WO2017215919A1 - Halbleiterlaserdiode - Google Patents

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WO2017215919A1
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laser diode
semiconductor laser
structuring
semiconductor body
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PCT/EP2017/063208
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Wolfgang Reill
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC

Definitions

  • a semiconductor laser diode is specified.
  • Specify a semiconductor laser diode can be generated with the laser radiation having a reduced beam divergence.
  • a further object to be achieved is to specify a semiconductor laser diode with which laser radiation can be generated particularly efficiently.
  • Semiconductor laser diode has a semiconductor body with a
  • the semiconductor body of the semiconductor laser diode is for
  • Example formed with an I I I / V compound semiconductor material or a II / VI compound semiconductor material may be epitaxially plated on
  • the laser radiation is generated during operation of the semiconductor laser diode.
  • Emitter area extends for example via a
  • the active region includes, for example, a pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure and / or a multiple quantum well structure.
  • Semiconductor laser diode may include one or more emitter regions. In particular, it is possible that the
  • Semiconductor laser diode has two or more emitter regions, in particular, for example, exactly five emitter regions, in a lateral direction perpendicular to
  • Main extension direction of the emitter regions are spaced and arranged parallel to each other. At the lateral
  • Directions are those directions that are parallel to a main extension plane of the semiconductor laser diode and the semiconductor body.
  • the semiconductor laser diode comprises a first connection element, which electrically contacts the semiconductor body in the emitter region. At the first
  • Connection element is, for example, a metallic layer or a metallic layer sequence which, for example in the emitter region, can border directly or indirectly on the semiconductor body.
  • Connection element can be a main surface of the
  • Semiconductor laser diode is the semiconductor body in
  • Connecting element is. Furthermore, it is possible for the semiconductor body to be in direct contact with the first connection element only in the emitter region and for there to be no direct contact between the outside of the emitter region
  • Emitter region at least in places a structuring, which increases a contact area between the semiconductor body and the first connection element.
  • the semiconductor body in the emitter region is not planar and flat on its side facing the first connection element, but instead has a structuring such that a contact surface in which the semiconductor body and the first connection element are in contact with one another is enlarged relative to an unstructured semiconductor body is.
  • the structuring can be a variety of
  • a semiconductor body comprising an emitter region, and - A first connection element, which electrically contacts the semiconductor body in the emitter region, wherein
  • the semiconductor body in the emitter region is in contact with the first connection element
  • the semiconductor body in the emitter region at least
  • the semiconductor laser diode For example, laser radiation having a wavelength of at least 970 nm, for example 975 nm or 980 nm, is generated in the emitter region.
  • the semiconductor body of the semiconductor laser diode is based, for example, on the material system InGaAs. However, the semiconductor laser can also be a
  • Semiconductor laser act that generates electromagnetic radiation in the spectral range of UV radiation to infrared radiation and based on a suitably suitable material system, in particular a I I I / V compound semiconductor material.
  • One of the semiconductor laser diodes described here is based, inter alia, on the following considerations: a
  • Semiconductor laser generated in operation electromagnetic radiation is the self-focusing within a
  • the semiconductor laser diode heats up more toward a light exit surface compared to one of the light exit side opposite side of the resonator of the semiconductor laser diode comprising, for example, a highly reflective mirror facet. Due to the temperature dependence of the
  • Semiconductor body forms this thermal lens and reduces the optical gain of the semiconductor laser diode.
  • Laser radiation which is particularly disadvantageous for a coupling of the laser radiation, for example in a glass fiber.
  • the semiconductor laser diode described here is based inter alia on the finding that an enlargement of the
  • Terminal element improves the heat dissipation from the semiconductor laser diode during operation, since in this way the area over which heat is removed from the semiconductor laser diode is increased. By introducing a structuring of the semiconductor body in the emitter region, this can be achieved without determining the semiconductor laser diode
  • Geometries such as resonator length and width to change. Due to the structuring, the semiconductor laser diode is better cooled, at least in the emitter region, than is the case for an unstructured semiconductor body, and the temperature of the semiconductor laser diode can be in operation
  • Semiconductor laser diode is the contact surface between the
  • Semiconductor body and the first connection element with the structuring at least partially at least 1.5 times large as a contact area between the semiconductor body and the terminal, which is free of any structuring. In other words, come to the formation of the
  • Structuring structures which have a lateral surface in addition to their base, which the
  • connection element comprises a metallic layer, which the semiconductor body in
  • connection element contains the metallic layer or consists of the metallic layer.
  • the metallic layer can be formed, for example, with a good heat-conducting metal such as gold or consist of this metal.
  • the metallic layer can be applied in particular by sputtering or vapor deposition on the semiconductor body and in this way the structures of the
  • Semiconductor laser diode comprises structuring at least in places at least one of the following structures:
  • Semiconductor body be formed.
  • the structures are given within the scope of manufacturing tolerance by said geometric body or at least approximated. That is, in terms of manufacturing tolerances, the structures may deviate from the perfect geometric shape.
  • the structures can be arbitrary bases
  • structures which are formed as pyramids, inverse pyramids, truncated pyramids or inverse truncated pyramids have an n-sided base area, where n> 3.
  • Semiconductor laser diode is a maximum lateral
  • the maximum lateral extent is the maximum
  • the maximum lateral extension is preferably for a large part of the structure, ie for at least 50 percent, in particular for at least 75
  • the structures at least 400 nm. Such a maximum lateral extent has been found to be advantageous for increasing the contact area between the semiconductor body and the first connection element, since with such large structures a particularly significant increase in the
  • the structuring has a density of structures, wherein the density of the structures increases towards a radiation exit surface of the semiconductor laser diode.
  • the semiconductor laser diode has in the area of
  • Radiation exit surface on the area in which the temperature of the semiconductor body is the largest in operation In order to counteract the effect of the thermal lens, it proves to be advantageous to provide as many structuring structures as possible in regions of high temperature and thus structuring there in a particularly high density
  • the density of the structuring can be chosen such that it corresponds to a temperature profile of the
  • Structuring follows. That is, the greater the temperature in a semiconductor laser diode of identical design without structuring at a specific location of the emitter region, the greater the density of the structures of the structuring is selected at this point.
  • the density can be adjusted by choosing the spacing between adjacent structures and choosing the size of the structures.
  • Semiconductor laser diode is a smaller the distance between adjacent structures, the closer the structures to the
  • Radiation exit surface are arranged.
  • the distance between adjacent structures allows the density of the structures to be adjusted while maintaining the size of the structure. The distance is chosen the smaller, the closer the
  • Structures are arranged on the radiation exit surface, so that in areas where a structurally identical
  • Semiconductor laser diode without structuring has a particularly high temperature, the distance between adjacent
  • Structures is chosen particularly small. That way is In these areas, the density of structures is increased over other areas.
  • Semiconductor laser diode comprises the semiconductor body in
  • Emitter area a connection area, which at the
  • connection area directly adjacent to the first connection element, wherein the connection area is completely penetrated at any point.
  • Semiconductor body is, for example, a particularly highly doped layer of the semiconductor body.
  • connection layer is a highly p-doped layer.
  • the dopant concentration may be at least 5 * 10 A 18 / cm A 3, in particular at least 10 A 19 / cm A 3.
  • This layer can ⁇ as a degree or are called "Cap" layer.
  • connection region can in the vertical direction, the regions of the semiconductor body, not for
  • Semiconductor body is formed thicker in the connection area than in adjacent areas, wherein the increased thickness is due to the semiconductor layer in the connection area.
  • the structuring is located in the connection area, whereby the structures are selected so that the connection area is not completely penetrated at any point. In other words, the connection area is partially reduced in thickness by the structuring, but it does not have a hole extending through the connection area at any point. In this way, it is ensured that the first connection element in the emitter region can completely adjoin the connection region of the semiconductor body and the terminal region of the semiconductor body not
  • Connection element adjacent to a region of the semiconductor body which has a particularly low ohmic resistance due to the high doping.
  • the semiconductor body comprises a
  • the semiconductor body has at least in places in the side area another
  • the semiconductor body is preferably not electrically contacted by the first connection element.
  • the semiconductor laser diode may comprise several of the secondary regions. If the semiconductor laser diode comprises, for example, a single emitter region, secondary regions can be arranged on both sides of a longitudinal extension axis of the emitter region, so that in this case the semiconductor laser diode comprises two secondary regions.
  • Semiconductor laser diode two or more emitter areas, so side areas in particular between the
  • the semiconductor body then consists, for example, of secondary areas and
  • Embodiment of a further structuring which is adapted to weaken secondary modes, for example by scattering of electromagnetic radiation and / or by absorption of electromagnetic radiation to the other structures of the further structuring.
  • the weakening can be designed so strong that an oscillation of the secondary modes is suppressed.
  • the further structuring can additionally contribute to improved heat dissipation of the semiconductor body during operation of the semiconductor laser diode. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor laser diode is an electrically insulating between the side region and the first connection element
  • Insulating element is, for example, a layer or a layer sequence, which is formed with electrically insulating material.
  • the insulating element is a layer of silicon dioxide or a layer of silicon nitride. Due to the electrical insulation of the secondary region by the insulating element, it is possible to design the first connecting element over a large area so that it can cover the semiconductor body in the emitter region and in the secondary region. In this way it is possible that the
  • Semiconductor laser diode particularly effective to deaden.
  • the structuring in the emitter region can have flatter structures than the further structuring in the secondary region.
  • the height can be in the vertical
  • Semiconductor body also extends into the side area, it is particularly possible that the further structuring has further structures which completely penetrate the connection area. This is possible in the secondary area, since an electrical connection of the semiconductor body is not desired there anyway.
  • the further structures which have a greater height, in this way protrude further into the semiconductor body, whereby their effect for the reduction of secondary modes
  • Semiconductor laser diode are the structures and / or the
  • Structuring and / or further structuring are produced by an etching process.
  • the etching process may be, for example, a dry chemical or a wet-chemical etching act.
  • the structures and the further structures can be produced for example by photolithography with the aid of a stepper or by means of so-called natural lithography.
  • the feature according to which the structures and / or the further structures are produced by etching is in particular an objective feature that can be detected on the finished product. For example, by conventional
  • FIGS. 2 and 3 show exemplary embodiments of semiconductor laser diodes described here.
  • 5D are structurings as they are in
  • FIGS. 6A and 6B are schematic views of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a
  • the semiconductor laser diode comprises a carrier 1, on which the semiconductor body 2 is applied.
  • the semiconductor body 2 has a central emitter region 5, as well as two secondary regions 6 which surround the emitter region 5 on both sides and adjoin them. In the emitter region 5, the
  • Semiconductor laser diode includes a carrier 1.
  • the carrier 1 may be, for example, a heat sink, which is adapted for active or passive cooling of a semiconductor body 2 of the semiconductor laser diode.
  • the semiconductor body 2 of the semiconductor laser diode comprises an n-type region 21, a p-type region 22 and an active region 23 between the n-type region 21 and the p-type region 22
  • Semiconductor laser diode is in the active region 23rd
  • the semiconductor body is divided into a central emitter region 5, which is surrounded on both sides by secondary regions 6. Only in the emitter region 5 is the semiconductor body p-side electrically connected. This includes the
  • connection area 24 which in
  • Emitter region 5 is formed and which is formed for example with a highly p-doped semiconductor material. In the present case, the connection region 24 projects beyond the rest
  • the semiconductor laser diode further has a
  • the semiconductor body 2 is electrically conductively connected on the p-side via the first connection element 3.
  • the first connection element 3 is electrically conductively connected on the p-side via the first connection element 3.
  • Connection element 3 is for example with a
  • connection element 3 is in direct contact with the semiconductor body 2 in the connection region 24
  • Insulating element 8 which is formed for example with an electrically insulating material such as silicon nitride.
  • the semiconductor body 2 now has in the emitter region 5 on its side facing the first connection element 3 a structuring 26 which comprises a multiplicity of structures 26a.
  • the structuring 26 leads to a
  • connection area 24 is thereby from the first
  • Terminal element 3 is not completely penetrated because the structures 26a do not extend through the terminal portion 24 therethrough.
  • connection element 3 can be thermally and electrically, for example, by means of a solder material on the carrier 1
  • the semiconductor body 2 On the side facing away from the first connection element 3, the semiconductor body 2 has a second connection element 4, via which the semiconductor body is contacted on the n-side.
  • the second connection element 4 comprises, for example, a
  • Pad 41 which may be a bond pad, which is electrically connected to a contact wire 42.
  • Connection element 4 cover the two main surfaces, ie the bottom surface and the top surface of the semiconductor body 2 completely. This allows a particularly good thermal connection of the semiconductor body 2 to the carrier 1. Due to the structuring 26, the thermal connection in the
  • Emitter area 5 particularly good, which is a forming of
  • the further structuring 27 comprises structures 27a.
  • the further structuring 27 extends deeper into the semiconductor body than the structuring 26.
  • Structuring 27 does not sever the active layer 23.
  • the further structuring 27 is at its first
  • Connection element 3 facing side of the insulation. 8 covered and in this way the side areas are 6
  • Figure 4 shows a plan view of an embodiment of a described here
  • the semiconductor laser diode comprises a central emitter region 5, which extends in the form of a web and is surrounded on both sides by secondary regions 6.
  • Temperature T2 is greater than the temperature Tl and the temperature T3 is greater than the temperature T2.
  • the structuring 26 in the emitter region 5 can be made more dense, the higher the temperature at a semiconductor laser diode without the
  • Structuring 26 is. That is, the smaller the distance from the radiation exit surface 7, the more dense the structures 26a of the structuring 26 can be arranged and the smaller their distance d from each other is selected.
  • the temperature profile of the emitter region 5 is similar to a parabola, the structuring 26 can be optimized with regard to this shape.
  • FIGS. 5A to 5D different exemplary embodiments for forming the structuring 26 are shown.
  • the structures 27a of the further structuring 27 can be carried out in the same or similar manner.
  • Figures 5A and 5B show the embodiment of the structures 26a, 27a as spherical shells, wherein the height h for the in
  • Ball cups can also call the structures inverse
  • FIG. 5C shows an embodiment of the structures 26a, 27a as truncated cone or truncated pyramid. If the structures 26a, 27a are, for example, a truncated cone with a diameter D of 400 nm and a height h of 160 nm and a cone angle of 75 degrees, then in an arrangement of the structures 26, 27 in a two-dimensional hexagonal dense packing about a doubling of
  • Base area can be achieved by that in addition to the
  • Base surface of the truncated cone and its lateral surface contributes to the contact surface 28.
  • the inverse structures can also be used as depressions or recesses in the semiconductor body.
  • the structures 26a and the further structures 27a can be produced in particular by etching.
  • the etching can by means of a mask by a
  • Structuring 27 is that the described structuring on already existing
  • FIGS. 6A and 6B show sections of an intermediate product of embodiments of semiconductor laser diodes described herein.
  • the emitter region 5 and a secondary region 6 are shown in fragmentary form.
  • the structures 26a, in the side region 6 are the other structures 27a.
  • Structure sizes are chosen the same in the embodiment of Figure 6A.
  • the further structures 27a are selected with a greater height h than the structures 26a.
  • the structures 27a are particularly well suited for weakening secondary modes, whereas the structures 26a are designed so flat that they
  • Terminal region 24 of the semiconductor laser diode not

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Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben, mit - einem Halbleiterkörper (2) umfassend einen Emitterbereich (5), und - ein erstes Anschlusselement (3), welches den Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) elektrisch kontaktiert, wobei - der Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) in Kontakt mit dem ersten Anschlusselement (3) steht, und - der Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) zumindest stellenweise eine Strukturierung (26) aufweist, welche eine Kontaktfläche (28) zwischen dem Halbleiterkörper (2) und dem ersten Anschlusselement (3) vergrößert.

Description

Beschreibung
Halbleiterlaserdiode Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben.
Die Druckschrift WO 2013/079346 AI beschreibt eine
Halbleiterlaserdiode . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Halbleiterlaserdiode anzugeben, mit der Laserstrahlung erzeugt werden kann, die eine verringerte Strahldivergenz aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben, mit der Laserstrahlung besonders effizient erzeugt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterlaserdiode einen Halbleiterkörper mit einem
Emitterbereich .
Der Halbleiterkörper der Halbleiterlaserdiode ist zum
Beispiel mit einem I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial oder einem II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterial gebildet. Der Halbleiterkörper kann zum Beispiel epitaktisch auf ein
Substrat aufgewachsen sein.
Im Emitterbereich des Halbleiterkörpers wird im Betrieb der Halbleiterlaserdiode die Laserstrahlung erzeugt. Der
Emitterbereich erstreckt sich beispielsweise über einen
Großteil der Länge der Halbleiterlaserdiode und umfasst einen aktiven Bereich der Halbleiterkörper. Der aktive Bereich umfasst zum Beispiel einen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur und/oder eine Mehrfach-Quantentopstruktur . Die
Halbleiterlaserdiode kann einen oder mehrere Emitterbereiche aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass die
Halbleiterlaserdiode zwei oder mehr Emitterbereiche aufweist, insbesondere beispielsweise genau fünf Emitterbereiche, die in einer lateralen Richtung senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Emitterbereiche beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Bei den lateralen
Richtungen handelt es sich um diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterlaserdiode sowie des Halbleiterkörpers parallel verlaufen.
Im Emitterbereich kann der Halbleiterkörper in einer
vertikalen Richtung, die senkrecht zu den lateralen
Richtungen verläuft, dicker ausgebildet sein als außerhalb des Emitterbereichs. Der Emitterbereich ist dann
beispielsweise als stegförmige Struktur des Halbleiterkörpers ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass der
Halbleiterkörper an einer Seite, zum Beispiel seiner p- leitenden Seite, im Emitterbereich elektrisch leitend
kontaktiert ist, wohingegen er an derselben Seite außerhalb des Emitterbereichs nicht elektrisch leitend kontaktiert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode umfasst die Halbleiterlaserdiode ein erstes Anschlusselement, welches den Halbleiterkörper im Emitterbereich elektrisch kontaktiert. Bei dem ersten
Anschlusselement handelt es sich beispielsweise um eine metallische Schicht oder eine metallische Schichtenfolge, die beispielsweise im Emitterbereich mittelbar oder unmittelbar an den Halbleiterkörper grenzen kann. Das erste
Anschlusselement kann dabei eine Hauptfläche des
Halbleiterkörpers zum Großteil oder vollständig bedecken, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Anschlusselement und dem Emitterbereich insbesondere
ausschließlich im Emitterbereich vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode steht der Halbleiterkörper im
Emitterbereich in Kontakt mit dem ersten Anschlusselement. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der Halbleiterkörper im Emitterbereich in direktem Kontakt mit dem ersten
Anschlusselement steht. Ferner ist es möglich, dass der Halbleiterkörper ausschließlich im Emitterbereich in direktem Kontakt mit dem ersten Anschlusselement steht und außerhalb des Emitterbereichs kein direkter Kontakt zwischen dem
Halbleiterkörper und dem Anschlusselement vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode weist der Halbleiterkörper im
Emitterbereich zumindest stellenweise eine Strukturierung auf, welche eine Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Anschlusselement vergrößert. Mit anderen Worten ist der Halbleiterkörper im Emitterbereich an seiner dem ersten Anschlusselement zugewandten Seite nicht eben und flach ausgebildet, sondern weist eine Strukturierung auf, so dass eine Kontaktfläche, in welcher der Halbleiterkörper und das erste Anschlusselement in Kontakt miteinander stehen, gegenüber einem unstrukturierten Halbleiterkörper vergrößert ist. Die Strukturierung kann dabei eine Vielzahl von
Strukturen aufweisen, die beispielsweise durch Erhebungen und/oder Senken im Halbleiterkörper gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine
Halbleiterlaserdiode angegeben mit
- einem Halbleiterkörper umfassend einen Emitterbereich, und - ein erstes Anschlusselement, welches den Halbleiterkörper im Emitterbereich elektrisch kontaktiert, wobei
- der Halbleiterkörper im Emitterbereich in Kontakt mit dem ersten Anschlusselement steht, und
- der Halbleiterkörper im Emitterbereich zumindest
stellenweise eine Strukturierung aufweist, welche eine
Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Anschlusselement vergrößert. Im Betrieb der Halbleiterlaserdiode wird im Emitterbereich beispielsweise Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von wenigstens 970 nm, beispielsweise von 975 nm oder 980 nm erzeugt. Der Halbleiterkörper der Halbleiterlaserdiode basiert dazu beispielsweise auf dem Materialsystem InGaAs. Bei dem Halbleiterlaser kann es sich jedoch auch um einen
Halbleiterlaser handeln, der elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich von UV-Strahlung bis Infrarot-Strahlung erzeugt und auf einem entsprechend geeigneten Materialsystem, insbesondere einem I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial basiert.
Einer hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Eine
Ursache für hohe Strahldivergenzen der von einem
Halbleiterlaser im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung ist die Selbstfokussierung innerhalb eines
Resonators des Halbleiterlasers. Diese Selbstfokussierung entsteht durch die Ausbildung einer thermischen Linse. Dabei wird die Wellenfront der erzeugten elektromagnetischen
Strahlung beim Durchgang durch ein Gebiet mit inhomogener Temperaturverteilung deformiert. Insbesondere erwärmt sich die Halbleiterlaserdiode zu einer Lichtaustrittsfläche hin stärker im Vergleich zu einer der Lichtaustrittsseite abgewandten Seite des Resonators der Halbleiterlaserdiode, die beispielsweise eine hochreflektierende Spiegelfacette umfasst. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit des
Brechungsindex des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers und des optischen Gewinns des Halbleitermaterials des
Halbleiterkörpers bildet sich diese thermische Linse aus und reduziert den optischen Gewinn der Halbleiterlaserdiode.
Ferner steigt die Strahldivergenz der erzeugten
Laserstrahlung an, was insbesondere für eine Einkopplung der Laserstrahlung beispielsweise in eine Glasfaser nachteilig ist .
Die hier beschriebene Halbleiterlaserdiode beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass eine Vergrößerung der
Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten
Anschlusselement die Wärmeabfuhr aus der Halbleiterlaserdiode im Betrieb verbessert, da auf diese Weise die Fläche, über welche Wärme aus der Halbleiterlaserdiode abgeführt wird, vergrößert ist. Durch die Einführung einer Strukturierung des Halbleiterkörpers im Emitterbereich kann dies erreicht werden, ohne die die Halbleiterlaserdiode bestimmenden
Geometrien wie Resonatorlänge und Breite zu verändern. Die Halbleiterlaserdiode wird aufgrund der Strukturierungen zumindest im Emitterbereich besser gekühlt, als dies für einen unstrukturierten Halbleiterkörper der Fall ist und die Temperatur der Halbleiterlaserdiode kann im Betrieb
insbesondere in dem Bereich gesenkt werden, in dem die oben angesprochene thermische Linse auftritt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode ist die Kontaktfläche zwischen dem
Halbleiterkörper und dem ersten Anschlusselement mit der Strukturierung zumindest bereichsweise mindestens 1,5 Mal so groß wie eine Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem Anschlusselement, die frei von jeglicher Strukturierung ist. Mit anderen Worten, kommen zur Bildung der
Strukturierung Strukturen zum Einsatz, welche neben ihrer Grundfläche eine Mantelfläche aufweisen, welche die
Kontaktfläche entsprechend vergrößert. Handelt es sich bei der Struktur beispielsweise um einen Kegelstumpf, so ist es möglich, abhängig von der Höhe des Kegelstumpfs,
beispielsweise eine Verdoppelung der Grundfläche zu
erreichen, durch die dann in etwa die doppelte Wärmemenge pro Flächeneinheit abgeführt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode umfasst das Anschlusselement eine metallische Schicht, welche den Halbleiterkörper im
Emitterbereich vollständig bedeckt. Beispielsweise ist es möglich, dass das Anschlusselement die metallische Schicht enthält oder aus der metallischen Schicht besteht. Die metallische Schicht kann beispielsweise mit einem gut Wärme leitenden Metall wie etwa Gold gebildet sein oder aus diesem Metall bestehen. Die metallische Schicht kann insbesondere durch Sputtern oder Aufdampfen auf den Halbleiterkörper aufgebracht sein und auf diese Weise die Strukturen der
Strukturierung vollständig benetzen, so dass sich an der Kontaktfläche eine zusammenhängende metallische Schicht ausbildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode umfasst die Strukturierung zumindest stellenweise zumindest eine der folgenden Strukturen:
Kegelstumpf, inverser Kegelstumpf, Pyramidenstumpf, inverser Pyramidenstumpf, Kegel, inverser Kegel, Pyramide, inverse Pyramide, Kugelschale, inverse Kugelschale. Das heißt, die Strukturen können als Erhebungen oder als Senken im
Halbleiterkörper ausgebildet sein. Die Strukturen sind dabei im Rahmen der Herstellungstoleranz durch die genannten geometrischen Körper gegeben oder zumindest approximierbar. Das heißt, im Hinblick auf Herstellungstoleranzen können die Strukturen von der perfekten geometrischen Form abweichen. Ferner können die Strukturen beliebige Grundflächen
aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, dass Strukturen, welche als Pyramiden, inverse Pyramiden, Pyramidenstümpfe oder inverse Pyramidenstümpfe ausgebildet sind, eine n-eckige Grundfläche aufweisen, wobei n > 3 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode beträgt eine maximale laterale
Erstreckung der Struktur wenigstens 400 nm. Bei der maximalen lateralen Erstreckung handelt es sich um den maximalen
Durchmesser der Strukturen beispielsweise an ihrer
Grundfläche. Dabei beträgt die maximale laterale Erstreckung vorzugsweise für einen Großteil der Struktur, also für wenigstens 50 Prozent, insbesondere für wenigstens 75
Prozent, der Strukturen wenigstens 400 nm. Eine solche maximale laterale Erstreckung hat sich als vorteilhaft zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Halbleiterkörper und dem ersten Anschlusselement herausgestellt, da mit so großen Strukturen eine besonders deutliche Vergrößerung der
Kontaktfläche möglich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode weist die Strukturierung eine Dichte von Strukturen auf, wobei die Dichte der Strukturen zu einer Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterlaserdiode hin zunimmt . Die Halbleiterlaserdiode weist im Bereich der
Strahlungsaustrittsfläche den Bereich auf, in dem im Betrieb die Temperatur des Halbleiterkörpers am größten wird. Um nun dem Effekt der thermischen Linse entgegenzuwirken, erweist es sich als vorteilhaft, in Bereichen hoher Temperatur möglichst viele Strukturen der Strukturierung anzubringen und damit die Strukturierung dort in einer besonders großen Dichte
auszuführen. Insbesondere kann die Dichte der Strukturierung so gewählt werden, dass sie einem Temperaturprofil des
Emitterbereichs im Betrieb des Halbleiterlasers ohne
Strukturierung nachfolgt. Das heißt, je größer die Temperatur in einer baugleichen Halbleiterlaserdiode ohne Strukturierung an einer bestimmten Stelle des Emitterbereichs ist, desto größer wird an dieser Stelle die Dichte der Strukturen der Strukturierung gewählt.
Beispielsweise kann die Dichte durch eine Wahl des Abstands zwischen benachbarten Strukturen und die Wahl der Größe der Strukturen eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode ist ein Abstand zwischen benachbarten Strukturen umso kleiner, je näher die Strukturen an der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet sind. Über den Abstand zwischen benachbarten Strukturen kann - bei gleichbleibender Strukturgröße - die Dichte der Strukturen eingestellt werden. Der Abstand wird umso kleiner gewählt, je näher die
Strukturen an der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet sind, so dass in Bereichen, in denen eine baugleiche
Halbleiterlaserdiode ohne Strukturierung eine besonders hohe Temperatur aufweist, der Abstand zwischen benachbarten
Strukturen besonders klein gewählt ist. Auf diese Weise ist in diesen Bereichen die Dichte der Strukturen gegenüber anderen Bereichen erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode umfasst der Halbleiterkörper im
Emitterbereich einen Anschlussbereich, der an der
Kontaktfläche direkt an das erste Anschlusselement grenzt, wobei der Anschlussbereich an keiner Stelle vollständig durchdrungen ist. Bei dem Anschlussbereich des
Halbleiterkörpers handelt es sich beispielsweise um eine besonders hochdotierte Schicht des Halbleiterkörpers.
Beispielsweise handelt es sich bei der Anschlussschicht um eine hoch p-dotierte Schicht. Die Dotierstoffkonzentration kann dabei wenigstens 5*10 A18/cmA3, insbesondere wenigstens 10A19/cmA3 betragen. Diese Schicht kann auch als Abschluss¬ oder „Cap"-Schicht bezeichnet werden.
Der Anschlussbereich kann dabei in der vertikalen Richtung die Bereiche des Halbleiterkörpers, die nicht zum
Emitterbereich gehören, überragen. Das heißt, der
Halbleiterkörper ist im Anschlussbereich dicker ausgebildet als in benachbarten Bereichen, wobei die erhöhte Dicke durch die Halbleiterschicht im Anschlussbereich begründet ist. Die Strukturierung befindet sich im Anschlussbereich, wobei die Strukturen so gewählt werden, dass der Anschlussbereich an keiner Stelle vollständig durchdrungen ist. Mit anderen Worten ist der Anschlussbereich durch die Strukturierung teilweise in seiner Dicke reduziert, er weist jedoch an keiner Stelle ein sich durch den Anschlussbereich hindurch erstreckendes Loch auf. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das erste Anschlusselement im Emitterbereich vollständig an den Anschlussbereich des Halbleiterkörpers grenzen kann und den Anschlussbereich des Halbleiterkörpers nicht
durchdringt .
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das erste
Anschlusselement an einen Bereich des Halbleiterkörpers grenzt, der aufgrund der hohen Dotierung einen besonders niedrigen ohmschen Widerstand aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode umfasst der Halbleiterkörper einen
Nebenbereich, der lateral benachbart zum Emitterbereich angeordnet ist. Insbesondere weist der Halbleiterkörper im Nebenbereich zumindest stellenweise eine weitere
Strukturierung mit weiteren Strukturen auf, wobei die weitere Strukturierung zur Schwächung von Nebenmoden ausgebildet ist.
Im Nebenbereich ist der Halbleiterkörper vorzugsweise nicht durch das erste Anschlusselement elektrisch kontaktiert.
Beispielsweise befindet sich zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Anschlusselement im Nebenbereich ein
elektrisch isolierendes Isolierungselement und/oder das erste Anschlusselement ist lediglich im Emitterbereich ausgebildet. Die Halbleiterlaserdiode kann dabei mehrere der Nebenbereiche umfassen. Umfasst die Halbleiterlaserdiode beispielsweise einen einzigen Emitterbereich, so können beidseits einer Längserstreckungsachse des Emitterbereichs Nebenbereiche angeordnet sein, so dass die Halbleiterlaserdiode in diesem Fall zwei Nebenbereiche umfasst. Umfasst die
Halbleiterlaserdiode zwei oder mehr Emitterbereiche, so können Nebenbereiche insbesondere zwischen den
Emitterbereichen angeordnet sein. Der Halbleiterkörper besteht dann beispielsweise aus Nebenbereichen und
Emitterbereichen . Im Nebenbereich weist der Halbleiterkörper in dieser
Ausführungsform eine weitere Strukturierung auf, die dazu ausgebildet ist, Nebenmoden, beispielsweise durch Streuung von elektromagnetischer Strahlung und/oder durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung an den weiteren Strukturen der weiteren Strukturierung zu schwächen. Die Schwächung kann dabei derart stark ausgebildet sein, dass ein Anschwingen der Nebenmoden unterdrückt wird.
Die weitere Strukturierung kann zusätzlich ebenfalls zu einer verbesserten Entwärmung des Halbleiterkörpers im Betrieb der Halbleiterlaserdiode beitragen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode ist zwischen dem Nebenbereich und dem ersten Anschlusselement ein elektrisch isolierendes
Isolierungselement angeordnet, das den Halbleiterkörper im Nebenbereich an seiner dem ersten Anschlusselement
zugewandten Seite vollständig bedeckt. Bei dem
Isolierungselement handelt es sich beispielsweise um eine Schicht oder um eine Schichtenfolge, die mit elektrisch isolierendem Material gebildet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Isolierungselement um eine Schicht aus Siliziumdioxid oder um eine Schicht aus Siliziumnitrid. Aufgrund der elektrischen Isolierung des Nebenbereichs durch das Isolierungselement ist es möglich, das erste Anschlusselement großflächig auszuführen, so dass es den Halbleiterkörper im Emitterbereich und im Nebenbereich bedecken kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass der
Halbleiterkörper im Extremfall an seiner gesamten, dem ersten Anschlusselement zugewandten Seite vollständig vom ersten Anschlusselement bedeckt ist. Dies ermöglicht es, durch die Wahl eines ersten Anschlusselements mit hoher thermischer Leitfähigkeit, den Halbleiterkörper im Betrieb der
Halbleiterlaserdiode besonders effektiv zu entwärmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode weisen die Strukturen der Strukturierung eine mittlere Höhe auf, die kleiner ist als eine mittlere Höhe der weiteren Strukturen der weiteren Strukturierung. Mit anderen Worten kann die Strukturierung im Emitterbereich flachere Strukturen aufweisen, als die weitere Strukturierung im Nebenbereich. Die Höhe kann dabei in der vertikalen
Richtung messen sein. Für den Fall, dass sich der Anschlussbereich des
Halbleiterkörpers auch in den Nebenbereich erstreckt, ist es insbesondere möglich, dass die weitere Strukturierung weitere Strukturen aufweist, welche den Anschlussbereich vollständig durchdringen. Dies ist im Nebenbereich möglich, da dort ohnehin ein elektrischer Anschluss des Halbleiterkörpers nicht gewünscht ist.
Die weiteren Strukturen, die eine größere Höhe aufweisen, ragen auf diese Weise weiter in den Halbleiterkörper hinein, wodurch ihre Wirkung zur Reduzierung von Nebenmoden
verbessert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Halbleiterlaserdiode sind die Strukturen und/oder die
weiteren Strukturen durch Ätzen erzeugt. Das heißt, die
Strukturierung und/oder die weitere Strukturierung werden durch ein Ätzverfahren hergestellt. Bei dem Ätzverfahren kann es sich beispielsweise um ein trockenchemisches oder um ein nasschemisches Ätzen handeln. Die Strukturen sowie die weiteren Strukturen können beispielsweise fotolithographisch unter Zuhilfenahme eines Steppers oder über so genannte natürliche Lithographie erzeugt werden. Bei dem Merkmal, wonach die Strukturen und/oder die weiteren Strukturen durch Ätzen erzeugt sind, handelt es sich insbesondere um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen Produkt nachweisbar ist. So kann beispielsweise durch herkömmliche
Analysemethoden der Halbleitertechnik, beispielsweise durch mikroskopische oder elektronenmikroskopische Untersuchungen, festgestellt werden, ob eine Struktur durch Ätzen oder ein alternatives Herstellungsverfahren erzeugt ist. Das Ätzen ist damit eindeutig am fertigen Produkt nachweisbar. Im Folgenden werden hier beschriebene Halbleiterlaserdioden anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen
Figuren näher erläutert.
Anhand der Figur 1 ist eine Problemstellung, die mit hier beschriebenen Halbleiterlaserdioden gelöst wird, näher erläutert.
Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlaserdioden.
Die schematische Darstellung der Figur 4 zeigt ein
Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen
Halbleiterlaserdiode .
Anhand der schematischen Darstellung der Figuren 5A, 5B, 5C,
5D sind Strukturierungen, wie sie in
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlaserdioden zum Einsatz kommen, näher erläutert .
Die Figuren 6A und 6B zeigen schematische Ansichten von
Zwischenprodukten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlaserdioden.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten, es sei denn, Einheiten sind ausdrücklich angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer
herkömmlichen Halbleiterlaserdiode. Die Halbleiterlaserdiode umfasst einen Träger 1, auf dem der Halbleiterkörper 2 aufgebracht ist. Der Halbleiterkörper 2 weist einen zentralen Emitterbereich 5 auf, sowie zwei Nebenbereiche 6, die den Emitterbereich 5 beidseitig umgeben und sich an diesen anschließen. Im Emitterbereich 5 weist die
Halbleiterlaserdiode die Strahlungsaustrittsfläche 7 auf.
Auf die Strahlungsaustrittsfläche 7 wird zur Untersuchung des Temperaturverhaltens eine Thermokamera gerichtet. Die
graphische Auftragung der Figur 1 zeigt nun die Temperatur T abhängig von der Position P an der der Thermokamera
zugewandten Seitenfläche des Halbleiterkörpers 2 für
verschiedene Betriebsströme, mit denen die
Halbleiterlaserdiode betrieben wird. Dabei ist zu erkennen, dass die Temperatur im Emitterbereich 5 an der Strahlungsaustrittsfläche 7 mit steigendem Betriebsstrom stark ansteigt. Dies führt zum beschriebenen Ausbilden einer thermischen Linse, welche die Effizienz und die
Strahlqualität der von der Halbleiterlaserdiode im Betrieb erzeugten Laserstrahlung reduziert.
In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier
beschriebenen Halbleiterlaserdiode näher erläutert. Die
Halbleiterlaserdiode umfasst einen Träger 1. Bei dem Träger 1 kann es sich beispielsweise um eine Wärmesenke handeln, die zur aktiven oder passiven Kühlung eines Halbleiterkörpers 2 der Halbleiterlaserdiode eingerichtet ist. Der Halbleiterkörper 2 der Halbleiterlaserdiode umfasst einen n-leitenden Bereich 21, einen p-leitenden Bereich 22 sowie einen aktiven Bereich 23 zwischen dem n-leitenden Bereich 21 und dem p-leitenden Bereich 22. Im Betrieb der
Halbleiterlaserdiode wird im aktiven Bereich 23
elektromagnetische Strahlung erzeugt und verstärkt.
Der Halbleiterkörper gliedert sich dabei in einen zentralen Emitterbereich 5, der beidseitig von Nebenbereichen 6 umgeben ist. Nur im Emitterbereich 5 ist der Halbleiterkörper p- seitig elektrisch angeschlossen. Dazu umfasst der
Halbleiterkörper einen Anschlussbereich 24, der im
Emitterbereich 5 ausgebildet ist und der beispielsweise mit einem hoch p-dotierten Halbleitermaterial gebildet ist. Der Anschlussbereich 24 überragt vorliegend den restlichen
Halbleiterkörper 2 entlang eines Streifens in einer
vertikalen Richtung V, die senkrecht steht zu den lateralen Richtungen L, welche zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers parallel verlaufen. Die Halbleiterlaserdiode weist ferner eine
Strahlungsaustrittsfläche 7 auf, die sich an einer
Außenfacette des Halbleiterkörpers im Bereich des aktiven Bereichs 23 im Emitterbereich 5 befindet.
Über das erste Anschlusselement 3 ist der Halbleiterkörper 2 p-seitig elektrisch leitend angeschlossen. Das erste
Anschlusselement 3 ist dabei beispielsweise mit einer
Metallschicht gebildet, die mittels Sputtern oder Aufdampfen hergestellt ist. Das Anschlusselement 3 befindet sich mit dem Halbleiterkörper 2 im Anschlussbereich 24 in direktem
Kontakt. In den Nebenbereichen 6 ist zwischen dem
Halbleiterkörper 2 und dem ersten Anschlusselement 3 jeweils ein Isolierungselement 8 angeordnet, das beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden Material wie Siliziumnitrid gebildet ist.
Der Halbleiterkörper 2 weist nun im Emitterbereich 5 an seiner dem ersten Anschlusselement 3 zugewandten Seite eine Strukturierung 26 auf, die eine Vielzahl von Strukturen 26a umfasst. Die Strukturierung 26 führt dazu, dass eine
Kontaktfläche 28 zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem ersten Anschlusselement 3 gegenüber einer flachen und ebenen Ausführung des Anschlussbereichs 24 vergrößert ist. Der Anschlussbereich 24 wird dabei von dem ersten
Anschlusselement 3 nicht vollständig durchdrungen, da sich die Strukturen 26a nicht durch den Anschlussbereich 24 hindurch erstrecken.
Das Anschlusselement 3 kann beispielsweise mittels eines Lotmaterials am Träger 1 thermisch und elektrisch
angeschlossen sein. An der dem ersten Anschlusselement 3 abgewandten Seite weist der Halbleiterkörper 2 ein zweites Anschlusselement 4 auf, über das der Halbleiterkörper n-seitig kontaktiert ist. Das zweite Anschlusselement 4 umfasst beispielsweise eine
Kontaktstelle 41, bei der es sich um ein Bondpad handeln kann, welche mit einem Kontaktdraht 42 elektrisch leitend verbunden ist. Sowohl das erste Anschlusselement 3 als auch das zweite
Anschlusselement 4 bedecken die beiden Hauptflächen, also die Bodenfläche und die Deckfläche, des Halbleiterkörpers 2 vollständig. Dies ermöglicht eine besonders gute thermische Anbindung des Halbleiterkörpers 2 an den Träger 1. Aufgrund der Strukturierung 26 ist die thermische Anbindung im
Emitterbereich 5 besonders gut, was ein Ausbilden der
thermischen Linse unterdrückt.
In Verbindung mit der Figur 3 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode näher erläutert. In Ergänzung zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 weist die
Halbleiterlaserdiode der Figur 3 auch in den Nebenbereichen 6 eine weitere Strukturierung 27 des Halbleiterkörpers 2 auf. Die weitere Strukturierung 27 umfasst Strukturen 27a. Die weitere Strukturierung 27 erstreckt sich dabei tiefer in den Halbleiterkörper als die Strukturierung 26. Die weitere
Strukturierung 27 durchtrennt dabei jedoch die aktive Schicht 23 nicht.
Die weitere Strukturierung 27 ist an ihrer dem ersten
Anschlusselement 3 zugewandten Seite von der Isolierung 8 bedeckt und auf diese Weise sind die Nebenbereiche 6
elektrisch nicht angeschlossen.
Die schematische Darstellung der Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen
Halbleiterlaserdiode. Die Halbleiterlaserdiode umfasst einen zentralen Emitterbereich 5, der sich stegförmig erstreckt und beidseitig von Nebenbereichen 6 umgeben ist. In der
schematischen Darstellung der Figur 4 sind Bereiche
unterschiedlicher Temperatur Tl, T2, T3 dargestellt. Die
Temperatur T2 ist dabei größer als die Temperatur Tl und die Temperatur T3 ist größer als die Temperatur T2.
Aus der Figur 4 ist somit ersichtlich, dass im Bereich der Strahlungsaustrittsfläche 7 die Temperatur am höchsten ist und damit dort der thermische Linseneffekt am ausgeprägtesten ist. Um dem entgegenzuwirken, kann die Strukturierung 26 im Emitterbereich 5 umso dichter ausgeführt werden, je höher die Temperatur bei einer Halbleiterlaserdiode ohne die
Strukturierung 26 ist. Das heißt, je geringer der Abstand von der Strahlungsaustrittsfläche 7 ist, desto dichter können die Strukturen 26a der Strukturierung 26 angeordnet werden und desto geringer wird ihr Abstand d voneinander gewählt. Das Temperaturprofil des Emitterbereichs 5 ähnelt dabei einer Parabel, die Strukturierung 26 kann im Hinblick auf diese Form optimiert werden.
In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der Figuren 5A bis 5D sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele zur Bildung der Strukturierung 26 dargestellt. Die Strukturen 27a der weiteren Strukturierung 27 können in gleicher oder ähnlicher Weise ausgeführt werden. Die Figuren 5A und 5B zeigen die Ausführung der Strukturen 26a, 27a als Kugelschalen, wobei die Höhe h für die in
Verbindung mit der Figur 5B dargestellten Strukturen größer gewählt ist. Die Strukturen 26a, 27a weisen dabei jeweils einen Abstand d voneinander auf. Alternativ zu den
Kugelschalen können die Strukturen auch als inverse
Kugelschalen, die als Senken oder Ausnehmungen im
Halbleiterkörper 2 angeordnet sind, erzeugt werden. Die Figur 5C zeigt eine Ausführung der Strukturen 26a, 27a als Kegelstumpf oder Pyramidenstumpf. Handelt es sich bei den Strukturen 26a, 27a beispielsweise um einen Kegelstumpf mit einem Durchmesser D von 400 nm und einer Höhe h von 160 nm sowie einem Kegelwinkel von 75 Grad, so kann bei einer Anordnung der Strukturen 26, 27 in einer zweidimensionalen hexagonal dichten Packung etwa eine Verdoppelung der
Grundfläche dadurch erreicht werden, dass neben der
Grundfläche des Kegelstumpfs auch dessen Mantelfläche zur Kontaktfläche 28 beiträgt.
Neben den in den Figuren 5A bis 5D dargestellten Strukturen 26a, 27a können auch die dazu inversen Strukturen als Senken oder Ausnehmungen in den Halbleiterkörper hinein Verwendung finden .
Die Strukturen 26a sowie die weiteren Strukturen 27a können dabei insbesondere durch Ätzen hergestellt werden. Das Ätzen kann dabei mit Hilfe einer Maske durch ein
fotolithographisches Verfahren sowie mittels natürlicher Lithographie erfolgen.
Aufgrund der Strukturen 26a ergibt sich neben einer
vergrößerten Kontaktfläche 28 zur Abführung von Wärme auch eine vergrößerte elektrische Kontaktfläche im Emitterbereich 5, welche den elektrischen Widerstand zur Kontaktierung absenkt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von hier beschriebenen Strukturierungen 26 und weiteren
Strukturierungen 27 besteht darin, dass die beschriebenen Strukturierungen auf bereits bestehende
Bauteilspezifikationen von Halbleiterlaserdioden angewendet werden können, ohne dass am generellen Aufbau der
Halbleiterlaserdioden etwas geändert werden müsste. Das heißt, die vorgeschlagenen Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Linse können bei bereits fertig konzipierten Halbleiterlaserdioden Verwendung finden, so dass eine
Umsetzung besonders rasch und kostengünstig möglich ist. Die schematischen Draufsichten der Figuren 6A und 6B zeigen Ausschnitte eines Zwischenprodukts von Ausführungsbeispielen hier beschriebener Halbleiterlaserdioden. In den Figuren ist jeweils der Emitterbereich 5 sowie ein Nebenbereich 6 ausschnittsweise dargestellt. Im Emitterbereich 5 befinden sich die Strukturen 26a, im Nebenbereich 6 befinden sich die weiteren Strukturen 27a. Die Strukturform sowie die
Strukturgrößen sind im Ausführungsbeispiel der Figur 6A gleich gewählt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6B sind die weiteren Strukturen 27a mit einer größeren Höhe h als die Strukturen 26a gewählt. Die Strukturen 27a eignen sich dabei besonders gut zur Schwächung von Nebenmoden, wohingegen die Strukturen 26a so flach ausgeführt sind, dass sie den
Anschlussbereich 24 der Halbleiterlaserdiode nicht
durchdringen .
Im Emitterbereich 5 werden die Strukturierungen 26a
nachfolgend mit einer Metallisierung bedeckt, die Teil des ersten Anschlusselements 3 ist. Im Nebenbereich 6 erfolgt ein Bedecken der weiteren Strukturen 27a mit elektrisch
isolierendem Material des Isolierungselements 8.
Insgesamt zeichnen sich hier beschriebene
Halbleiterlaserdioden durch eine besonders gute
Wärmeableitung im Emitterbereich 5 des Halbleiterkörpers 2 aus, wobei die Wärmeableitung insbesondere im Bereich der Strahlungsaustrittsfläche 7, also im Bereich der
Lichtaustrittsfacette, verbessert werden kann. Auf diese Weise sind die Effekte der thermischen Linse reduziert, was insgesamt zu einer Halbleiterlaserdiode führt, welche sich durch eine verbesserte Strahlqualität und eine erhöhte
Effizienz bei der Erzeugung von Laserstrahlung auszeichnet. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Es wird die Priorität der deutschen Anmeldung DE
102016110790.5 beansprucht, deren Offenbarung hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist. Bezugs zeichenliste
1 Träger
2 Halbleiterkörper
21 n-leitender Bereich
22 p-leitender Bereich
23 aktiver Bereich
24 Anschlussbereich 26 Strukturierung
26a Struktur
27 weitere Strukturierung
27a weitere Strukturen
28 Kontaktfläche
3 erstes Anschlusselement
4 zweites Anschlusselement
41 Kontaktstelle
42 Kontaktdraht
5 Emitterbereich
6 Nebenbereich
7 Strahlungsaustrittsfläche 8 Isolierungselement
Tl, T2, T3 Temperaturen
d Abstand
D Durchmesser

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaserdiode mit
- einem Halbleiterkörper (2) umfassend einen Emitterbereich (5) , und
- ein erstes Anschlusselement (3) , welches den
Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) elektrisch
kontaktiert, wobei
- der Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) in Kontakt mit dem ersten Anschlusselement (3) steht, und
- der Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) zumindest stellenweise eine Strukturierung (26) aufweist, welche eine Kontaktfläche (28) zwischen dem Halbleiterkörper (2) und dem ersten Anschlusselement (3) vergrößert.
2. Halbleiterlaserdiode gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der
die Strukturierung (26) eine Dichte von Strukturen (26a) aufweist, wobei die Dichte der Strukturen zu einer
Strahlungsaustrittsfläche (7) hin zunimmt,
der Halbleiterkörper (2) einen Nebenbereich (6) umfasst, der lateral benachbart zum Emitterbereich (5) angeordnet ist, wobei
- der Halbleiterkörper (2) im Nebenbereich (6) zumindest stellenweise eine weitere Strukturierung (27) mit weiteren Strukturen (27a) aufweist, wobei die weitere Strukturierung (27) zur Schwächung von Nebenmoden ausgebildet ist, und
die Strukturen (26a) der Strukturierung (26) eine mittlere Höhe (h) aufweisen, die kleiner ist als eine
mittlere Höhe (h) der weiteren Strukturen (27a) der weiteren Strukturierung (27) .
3. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Strukturierung (26) eine Dichte von Strukturen (26a) aufweist, wobei die Dichte der Strukturen zu einer Strahlungsaustrittsfläche (7) hin zunimmt.
4. Halbleiterlaserdiode gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Abstand (d) zwischen benachbarten Strukturen (26a) umso kleiner ist, je näher die Strukturen (26a) an der Strahlungsaustrittsfläche (7) angeordnet sind.
5. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Kontaktfläche (28) zwischen dem Halbleiterkörper (2) und dem ersten Anschlusselement (3) mit der
Strukturierung (26) zumindest bereichsweise mindestens 1,5 Mal so groß ist wie eine Kontaktfläche zwischen dem
Halbleiterkörper (2) und dem Anschlusselement (3), die frei von jeglicher Strukturierung ist.
6. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Anschlusselement (3) eine metallische Schicht umfasst, welche den Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) vollständig bedeckt.
7. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Strukturierung (26) zumindest stellenweise zumindest eine der folgenden Strukturen (26a) umfasst :
Kegelstumpf, inverse Kegelstumpf, Pyramidenstumpf, inverse Pyramidenstumpf, Kegel, inverse Kegel, Pyramide, inverse Pyramide, Kugelschale, inverse Kugelschale.
8. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine maximale laterale Erstreckung der Strukturen (26a) wenigstens 400 nm beträgt.
9. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Halbleiterkörper (2) im Emitterbereich (5) einen Anschlussbereich (24) umfasst, der an der Kontaktfläche (28) direkt an das erste Anschlusselement (3) grenzt, wobei der Anschlussbereich (24) an keiner Stelle vollständig
durchdrungen ist.
10. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei der der Halbleiterkörper (2) einen
Nebenbereich (6) umfasst, der lateral benachbart zum
Emitterbereich (5) angeordnet ist, wobei der Halbleiterkörper (2) im Nebenbereich (6) zumindest stellenweise eine weitere Strukturierung (27) mit weiteren Strukturen (27a) aufweist, wobei die weitere Strukturierung (27) zur Schwächung von Nebenmoden ausgebildet ist.
11. Halbleiterlaserdiode gemäß dem vorherigen Anspruch, bei der zwischen dem Nebenbereich (6) und dem ersten
Anschlusselement (3) ein elektrisch isolierendes
Isolierungselement (8) angeordnet ist, das den
Halbleiterkörper im Nebenbereich (6) an seiner dem ersten Anschlusselement (3) zugewandten Seite vollständig bedeckt.
12. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der beiden vorherigen Ansprüche,
bei der die Strukturen (26a) der Strukturierung (26) eine mittlere Höhe (h) aufweisen, die kleiner ist als eine
mittlere Höhe (h) der weiteren Strukturen (27a) der weiteren Strukturierung (27) .
13. Halbleiterlaserdiode gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, bei der die Strukturen (26a) und/oder die weiteren Strukturen (27a) durch Ätzen erzeugt sind.
PCT/EP2017/063208 2016-06-13 2017-05-31 Halbleiterlaserdiode WO2017215919A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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