WO2016150840A1 - Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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WO2016150840A1
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layer
semiconductor laser
section
emitting semiconductor
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PCT/EP2016/055937
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Alfred Lell
Harald Koenig
Adrian Stefan Avramescu
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities

Definitions

  • the present invention relates to an edge emitting semiconductor laser according to claim 1 and to a method for producing an edge emitting semiconductor laser according to claim 8.
  • An edge emitting semiconductor laser comprises a semiconductor structure having a layer sequence with layers superimposed along a growth direction.
  • the semiconductor structure is bounded laterally by a first facet and a second facet.
  • the semiconductor structure has a center portion and one to the first facet adjacent first edge section.
  • the layer sequence is offset in the first edge section with respect to the middle section in the growth direction. Because the layer sequence of the semiconductor structure of this edge emitting semiconductor laser is offset in the first edge section from the center section, light excited in the semiconductor structure is guided in the first edge section in other layers of the layer sequence than in the center section. These other layers have a higher band gap, whereby absorption of light in the first edge portion is difficult or completely prevented.
  • the first facet and the first edge section adjoining the first facet form a nonabsorbing mirror.
  • This non-absorbing mirror has only a small mirror loss, whereby it during operation of the kan ⁇ tenemittierenden semiconductor laser also only a slight warming of the first facet and the first facet comes to ⁇ adjacent first edge portion.
  • the layer sequence is followed by a lower cladding layer, a lower waveguide layer, an active layer, an upper layer
  • Waveguide layer and an upper cladding layer on each other In this case, one of the cladding layers or one of the waveguide layers is arranged in the first edge section in the growth direction at the level of the active layer in the middle section.
  • the semiconductor structure has a second edge section adjoining the second fa ⁇ cette. The layer sequence in the second edge section is offset from the middle section in the direction of growth.
  • the second facet and adjacent to the second Fa ⁇ cette second edge portion of the semiconductor structure form a non-absorbing mirror.
  • a risk of thermal destruction is also reduced in the region of the second facet.
  • the displacement of the sequence of layers in the two ⁇ th edge portion of the displacement of the sequence of layers in the first edge portion corresponds.
  • the semiconductor structure of the edge-emitting semiconductor laser in a symmetrical Gestal ⁇ tung which is advantageously particularly simple and kos ⁇ -effectively manufactured.
  • the layer sequence is located in the first edge portion in wax ⁇ tumsraum higher than in the center portion. It is thereby achieved that a layer arranged in the center section below the active layer adjoins the active layer in the center section in the first edge section.
  • the semiconductor structure comprises a substrate.
  • the layer sequence is arranged over an upper side of the substrate.
  • the layer sequence comprises an additional layer arranged at least in sections between the upper side of the substrate and the lower cladding layer.
  • This additional layer has a different height in the middle section in the growth direction than in the first edge section.
  • the height variation of the additional layer consists advantageously in the arranged above the additional layer ⁇ other layer sequence, thereby forming a displacement between the first edge portion and the central portion results in the layer sequence.
  • the additional layer is electrically insulating or has a doping with the opposite sign as the lower cladding layer. In this case, the additional layer is not arranged in Mittenab ⁇ section between the upper side of the substrate and the lower cladding layer.
  • the insulating additional layer may be formed, for example, as an undoped epitaxial layer, as a CVD diamond layer or as a dielectric layer.
  • this additional layer blocks a current path through the layer sequence in the first edge section of the semiconductor structure. As a result, no laser light is excited in the first edge section of the semiconductor structure. In this way, any absorption losses reduce to the first facet and adjacent to the first facet first edge ⁇ section of the semiconductor structure advantageously on.
  • the semiconductor structure between the mid section and the first edge portion has a first transition ⁇ portion.
  • the layer sequence continues continuously between the middle section, the first transition section and the first edge section.
  • the semiconductor structure is thereby particularly easy to produce.
  • the edge emitting semiconductor laser of the central portion of the first facet comprises a distance between 0.1 ym and 100 ym to, preferably an Ab ⁇ was between 1 .mu.m and 20 .mu.m.
  • such a distance has been found to be particularly effective for forming a non-absorbing mirror, at the first facet and the first facet adjacent to the first edge portion ⁇ .
  • a contact layer and an upper metallization are arranged above the layer sequence.
  • the upper Me ⁇ metallization is disposed only on the center portion, not to the first edge portion.
  • the semiconductor structure of the kantenemit ⁇ tierenden semiconductor laser is energized in the operation of the edge-emitting semiconductor laser only in the middle section, but not in the first edge portion. As a result, no laser light is excited in the first edge section of the semiconductor structure, as a result of which any absorption losses at the first facet and in the first edge section adjoining the first facet are further reduced.
  • a method of manufacturing an edge emitting semiconductor laser comprising the steps of providing a sub ⁇ strats having an upper surface for applying a surface at the top of the substrate having in a central portion ei ⁇ ne different height than in a first edge portion, for depositing a layer sequence over the surface and for breaking the substrate and the layer sequence such that a first facet is formed, to which the first Randab ⁇ section adjacent.
  • edge-emitting semiconductor laser comprises a semiconductor structure of which the layer sequence is placed in a region adjacent to the first facet of the first edge portion opposite to the center portion in wax ⁇ tumsraum.
  • the first facet and the first edge section adjoining the first facet of the semiconductor structure of this edge-emitting semiconductor laser act as a non-absorbing mirror.
  • This nonabsorbent mirror has the advantages that no or only slight absorption losses occur in the region of the non-absorbing mirror, as a result of which there is no or only slight heating of the first facet and the first edge section adjoining the first facet. This also leads to only slight aging effects in the area of the first facet, which reduces the risk of thermal destruction of the first facet of the semiconductor structure of the edge-emitting semiconductor laser obtainable by the method.
  • the process for producing the edge-emitting semiconductor laser is advantageously made without diffusion or implantation processes, making it easy and kontrol ⁇ prominent feasible.
  • the method advantageously also requires no machining processes at high temperature, which avoids damage to an active layer of the semiconductor structure of the edge-emitting semiconductor laser obtainable by the method, which is accompanied by high-temperature processes. Damage to electrical contacts of the edge-emitting semiconductor laser which accompanies high-temperature processes is also avoided, as a result of which an undesired increase in the operating voltage of the edge-emitting semiconductor laser obtainable by the method is also avoided. Also others by high temperature processes
  • the application of the surface comprises the steps of placing egg ⁇ ner additional layer on top of the substrate and distant Ent ⁇ a portion of the additional layer.
  • a height of the additional layer varying at the upper side of the substrate is transferred into the layer sequence deposited over the additional layer, whereby a displacement in the growth direction between the first edge section and the middle section results in the semiconductor structure of the edge-emitting semiconductor laser obtainable by the method.
  • the removal of the additional layer takes place by means of an etching method.
  • the etching process may be, for example, a dry etching process. Since the removal of the substrate or the additional layer takes place before the growth of the layer sequence, such an etching method advantageously causes little or no damage to the substrate. ner active layer of the layer sequence of the obtainable by the procedural ⁇ ren semiconductor laser.
  • the deposition of the layer sequence comprises depositing a lower cladding layer, a lower waveguide layer, an active layer, an upper waveguide layer and an upper cladding layer.
  • the height difference of the surface between the middle section and the first edge section is dimensioned such that one of the cladding layers or one of the waveguide layers is arranged in the middle section in the first edge section at the level of the active layer.
  • FIG. 1 is a sectional side view of a Halbleiterstruk ⁇ structure of an edge-emitting semiconductor laser according to a first embodiment
  • Figure 2 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to a second embodiment.
  • Figure 3 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to a third embodiment.
  • Figure 4 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to a fourth embodiment.
  • Figure 5 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to a fifth embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional side view of a semiconductor structure of an edge-emitting semiconductor laser according to a sixth embodiment
  • Figure 7 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to a seventh embodiment.
  • Fig. 8 is a sectional side view of a semiconductor structural ⁇ structure of an edge emitting semiconductor laser according to an eighth embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic sectional side view of egg ⁇ ner semiconductor structure 20 of an edge-emitting semiconductor laser 10.
  • the edge-emitting semiconductor laser 10 may also be called a diode laser.
  • the edge-emitting semiconductor laser 10 can be provided, for example, for the emission of light having a wavelength from the UV spectral range, from the visible spectral range or from the infrared spectral range.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 can be based, for example, on an AlInGaN, an AlGaAs or an InGaAlP material system.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 has a substrate 100 and an epitaxially grown over an upper side 101 of the substrate 100 Schich ⁇ tenate 200.
  • the layer sequence in this case comprises a multi ⁇ number of layers along a growth direction 201 lie one above the other.
  • the growth direction 201 is oriented perpendicular to the upper side 101 of the substrate 100.
  • the semiconductor structure 20 is bounded laterally by a first facet 400, and through one of the first facet 400 regardlie ⁇ constricting second facet 500th
  • the first facet 400 and the second facet 500 are oriented substantially parallel to the wax ⁇ tumscardi two hundred and first
  • the first facet 400 and the second facet 500 have been formed after the epitaxial growth of the layer sequence 200 by breaking the semiconductor structure 20.
  • the first facet 400 forms a rindemit ⁇ animal forming laser facet of the edge emitting Halbleiterla ⁇ sers 10.
  • the edge-emitting semiconductor laser 10 is applied to the first facet 400 Laser light emitted in the direction perpendicular to the first facet 400 direction.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 has a center section 300 and a first edge section 410 adjoining the first facet 400.
  • the central portion 300 and the first edge portion 410 in the upper side 101 of the substrate 100 disposed parallel direction ne ⁇ by side and limitations in the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 directly on Anei ⁇ Nander.
  • the first edge portion 410 has, starting from the first
  • the width 440 may ⁇ example, between 0.1 ym and ym be 100, particularly in ⁇ play between 1 .mu.m and 20 .mu.m.
  • the layer sequence 200 of the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 is offset in the first edge section 410 from the center section 300 in the growth direction 201. In this case, the layers of the layer sequence 200 are in the middle section 300 of the semiconductor structure 20 in
  • Growth direction 201 is higher than in the first edge portion 410.
  • a substantially step-shaped first offset 430 in the layer sequence 200 is formed between the middle section 300 and the first edge section 410.
  • a step 120 is formed at the top 101 of the substrate 100 of the semiconductor structure 20, a step 120 is formed.
  • the upper side 101 of the substrate 100 is lower in the first edge section 410 in the growth direction 201 than in the middle section 300, as a result of which the step 120 results at the boundary between the edge section 410 and the center section 300.
  • the difference in wax ⁇ tumsraum 201 level of the top 101 of the substrate 100 in the center portion 300 and the first edge distance section 410 has been transmitted during the epitaxial growth of the layer sequence 200 on the top 101 of the substrate 100 in the sequence of layers 200, whereby the first offset 430 was created.
  • the step 120 on the upper side 101 of the substrate 100 may have been formed, for example, by removing part of the substrate 100 in the first edge section 410 before epitaxially growing the layer sequence 200.
  • the removal of the part of the substrate 100 may, for example, be effected by an etching process, in particular by a dry etching process, for example.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 the Schich- comprises ten dispute 200, a lower cladding layer 210, a lower Wel ⁇ lenleiter für 220, an active layer 230, an upper waveguide layer 240 and an upper cladding layer 250, which in the in the order of growth 201. follow one another.
  • the lower cladding layer 210 is closest to the substrate 100 and, in particular, may be arranged directly on the upper side 101 of the substrate 100.
  • the layer sequence 200 could also have more
  • 250 additional layers could be arranged between the substrate 100 and the lower cladding layer 210 and above the upper cladding layer.
  • the lower cladding layer 210 and the lower waveguide layer 220 of the layer sequence 200 have a doping with a first sign, for example an n-doping.
  • the upper waveguide layer 240 and the upper cladding layer 250 of the layer sequence 200 have a doping with signs reversed in comparison to the doping of the lower cladding layer 210 and the lower waveguide layer 220, for example a p-type doping.
  • the lower cladding layer 210 and the upper cladding layer 250 of the layer sequence 200 comprise a first material.
  • the lower waveguide layer 220 and the upper waveguide ⁇ layer 240 have a second material.
  • the material of the lower cladding layer 210 and the upper cladding layer 250 has a smaller refractive index than the material of the lower waveguide layer 220 and upper waveguide layer 240.
  • the lower cladding layer 210 and the upper Man ⁇ tel harsh 250 have a relation to the waveguide layers 220, 240 increased band gap on.
  • the active layer 230 of the layer sequence 200 may, for example, be in the form of a quantum well or quantum well or a two-dimensional arrangement of quantum dots.
  • the first offset 430 in the layer sequence 200 between the first edge portion 410 and the middle section 300 is dimensioned so that the upper is arranged Man ⁇ tel harsh 250 in the growth direction 201 at the level of the active layer 230 in the central portion 300 in the first edge portion 410th alternative It is possible to form the first offset 430 in such a way that in the first edge section 410 the upper waveguide layer 240 is arranged in the growth direction 201 at the level of the active layer 230 in the center section 300.
  • the center portion 300 of the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 in the active layer 230 light generated out 240 between the cladding layers 210, 250 is in the central portion 300 in the waves ⁇ conductor layers 220.
  • the light is Dage ⁇ gen at least partially ge ⁇ into the upper cladding layer 250th
  • This has a relation to the waveguide layers 220, 240 increased band gap, whereby the guided in the first edge portion 410 in the upper cladding layer 250 light in the first edge portion 410 can not or only to a small extent can be absorbed.
  • the first facet 400 and / or the second facet 500 of the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 10 can have coatings, not shown in FIG. 1, which can serve for passivation and / or for antireflection or for increasing the reflectivity.
  • These coatings can be applied, for example, by vapor deposition, by sputtering or by CVD coating and can be, for example, Al 2 O 3, S 1 O 2, S 13 N 4 , T 1 O 2 , R 2 O, T a20 5 , HfO 2 , Si or other materials and combinations of these measures - have materials.
  • the layer sequence 200 may additionally comprise a non-illustrated in FIG. 1 ⁇ contact layer above the upper cladding layer 250. Also, on top of the
  • Layer sequence 200 may be arranged in Fig. 1 Metalli ⁇ tion not shown, which serves to electrically contact the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser.
  • This metallization can be spread over the center section 300 and réellere ⁇ ck over the first edge portion 410, but may also be limited to the center section 300.
  • FIGS . 2 to 8 further edge-emitting semiconductor lasers will be described below.
  • the further edge-emitting semiconductor lasers each have great similarities with the edge-emitting semiconductor laser 10 of FIG. 1. In the following, therefore, only the deviations of the further edge-emitting semiconductor lasers from the edge-emitting semiconductor laser 10 of FIG. 1 will be explained in each case.
  • Components of the other edge-emitting semiconductor lasers which correspond to components present in the edge-emitting semiconductor laser 10 of FIG. 1 are given the same reference numerals in FIGS. 2 to 8 as in FIG. 1.
  • the semiconductor structure 20 has, in addition to the center section 300 and the first edge section 410 adjoining the first facet 400, a second edge section 510 adjoining the second facet 500.
  • a second offset 530 in the growth direction 201 is formed in the layer sequence 200 between the second edge section 510 and the center section 300.
  • the second displacement 530 of the layer sequence 200 of the semi- conductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 11 between the second edge portion 510 and the Mittenab ⁇ cut 300 is formed so that the layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 in the second peripheral portion 510 lie in the growth direction 201 deeper than in the central portion 300.
  • the second edge portion 510 is the upper one ⁇ tel für 250 disposed in the growth direction 201 at the level of the active layer 230 in the central portion 300th
  • the center section 300 of the semiconductor structure 20 is excited and guided in the waveguide layers 220, 240 light in the second edge portion 510 at least partially guided in the upper cladding layer 250 and can not be absorbed in the second Randab ⁇ section 510 or only to a small extent.
  • the second facet 500 and adjacent to the second facet 500 second Randab ⁇ section 510 has a non-absorbing mirror.
  • the second offset 530 has been produced by a step 120 formed between the second edge section 510 and the center section 300 on the top side 101 of the substrate 100.
  • the substrate 100 thus has 410 and the center portion 300 as well as on the border between the second edge portion 510 and middle portion 300 in each case a step 120 on both the boundary between the first edge portion.
  • the adjacent to the second facet 500 second Randab ⁇ section 510 and the second offset 530 may mirror image ⁇ Lich to the region adjacent to the first facet 400 first edge portion 410 and the first dislocation be formed 430th
  • the width of the second edge ⁇ portion 510 ie the distance of the center portion 300 of the second facet 500, the width 440 of the first Randab ⁇ section 410.
  • the size of the second displacement 530 of the layer sequence 200 corresponds in wax ⁇ tumscardi 201 in second edge portion 510 of the size of the first offset 430, the layer sequence 200 410. in the first edge portion of Fig.
  • FIG 3 shows a schematic sectional side view of the semiconductor structure 20 of an edge-emitting semiconductor laser 12 according to a third embodiment.
  • the edge-emitting semiconductor laser 12 differs from the kan- 1, characterized in that the first offset 430 of the layer sequence 200 is formed in the first edge section 410 such that the layer sequence 200 in the first edge section 410 is higher in the growth direction 201 than in the center section 300. This results in the first edge section 410 the lower cladding layer 210 of the layers ⁇ sequence 200 in the growth direction 201 at the height of the active
  • the lower waveguide layer 220 are in ers ⁇ th edge portion 410 in the growth direction 201 at the level of the active layer 230 in the central portion 300th
  • the edge-emitting semiconductor laser 12 In the edge-emitting semiconductor laser 12, light excited in the middle section 300 of the semiconductor structure 20 in the active layer 230 and guided in the waveguide layers 220, 240 is guided at least partially in the lower cladding layer 210 in the first edge section 410.
  • This has a relation to the waveguide layers 220, 240 increased band gap, whereby it can not or only slightly come to an absorption of light in the first edge portion 410.
  • the first facet 400 and the first edge portion 410 adjoining the first facet 400 also form a nonabsorbing mirror in the case of the semiconductor structure 20 of the edge emitting semiconductor laser 12.
  • the substrate 100 on its Obersei ⁇ te 101 a step 120 between the middle section 300 and the first edge portion 410, which continues in the grown over the upper surface 101 of the substrate 100 layer sequence 200 and the first displacement caused 430.
  • the stage 120 at the top 101 of the substrate 100 is formed in the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 12 so that the upper surface 101 of the substrate 100 is higher in growth Rich ⁇ processing 201 in the first edge portion 410 than in the central portion 300.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 12, analogous to the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 11 of FIG. 2, can also be formed in the second edge section 510 adjoining the second facet 500 with a second offset 530, whereby the second facet 500 and the second facet 500 are also formed second edge portion 510 adjacent to the second facet 500 form a nonabsorbing mirror.
  • the second edge portion 510 and the second transfer 530 may be formed 430, for example, a mirror image of the first ⁇ edge portion 410 and the first offset.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional side view of the semiconductor structure 20 of an edge-emitting semiconductor laser 13 according to a fourth embodiment.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 13 is formed as the semiconductor structure 20 of the kantenemit ⁇ animal type semiconductor laser 12 of FIG. 3.
  • an upper metallization 110 which serves for the electrical contacting of the edge-emitting semiconductor laser 13, is arranged above the upper cladding layer 250 of the layer sequence 200. Between the upper cladding layer 250 and the upper Metalli ⁇ tion 110 also could still a in Fig. 4 are not ones shown, contact layer be disposed.
  • the upper Metallisie ⁇ tion 110 extends over the central portion 300, but not over the first edge portion 410 of the semiconductor structure 20. Thus, during operation of the edge emitting semiconductor laser 13 no or only a small amount of electrical current in the first edge portion 410 through the layer sequence 200 of the semiconductor structure 20 headed.
  • the top metallization 110 may not extend beyond the second edge portion 510.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional side view of the semiconductor structure 20 of an edge emitting semiconductor laser 14 according to a fifth embodiment.
  • the substrate 100 has at its
  • Top 101 no step on, but is flat. Instead, comprises the layer sequence 200 at the mid ⁇ conductor pattern 20 of the edge-emitting semiconductor laser 14, an additional layer 260 which is partially between the top surface 101 of the substrate 100 and the lower cladding layer 210 is disposed.
  • This additional layer 260 is Darge ⁇ presented example only in the central portion 300 in place, but not in the first edge portion 410, whereby the additional layer 260 at the boundary between the center portion 300 and the first edge portion 410 forming a step 270th
  • the step 270 continues in the epitaxially on the additional layer 260 and above the top surface 101 of the substrate 100 grown on ⁇ layer sequence 200, thereby forming the first offset 430th
  • the additional layer 260 may be prior to the epitaxial growth of the further layers 210, 220, 230, 240, 250 first sur fa ⁇ chig, ie both in the center portion 300 as in the first Edge portion 410, be applied to the top 101 of the substrate 100, for example, also by epi ⁇ tactical growth. Subsequently, the additional layer 260 may have been removed in the first edge section 410, for example by an etching process, in particular, for example, by a dry etching process or a wet-chemical etching process. Subsequently, the remaining layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 were grown.
  • the additional layer 260 after the planar On ⁇ not bring on the top 101 of the substrate 100 in the first edge portion 410 completely, but only partially ⁇ as to remove, so that the additional layer 260 then has in the central portion 300 in the growth direction 201 a greater height as in the first edge portion 410.
  • the additional layer 260 is also completely or partially removed in the second edge section 510 before the remaining layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 are grown.
  • the additional layer 260 has a doping with the same numerals as before ⁇ the doping of the lower cladding layer 210, for example, an n-type doping.
  • the additional layer 260 may comprise the same material as the lower cladding layer 210.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional side view of the semiconductor structure 20 of an edge-emitting semiconductor laser 15 according to a sixth embodiment.
  • the upper side 101 of the substrate 100 is planar and without a step 120.
  • the additional layer is also at the mid ⁇ conductor pattern 20 of the edge-emitting semiconductor laser 15 between the top surface 101 of the substrate 100 and the lower cladding layer 210 in sections 260 upstream which forms the step 270, which continues in the remaining layer sequence 200 of the semiconductor structure 20 as the first offset 430.
  • the additional layer 260 in the semiconductor structural ⁇ structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 15 only in the first edge portion 410 is present, but not in the central portion 300.
  • the first transfer 430 in the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 15 is formed so that the layer sequence 200 is higher in the growth direction 201 in ers ⁇ th edge portion 410 than in the central portion 300. If the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 15 with a second displacement 530 of the layer sequence 200 in the region adjacent to the second facet 500 second edge portion 510 is.
  • the additional layer 260 also in the second edge ⁇ section 510 available is possible.
  • the additional layer 260 can be first sorted ⁇ on the upper side 101 of the substrate 100 at area 300 in the center portion and the first edge portion 410th Subsequently, the additional layer 260 in the center section 300 is completely or partially removed.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 15 260 has the additional layer to a Dotie ⁇ tion with the same sign as the doping of the lower cladding layer 210, for example, an n-type doping.
  • the additional layer 260 may, for example, the same material have ⁇ as the lower cladding layer 210th
  • FIG. 7 shows a schematic sectional side view of the semiconductor structure 20 of an edge-emitting semiconductor laser 16 according to a seventh embodiment.
  • the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 16 is formed as the semiconductor structure 20 of the kantenemit ⁇ animal type semiconductor laser 15.
  • the additional Layer 260 in the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser ⁇ 16 either doping with respect to the doping of the lower cladding layer 210 opposite sign, so for example, a p-type doping, or has an insulating material. If the additional layer 260 comprises an insulating material, the additional layer 260 can ⁇ example, as a non-doped epitaxial layer, as CVD diamond layer or a dielectric layer being formed ⁇ be.
  • the layer sequence 200 is designed to be defective and low in tension.
  • an increase in leakage currents at the facets 400, 500 and an increase in the absorption at the facets 400, 500 can be largely avoided, which can result in high facet load limits.
  • Low-tension layer sequence 200 minimizes unwanted
  • Additional layer 260 to the crystal structure of the remaining layer sequence 200 can improve the fracture quality at the facets 400, 500, which in turn
  • the additional layer 260 can be arranged ⁇ on the upper side 101 of the substrate 100 at first flat in the center portion 300 and the first edge portion 410th Subsequently, the additional layer 260 is completely removed in the middle section 300.
  • the additional layer 260 which is doped Compared to the doping of the lower cladding layer 210 opposite sign, or an insulating material, it is ⁇ sufficient that during operation of the edge-emitting Halbleiterla ⁇ sers 16 no or only a small current flow through the Layer sequence 200 in the first edge portion 410 takes place.
  • the layer sequence 200 has a first offset 430 in the first edge section 410 adjoining the first facet 400 and a second offset 530 in the second edge section 510 adjoining the second facet 500.
  • the Verset ⁇ tongues 430, 530 are formed so that the Schich ⁇ tenate 200 in the middle portion 300 in the growth direction 201 is lower than in the first edge portion 410 and the second edge portion 510. It would be possible, however, in the semiconductor structure 20 of the edge emitting semiconductor laser 17 provide only the first offset 430 in the first edge portion 410 and to dispense with the second offset 530 in the second edge portion 510.
  • a first transition section 420 is formed between the first edge section 410 and the center section 300. Accordingly, the second edge is between ⁇ portion 510 and the center portion 300, a second transition portion formed over ⁇ 520th.
  • the individual layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 of the half ⁇ conductor pattern 20 of the edge-emitting semiconductor laser 17 continue from the center portion 300 via the first transition portion 420 to the first edge portion 410 and from the central portion 300 through the second transitional section 520 to the second edge portion 510 each continuously.
  • the individual layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 are not perpendicular to the growth direction 201, but under a NEM deviating from 90 ° angle to the growth direction 201 arranged.
  • the substrate 100 has no step 120 in the semiconductor structure 20 of the edge-emitting semiconductor laser 17.
  • the layer sequence 200 of the half ⁇ conductor pattern 20 of the edge-emitting semiconductor laser 17 includes an additional layer 260 which is on ⁇ arranged in the edge portions 410, 510 and the transition portions 420, 520 between the top side 101 of the substrate and the lower cladding layer 210th
  • the additional layer 260 is completely removed in the semi-conductor structure ⁇ 20 of the edge-emitting semiconductor laser 17th
  • the additional ⁇ layer is formed 260 with a doping whose first sign which the doping of the lower cladding layer 210 corresponds to, so could be a part of the additional layer 260 in the middle portion 300 between the upper surface 101 of the substrate 100 and the lower cladding layer may be arranged 210 ,
  • the parts of the additional layer 260 arranged in the edge sections 410, 510 in the growth direction 201 would have a greater thickness than the part of the additional layer 260 arranged
  • the additional layer 260 forms in the transition sections 420, 520 ramps 280, whose tops are not arranged parallel to the upper side 101 of the substrate 100.
  • the upper sides of the ramps 280 have an angle to the upper side 101 of the substrate 100, which may be between 3 ° and 90 °, in particular between 10 ° and 88 °, in particular between 20 ° and 80 °.
  • the additional layer 260 does not have a step therewith.
  • the additional layer 260 forms in the semiconductor structure 20 of the kantenemittie ⁇ Governing semiconductor laser 17, the ramp 280, the thickness of the additional layer kon ⁇ continuously changes in the growth direction 201 along the 260th
  • the top side 101 of the substrate 100 is recessed in the middle section 300, so that the top side 101 of the substrate 100 is located lower in the center section 300 in the growth direction 201 than in the edge sections 410, 510.
  • the top side 101 of the substrate 100 becomes such ist obliquely ⁇ that the metered in the growth direction 201 HOE height of the upper surface 101 of the substrate 100 between the Mittenab ⁇ section 300 and the edge portions 410, 510 continuously changes.
  • the top side 101 of the substrate 100 forms the ramp 280 in the transitional sections 420, 520.
  • the additional layer 260 is formed to have a greater thickness in the center section 300 in the growth direction 201 than in the edge sections 410, 510.
  • the thickness of the additional layer 260 changes continuously.
  • the layers 210, 220, 230, 240, 250 in the middle section 300 are then higher in the growth direction 201 than in the edge sections 410, 510.
  • the additional layer 260 is dispensed with.
  • the upper side 101 of the substrate 100 is structured in such a way that the upper side 101 of the substrate 100 is higher in the middle section 300 in the growth direction 201 than in the edge sections 410, 510.
  • the height of the upper side 101 of FIG Substrate 100 in turn continuously.
  • the layers 210, 220, 230, 240, 250 of the layer sequence 200 grown over the upper side 101 of the substrate 100 are also higher in the middle section 300 in the growth direction 201 than in the edge sections 410, 510 in this case.
  • the ratios vice versa In still another From ⁇ guide die, the ratios vice versa.

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Abstract

Ein kantenemittierender Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterstruktur, die eine Schichtenfolge mit entlang einer Wachstumsrichtung übereinanderliegenden Schichten aufweist. Die Halbleiterstruktur ist seitlich durch eine erste Facette (400) und eine zweite Facette (500) begrenzt. Die Halbleiterstruktur weist einen Mittenabschnitt (300) und einen an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt (410) auf. Die Schichtenfolge ist im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung (201) versetzt. Die Halbleiterstruktur beinhaltet ein Substrat (100), eine untere Mantelschicht (210), eine untere Wellenleiterschicht (220), eine aktive Schicht (230), eine obere Wellenleiterschicht (240) und eine obere Mantelschicht (250). Im Bereich der Facette befindet sich eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (260) welche einen Stromfluss durch die Halbleiterstruktur in einem Randabschnitt (410) der Facette (400) verhindert.

Description

KANTENEMITTIERENDER HALBLEITERLASER UND VERFAHREN ZU SEINER
HERSTELLUNG
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kantenemittierenden Halbleiterlaser gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß Patentanspruch 8.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 104 184.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Es ist bekannt, dass die Spiegelfacetten bei kantenemittie¬ renden Halbleiterlasern hohen elektrischen, optischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Absorptionsverluste an den Spiegelfacetten können zu einer Erwärmung der Spiegelfacetten und schließlich zu deren thermischen Zerstörung füh- ren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kantenemittierenden Halbleiterlaser bereitzustellen, dessen Spiegelfacetten weniger anfällig für eine thermische Zerstö- rung sind. Diese Aufgabe wird durch einen kantenemittierenden Halbleiterlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfah- ren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein kantenemittierender Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterstruktur, die eine Schichtenfolge mit entlang einer Wachstumsrichtung übereinanderliegenden Schichten aufweist. Die Halbleiterstruktur ist seitlich durch eine erste Facette und eine zweite Facette begrenzt. Die Halbleiterstruktur weist einen Mittenabschnitt und einen an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt auf. Die Schichtenfolge ist im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung versetzt. Dadurch, dass die Schichtenfolge der Halbleiterstruktur dieses kantenemittierenden Halbleiterlasers im ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt versetzt ist, wird in der Halbleiterstruktur angeregtes Licht im ersten Randabschnitt in anderen Schichten der Schichtenfolge geführt als im Mittenabschnitt. Diese anderen Schichten weisen einen höheren Bandabstand auf, wodurch eine Absorption von Licht im ersten Randabschnitt erschwert oder vollständig verhindert ist. Dadurch bilden die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Randabschnitt einen nichtabsorbie- renden Spiegel. Dieser nichtabsorbierende Spiegel weist nur geringe Spiegelverluste auf, wodurch es im Betrieb des kan¬ tenemittierenden Halbleiterlasers auch nur zu einer geringen Erwärmung der ersten Facette und des an die erste Facette an¬ grenzenden ersten Randabschnitts kommt. Dadurch besteht bei diesem kantenemittierenden Halbleiterlaser somit nur eine reduzierte Gefahr für temperaturbedingte Alterungseffekte und eine thermische Zerstörung.
In der Schichtenfolge folgen eine untere Mantelschicht, eine untere Wellenleiterschicht, eine aktive Schicht, eine obere
Wellenleiterschicht und eine obere Mantelschicht aufeinander. Dabei ist im ersten Randabschnitt eine der Mantelschichten oder eine der Wellenleiterschichten in Wachstumsrichtung auf Höhe der aktiven Schicht im Mittenabschnitt angeordnet. Hier- durch wird vorteilhafterweise erreicht, dass im Mittenab¬ schnitt der Halbleiterstruktur in den Wellenleiterschichten geführtes Licht im ersten Randabschnitt zumindest teilweise in einer der Mantelschichten geführt wird, wodurch die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Rand- abschnitt der Halbleiterstruktur einen nichtabsorbierenden Spiegel bilden. In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Halbleiterstruktur einen an die zweite Fa¬ cette angrenzenden zweiten Randabschnitt auf. Dabei ist die Schichtenfolge im zweiten Randabschnitt gegenüber dem Mitten- abschnitt in Wachstumsrichtung versetzt. Vorteilhafterweise bilden dann auch die zweite Facette und der an die zweite Fa¬ cette angrenzende zweite Randabschnitt der Halbleiterstruktur einen nichtabsorbierenden Spiegel. Dadurch ist bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser auch im Bereich der zweiten Facette ein Risiko einer thermischen Zerstörung reduziert.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers entspricht die Versetzung der Schichtenfolge im zwei¬ ten Randabschnitt der Versetzung der Schichtenfolge im ersten Randabschnitt. Dadurch weist die Halbleiterstruktur des kantenemittierenden Halbleiterlasers eine symmetrische Gestal¬ tung auf, die vorteilhafterweise besonders einfach und kos¬ tengünstig herstellbar ist. Die Schichtenfolge liegt im ersten Randabschnitt in Wachs¬ tumsrichtung höher als im Mittenabschnitt. Dadurch wird erreicht, dass eine im Mittenabschnitt unterhalb der aktiven Schicht angeordnete Schicht im ersten Randabschnitt an die aktive Schicht im Mittenabschnitt angrenzt.
Die Halbleiterstruktur umfasst ein Substrat. Dabei ist die Schichtenfolge über einer Oberseite des Substrats angeordnet. Die Schichtenfolge umfasst eine zumindest abschnittsweise zwischen der Oberseite des Substrats und der unteren Mantel- schicht angeordnete Zusatzschicht. Diese Zusatzschicht weist im Mittenabschnitt in Wachstumsrichtung eine andere Höhe auf als im ersten Randabschnitt. Die Höhenvariation der Zusatzschicht setzt sich vorteilhafterweise in der über der Zusatz¬ schicht angeordneten übrigen Schichtenfolge fort, wodurch sich in der Schichtenfolge eine Versetzung zwischen dem ersten Randabschnitt und dem Mittenabschnitt ergibt. Die Zusatzschicht ist elektrisch isolierend oder weist eine Dotierung mit umgekehrtem Vorzeichen auf wie die untere Mantelschicht. Dabei ist die Zusatzschicht nicht im Mittenab¬ schnitt zwischen der Oberseite des Substrats und der unteren Mantelschicht angeordnet. Die isolierende Zusatzschicht kann dabei beispielsweise als undotierte Epitaxieschicht, als CVD- Diamantschicht oder als dielektrische Schicht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise blockiert diese Zusatzschicht einen Strompfad durch die Schichtenfolge im ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur. Dadurch wird im ersten Randabschnitt der Halbleiterstruktur kein Laserlicht angeregt. Hierdurch reduzieren sich eventuelle Absorptionsverluste an der ersten Facette und im an die erste Facette angrenzenden ersten Rand¬ abschnitt der Halbleiterstruktur vorteilhafterweise weiter.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist die Halbleiterstruktur zwischen dem Mittenabschnitt und dem ersten Randabschnitt einen ersten Übergangs¬ abschnitt auf. Dabei setzt sich die Schichtenfolge zwischen dem Mittenabschnitt, dem ersten Übergangsabschnitt und dem ersten Randabschnitt kontinuierlich fort. Vorteilhafterweise ist die Halbleiterstruktur dadurch besonders einfach herstellbar . In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiterlasers weist der Mittenabschnitt von der ersten Facette einen Abstand zwischen 0,1 ym und 100 ym auf, bevorzugt einen Ab¬ stand zwischen 1 ym und 20 ym. Vorteilhafterweise hat sich ein solcher Abstand als besonders wirkungsvoll zur Ausbildung eines nichtabsorbierenden Spiegels im Bereich der ersten Facette und des an die erste Facette angrenzenden ersten Rand¬ abschnitts erwiesen.
In einer Ausführungsform des kantenemittierenden Halbleiter- lasers ist über der Schichtenfolge eine Kontaktschicht und eine obere Metallisierung angeordnet. Dabei ist die obere Me¬ tallisierung nur über dem Mittenabschnitt angeordnet, nicht über dem ersten Randabschnitt. Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die Halbleiterstruktur des kantenemit¬ tierenden Halbleiterlasers im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers nur im Mittenabschnitt bestromt wird, nicht jedoch im ersten Randabschnitt. Dadurch wird im ersten Rand- abschnitt der Halbleiterstruktur kein Laserlicht angeregt, wodurch eventuelle Absorptionsverluste an der ersten Facette und im an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt weiter reduziert werden. Ein Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Sub¬ strats mit einer Oberseite, zum Anlegen einer Oberfläche an der Oberseite des Substrats, die in einem Mittenabschnitt ei¬ ne andere Höhe aufweist als in einem ersten Randabschnitt, zum Abscheiden einer Schichtenfolge über der Oberfläche und zum Brechen des Substrats und der Schichtenfolge derart, dass eine erste Facette gebildet wird, an die der erste Randab¬ schnitt angrenzt. Der durch dieses Verfahren erhältliche kantenemittierende Halbleiterlaser weist eine Halbleiterstruktur auf, deren Schichtenfolge in einem an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitt gegenüber dem Mittenabschnitt in Wachs¬ tumsrichtung versetzt ist. Dadurch wirken die erste Facette und der an die erste Facette angrenzende erste Randabschnitt der Halbleiterstruktur dieses kantenemittierenden Halbleiterlasers als nichtabsorbierender Spiegel. Dieser nichtabsorbie- rende Spiegel bietet die Vorteile, dass im Bereich des nicht- absorbierenden Spiegels keine oder nur geringe Absorptions- Verluste anfallen, wodurch es zu keiner oder nur zu einer geringen Erwärmung der ersten Facette und des an die erste Facette angrenzenden ersten Randabschnitts kommt. Hierdurch kommt es auch nur zu geringen Alterungseffekten im Bereich der ersten Facette, wodurch sich die Gefahr einer thermischen Zerstörung der ersten Facette der Halbleiterstruktur des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers reduziert. Das Verfahren zur Herstellung des kantenemittierenden Halbleiterlasers kommt vorteilhafterweise ohne Diffusions- oder Implantationsprozesse aus, wodurch es einfach und kontrol¬ liert durchführbar ist. Hieraus ergibt sich eine gute Repro- duzierbarkeit , was eine hohe Ausbeute bei der Herstellung er¬ möglichen kann. Das Verfahren erfordert vorteilhafterweise auch keine Bearbeitungsprozesse bei hoher Temperatur, wodurch eine mit Hochtemperaturprozessen einhergehende Schädigung einer aktiven Schicht der Halbleiterstruktur des durch das Ver- fahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers vermieden wird. Auch eine mit Hochtemperaturprozessen einhergehende Schädigung von elektrischen Kontakten des kantenemittierenden Halbleiterlasers wird vermieden, wodurch auch eine unerwünschte Erhöhung der Betriebsspannung des durch das Ver- fahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers vermieden wird. Auch andere durch Hochtemperaturprozesse
und/oder Implantations- oder Diffusionsprozesse verursachte Reduzierungen der zu erwartenden Lebensdauer des kantenemittierenden Halbleiterlasers werden vorteilhafterweise vermie- den.
Das Anlegen der Oberfläche umfasst Schritte zum Anordnen ei¬ ner Zusatzschicht an der Oberseite des Substrats und zum Ent¬ fernen eines Teils der Zusatzschicht. Bei diesem Verfahren wird eine an der Oberseite des Substrats variierende Höhe der Zusatzschicht in die über der Zusatzschicht abgeschiedene Schichtenfolge übertragen, wodurch sich in der Halbleiterstruktur des durch das Verfahren erhältlichen kantenemittierenden Halbleiterlasers eine Versetzung in Wachstums- richtung zwischen dem ersten Randabschnitt und dem Mittenabschnitt ergibt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen der Zusatzschicht durch ein Ätzverfahren. Das Ätzverfahren kann beispielsweise ein Trockenätzverfahren sein. Da das Entfernen des Substrats oder der Zusatzschicht vor dem Wachstum der Schichtenfolge erfolgt, bewirkt ein solches Ätzverfahren vorteilhafterweise keine oder nur eine geringe Schädigung ei- ner aktiven Schicht der Schichtenfolge des durch das Verfah¬ ren erhältlichen Halbleiterlasers.
Das Abscheiden der Schichtenfolge umfasst ein Abscheiden ei- ner unteren Mantelschicht, einer unteren Wellenleiterschicht, einer aktiven Schicht, einer oberen Wellenleiterschicht und einer oberen Mantelschicht. Dabei wird der Höhenunterschied der Oberfläche zwischen dem Mittenabschnitt und dem ersten Randabschnitt so bemessen, dass im ersten Randabschnitt eine der Mantelschichten oder eine der Wellenleiterschichten auf Höhe der aktiven Schicht im Mittenabschnitt angeordnet wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass im Mittenab¬ schnitt der Halbleiterstruktur in den Wellenleiterschichten geführtes Licht im ersten Randabschnitt zumindest teilweise in einer der Mantelschichten geführt wird, wodurch die erste Facette und der erste Randabschnitt als nichtabsorbierender Spiegel wirken.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstel- lung
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer dritten Ausführungsform; Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer vierten Ausführungsform; Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer fünften Ausführungsform;
Fig. 6 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk- tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer sechsten Ausführungsform;
Fig. 7 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer siebten Ausführungsform; und
Fig. 8 eine geschnittene Seitenansicht einer Halbleiterstruk¬ tur eines kantenemittierenden Halbleiterlasers gemäß einer achten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht ei¬ ner Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 10. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 10 kann auch als Diodenlaser bezeichnet werden. Der kantenemit- tierende Halbleiterlaser 10 kann beispielsweise zur Emission von Licht mit einer Wellenlänge aus dem UV-Spektralbereich, aus dem sichtbaren Spektralbereich oder aus dem Infrarot- Spektralbereich vorgesehen sein. Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 kann beispiels- weise auf einem AlInGaN-, einem AlGaAs- oder einem InGaAlP- Materialsystem basieren.
Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 weist ein Substrat 100 und eine epitaktisch über einer Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsene Schich¬ tenfolge 200 auf. Die Schichtenfolge umfasst dabei eine Mehr¬ zahl von Schichten, die entlang einer Wachstumsrichtung 201 übereinander liegen. Die Wachstumsrichtung 201 ist senkrecht zur Oberseite 101 des Substrats 100 orientiert.
Die Halbleiterstruktur 20 wird seitlich durch eine erste Fa- cette 400 und durch eine der ersten Facette 400 gegenüberlie¬ gende zweite Facette 500 begrenzt. Die erste Facette 400 und die zweite Facette 500 sind weitgehend parallel zur Wachs¬ tumsrichtung 201 orientiert. Die erste Facette 400 und die zweite Facette 500 sind nach dem epitaktischen Wachstum der Schichtenfolge 200 durch Brechen der Halbleiterstruktur 20 gebildet worden.
Zwischen der ersten Facette 400 und der zweiten Facette 500 erstreckt sich ein Resonator des kantenemittierenden Halb- leiterlasers 10. Die erste Facette 400 bildet eine lichtemit¬ tierende Laserfacette des kantenemittierenden Halbleiterla¬ sers 10. Im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 wird an der ersten Facette 400 Laserlicht in zur ersten Facette 400 senkrechte Richtung abgestrahlt.
Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 weist einen Mittenabschnitt 300 und einen an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 auf. Der Mittenabschnitt 300 und der erste Randabschnitt 410 sind in zur Oberseite 101 des Substrats 100 parallele Richtung ne¬ beneinander angeordnet und grenzen bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 direkt anei¬ nander an. Der erste Randabschnitt 410 weist, ausgehend von der ersten
Facette 400 und in zur ersten Facette 400 senkrechte Richtung bemessen, eine Breite 440 auf. Die Breite 440 kann beispiels¬ weise zwischen 0,1 ym und 100 ym betragen, insbesondere bei¬ spielsweise zwischen 1 ym und 20 ym. Dies bedeutet, dass bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 der Mittenabschnitt 300 einen Abstand von der ers¬ ten Facette 400 aufweist, der der Breite 440 des ersten Rand¬ abschnitts 410 entspricht. Die Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 ist im ersten Randabschnitt 410 gegenüber dem Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 versetzt. Dabei liegen die Schichten der Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 in
Wachstumsrichtung 201 höher als im ersten Randabschnitt 410. Dadurch ist zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 eine im Wesentlichen stufenförmige erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 ausgebildet.
An der Oberseite 101 des Substrats 100 der Halbleiterstruktur 20 ist eine Stufe 120 ausgebildet. Dabei liegt die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 in Wachs- tumsrichtung 201 niedriger als im Mittenabschnitt 300, wodurch sich an der Grenze zwischen dem Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 die Stufe 120 ergibt. Die in Wachs¬ tumsrichtung 201 unterschiedliche Höhe der Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randab- schnitt 410 hat sich während des epitaktischen Aufwachsens der Schichtenfolge 200 auf die Oberseite 101 des Substrats 100 in die Schichtenfolge 200 übertragen, wodurch die erste Versetzung 430 entstanden ist. Die Stufe 120 an der Oberseite 101 des Substrats 100 kann beispielsweise dadurch gebildet worden sein, dass vor dem epitaktischen Aufwachsen der Schichtenfolge 200 ein Teil des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 entfernt worden ist. Das Entfernen des Teils des Substrats 100 kann bei- spielsweise durch ein Ätzverfahren erfolgt sein, insbesondere beispielsweise durch ein Trockenätzverfahren.
Im in Fig. 1 gezeigten Beispiel der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 umfasst die Schich- tenfolge 200 eine untere Mantelschicht 210, eine untere Wel¬ lenleiterschicht 220, eine aktive Schicht 230, eine obere Wellenleiterschicht 240 und eine obere Mantelschicht 250, die in der genannten Reihenfolge in Wachstumsrichtung 201 aufei- nanderfolgen . Dabei liegt die untere Mantelschicht 210 dem Substrat 100 am nächsten und kann insbesondere unmittelbar an der Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet sein. Die Schichtenfolge 200 könnte allerdings auch noch weitere
Schichten umfassen. Insbesondere könnten zwischen dem Substrat 100 und der unteren Mantelschicht 210 und oberhalb der oberen Mantelschicht 250 weitere Schichten angeordnet sein.
Die untere Mantelschicht 210 und die untere Wellenleiter- schicht 220 der Schichtenfolge 200 weisen eine Dotierung mit einem ersten Vorzeichen auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die obere Wellenleiterschicht 240 und die obere Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 weisen eine Dotierung mit im Ver¬ gleich zur Dotierung der unteren Mantelschicht 210 und der unteren Wellenleiterschicht 220 umgekehrtem Vorzeichen auf, beispielsweise eine p-Dotierung.
Die untere Mantelschicht 210 und die obere Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 weisen ein erstes Material auf. Die untere Wellenleiterschicht 220 und die obere Wellenleiter¬ schicht 240 weisen ein zweites Material auf. Das Material der unteren Mantelschicht 210 und der oberen Mantelschicht 250 weist einen kleineren Brechungsindex auf als das Material der unteren Wellenleiterschicht 220 und der oberen Wellenleiter- schicht 240. Die untere Mantelschicht 210 und die obere Man¬ telschicht 250 weisen einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf.
Die aktive Schicht 230 der Schichtenfolge 200 kann beispiels- weise als Quantentopf bzw. Quantenfilm (engl, quantum well) oder als zweidimensionale Anordnung von Quantenpunkten (engl, quantum dots) ausgebildet sein.
Die erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 ist so bemessen, dass im ersten Randabschnitt 410 die obere Man¬ telschicht 250 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, die erste Versetzung 430 so auszubilden, dass im ersten Randabschnitt 410 die obere Wellenleiterschicht 240 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet ist.
Im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 in der aktiven Schicht 230 erzeugtes Licht wird im Mittenabschnitt 300 in den Wellen¬ leiterschichten 220, 240 zwischen den Mantelschichten 210, 250 geführt. Im ersten Randabschnitt 410 wird das Licht dage¬ gen zumindest teilweise in der oberen Mantelschicht 250 ge¬ führt. Diese weist einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf, wodurch das im ersten Randabschnitt 410 in der oberen Mantelschicht 250 geführte Licht im ersten Randabschnitt 410 nicht oder nur in geringem Maße absorbiert werden kann. Dadurch bilden die erste Facette 400 und der an die erste Facette 400 angrenzende erste Rand¬ abschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 einen nichtabsorbierenden Spiegel.
Die erste Facette 400 und/oder die zweite Facette 500 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 10 können in Fig. 1 nicht dargestellte Beschichtungen aufweisen, die zur Passivierung und/oder zur Entspiegelung oder zur Erhöhung der Reflektivität dienen können. Diese BeSchichtungen können beispielsweise durch Bedampfen, durch Sputterung oder durch CVD-Beschichtung aufgebracht werden und können beispielsweise AI2O3, S 1 O2 , S 13N4 , T 1 O2 , rÜ2 , T a205 , Hf02, Si oder andere Materialien und Kombinationen dieser Ma- terialien aufweisen.
Die Schichtenfolge 200 kann oberhalb der oberen Mantelschicht 250 zusätzlich eine in Fig. 1 nicht dargestellte Kontakt¬ schicht umfassen. Außerdem kann an einer Oberseite der
Schichtenfolge 200 eine in Fig. 1 nicht dargestellte Metalli¬ sierung angeordnet sein, die dazu dient, die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers elektrisch zu kontaktieren. Diese Metallisierung kann sich über den Mitten- abschnitt 300 und über den ersten Randabschnitt 410 erstre¬ cken, kann aber auch auf den Mittenabschnitt 300 beschränkt sein . Anhand der Figuren 2 bis 8 werden nachfolgend weitere kanten¬ emittierende Halbleiterlaser beschrieben. Die weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser weisen jeweils große Übereinstimmungen mit dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der Fig. 1 auf. Nachfolgend werden daher jeweils nur die Ab- weichungen der weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser von dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der Fig. 1 erläutert. Komponenten der weiteren kantenemittierenden Halbleiterlaser, die beim kantenemittierenden Halbleiterlaser 10 der Fig. 1 vorhandenen Komponenten entsprechen, sind in Figu- ren 2 bis 8 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.
Fig. 2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterla- sers 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 11 weist die Halbleiterstruktur 20 zusätzlich zu dem Mittenabschnitt 300 und dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 einen an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 auf. Dabei ist in der Schichtenfolge 200 zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 eine zweite Versetzung 530 in Wachstumsrichtung 201 ausgebildet.
Die zweite Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 der Halb- leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenab¬ schnitt 300 ist so ausgebildet, dass die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 im zweiten Randabschnitt 510 in Wachstumsrichtung 201 tiefer liegen als im Mittenab- schnitt 300. Im zweiten Randabschnitt 510 ist die obere Man¬ telschicht 250 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 angeordnet. Dadurch wird im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 angeregtes und in den Wellenleiterschichten 220, 240 geführtes Licht im zweiten Randabschnitt 510 zumindest teilweise in der oberen Mantelschicht 250 geführt und kann dadurch im zweiten Randab¬ schnitt 510 nicht oder nur in geringem Maße absorbiert wer- den. Dadurch bilden bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 auch die zweite Facette 500 und der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randab¬ schnitt 510 einen nichtabsorbierenden Spiegel. Während des epitaktischen Aufwachsens der Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 ist die zweite Versetzung 530 durch eine zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 an der Oberseite 101 des Substrats 100 ausgebildete Stufe 120 erzeugt worden. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemit¬ tierenden Halbleiterlasers 11 weist das Substrat 100 somit sowohl an der Grenze zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 als auch an der Grenze zwischen dem zweiten Randabschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 je- weils eine Stufe 120 auf.
Der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randab¬ schnitt 510 und die zweite Versetzung 530 können spiegelbild¬ lich zu dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 und der ersten Versetzung 430 ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht die Breite des zweiten Rand¬ abschnitts 510, also der Abstand des Mittenabschnitts 300 von der zweiten Facette 500, der Breite 440 des ersten Randab¬ schnitts 410. Außerdem entspricht in diesem Fall die Größe der zweiten Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 in Wachs¬ tumsrichtung 201 im zweiten Randabschnitt 510 der Größe der ersten Versetzung 430 der Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410. Fig. 3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der kantenemittierende Halbleiterlaser 12 unterscheidet sich von dem kan- tenemittierenden Halbleiterlaser 10 der Fig. 1 dadurch, dass die erste Versetzung 430 der Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 so ausgebildet ist, dass die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 hö- her liegt als im Mittenabschnitt 300. Dadurch liegt im ersten Randabschnitt 410 die untere Mantelschicht 210 der Schichten¬ folge 200 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven
Schicht 230 im Mittenabschnitt 300. Alternativ könnte im ers¬ ten Randabschnitt 410 auch die untere Wellenleiterschicht 220 in Wachstumsrichtung 201 auf Höhe der aktiven Schicht 230 im Mittenabschnitt 300 liegen.
Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 12 wird im Mittenabschnitt 300 der Halbleiterstruktur 20 in der aktiven Schicht 230 angeregtes und in den Wellenleiterschichten 220, 240 geführtes Licht im ersten Randabschnitt 410 zumindest teilweise in der unteren Mantelschicht 210 geführt. Diese weist einen gegenüber den Wellenleiterschichten 220, 240 erhöhten Bandabstand auf, wodurch es im ersten Randabschnitt 410 nicht oder nur in geringem Maße zu einer Absorption von Licht kommen kann. Dadurch bilden die erste Facette 400 und der an die erste Facette 400 angrenzende erste Randabschnitt 410 auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 einen nichtabsorbierenden Spiegel.
Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 weist das Substrat 100 an seiner Obersei¬ te 101 eine Stufe 120 zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 auf, die sich in der über der Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 fortsetzt und die erste Versetzung 430 verursacht. Die Stufe 120 an der Oberseite 101 des Substrats 100 ist bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 allerdings so ausgebildet, dass die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstumsrich¬ tung 201 höher liegt als im Mittenabschnitt 300. Dies kann dadurch erreicht worden sein, dass vor dem epitaktischen Aufwachsen der Schichtenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 des Substrats 100 ein Teil des Substrats 100 entfernt worden ist, beispielsweise mittels eines Ätzprozesses, insbesondere eines Trockenätzprozesses . Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 12 kann, analog zur Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 11 der Fig. 2, auch in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 mit einer zweiten Versetzung 530 ausgebildet werden, wodurch auch die zweite Facette 500 und der an die zweite Facette 500 angrenzende zweite Randabschnitt 510 einen nichtabsorbieren- den Spiegel bilden. Der zweite Randabschnitt 510 und die zweite Versetzung 530 können dabei beispielsweise spiegel¬ bildlich zum ersten Randabschnitt 410 und der ersten Verset- zung 430 ausgebildet werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Halb- leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 ist ausgebildet wie die Halbleiterstruktur 20 des kantenemit¬ tierenden Halbleiterlasers 12 der Fig. 3.
Bei dem kantenemittierenden Halbleiterlaser 13 ist über der oberen Mantelschicht 250 der Schichtenfolge 200 eine obere Metallisierung 110 angeordnet, die zur elektrischen Kontak- tierung des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 dient. Zwischen der oberen Mantelschicht 250 und der oberen Metalli¬ sierung 110 könnte außerdem noch eine in Fig. 4 nicht darge- stellte Kontaktschicht angeordnet sein. Die obere Metallisie¬ rung 110 erstreckt sich über den Mittenabschnitt 300, nicht jedoch über den ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20. Dadurch wird im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 kein oder nur in geringem Maße elektrischer Strom im ersten Randabschnitt 410 durch die Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 geleitet. Hierdurch wird erreicht, dass im ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruk¬ tur 20 nicht oder nur in geringem Maße Licht angeregt wird. Wenn die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 13 mit einer zweiten Versetzung 530 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 ausgebildet wird, so kann sich die obere Metallisierung 110 beispielsweise auch nicht über den zweiten Randabschnitt 510 erstrecken .
Fig. 5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 ist die erste Versetzung 430 in der Schichtenfolge 200 zwi¬ schen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 so ausgebildet, dass die Schichtenfolge 200 im Mittenab¬ schnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im ersten Randabschnitt 410.
Allerdings weist das Substrat 100 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 an seiner
Oberseite 101 keine Stufe auf, sondern ist eben ausgebildet. Stattdessen umfasst die Schichtenfolge 200 bei der Halb¬ leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 14 eine Zusatzschicht 260, die abschnittsweise zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 angeordnet ist. Diese Zusatzschicht 260 ist im darge¬ stellten Beispiel lediglich im Mittenabschnitt 300 vorhanden, nicht jedoch im ersten Randabschnitt 410, wodurch die Zusatzschicht 260 an der Grenze zwischen dem Mittenabschnitt 300 und dem ersten Randabschnitt 410 eine Stufe 270 bildet. Die Stufe 270 setzt sich in der epitaktisch über der Zusatzschicht 260 und über der Oberseite 101 des Substrats 100 auf¬ gewachsenen Schichtenfolge 200 fort und bildet dadurch die erste Versetzung 430.
Die Zusatzschicht 260 kann vor dem epitaktischen Aufwachsen der weiteren Schichten 210, 220, 230, 240, 250 zunächst flä¬ chig, also sowohl im Mittenabschnitt 300 als auch im ersten Randabschnitt 410, auf die Oberseite 101 des Substrats 100 aufgebracht worden sein, beispielsweise ebenfalls durch epi¬ taktisches Wachstum. Anschließend kann die Zusatzschicht 260 im ersten Randabschnitt 410 entfernt worden sein, beispiels- weise durch einen Ätzprozess, insbesondere beispielsweise durch einen Trockenätzprozess oder einen nasschemischen Ätzprozess. Anschließend wurden die übrigen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 aufgewachsen. Es ist möglich, die Zusatzschicht 260 nach dem flächigen Auf¬ bringen auf die Oberseite 101 des Substrats 100 im ersten Randabschnitt 410 nicht vollständig, sondern lediglich teil¬ weise zu entfernen, sodass die Zusatzschicht 260 anschließend im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Höhe aufweist als im ersten Randabschnitt 410.
Es ist möglich, die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittie¬ renden Halbleiterlasers 14 auch mit einer zweiten Versetzung 530 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 auszubilden. Hierzu wird die Zusatzschicht 260 auch im zweiten Randabschnitt 510 ganz oder teilweise entfernt, bevor die übrigen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 aufgewachsen werden. Die Zusatzschicht 260 weist eine Dotierung mit demselben Vor¬ zeichen wie die Dotierung der unteren Mantelschicht 210 auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die Zusatzschicht 260 kann dasselbe Material aufweisen wie die untere Mantelschicht 210. Fig. 6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 ist die Oberseite 101 des Substrats 100 eben und ohne Stufe 120 ausgebildet. Stattdessen ist auch bei der Halb¬ leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 abschnittsweise die Zusatzschicht 260 vor- handen, die die Stufe 270 bildet, die sich in der übrigen Schichtenfolge 200 der Halbleiterstruktur 20 als die erste Versetzung 430 fortsetzt. Allerdings ist die Zusatzschicht 260 bei der Halbleiterstruk¬ tur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 lediglich im ersten Randabschnitt 410 vorhanden, nicht jedoch im Mittenabschnitt 300. Dadurch ist die erste Versetzung 430 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiter- lasers 15 so ausgebildet, dass die Schichtenfolge 200 im ers¬ ten Randabschnitt 410 in Wachstumsrichtung 201 höher liegt als im Mittenabschnitt 300. Falls die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 mit einer zweiten Versetzung 530 der Schichtenfolge 200 in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 ausgebil¬ det wird, so ist die Zusatzschicht 260 auch im zweiten Rand¬ abschnitt 510 vorhanden.
Auch bei der Herstellung der Halbleiterstruktur 20 des kan- tenemittierenden Halbleiterlasers 15 kann die Zusatzschicht 260 zunächst flächig im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randabschnitt 410 an der Oberseite 101 des Substrats 100 an¬ geordnet werden. Anschließend wird die Zusatzschicht 260 im Mittenabschnitt 300 ganz oder teilweise entfernt.
Auch bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 15 weist die Zusatzschicht 260 eine Dotie¬ rung mit demselben Vorzeichen wie die Dotierung der unteren Mantelschicht 210 auf, beispielsweise eine n-Dotierung. Die Zusatzschicht 260 kann beispielsweise dasselbe Material auf¬ weisen wie die untere Mantelschicht 210.
Fig. 7 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterla- sers 16 gemäß einer siebten Ausführungsform. Die Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 ist ausgebildet wie die Halbleiterstruktur 20 des kantenemit¬ tierenden Halbleiterlasers 15. Allerdings weist die Zusatz- Schicht 260 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittie¬ renden Halbleiterlasers 16 entweder eine Dotierung mit gegenüber der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 umgekehrtem Vorzeichen auf, also beispielsweise eine p-Dotierung, oder weist ein isolierendes Material auf. Falls die Zusatzschicht 260 ein isolierendes Material aufweist, so kann die Zusatz¬ schicht 260 beispielsweise als undotierte Epitaxieschicht, als CVD-Diamant-Schicht oder als dielektrische Schicht ausge¬ bildet sein.
In jedem Fall ist es zweckmäßig, die Zusatzschicht 260 durch epitaktisches Wachstum aufzubringen und sie aus demselben Materialsystem auszubilden, wie die übrige Schichtenfolge 200. Dadurch wird erreicht, dass die Schichtenfolge 200 defekt- und verspannungsarm ausgebildet wird. Hierdurch können eine Erhöhung von Leckströmen an den Facetten 400, 500 und eine Erhöhung der Absorption an den Facetten 400, 500 weitgehend vermieden werden, wodurch sich hohen Facettenbelastungsgrenzen ergeben können. verspannungsarme Schichtenfolge 200 eine Minimierung einer unerwünschten
Zusatzschicht 260 an die Kristallstruktur der übrigen Schichtenfolge 200 kann die Bruchqualität an den Facetten 400, 500 verbessern, woraus sich wiederum
Auch bei der Herstellung der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 kann die Zusatzschicht 260 zunächst flächig im Mittenabschnitt 300 und im ersten Randabschnitt 410 an der Oberseite 101 des Substrats 100 an¬ geordnet werden. Anschließend wird die Zusatzschicht 260 im Mittenabschnitt 300 vollständig entfernt.
Dadurch, dass die Zusatzschicht 260 eine Dotierung mit gegen- über der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 umgekehrtem Vorzeichen oder ein isolierendes Material aufweist, wird er¬ reicht, dass im Betrieb des kantenemittierenden Halbleiterla¬ sers 16 kein oder nur ein geringer Stromfluss durch die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 erfolgt.
Dadurch wird im ersten Randabschnitt 410 der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 16 kein Licht angeregt, wodurch der erste Randabschnitt 410 nur in geringem Maße erwärmt wird.
Fig. 8 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht der Halbleiterstruktur 20 eines kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 gemäß einer achten Ausführungsform. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 weist die Schichtenfolge 200 in dem an die erste Facette 400 angrenzenden ersten Randabschnitt 410 eine erste Versetzung 430 und in dem an die zweite Facette 500 angrenzenden zweiten Randabschnitt 510 eine zweite Versetzung 530 auf. Die Verset¬ zungen 430, 530 sind dabei so ausgebildet, dass die Schich¬ tenfolge 200 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 niedriger angeordnet ist als im ersten Randabschnitt 410 und im zweiten Randabschnitt 510. Es wäre allerdings möglich, bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 lediglich die erste Versetzung 430 im ersten Randabschnitt 410 vorzusehen und auf die zweite Versetzung 530 im zweiten Randabschnitt 510 zu verzichten.
Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halb- leiterlasers 17 ist zwischen dem ersten Randabschnitt 410 und dem Mittenabschnitt 300 ein erster Übergangsabschnitt 420 ausgebildet. Entsprechend ist auch zwischen dem zweiten Rand¬ abschnitt 510 und dem Mittenabschnitt 300 ein zweiter Über¬ gangsabschnitt 520 ausgebildet. Die einzelnen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 der Halb¬ leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 setzen sich von dem Mittenabschnitt 300 über den ersten Übergangsabschnitt 420 bis zum ersten Randabschnitt 410 sowie von dem Mittenabschnitt 300 über den zweiten Übergangsabschnitt 520 bis zum zweiten Randabschnitt 510 jeweils kontinuierlich fort. In den Übergangsabschnitten 420, 520 sind die einzelnen Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der Schichtenfolge 200 nicht senkrecht zur Wachstumsrichtung 201, sondern unter ei- nem von 90° abweichenden Winkel zur Wachstumsrichtung 201 angeordnet .
Das Substrat 100 weist bei der Halbleiterstruktur 20 des kan- tenemittierenden Halbleiterlasers 17 keine Stufe 120 auf. Stattdessen umfasst die Schichtenfolge 200 der Halb¬ leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 eine Zusatzschicht 260, die in den Randabschnitten 410, 510 und in den Übergangsabschnitten 420, 520 zwischen der Ober- seite 101 des Substrats und der unteren Mantelschicht 210 an¬ geordnet ist. Im Mittenabschnitt 300 ist bei der Halb¬ leiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 die Zusatzschicht 260 völlig entfernt. Falls die Zusatz¬ schicht 260 mit einer Dotierung ausgebildet ist, deren Vor- zeichen dem der Dotierung der unteren Mantelschicht 210 entspricht, so könnte ein Teil der Zusatzschicht 260 auch im Mittenabschnitt 300 zwischen der Oberseite 101 des Substrats 100 und der unteren Mantelschicht 210 angeordnet sein. In diesem Fall würden die in den Randabschnitten 410, 510 ange- ordneten Teile der Zusatzschicht 260 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Dicke aufweisen als der im Mittenabschnitt 300 angeordnete Teil der Zusatzschicht 260.
In den Übergangsabschnitten 420, 520 erhöht sich die in
Wachstumsrichtung 201 bemessene Dicke der Zusatzschicht 260 kontinuierlich. Damit bildet die Zusatzschicht 260 in den Übergangsabschnitten 420, 520 Rampen 280, deren Oberseiten nicht parallel zur Oberseite 101 des Substrats 100 angeordnet sind. Die Oberseiten der Rampen 280 weisen einen Winkel zur Oberseite 101 des Substrats 100 auf, der zwischen 3° und 90° liegen kann, insbesondere zwischen 10° und 88°, insbesondere zwischen 20° und 80°. Bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittierenden Halbleiterlasers 17 weist die Zusatzschicht 260 damit keine Stufe auf. Stattdessen bildet die Zusatz- schicht 260 bei der Halbleiterstruktur 20 des kantenemittie¬ renden Halbleiterlasers 17 die Rampe 280, entlang der sich die Dicke der Zusatzschicht 260 in Wachstumsrichtung 201 kon¬ tinuierlich ändert. In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, auf die Zusatzschicht 260 zu verzichten. Stattdessen wird die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 vertieft, sodass die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 tiefer angeordnet ist als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 wird die Oberseite 101 des Substrats 100 derart abge¬ schrägt, dass sich die in Wachstumsrichtung 201 bemessene Hö- he der Oberseite 101 des Substrats 100 zwischen dem Mittenab¬ schnitt 300 und den Randabschnitten 410, 510 kontinuierlich ändert. Damit bildet die Oberseite 101 des Substrats 100 in den Übergangsabschnitten 420, 520 die Rampe 280. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die Zusatzschicht 260 so ausgebildet, dass sie im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 eine größere Dicke aufweist als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 ändert sich die Dicke der Zusatzschicht 260 kontinu- ierlich. Bei der anschließend epitaktisch über der Zusatzschicht 260 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 liegen die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 im Mittenabschnitt 300 dann in Wachstumsrichtung 201 höher als in den Randabschnitten 410, 510.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird auf die Zusatzschicht 260 verzichtet. Stattdessen wird die Oberseite 101 des Substrats 100 derart strukturiert, dass die Oberseite 101 des Substrats 100 im Mittenabschnitt 300 in Wachstums- richtung 201 höher liegt als in den Randabschnitten 410, 510. In den Übergangsabschnitten 420, 520 ändert sich die Höhe der Oberseite 101 des Substrats 100 wiederum kontinuierlich. Die Schichten 210, 220, 230, 240, 250 der über der Oberseite 101 des Substrats 100 aufgewachsenen Schichtenfolge 200 liegen auch in diesem Fall im Mittenabschnitt 300 in Wachstumsrichtung 201 höher als in den Randabschnitten 410, 510. Ein einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt die Schichtenfolge 200 im ersten Randabschnitt 410 in Wachstums¬ richtung 201 höher als im Mittenabschnitt 300, während sie im zweiten Randabschnitt 510 in Wachstumsrichtung 201 tiefer liegt als im Mittenabschnitt 300. In noch einer weiteren Aus¬ führungsform sind die Verhältnisse umgekehrt.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei¬ spiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Er- findung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt.
Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
BEZUGSZEICHENLISTE
10 kantenemittierender Halbleiterlaser
11 kantenemittierender Halbleiterlaser 12 kantenemittierender Halbleiterlaser
13 kantenemittierender Halbleiterlaser
14 kantenemittierender Halbleiterlaser
15 kantenemittierender Halbleiterlaser
16 kantenemittierender Halbleiterlaser 17 kantenemittierender Halbleiterlaser
20 Halbleiterstruktur
100 Substrat
101 Oberseite
110 obere Metallisierung
120 Stufe
200 Schichtenfolge
201 Wachstumsrichtung
210 untere Mantelschicht
220 untere Wellenleiterschicht
230 aktive Schicht
240 obere Wellenleiterschicht
250 obere Mantelschicht
260 Zusatzschicht
270 Stufe
280 Rampe 300 Mittenabschnitt
400 erste Facette
410 erster Randabschnitt
420 erster Übergangsabschnitt
430 erste Versetzung
440 Breite
500 zweite Facette 510 zweiter Randabschnitt
520 zweiter Übergangsabschnitt
530 zweite Versetzung

Claims

PATENTA S PRÜCHE
Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17)
mit einer Halbleiterstruktur (20), die ein Substrat (100) und eine über einer Oberseite (101) des Substrats (100) angeordnete Schichtenfolge (200) mit entlang einer Wachs¬ tumsrichtung (201) übereinanderliegenden Schichten (210, 220, 230, 240, 250) aufweist,
wobei in der Schichtenfolge (200) eine untere Mantel¬ schicht (210), eine untere Wellenleiterschicht (220), ei¬ ne aktive Schicht (230), eine obere Wellenleiterschicht (240) und eine obere Mantelschicht (250) aufeinanderfol¬ gen,
wobei die Halbleiterstruktur (20) seitlich durch eine erste Facette (400) und eine zweite Facette (500) be¬ grenzt ist,
wobei die Halbleiterstruktur (20) einen Mittenabschnitt (300) und einen an die erste Facette (400) angrenzenden ersten Randabschnitt (410) aufweist,
wobei die Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) so gegenüber dem Mittenabschnitt (300) in Wachs¬ tumsrichtung (201) versetzt ist, dass im ersten Randab¬ schnitt (410) eine der Mantelschichten (210, 250) oder eine der Wellenleiterschichten (220, 240) in Wachstumsrichtung (201) auf Höhe der aktiven Schicht (230) im Mit¬ tenabschnitt (300) angeordnet ist,
wobei die Schichtenfolge (200) eine zumindest im ersten Randabschnitt (410) zwischen der Oberseite (101) des Sub¬ strats (100) und der unteren Mantelschicht (210) angeord¬ nete, epitaktisch aufgewachsene Zusatzschicht (260) um- fasst ,
wobei die Zusatzschicht (260) nicht im Mittenabschnitt (300) zwischen der Oberseite (101) des Substrats (100) und der unteren Mantelschicht (210) angeordnet ist, wobei die Zusatzschicht (260) elektrisch isolierend ist oder eine Dotierung mit umgekehrtem Vorzeichen aufweist wie die untere Mantelschicht (210) .
2. Kantenemittierender Halbleiterlaser (11, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halbleiterstruktur (20) einen an die zweite Facette (500) angrenzenden zweiten Randabschnitt (510) auf¬ weist,
wobei die Schichtenfolge (200) im zweiten Randabschnitt (510) gegenüber dem Mittenabschnitt (300) in Wachstums¬ richtung (201) versetzt ist.
3. Kantenemittierender Halbleiterlaser (11, 17) gemäß Anspruch 2,
wobei die Versetzung (530) der Schichtenfolge (200) im zweiten Randabschnitt (510) der Versetzung (430) der Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) ent¬ spricht .
4. Kantenemittierender Halbleiterlaser (12, 13, 15, 16, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schichtenfolge (200) im ersten Randabschnitt (410) in Wachstumsrichtung (201) höher liegt als im Mittenabschnitt (300).
5. Kantenemittierender Halbleiterlaser (17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Halbleiterstruktur (20) zwischen dem Mittenabschnitt (300) und dem ersten Randabschnitt (410) einen ersten Übergangsabschnitt (420) aufweist,
wobei sich die Schichtenfolge (200) zwischen dem Mitten¬ abschnitt (300), dem ersten Übergangsabschnitt (420) und dem ersten Randabschnitt (410) kontinuierlich fortsetzt.
6. Kantenemittierender Halbleiterlaser (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mittenabschnitt (300) einen Abstand (440) zwi¬ schen 0,1 ym und 100 ym von der ersten Facette (400) auf¬ weist, bevorzugt einen Abstand (440) zwischen 1 ym und
20 ym. Kantenemittierender Halbleiterlaser (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei über der Schichtenfolge (200) eine Kontaktschicht und eine obere Metallisierung (110) angeordnet ist, wobei die obere Metallisierung (110) nur über dem Mitten abschnitt (300) angeordnet ist, nicht über dem ersten Randabschnitt (410) .
Verfahren zum Herstellen eines kantenemittierenden Halbleiterlasers (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17)
mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (100) mit einer Oberseite (101) ;
- Anordnen einer Zusatzschicht (260) an der Oberseite (101) des Substrats (100) durch epitaktisches Wachstum;
- Entfernen eines Teils der Zusatzschicht (260) in einem Mittenabschnitt (300), um eine Oberfläche an der Obersei¬ te (101) des Substrats auszubilden, die in dem Mittenab¬ schnitt (300) eine andere Höhe aufweist als in einem ers¬ ten Randabschnitt (410);
- Abscheiden einer Schichtenfolge (200) über der Oberflä¬ che,
wobei das Abscheiden der Schichtenfolge (200) ein Ab¬ scheiden einer unteren Mantelschicht (210), einer unteren Wellenleiterschicht (220), einer aktiven Schicht (230), einer oberen Wellenleiterschicht (240) und einer oberen Mantelschicht (250) umfasst,
wobei die Zusatzschicht (260) elektrisch isolierend ist oder eine Dotierung mit umgekehrtem Vorzeichen aufweist wie die untere Mantelschicht (210),
wobei der Höhenunterschied der Oberfläche zwischen dem Mittenabschnitt (300) und dem ersten Randabschnitt (410) so bemessen wird, dass im ersten Randabschnitt (410) eine der Mantelschichten (210, 250) oder eine der Wellenleiterschichten (220, 240) auf Höhe der aktiven Schicht (230) im Mittenabschnitt (300) angeordnet wird;
- Brechen des Substrats (100) und der Schichtenfolge der- art, dass eine erste Facette (400) gebildet wird, an die der erste Randabschnitt (410) angrenzt.
Verfahren gemäß Anspruch 8,
wobei das Entfernen der Zusatzschicht (260) durch
Ätzverfahren erfolgt.
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