschicht zwischen der Zwischenschicht 7 und dem Substrat 3 ausgebildet. In die¬ ser Ausführungsform kann die positiv dotierte Zwischenschicht 7 z.B. aus Galliumnitrid, Aluminiumnitrid, Indium- Galliumnitrid, Aluminium-Galliumnitrid oder Aluminium-Indium- Galliumnitrid gebildet sein, wobei die Zwischenschicht 7 z.B. mit Magnesium oder Zink dotiert ist. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 25 dargestellt. Ebenso kann die Zwischenschicht 7 negativ dotiert und das Substrat 3 positiv dotiert sein.
Bei einem folgenden Verfahrensschritt wird die Ätzmaske 40 entfernt. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 26 dargestellt. Die Zwischenschicht 7 und das Substrat 3 stellen einen Träger dar. Anschließend wird die Schichtfolge gemäß dem gewünschten Aufbau der Laserdiode auf die Oberseite der Anordnung der Fig. 26 abgeschieden. Dabei wird aufgrund der strukturierten Oberfläche eine Laserdiode gemäß der Fig. 27 erhalten. Die Schichtfolgen der ersten, zweiten und der dritten
Schichtstruktur 15, 26, 27 sind gleich und entsprechen der Schichtfolge der Laserdiode 1 der Fig. 1A. Die Figuren 28 bis 31 zeigen ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit einer Indexführung durch eine Substratätzung und eine Strombegrenzungsschicht auf der p- Seite. Fig. 28 zeigt eine Laserdiode 1, die gemäß der Laser- diode der Fig. 14 ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt wurde. Auf die Kontaktschicht 22 der Laserdiode wird eine Ätzmaske 40 aufgebracht. Die Ätzmas¬ ke 40 weist weitere Ätzöffnungen 46, 47 auf. Die Ätzöffnungen 46,47 reichen bis zu der Kontaktschicht 22 und sind im Be¬ reich über der ersten Schichtstruktur 15 in einem vorgegebenen Abstand angeordnet. Die Ätzöffnungen 46,47 sind über die gesamte Länge der Laserdiode 1 geführt. Zudem sind die Ätz¬ öffnungen 46,47 spiegelsymmetrisch zu einer Mitte der ersten Schichtstruktur 15 angeordnet. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 29 dargestellt.
Anschließend wird mithilfe der Ätzmaske 40 die Kontaktschicht 22 im Bereich der ersten und zweiten weiteren Ätzöffnung 46, 47 mithilfe eines Ätzverfahrens entfernt. Zudem werden weite¬ re Ausnehmungen 48, 49 in die zweite Mantelschicht 21 der ersten Schichtstruktur 15 eingebracht. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 30 dargestellt. Anschließend wird die Ätzmaske 40 mit einer Isolationsschicht 50 bedeckt. Dabei werden auch die weiteren Ausnehmungen 48, 49 der zweiten Mantelschicht 21 aufgefüllt. Auf diese Weise wird ein Kontakt 51 auf der ers¬ ten Schichtstruktur 15 erhalten, der eine geringere Breite als die erste Schichtstruktur 15 aufweist. Damit wird eine Strombegrenzung in Bezug auf die Breite der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 erreicht. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 31 dargestellt. Anschließend wird mithilfe eines Lift-off-Verfahrens die Ätzmaske 40 entfernt, die bei¬ spielsweise aus Fotolack gebildet ist. Dabei wird auch die Isolationsschicht 50, die auf der Ätzmaske angeordnet ist, entfernt. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 32 dargestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt wird ein mittlerer Bereich 52 der Kontaktschicht 22 und die angrenzenden Isolati¬ onsschichten 50, die in den weiteren Ausnehmungen 48, 49 angeordnet sind, mit einer Fotolackschicht 52 bedeckt. Im fol- genden Verfahrensschritt wird eine zweite Isolationsschicht 53 auf die Oberseite der Anordnung aufgebracht. Dieser Ver¬ fahrensstand ist in Fig. 34 dargestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt wird die Fotolackschicht 52 entfernt und dabei in einem Mittenbereich auch die zweite Isolations¬ schicht 53. Anschließend wird eine p-Metallisierung 28 auf den Mittenbereich der Kontaktschicht 22 aufgebracht. Dieser Verfahrensstand ist in Fig. 35 dargestellt.
Fig. 36 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode 1, bei der sowohl in der zweiten als auch in der dritten Schichtstruktur 26, 27 eine Zwischenschicht 7 als auch in der ersten Schichtstruktur 15 eine Zwischenschicht 7 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Zwischenschicht 7 jeweils zwischen dem p-Wellenleiter 19 und der zweiten Mantelschicht 21 angeordnet. Die Zwischenschicht 7 ist als Stromsperrschicht ausgebildet, sodass nur ein gerin¬ ger oder kein senkrechter Stromfluss zwischen dem p-Kontakt 22 und dem Substrat 3 erfolgen kann. Jedoch weisen die Zwischenschicht 7 der ersten Schichtstruktur 15 und die Zwischenschichten 7 der zweiten und dritten Schichtstruktur 26, 27 unterschiedliche Höhenpositionen in Bezug auf die Y-Achse auf. In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist die Zwischen- schicht 7 der ersten Schichtstruktur 15 oberhalb der Zwischenschichten 7 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 angeordnet. Der Unterschied in der Höhenposition ist größer als die Dicke der Zwischenschicht 7. Somit grenzen in dieser Ausführungsform der p-Wellenleiter 19 der ersten
Schichtstruktur 15 seitlich an die zweite Mantelschicht 21 der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 an. Auf diese Weise kann durch diese Grenzfläche ein Stromfluss zwi¬ schen dem p-Kontakt 22 in Richtung auf die erste
Schichtstruktur 15 und deren aktive Zone 18 konzentriert wer- den. Entsprechende Strompfade 54 sind in Form von Pfeilen schematisch dargestellt. Die Zwischenschicht 7 ist als Isola¬ tionsschicht ausgebildet. Zudem ist die aktive Zone der ers¬ ten Schichtstruktur 15 höher als die aktiven Zonen der zweiten und der dritten Schichtstruktur 26, 27 angeordnet. Die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 grenzt seitlich an die Blockierschicht 20 für Elektronen an. Die Blockierschicht 20 für Elektronen weist einen kleineren Brechungsindex auf, sodass eine seitliche Führung der Lasermode dadurch erreicht wird. Zudem wird durch das Vorsehen der stromsperrenden Zwischenschicht 7 ein definierter Strompfad vorgege¬ ben, der den Stromfluss in dem Bereich der ersten
Schichtstruktur 15 konzentriert. Dadurch werden Ladungsträ- gerverluste reduziert. Zudem wird eine Steigerung des Quan¬ tenwirkungsgrades erreicht.
Das Substrat 3 weist in dieser Ausführungsform einen Steg 4 entsprechend Ausführungsform der Fig. 1A auf. Zudem sind die Schichten der ersten Schichtstruktur 15, der zweiten
Schichtstruktur 26 und der dritten Schichtstruktur 27 gemäß Fig. 1A aufgebaut. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zwischen der aktiven Zone 18 und der Blockierschicht 20 eine Spacerschicht 55 vorgesehen sein, die positiv dotiert ist. In der dargestellten Ausführung ist in der Schichtstruktur auf der Blockierschicht 20 der p-Wellenleiter 19 angeord¬ net. Auf dem p-Wellenleiter 19 ist die Zwischenschicht 7 auf¬ gebracht. Anschließend folgt die zweite Mantelschicht 21, die positiv dotiert ist. Zudem ist auf der Unterseite des Sub- strates 3 eine n-Metallisierung 56 aufgebracht.
Fig. 37 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode 1, bei der das Substrat 3 eine Ausnehmung 35 aufweist, in der die erste Schichtstruktur 15 teilweise angeordnet ist. Der Schichtaufbau der ersten, der zweiten und der dritten
Schichtstruktur 15, 26, 27 weisen die gleiche Schichtfolge auf, wobei die Schichtfolge der ersten Schichtstruktur 15 ge¬ genüber den Schichtfolgen der zweiten und der dritten
Schichtstruktur in der Höhe tiefer angeordnet ist. Angrenzend an das Substrat 3 ist eine Spacerschicht 55 vorgesehen, eine Zwischenschicht 7, eine erste Mantelschicht 16, eine n- Wellenleiterschicht 17, eine aktive Zone 18, eine p- Wellenleiterschicht 19, eine zweite Mantelschicht 21 und eine Kontaktschicht 22 auf. Auf der Unterseite des elektrisch lei- tenden Substrates 3 ist eine n-Metallisierung 56 aufgebracht. Ein Stromfluss wird aufgrund der Anordnung der Zwischenschicht 7, die als Stromsperrschicht ausgebildet ist, gemäß den Strompfaden 54, die in Form von Pfeilen dargestellt sind, in den Bereich der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 konzentriert. Auch durch diese Anordnung wird eine latera¬ le Wellenleiterstruktur ohne eine Ridgeätzung erreicht. Es erfolgt eine seitliche Indexführung der Lasermode durch den Höhenversatz zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und den beidseitig angeordneten zweiten und dritten Schichtstrukturen 26, 27. Die aktive Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 grenzt seitlich an die erste Mantelschicht 16 an. Die erste Mantelschicht 16 weist einen geringeren Brechungsindex als die aktive Zone 18 auf.
Weiterhin werden durch das Vorsehen der als Stromsperrschicht wirkenden Zwischenschicht 7 definierte Strompfade 54 für den Stromfluss vorgegeben. Der Stromfluss ist auf den Bereich der aktiven Zone 18 der ersten Schichtstruktur 15 konzentriert. Dadurch werden Ladungsträgerverluste reduziert. Zudem wird dadurch eine Steigerung des Quantenwirkungsgrades erreicht.
Die Ausbildungsformen der Figuren 36 und 37 können auch Zwi- schenbereiche 29, 30 zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und der zweiten Schichtstruktur 26 und/oder zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und der dritten Schichtstruktur 27 mit geneigt angeordneten Schichten aufweisen, die analog zu den Figuren 4 und 5 angeordnet sind. Dabei kann der Neigungswin- kel der Schichten in den Zwischenbereichen zwischen 5° und 90° liegen. Die Schichten in den Zwischenbereichen 29, 30 sind parallel zueinander angeordnet.
Ebenso kann auch die Ausbildungsform der Figuren 9, 14, 35, 27, 22, 18 Zwischenbereiche 29, 30 zwischen der ersten
Schichtstruktur 15 und der zweiten Schichtstruktur 26 und/oder zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und der dritten Schichtstruktur 27 mit geneigt angeordneten Schichten aufweisen. Die Festlegung der Neigung, d.h. des Neigungswin- kels der Schichten in den Zwischenbereichen wird durch eine entsprechende Ausbildung der Neigungsflächen der Seitenflächen des Steges 4 bzw. der Zwischenschicht 7 oder der Seiten- flächen bzw. Innenflächen der ersten bzw. Ausnehmung 34, 35 festgelegt .
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann in den be- schriebenen Ausführungsbeispielen auf die Blockierschicht 20 verzichtet werden. Zudem können in den verschiedenen Ausführungsbeispielen weitere Schichten zwischen der aktiven Zone, den Wellenleiterschichten, und den Mantelschichten vorgesehen sein. Weiterhin kann in den beschriebenen Ausführungsbeispie- len auch auf einzelne Schichten verzichtet werden. Die aktive Zone 18 kann beispielsweise als Quanten-Well-Struktur ausge¬ bildet sein. Zudem kann die aktive Zone auch als pn-Übergang ausgebildet sein. Zudem kann bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Übergang zwischen der ersten
Schichtstruktur 15 und der zweiten Schichtstruktur 26 im ersten Zwischenbereich 29 in einem anderen Winkel erfolgen als der Übergang zwischen der ersten Schichtstruktur 15 und der dritten Schichtstruktur 27 im zweiten Zwischenbereich 30. Beispielsweise kann der Übergang in einem Zwischenbereich ab- rupt mit einem 90° Winkel und im anderen Zwischenbereich in einem Winkel von 5° übergehen. Es sind jedoch auch alle anderen unterschiedlichen Winkelbereiche zwischen 5° und 90° für den Übergang in den zwei Zwischenbereichen möglich. Mithilfe der beschriebenen Verfahren können Laserdioden mit verschiedenen Materialsystemen hergestellt werden. Insbesondere im Materialsystem Aluminium-Indium-Galliumnitrid bieten die vorgeschlagenen Verfahren Vorteile zur Herstellung einer indexgeführten Ridgewellenleiter-Laserdiode auf. Durch die vorgeschlagenen Verfahren kann auf die Verwendung einer Ätzstoppschicht im Aluminium-Indium-Galliumnitrid-Materialsystem verzichtet werden. Jedoch können die beschriebenen Verfahren und die beschriebenen Ausführungsformen auch auf andere Materialsysteme wie z.B. Galliumarsenid- oder Indiumphosphid- basierte Laserdioden angewendet werden.
Die vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung der Laserdiode weisen den Vorteil auf, dass auf ein mehrstufiges Ridgeätzen mit Zwischenkontrollen verzichtet werden kann. Somit können Beschädigungen der aktiven Zone, die beim Ätzen der Ridge- struktur auftreten können, insbesondere beim Trockenätzen, und die zu Absorptionszentren, Leckstrompfaden und Bauteil- Stabilitätsproblemen führen können, vermieden werden. Zudem wird vermieden, dass leichte Schwankungen in der Zusammenset¬ zung der zu ätzenden Schichten über einem Wafer oder von Wafer zu Wafer zu unterschiedlichen Ridgeätzraten führen. Dadurch bedingte Ätztiefenschwankungen und damit verbundene hohe Streuungen der Laserparameter werden somit vermieden.
Weiterhin wird durch die vorgeschlagenen Verfahren vermieden, dass ein Aufoxidieren der Halbleiteroberfläche bei Zwischen¬ kontrollen während des Ätzverfahrens auftreten. Somit wird die Bauteilausfallrate verbessert.
Die vorgeschlagenen Verfahren weisen den Vorteil auf, dass eine indexgeführte Laserdiode bereitgestellt wird, wobei kei¬ ne Ridgetechnologie und keine aufwändige Mehrfachepitaxie mit mehreren Epitaxieschritten und Ätzschritten erforderlich sind. Daraus ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer geringen Betriebsspannung durch eine großflächige Kontaktfläche. Zudem ist kein aufwändiges epitaktisches Überwachsen erfor¬ derlich. Weiterhin kann auf das aufwändige Ridgeätzen ver- ziehtet werden. Die beschriebenen Verfahren weisen den Vorteil auf, dass eine Strukturierung des Bauteils zur Ausbil¬ dung einer in der Höhenposition gegenüber den Randbereichen verschobenen Ridgestruktur vor dem Ausbilden der aktiven Zone erfolgt. Die Strukturierung kann im Epitaxiebereich unter der aktiven Zone erfolgen. Vorzugsweise kann diese indexdefinie¬ rende Ätzung direkt im Substrat erfolgen. Alternativ kann eine auf dem Substrat abgeschiedene epitaktische Hilfsschicht geätzt werden. Für eine großflächige Kontaktanschlussfläche kann zusätzlich eine n-seitige Stromblende integriert werden. Dazu kann ein n-leitendes Substrat partiell nichtleitend ge¬ macht werden, z.B. durch Diffusion oder Implantation usw. Zudem kann eine zu ätzende Hilfsschicht undotiert (nichtlei- tend) oder p-dotiert ausgebildet werden, sodass im nicht ge¬ ätzten Bereich ein sperrender pn-Übergang entsteht.
Die Zwischenschicht 7 kann insbesondere beim Fig. 37 auch in das Substrat 3 direkt integriert werden, indem das Substrat 3 in den entsprechenden Oberflächenbereichen nichtleitend gemacht wird. Die Ausbildung der nicht Strom leitenden Zwischenschicht 7 kann beispielsweise durch eine entsprechende Diffusion oder Implantation erzeugt werden. Das Substrat 3 ist in der Regel n-leitend ausgebildet.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Verfahren zur Strukturierung auch auf das Substrat angewendet werden, auf dem bereits eine erste Mantelschicht 16 und eine n- Wellenleiterschicht 17 aufgebracht sind. Die Strukturierungs- verfahren werden entsprechend ausgeführt, wobei eine Ausneh¬ mung oder ein Steg auf der bereits abgeschiedenen Schicht ausgebildet und anschließend weitere Schichten mit der akti¬ ven Zone epitaktisch abgeschieden werden.
Bei allen Ausführungsformen kann die Zwischenschicht 7 epitaktisch abgeschieden werden. Dabei kann abhängig von der gewählten Ausführung ein Dotierstoff für eine gewünschte Dotie¬ rung der Zwischenschicht 7 beim Abscheiden, d.h. beim
Schichtwachstum der Zwischenschicht 7 eingebaut werden. Dabei wird der Dotierstoff im Wesentlichen auf Gitterplätzen eingebaut. Dadurch wird eine Konzentration von Dotierstoff auf Zwischengitterplätzen reduziert und insbesondere vermieden. Somit wird eine Migration von Dotierstoff in die aktive Zone beim Betrieb der Laserdiode reduziert, insbesondere vermie¬ den. Dadurch wird eine nichtstrahlende Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Zone reduziert, insbesondere vermieden. Dadurch wird die Effizienz der Laserdiode erhöht. Zu¬ dem wird die Gefahr einer zusätzlichen Erwärmung reduziert.
Die Zwischenschicht 7 ist beispielsweise positiv dotiert und angrenzend an wenigstens eine negativ dotierte Halbleiter¬ schicht, insbesondere zwischen zwei negativ dotierten Halb- leiterschichten angeordnet. Auf diese Weise wird ein sperren¬ der pn-Übergang erzeugt, der einen Stromfluss erschwert oder unterbindet. Die Zwischenschicht 7 kann angrenzend an die erste Mantelschicht 16, und/oder angrenzend an die n- Wellenleiterschicht 17 angeordnet sein. Dabei kann die Zwi¬ schenschicht 7 zwischen dem Substrat 3 und der ersten Mantel¬ schicht 16 oder in der ersten Mantelschicht 16 angeordnet sein. Zudem kann die Zwischenschicht 7 in der n- Wellenleiterschicht 17 oder zwischen der ersten Mantelschicht 16 und der n-Wellenleiterschicht 17 oder zwischen der n- Wellenleiterschicht 17 und der aktiven Zone 18 angeordnet sein .
Die beschriebene Laserdiode kann insbesondere für ein AlGalnN System, insbesondere für Laserdioden, die sichtbares Licht erzeugen, eingesetzt werden.
Eine Grundidee der vorliegenden Verfahren besteht darin, dass vor dem Abscheiden der aktiven Zone eine Strukturierung der Oberfläche der Schichtanordnung erfolgt, sodass bei einer späteren Abscheidung der Schichten mit der aktiven Zone die aktive Zone in einem Ridgebereich in einer unterschiedlichen Höhenposition im Vergleich zu den aktiven Zonen der Randbereiche angeordnet ist. Durch diese unterschiedliche Höhenpo- sition wird in den seitlichen Bereichen, insbesondere in den Zwischenbereichen zwischen der Ridgestruktur und den Randbereichen eine Veränderung des Brechungsindex erreicht, sodass eine seitliche Führung der Lasermode im Bereich der aktiven Zone der Ridgestruktur erzeugt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE
1 Laserdiode
3 Substrat
4 Steg
5 erste Seitenfläche
6 zweite Seitenfläche
7 Zwischenschicht
8 erste seitliche Fläche
9 zweite seitliche Fläche
10 Oberfläche
12 zweite Oberfläche
13 dritte Oberfläche
14 streifenartige Oberfläche
15 erste Schichtstruktur
16 erste Mantelschicht
17 n-Wellenleiterschicht
18 aktive Zone
19 p-Wellenleiterschicht
20 Blockierschicht
21 zweite Mantelschicht
22 Kontaktschicht
23 Ridgestruktur
24 erster Seitenbereich
25 zweiter Seitenbereich
26 zweite Schichtstruktur
27 dritte Schichtstruktur
28 p-Metallisierung
29 erster Zwischenbereich
30 zweiter Zwischenbereich
31 erste Seitenfläche
32 zweite Seitenfläche
33 Höhenabstand
34 erste Ausnehmung
35 zweite Ausnehmung
36 erste Innenfläche 37 zweite Innenfläche
38 dritte Innenfläche
39 vierte Innenfläche
40 Ätzmaske
41 Ätzöffnung
42 erste Spiegelfläche
43 zweite Spiegelfläche
44 Fotomaske
45 Ätzmaskenöffnung
46 erste weitere Ätzöffnung
47 zweite weitere Ätzöffnung
48 erste weitere Ausnehmung
49 zweite weitere Ausnehmung
50 IsolationsSchicht
51 Kontakt
52 Fotolackschicht
53 zweite Isolationsschicht
54 Strompfad
55 Spacerschicht
56 n-Metallisierung

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Laserdiode (1) mit einer Schichtanordnung mit aufeinander angeordneten Schichten, wobei die Schichtanordnung eine erste, eine zweite und eine dritte Schichtstruktur (15, 26, 27) mit wenigstens einer aktiven Zone (18) und zwei Wellenleiterschichten (16, 17) umfasst, wobei die aktive Zone (18) zwischen den zwei Wellenleiterschichten (16, 17) angeordnet ist,
a. mit einer ersten Schichtstruktur (15), wobei sich die erste Schichtstruktur entlang einer Z-Achse in einer Längsrichtung, entlang einer X-Achse in einer Querrichtung und entlang einer Y-Achse in einer Höhenrichtung erstreckt,
b. mit einer zweiten und einer dritten Schichtstruktur (26, 27), die entlang der Z-Achse an gegenüberlie¬ genden Längsseiten der ersten Schichtstruktur angeordnet sind, und an die erste Schichtstruktur (15) angrenzen,
c. wobei die aktive Zone der ersten Schichtstruktur (15) in der Höhe versetzt gegenüber den aktiven Zonen (18) der zweiten und der dritten Schichtstruktur (26, 27) angeordnet ist,
d. wobei die aktive Zone (18) zwischen einem p-Kontakt (28) und einem n-Kontakt (56) angeordnet ist, wobei seitlich der ersten Schichtstruktur (15) eine Zwischenschicht (7) in der zweiten und der dritten Schichtstruktur (26,27) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht (7) als elektrisch sperrende
Schicht ausgebildet ist, die einen Stromfluss er¬ schwert oder unterbindet, und wobei die Zwischen¬ schicht (7) zwischen der aktiven Zone (18) und dem n-Kontakt (56) angeordnet ist.
Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die aktive Zone (18) der zweiten und der dritten Schichtstruktur (26, 27) auf gleicher Höhe angeordnet sind. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (18) der ersten Schichtstruktur (15) in der Höhe um mindestens eine Dicke der aktiven Zone versetzt zu der aktiven Zone (18) der zweiten und/oder der dritten Schichtstruktur (26, 27) angeordnet ist.
Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Träger (3) vorgesehen ist, wobei die Schichtanordnung mit der aktiven Zone und den Wellenleiterschichten auf dem Träger (3) angeordnet ist, wobei die erste Schichtstruktur (15) auf einem Steg (4) des Substrats (3) angeordnet ist.
Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Träger (3) vorgesehen ist, wobei die Schichtanordnung mit der aktiven Zone und den Wellenleiterschichten auf dem Träger (3) angeordnet ist, wobei die erste
Schichtstruktur (15) in einer Ausnehmung (34, 35) des Trägers (3) angeordnet ist.
Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schichtstruktur (15) wenigstens eine erste Mantelschicht (16) aufweist, die an die erste Wellen¬ leiterschicht (17) angrenzt, wobei die erste
Schichtstruktur (15) wenigstens eine zweite Mantel¬ schicht (21) aufweist, die oberhalb der zweiten Wellen¬ leiterschicht (19) angeordnet ist, wobei die zweite und die dritte Schichtstruktur (26, 27) wenigstens eine ers¬ te Mantelschicht (16) aufweisen, die an die erste Wel¬ lenleiterschicht (17) angrenzt, wobei die zweite und die dritte Schichtstruktur (26, 27) wenigstens eine zweite Mantelschicht (21) aufweisen, die oberhalb der zweiten Wellenleiterschicht (19) angeordnet ist.
7. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schichtstruktur (15) mit einem elektrischen p-Kontakt (22, 28) versehen ist, wobei die erste Schichtstruktur (15) auf einer streifenartigen Oberfläche (14) angeordnet ist, wobei die streifenartige Ober¬ fläche (14) einen Steg (4) aufweist, wobei an dem Steg (4) beidseitig entlang einer Längsseite jeweils eine Zwischenschicht (7) angeordnet ist, wobei die Zwischen¬ schicht (7) eine geringe oder keine elektrische Leitfä¬ higkeit aufweist, wobei insbesondere der p-Kontakt (22) in der X-Richtung eine breitere Ausdehnung als der elektrisch leitende Steg (4) aufweist.
Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der zweiten Schichtstruktur (26) und in der drit ten Schichtstruktur (27) eine Zwischenschicht (7) vorge sehen ist, wobei die Zwischenschichten (7) ausgebildet sind, um einen Stromfluss zu erschweren bzw. zu verhindern .
Laserdiode nach Anspruch 8, wobei die erste
Schichtstruktur (15) eine Zwischenschicht (7) aufweist, wobei die Zwischenschicht der ersten Schichtstruktur
(15) einen Stromfluss erschwert, insbesondere unterbin¬ det, und wobei die Zwischenschicht (7) der ersten
Schichtstruktur (15) in der Höhe so hoch versetzt gegen über den Zwischenschichten (7) der zweiten und der drit ten Schichtstruktur (26, 27) angeordnet ist, dass zwischen der zweiten und der dritten Schichtstruktur
(26,27) und der ersten Schichtstruktur (15) seitlich ei ne elektrisch leitende Verbindung ausgebildet ist, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem p-Kontakt (22, 28) und einem n-Kontakt (3, 56) über die aktive Zone (18) der ersten Schichtstruktur (15) ausge¬ bildet ist.
Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (7) als epitaktisch aufgewachse ne Schicht ausgebildet ist, und wobei insbesondere die Zwischenschicht (7) eine epitaktisch gewachsene Dotie¬ rung aufweist.
11. Laserdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei die zweite und die dritte Schichtstruktur (26, 27) über jeweils einen Zwischenbereich (28, 29) mit der ersten Schichtstruktur (15) verbunden sind, und wobei die zweite und die dritte Schichtstruktur im Zwischenbereich (28, 29) zwischen 5° und 90° geneigt zur X-Y Ebene der ersten Schichtstruktur (15) angeordnet sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode nach Anspruch 1, wobei eine Schichtanordnung mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Schichtstruktur mit aufeinander angeordneten Schichten hergestellt wird, wobei die Schichtanordnung wenigstens eine aktive Zone und zwei Wellenleiterschichten umfasst, wobei die aktive Zone zwischen den zwei Wellenleiterschichten angeordnet wird, wobei die Schichtanordnung in der Weise hergestellt wird, dass eine erste Schichtstruktur entlang einer Z- Achse in einer Längsrichtung, entlang einer X-Achse in einer Querrichtung und entlang einer Y-Achse in einer Höhenrichtung ausgebildet wird, wobei eine zweite und eine dritte Schichtstruktur entlang der Z-Achse an gegenüberliegenden Längsseiten der ersten Schichtstruktur und angrenzend an die erste Schichtstruktur ausgebildet wird, und wobei die aktive Zone der ersten Schichtstruk- tur in der Höhe versetzt gegenüber den aktiven Zonen der zweiten und der dritten Schichtstruktur angeordnet wird, indem eine Ausnehmung in einem Träger eingebracht wird oder ein Steg aus einem Träger herausgebildet wird, und wobei die Schichten der Schichtanordnung auf den Träger abgeschieden werden , wobei die aktive Zone zwischen einem p-Kontakt und einem n-Kontakt angeordnet wird, wobei seitlich der ersten Schichtstruktur eine Zwischenschicht in der zweiten und in der dritten Schichtstruktur ausge- bildet wird, wobei die Zwischenschicht als elektrisch sperrende Schicht ausgebildet wird, die einen Stromfluss erschwert oder unterbindet, und wobei die Zwischen¬ schicht zwischen der aktiven Zone und dem n-Kontakt angeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Zwischenschicht epitaktisch aufgewachsen wird, und wobei insbesondere eine Dotierung beim epitaktischen Aufwachsen in die Zwischenschicht eingebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei in der zweiten Schichtstruktur und in der dritten
Schichtstruktur die Zwischenschicht ausgebildet wird, wobei die Zwischenschichten ausgebildet sind, um einen Stromfluss zu erschweren bzw. zu verhindern.
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