WO2019238767A1 - Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für einen halbleiterlaser - Google Patents

Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für einen halbleiterlaser Download PDF

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WO2019238767A1
WO2019238767A1 PCT/EP2019/065369 EP2019065369W WO2019238767A1 WO 2019238767 A1 WO2019238767 A1 WO 2019238767A1 EP 2019065369 W EP2019065369 W EP 2019065369W WO 2019238767 A1 WO2019238767 A1 WO 2019238767A1
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coating
semiconductor laser
facets
crushing
ridge waveguide
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Sven GERHARD
Christoph Eichler
Alfred Lell
Muhammad Ali
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection

Definitions

  • a semiconductor laser is specified.
  • One task to be solved is to provide a semiconductor laser that can be manufactured efficiently.
  • the semiconductor laser described here includes one
  • Semiconductor laser is a semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence is an active zone. During operation, laser radiation is emitted in the active zone
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material for example, is it a nitride
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or like Al n Ga m In ] __ nm As P ] _-k, where 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1 is.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • Semiconductor laser one or more ridge waveguides.
  • the at least one ridge waveguide is designed as an elevation out of the semiconductor layer sequence.
  • the ridge waveguide becomes an optical wave in the
  • the ridge waveguide defines in particular a longitudinal axis of a resonator
  • Resonators of the semiconductor laser is limited by facets.
  • One of the facets is preferably designed as a highly reflecting mirror and another of the facets is designed as a coupling-out mirror or coupling-out surface,
  • the semiconductor laser comprises a passivation layer.
  • Passivation layer partially covers the semiconductor layer sequence on an upper side.
  • the ridge waveguide is also located on the top.
  • Passivation layer a top of the ridge waveguide partially or, preferably, completely free.
  • Semiconductor laser has an electrical contact layer.
  • electrical contact layer is located directly on the
  • the contact layer is preferably made of one or more metals and / or a transparent conductive oxide, or TCO for short.
  • the contact layer covers the top of the
  • Bridge waveguide partially or completely.
  • connection area is located directly on the contact layer.
  • the connection area is, for example, a bond pad or a soldering surface.
  • the semiconductor laser can be electrically connected externally via the connection area and optionally also mechanically
  • connection area preferably covers part of the
  • connection area preferably extends on both sides next to the
  • the Crush coating extends right up to the facets of the
  • the crush coating is at least or only on the ridge waveguide.
  • Breaking coating electrically inoperative. This means that, as intended, there is no or no significant current expansion and no or no significant current injection into the semiconductor layer sequence and / or into the electrical contact layer.
  • Breaking coating has a lower speed of sound than the semiconductor layer sequence in the area of
  • the speed of sound relates in particular to the speed of a fracture wave when the facets are generated.
  • Semiconductor laser is a semiconductor layer sequence in which there is an active zone for generating laser radiation.
  • a ridge waveguide is used as an elevation from the
  • An electrical contact layer is located directly on the ridge waveguide and is designed to impress current into the semiconductor layer sequence.
  • a metallic electrical connection area is located directly on the contact layer and is set up for external electrical connection of the semiconductor laser.
  • a metallic crush coating extends right up to facets of the semiconductor layer sequence and is located on the ridge waveguide. The crushing coating has no electrical function and has a lower coating Speed of sound, in particular for a breaking wave, than the semiconductor layer sequence in the region of
  • the quality of the resonator depends crucially on the fact that the facets are atomically smooth if possible. To make such smooth
  • the facets are not contaminated by overhanging metal.
  • Metallic residues or traces on the facets locally lead to a comparatively high absorption of the laser radiation and thus to hot spots. This can cause catastrophic facet damage, English Catastrophic Optical Mirror Damage or COMD for short.
  • the stability compared to COMD can be increased by not electrically pumping the facets, so that the semiconductor layer sequence directly at the facets is not or not significantly energized.
  • a p-contact metallization and / or a subsequent bond pad is completely removed at the position of the later laser facets in the manufacturing process, so that the facet can later be broken in this metal-free area.
  • Semiconductor laser affects. In addition, this is accompanied by considerable losses in yield in the manufacturing process.
  • one or more damping elements for the fracture wave are attached in the form of the refractory coating at the critical points on and / or on the ridge waveguide. This allows the
  • the damping element is preferably electrical from the bond pad, that is to say the electrical one
  • the damping element is
  • the damping element ie the
  • the damping element is in particular made of one material or one
  • Sound propagation speed is lower than that of the material of the semiconductor layer sequence, and is therefore in particular lower than that of GaN.
  • the damping element is preferably only on
  • Fracture wave directed when creating the facets so that there is a smooth break, even in places like
  • Damping element is prevented that the material of the crushing coating is plastically deformed and / or elongated during facet breaking and thereby comes to rest in the facet area. This also increases the COMD stability.
  • the facets are the resonator end faces of a resonator for the laser radiation designed.
  • the facets can be due to a
  • Refractive index differences to the environment serve as mirror surfaces or, preferably, be provided with reflective coatings such as Bragg mirrors.
  • Reflective coatings such as Bragg mirrors.
  • Protective layers on the facets may be applied over the entire surface or in places in order to prevent corrosion on the facets
  • the crushing coating has a reduced number of materials and / or layers compared to the connection area. It is possible that the crushing coating is thinner than the connection area. For example, the thickness is
  • Crush coating at a maximum of 70% or 50% or 40% and / or at least 10% or 20% of a thickness or average thickness of the connection area.
  • Crush coating applied only along part of the facets.
  • the crush coating is on the ridge waveguide and an area to the side of the
  • the ridge waveguide is limited, the region to the side of the ridge waveguide preferably having a width of at most 50% or 20% or 10% of a width of the ridge waveguide itself.
  • Facet can be avoided or reduced.
  • Crushing coating composed of several sub-layers arranged congruently one above the other.
  • these sublayers can also have different areas, seen in top view. All partial layers are preferably metallic layers.
  • the thickness of the crushing coating is at least 50 nm or 0.1 ⁇ m or
  • the thickness of the crushing coating is at most 10 ⁇ m or 5 ⁇ m or 3 ⁇ m or 2 ⁇ m. In particular, the thickness of the
  • Breaking coating electrically isolated from the connection area and from the semiconductor layer sequence.
  • a distance along this direction between the crushing coating and the connection area is preferably at least 1 ⁇ m or 2 ⁇ m or 5 ⁇ m and / or
  • the crush coating and the connection area can be
  • the crushing coating be designed in one piece and / or there is a direct metallic connection between the crushing coating and the connection area.
  • the connection area For example, the
  • the crushing coating preferably does not include all sub-layers of the connection area.
  • Crush coating designed as a continuation of the connection area towards the facets.
  • the crushing coating can have a different layer sequence than that
  • Crush coating on the facets is limited to the top of the ridge waveguide.
  • the ridge waveguide is partially or completely covered by the crushing coating.
  • a degree of coverage of the top of the ridge waveguide is preferably through the
  • Crush coating at least 10% or 30% and / or at most 80% or 70%. This applies in particular directly on the facet and viewed from the facet.
  • the ridge waveguide and side surfaces of the ridge waveguide are preferably completely or at least predominantly covered by the crushing coating. Usually here and in the following means in particular at least 60% or
  • the crushing coating when viewed from the facets, completely or covers the side faces of the ridge waveguide
  • the top of the ridge waveguide is only partially covered by the crushing coating, for example to a maximum of 40% or 20%, or is also free of the crushing coating.
  • the crushing coating extends only from the side surfaces onto the top side, so that a central region of the top side of the ridge waveguide is free from the top view
  • Breaking coating can be.
  • Breaking coating viewed from the facets has a different thickness on the side faces than on the top.
  • the crush coating is thinner on the top than on the side surfaces.
  • the crushing coating on the top can be thicker than on the side surfaces.
  • Crushing coating seen on the facets asymmetrical to the ridge waveguide.
  • the crushing coating is only on one side of the ridge waveguide, which precedes the ridge waveguide along a direction of fracture when the facets are produced.
  • the strip can be oriented parallel to the respective facet and is preferably located along its entire length directly on the respective facet.
  • the strip has a rectangular or approximately rectangular shape.
  • Breaking coating seen in plan view on one or more strips is oriented perpendicular to the respective facet. This applies in particular with a tolerance of at most 30 ° or 15 ° or 5 °.
  • stripe means in particular that a
  • Longitudinal extent is at least a factor 2 or 3 or 5 greater than a transverse extent of the corresponding
  • the insulation layer is electrically insulating when the semiconductor laser is used as intended.
  • the insulation layer is
  • an oxide such as silicon oxide or a nitride such as silicon nitride.
  • the insulation layer extends completely between the first and the second insulation layer
  • Breaking coating can be electrically insulated from the semiconductor layer sequence by means of the insulation layer.
  • Insulation layer structured in the same way as the crushing coating. This means that the insulation layer and the refractive coating, seen in plan view, can be congruent at least on the top of the ridge waveguide or on the entire top of the semiconductor layer sequence run together. Congruent applies in particular with a tolerance of at most 5 ym or 2 ym or 1 ym.
  • Semiconductor laser at least one electrically insulating
  • the cover layer or the cover layers are located directly on the crushing coating, in particular on a side facing away from the semiconductor layer sequence.
  • the top layer covers the crushing coating predominantly or completely when viewed from above.
  • Top layer also exposed side surfaces of the
  • the cover layer is partially or completely covered by a cover metal layer which consists of a metal layer or of a
  • the cover metal layer is.
  • Semiconductor laser one or more facet coatings.
  • the at least one facet coating extends from the facet to the crushing coating. It is possible that the facet coating not only partially, but completely covers the crushing coating. So that
  • Break coating on the semiconductor layer sequence a metallic adhesive layer and / or a metallic auxiliary layer.
  • adhesion promoter layer a metallic adhesive layer and / or a metallic auxiliary layer.
  • auxiliary layer Ti, Cr, Ni, Ni-Pt, Ti-Pt, Ti-Pd.
  • the gold partial layer is preferably located on a side of the titanium partial layer facing away from the semiconductor layer sequence. It is possible for the gold partial layer to have a factor of at least 2 or 3 and / or
  • the partial titanium layer has at most a factor of 200 or 20 or 8 greater thickness than the partial titanium layer.
  • the partial titanium layer has at most a factor of 200 or 20 or 8 greater thickness than the partial titanium layer.
  • Partial titanium layer as an adhesion promoting layer
  • Partial gold layer designed to the semiconductor layer sequence and the setting of the speed of sound
  • Partial gold layer In addition to the layer pair Ti-Au, the following layer pairs, layer triples and layer quadruples are particularly suitable for the refractory coating, each in the direction away from the semiconductor layer sequence: Cr-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Pd-Au, Cr-Pt-Au , Cr-Pd-Au, Ni-Au, Ni-Pd-Au, Ni-Pt-Au, Ni-Pd-Pt-Au, Ti-Pd-Pt-Au.
  • a manufacturing process is also specified.
  • the manufacturing method preferably produces a semiconductor laser as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the semiconductor laser are therefore also for that
  • this includes
  • Growth substrate such as a GaN substrate
  • connection area Application of the connection area and the crushing coating, so that the crushing coating can be applied later
  • the ridge waveguide and the refractory coating preferably each remain spaced from the scribe trenches and
  • a fracture wave is generated when the semiconductor layer sequence and the
  • FIG. 6 in part A a schematic plan view and in parts B and C each a schematic plan view of the facets of exemplary embodiments of semiconductor lasers described here
  • FIG. 7 shows a schematic plan view in part A and part B a schematic plan view of a facet of an exemplary embodiment of a semiconductor laser described here
  • Figure 8 is a schematic plan view of a
  • Figure 13 in Figure A shows a schematic plan view
  • Figure 14 is a schematic sectional view through a
  • Figure 15 is a schematic sectional view through
  • Sectional representations and in part D a schematic plan view of process steps Manufacturing process for described here
  • Figures 17 and 18 are schematic top views of facets of
  • FIG. 1A shows a top view of an exemplary embodiment and FIG. 1B shows a facet view of an exemplary embodiment of a
  • the semiconductor laser 1 shown.
  • the semiconductor laser 1 has a semiconductor layer sequence 2 that adjoins one
  • Substrate 25 is located.
  • the substrate 25 is, for example, a growth substrate.
  • Semiconductor layer sequence 2 has an active zone 22. In operation, laser radiation is generated in the active zone 22 via electroluminescence.
  • the semiconductor layer sequence 2 is based in particular on the AlInGaN material system.
  • Web waveguide 3 shaped.
  • the ridge waveguide 3 forms a survey of other areas of the
  • the ridge waveguide 3 guides the generated laser radiation between two facets 27, the resonator end faces of the
  • Form semiconductor laser 1 The semiconductor layer sequence 2 is covered by a passivation layer 4 on an upper side 20 with the exception of the top of the ridge waveguide 3. At the top of the ridge waveguide 3 there is preferably one
  • electrical contact layer 5 for example made of a metal or a TCO.
  • An electrical connection area 6 is provided for the electrical external contacting of the semiconductor laser 1 is formed by one or more metal layers,
  • connection area 6 is, for example by a layer stack Ti / Pt / Au / Ti / Pt / Au.
  • the connection area 6 is, for example
  • connection area 6 preferably covers the upper side 20 over a large area and extends on and on both sides next to the ridge waveguide 3.
  • the connection area 6 ends at a distance from the facets 27.
  • the semiconductor laser 1 has a refractive coating 7.
  • the crushing coating 7 is located on both facets 27 and extends in a strip shape parallel to the facets 27 and directly along the facets 27
  • Crushing coating 7 is limited to the ridge waveguide 3, so that the facets 27 are largely free of the crushing coating 7 when viewed from above.
  • the crushing coating 7 thus completely covers the top 20 of the ridge waveguide 3 and side surfaces 37 of the ridge waveguide 3. On the side surfaces 37 is the
  • the crushing coating 7 is preferably made of several materials
  • a Ti layer is preferably located on the semiconductor layer sequence 2 to promote adhesion.
  • the Ti layer is covered by an Au layer.
  • the Au layer is preferably thicker than the Ti layer.
  • the crushing coating 7 has a thickness of approximately 1 ⁇ m, the Ti layer having a proportion of approximately 200 nm makes up and the rest is formed by the Au layer.
  • a 5 nm thick Ti layer and a 100 nm thick Au layer or a 50 nm thick Ti layer and a 1000 nm thick Au layer are used.
  • a width of the ridge waveguide 3 is between 1 ⁇ m and 70 ⁇ m, for example.
  • the ridge waveguide 3 between the facets 27 is preferably at least 0.3 mm and / or at most 3 mm. A height of the ridge waveguide 3 over the other areas of the
  • Semiconductor layer sequence 2 is, for example, at least 0.3 ⁇ m and / or at most 3 ⁇ m.
  • Crushing coating 7 along facets 27 is preferably as narrow as possible and has, for example, a width of at least 2 ⁇ m or 5 ⁇ m or 10 ⁇ m and / or at most 100 ⁇ m or 50 ⁇ m or 20 ⁇ m. There is a distance between the crushing coating 7 and the connection area 6
  • the crushing coating 7 is only applied to the facets 27 in some areas, so that metal is carried over onto the facets 27 during splitting
  • Crushing coating 7 does not have any electrical functions, but only serves mechanical purposes.
  • the crushing coating 7 Fracture propagation speed when splitting the facets 27 is set directly on the facets 27.
  • the fracture coating 7 is located exclusively on the side surfaces 37 of the ridge waveguide 3.
  • the upper side 20 of the ridge waveguide 3 is free of the crushing coating 7.
  • Connection area 6 designed. It says
  • Refractive coating 7 is not in electrical contact with the semiconductor layer sequence 2, but is due to the
  • Passivation layer 4 is electrically separated from the semiconductor layer sequence 2.
  • Facets 27 are also possible in all other exemplary embodiments.
  • the crushing coating 7 in FIG. 4 extends partially from the side surfaces 37 onto the upper side 20 of the ridge waveguide 3.
  • the crushing coating 7 can be designed step-like on a side facing away from the semiconductor layer sequence 2.
  • the passivation layer 4 can equally extend onto the ridge waveguide 3, unlike in FIG. 4 shown.
  • the contact layer 5 can alternatively or additionally be removed below the crushing coating 7.
  • FIG. 5 shows that the crushing coating 7 is only on one of the side surfaces 37 of the ridge waveguide 3.
  • the crushing coating 7 is only on one of the side surfaces 37 of the ridge waveguide 3.
  • Embodiments of the crushing coating 7 transferred.
  • the crushing coating 7 is thicker on the upper side 20 than on the side surfaces 37.
  • the crushing coating 7 is in one
  • the crushing coating 7 is thus made thicker, for example by at least a factor of 2 or 3 thicker than in the central area above the upper side 20 of the entire upper side 20 of the ridge waveguide 3 from in particular at least 40% or 60% or 80% and / or from at most 90% or 70%.
  • FIG. 7 illustrates that the crushing coating 7 only partially covers the top 20 of the ridge waveguide 3, the crushing coating 7 being limited to the top 20 is.
  • the crushing coating 7 can be applied centrally on the upper side 20. Alternatively, an off-center arrangement is possible, analogous to FIG. 5.
  • the crushing coating 7 preferably covers the top 20 of the ridge waveguide 3
  • FIG. 8 shows that the crushing coating 7 in
  • the top view seen is divided into several strips.
  • the strips are electrically separated from the connection area 6 and extend perpendicularly or approximately perpendicularly to the facets 27.
  • the three strips for example, can be of the same width and length when viewed in plan view, or, differently than shown in FIG. 8, also
  • FIG. 9 illustrates that instead of the three strips of FIG. 8 there are a total of four strips of the crushing coating 7.
  • the strips can be symmetrical on the
  • Web waveguide 3 may be attached. There may also be more than four strips. The outer strips can also cover the side surfaces 37 or, unlike in FIGS. 8 and 9, the side surfaces 37 are free of the crushing coating 7.
  • an electrically insulating insulation layer 9 is additionally present only on the facets 27.
  • the insulation layer 9 can be as
  • Facets 27 extend.
  • the passivation layer 4 and the insulation layer 9 thus lie directly one above the other on the facets 27.
  • Semiconductor layer sequence 2 and in particular also separated from the contact layer 5.
  • the contact layer 5 is optionally not present on the facets 27, analogously to FIG. 2.
  • FIG. 11 illustrates that the stripes of the
  • Breaking coating 7 can also extend from the connection area 6. With this design, too
  • Crushing coating 7 and the connection area 6 are preferably designed differently from one another and have, for example, different metal layer stacks.
  • Such a geometry of the strips of the crushing coating 7, as shown in FIG. 11, can also be present in particular in the exemplary embodiments in FIGS. 8 to 10. If such an insulation layer 9 is present, the
  • Extension of the connection area 6 can be designed.
  • FIG. 12 shows that the insulation layer 9 is structured in the same way as the crushing coating 7.
  • the crushing coating 7 and the insulation layer 9 are thus congruent.
  • FIG. 13A shows a top view of the facet 27 and FIGS. 13B and 13C show sectional views in FIG Direction perpendicular to the drawing plane of Figure 13A through the area marked in Figure 13A.
  • the cover layer 8 is made, for example, of an electrically insulating oxide or nitride.
  • the thickness of the cover layer 8 is preferably at most 200 nm or 100 nm. The same applies to the insulation layer 9 of FIGS. 10 to 12.
  • the cover layer 8 is on one of the
  • the cover layer 8 in FIG. 13C also extends to a side surface of the refractive coating 7 facing away from the facet 27. Electrical connections, for example when the semiconductor laser 1 is soldered onto an external carrier (not shown), can be prevented beyond the refractive coating 7, since the refractive coating 7 is encapsulated by the cover layer 8.
  • FIG. 14 corresponds to the views in FIGS. 13B and 13C.
  • a facet coating 28 is present, for example as a mirror layer or
  • a reflectivity of the facet 27 for the laser radiation can be set.
  • the facet coating 28 extends from the facet 27 to one facing away from the semiconductor layer sequence 2
  • top layer 8 This allows the crushing coating 7 seen in cross section from the semiconductor layer sequence 2 together with the facet coating 28 and the cover layer
  • the breakage wave that occurs when the facets 27 are generated can be set by the layer stack on the facet 27, mainly formed by the crushing coating 7 and additionally optionally by the insulation layer 9 and the cover layer 8.
  • the speed of sound of gold is approximately 1740 m / s and that of titanium is approximately 4140 m / s. Appropriate mixing ratios allow intermediate effective sound speeds to be set.
  • Silicon dioxide on the other hand, has one
  • the sound velocities of GaN-based materials are in the range from 3.5 km / s to 5.5 km / s, depending on the specific material composition and also on the geometry of the ridge waveguide 3 and the respective crystal orientation. For example by a
  • FIG. 15 illustrates that a cover metal layer 81 is applied to the cover layer 8. It can be achieved via the cover metal layer 81 that when the semiconductor laser 1 is mounted over the side with the
  • a mechanical and, in particular, thermal connection of the semiconductor layer sequence 2 can also be achieved via the crushing coating 7.
  • a separating line 12 for breaking preferably runs in the middle by the one that has not yet been separated
  • FIG. 16A A production method for semiconductor lasers 1 is illustrated in FIG. According to FIG. 16A, the
  • FIG. 16B illustrates that from the
  • FIG. 16C shows that the further components 4, 5, 6, 7 are applied.
  • FIG. 16D The top view in FIG. 16D illustrates that 12 scribe trenches 10 are formed along the separating lines.
  • One of the scribe trenches 10 is preferably located on an outer edge of the semiconductor layer sequence 2 and the
  • the scribe trenches 10 are not with one
  • FIG. 16 illustrates that along the separating lines 10 starting from the
  • the facets 27 are generated by breaking.
  • Dividing lines 13 run parallel to the ridge waveguides 3.
  • the crushing coating 7 extends from the top 20 of the
  • Web waveguide 3 across its side surfaces 37 also onto the top 20 of the semiconductor layer sequence 2 next to the web waveguide 3.
  • Semiconductor layer sequence 2 next to the ridge waveguide 3, which is covered by the refractive coating 7, is preferably relatively narrow.
  • this area on each side of the ridge waveguide 3 has a width of at most 150% or 75% or 40% of the width of the ridge waveguide 3 itself.
  • the top side 20 of the ridge waveguide 3 is preferably covered by the refractive coating 7 to a maximum of 50% or 30%.
  • the components shown in the figures preferably follow in the indicated Sequence in immediate succession. Layers that do not touch in the figures are preferably spaced apart from one another. If lines are drawn parallel to one another, the corresponding areas are preferably also aligned parallel to one another. Unless otherwise indicated, the relative positions of the drawn components to one another are also correctly represented in the figures.
  • the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2), in der sich eine aktive Zone (22) zur Erzeugung einer Laserstrahlung befindet. Ein Stegwellenleiter (3) ist als Erhebung aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus gestaltet. Eine elektrische Kontaktschicht (5) befindet sich direkt am Stegwellenleiter (3). Ein metallischer elektrischer Anschlussbereich (6) befindet sich direkt an der Kontaktschicht (5) und ist zum externen elektrischen Anschließen des Halbleiterlasers (1) eingerichtet. Eine metallische Brechbeschichtung (7) reicht direkt bis an Facetten (27) der Halbleiterschichtenfolge (2) heran und befindet sich an dem Stegwellenleiter (3). Die Brechbeschichtung (7) ist elektrisch funktionslos und weist eine niedrigere Schallgeschwindigkeit für eine Bruchwelle auf, als die Halbleiterschichtenfolge (2) im Bereich des Stegwellenleiters (3).

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASER UND HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EINEN
HALBLEITERLASER
Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser
angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der effizient herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Halbleiterlaser und durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der hier beschriebene Halbleiterlaser umfasst einen
Stegwellenleiter, der durch Facetten begrenzt wird. An dem Stegwellenleiter befindet sich eine Brechbeschichtung, die hin zu den Facetten bündig abschließt. Mittels der
Brechbeschichtung wird beim Erzeugen der Facetten eine
Bruchwelle gedämpft, sodass die Facetten exakt brechen und eine Ausbeute beim Herstellungsprozess erhöht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge. In der
Halbleiterschichtenfolge befindet sich eine aktive Zone. In der aktiven Zone wird im Betrieb eine Laserstrahlung
generiert .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen oder mehrere Stegwellenleiter. Der mindestens eine Stegwellenleiter ist als Erhebung aus der Halbleiterschichtenfolge heraus gestaltet. Über den
Stegwellenleiter wird eine optische Welle in der
Halbleiterschichtenfolge geführt. Der Stegwellenleiter definiert insbesondere eine Resonatorlängsachse eines
Resonators des Halbleiterlasers. Der Resonator wird durch Facetten begrenzt. Bevorzugt ist eine der Facetten als hochreflektierender Spiegel gestaltet und eine andere der Facetten als Auskoppelspiegel oder Auskoppelfläche,
insbesondere zusammen mit entsprechenden Beschichtungen auf den Facetten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterlaser eine Passivierungsschicht. Die
Passivierungsschicht bedeckt die Halbleiterschichtenfolge an einer Oberseite teilweise. An der Oberseite befindet sich zudem der Stegwellenleiter. Insbesondere lässt die
Passivierungsschicht eine Oberseite des Stegwellenleiters teilweise oder, bevorzugt, vollständig frei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine elektrische Kontaktschicht . Die
elektrische Kontaktschicht befindet sich direkt am
Stegwellenleiter und ist zur Stromeinprägung in die
Halbleiterschichtenfolge vorgesehen. Die elektrische
Kontaktschicht ist bevorzugt aus einem oder aus mehreren Metallen und/oder aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO. Die Kontaktschicht bedeckt die Oberseite des
Stegwellenleiters teilweise oder vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen metallischen elektrischen
Anschlussbereich. Der Anschlussbereich befindet sich direkt an der Kontaktschicht . Bei dem Anschlussbereich handelt es sich beispielsweise um ein Bondpad oder um eine Lötfläche.
Der Halbleiterlaser ist über den Anschlussbereich extern elektrisch anschließbar und optional auch mechanisch
befestigbar, beispielsweise mittels eines Lotes. Der
Anschlussbereich bedeckt vorzugsweise einen Teil der
Oberseite des Stegwellenleiters. Weiterhin erstreckt sich der Anschlussbereich bevorzugt beiderseits neben den
Stegwellenleiter .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
Halbleiterlaser eine metallische Brechbeschichtung. Die Brechbeschichtung reicht bis direkt an die Facetten der
Halbleiterschichtenfolge und damit des Stegwellenleiters heran. Die Brechbeschichtung befindet sich zumindest oder ausschließlich an dem Stegwellenleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung elektrisch funktionslos. Das heißt, über die Brechbeschichtung erfolgt bestimmungsgemäß keine oder keine signifikante Stromaufweitung und keine oder keine signifikante Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge und/oder in die elektrische Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung eine niedrigere Schallgeschwindigkeit auf als die Halbleiterschichtenfolge im Bereich des
Stegwellenleiters. Die Schallgeschwindigkeit bezieht sich insbesondere auf die Geschwindigkeit einer Bruchwelle beim Erzeugen der Facetten.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge, in der sich eine aktive Zone zur Erzeugung einer Laserstrahlung befindet. Ein Stegwellenleiter ist als Erhebung aus der
Halbleiterschichtenfolge heraus gestaltet. Eine elektrische Kontaktschicht befindet sich direkt am Stegwellenleiter und ist zur Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge gestaltet. Ein metallischer elektrischer Anschlussbereich befindet sich direkt an der Kontaktschicht und ist zum externen elektrischen Anschließen des Halbleiterlasers eingerichtet. Eine metallische Brechbeschichtung reicht direkt bis an Facetten der Halbleiterschichtenfolge heran und befindet sich an dem Stegwellenleiter. Die Brechbeschichtung ist elektrisch funktionslos und weist eine niedrigere Schallgeschwindigkeit insbesondere für eine Bruchwelle auf, als die Halbleiterschichtenfolge im Bereich des
Stegwellenleiters .
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterlaser ist es möglich, einen kantenemittierenden Halbleiterlaser mit einer hohen optischen Ausgangsleistung und einer hohen Ausbeute
herzustellen. Ein Schlüsselparameter hierfür ist die Qualität der Laserfacetten. Da die Laserfacetten die den
Laserresonator begrenzenden Spiegel darstellen, hängt eine Güte des Resonators entscheidend davon ab, dass die Facetten nach Möglichkeit atomar glatt sind. Um solche glatten
Facetten herzustellen, werden diese üblicherweise entlang einer Kristallrichtung eines Halbleiterkristalls für die Halbleiterschichtenfolge gebrochen. Dabei hängt die
erreichbare Qualität sowohl von der Epitaxieschichtenfolge, der Geometrie der Halbleiterschichtenfolge sowie vom
Ritzprozess und vom Brechprozess ab. Aufgrund der dabei auftretenden Wechselwirkungen gibt es stabilere und weniger stabile Kombinationen, was sich direkt in der
Leistungsfähigkeit der fertigen Halbleiterlaser und in der Ausbeute des Herstellungsprozesses widerspiegelt.
Darüber hinaus ist es für die Stabilität der Facetten
speziell bei hohen Ausgangsleistungen entscheidend, dass die Facetten nicht durch überhängendes Metall verunreinigt werden. Metallische Rückstände oder Spuren an den Facetten führen lokal zu einer vergleichsweise hohen Absorption der Laserstrahlung und damit zu heißen Stellen. Hierdurch kann ein katastrophaler Facettenschaden, englisch Catastrophic Optical Mirror Damage oder kurz COMD, verursacht werden.
Daher sind im Herstellungsprozess Maßnahmen zu treffen, die ein Überhängen von Metall an den Facetten vermeiden. Ferner kann die Stabilität gegenüber COMD erhöht werden, in dem die Facetten elektrisch nicht gepumpt werden, sodass also die Halbleiterschichtenfolge direkt an den Facetten nicht oder nicht signifikant bestromt wird.
Üblicherweise wird eine p-Kontaktmetallisierung und/oder ein darauf anschließendes Bondpad im Herstellungsprozess an der Position der späteren Laserfacetten vollständig entfernt, sodass später in diesem metallfreien Bereich die Facette gebrochen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass kein Metall an den Facetten überhängt und dass die Facetten elektrisch nicht gepumpt werden, um die COMD-Stabilität zu erhöhen.
Allerdings wirkt sich dieses Zurückziehen des Metalls stark auf die Ausbreitung einer Bruchwelle beim Facettenbrechen aus. Hierdurch kann die Morphologie der Facetten gestört werden, was sich negativ auf die Leistungsdaten des
Halbleiterlasers auswirkt. Außerdem geht dies mit erheblichen Ausbeuteverlusten im Herstellungsverfahren einher.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser werden ein oder mehrere Dämpfungselemente für die Bruchwelle in Form der Brechbeschichtung an den entscheidenden Stellen auf und/oder am Stegwellenleiter angebracht. Hierdurch kann die
Entstehungen von Störungen beim Facettenbrechen verhindert oder reduziert werden. Bevorzugt ist das Dämpfungselement elektrisch vom Bondpad, also dem elektrischen
Anschlussbereich, getrennt. Das Dämpfungselement wird
bevorzugt elektrisch durch eine darunterliegende elektrische Isolationsschicht von der Halbleiterschichtenfolge getrennt.
Weiter bevorzugt wird das Dämpfungselement, also die
Brechbeschichtung, aus einem Schichtenstapel hergestellt, welcher eher brüchig als duktil ist. Das Dämpfungselement wird insbesondere aus einem Material oder aus einem
Schichtenstapel hergestellt, dessen gemittelte
Schallausbreitungsgeschwindigkeit kleiner ist als die des Materials der Halbleiterschichtenfolge, somit insbesondere kleiner ist als die von GaN.
Weiterhin wird das Dämpfungselement bevorzugt nur an
kritischen Stellen aufgebracht, also nicht ganzflächig an der Facette angebracht. Hierdurch lassen sich metallische
Verunreinigungen an der Facette reduzieren.
Durch das hier beschriebene Dämpfungselement in Form der Brechbeschichtung wird die lokale Geschwindigkeit der
Bruchwelle beim Erzeugen der Facetten so geleitet, dass sich ein glatter Bruch ergibt, selbst an Stellen wie
beispielsweise einer Kante des Stegwellenleiters, welche sonst zu einer Störung des Bruchs führen kann. Dadurch, dass das Dämpfungselement elektrisch vom Halbleiter und dem
Bondpad getrennt ist, ergibt sich eine hohe COMD-Stabilität . Durch die eher brüchige als duktile Ausführung des
Dämpfungselements wird verhindert, dass das Material der Brechbeschichtung beim Facettenbrechen plastisch verformt und/oder langgezogen wird und dadurch im Facettenbereich zu liegen kommt. Auch hierdurch wird die COMD-Stabilität erhöht.
Durch das vergleichsweise lokale Aufbringen der
Brechbeschichtung an der Facette und durch die Führung der Brechwelle durch die Brechbeschichtung lässt sich die
Ausbeute im Herstellungsprozess signifikant erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten als Resonatorendflächen eines Resonators für die Laserstrahlung gestaltet. Die Facetten können aufgrund eines
Brechungsindexunterschieds zur Umgebung als Spiegelflächen dienen oder, bevorzugt, mit reflektierenden Beschichtungen wie Bragg-Spiegeln versehen sein. Ferner können
Schutzschichten an den Facetten ganzflächig oder stellenweise angebracht sein, um eine Korrosion an den Facetten zu
verhindern oder zumindest signifikant zu verlangsamen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung einen von dem Anschlussbereich
verschiedenen Schichtaufbau auf. Beispielsweise weist die Brechbeschichtung eine reduzierte Anzahl von Materialien und/oder Schichten auf, im Vergleich zum Anschlussbereich. Es ist möglich, dass die Brechbeschichtung dünner ist als der Anschlussbereich. Beispielsweise liegt eine Dicke der
Brechbeschichtung bei höchstens 70 % oder 50 % oder 40 % und/oder bei mindestens 10 % oder 20 % einer Dicke oder mittleren Dicke des Anschlussbereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung je nur entlang eines Teils der Facetten angebracht. Insbesondere ist die Brechbeschichtung auf den Stegwellenleiter und einen Bereich seitlich des
Stegwellenleiters beschränkt, wobei der Bereich seitlich des Stegwellenleiters bevorzugt eine Breite von höchstens 50 % oder 20 % oder 10 % einer Breite des Stegwellenleiters selbst aufweist. Damit können metallische Kontaminationen der
Facette vermieden oder reduziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung aus mehreren deckungsgleich übereinander angeordneten Teilschichten zusammengesetzt. Alternativ können diese Teilschichten auch unterschiedliche Flächen aufweisen, in Draufsicht gesehen. Bevorzugt sind alle Teilschichten metallische Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Dicke der Brechbeschichtung bei mindestens 50 nm oder 0,1 ym oder
0,2 ym oder 0,3 ym. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Brechbeschichtung bei höchstens 10 ym oder 5 ym oder 3 ym oder 2 ym. Insbesondere liegt die Dicke der
Brechbeschichtung bei 1 ym +/- 0,5 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung elektrisch von dem Anschlussbereich und von der Halbleiterschichtenfolge isoliert. Insbesondere besteht keine einstückige Verbindung und/oder keine Verbindung über metallische Materialien zwischen der Brechbeschichtung und dem Anschlussbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Brechbeschichtung und der Anschlussbereich in Richtung parallel zum Stegwellenleiter und/oder zu einer
Resonatorlängsachse des Halbleiterlasers voneinander
beabstandet. Ein Abstand entlang dieser Richtung zwischen der Brechbeschichtung und dem Anschlussbereich liegt bevorzugt bei mindestens 1 ym oder 2 ym oder 5 ym und/oder bei
höchstens 100 ym oder 50 ym oder 30 ym oder 15 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung direkt mit dem Anschlussbereich verbunden. Die Brechbeschichtung und der Anschlussbereich können
einstückig gestaltet sein und/oder es liegt eine unmittelbare metallische Verbindung zwischen der Brechbeschichtung und dem Anschlussbereich vor. Beispielsweise ist die
Brechbeschichtung durch eine oder mehrere Teilschichten des Anschlussbereichs gebildet. Bevorzugt umfasst die Brechbeschichtung hierbei jedoch nicht alle Teilschichten des Anschlussbereichs .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung als Fortsetzung des Anschlussbereichs hin zu den Facetten gestaltet. Beispielsweise ist die
Brechbeschichtung als einer oder als mehrere längliche
Fortsätze und/oder Verschmälerungen des Anschlussbereichs hin zu den Facetten geformt. Dabei kann die Brechbeschichtung eine andere Schichtenfolge aufweisen als der
Anschlussbereich, insbesondere weniger und/oder dünnere
Schichten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung auf die Facetten gesehen auf die Oberseite des Stegwellenleiters begrenzt. Die Oberseite des
Stegwellenleiters ist teilweise oder auch vollständig von der Brechbeschichtung bedeckt. Bevorzugt liegt ein Bedeckungsgrad der Oberseite des Stegwellenleiters durch die
Brechbeschichtung bei mindestens 10 % oder 30 % und/oder bei höchstens 80 % oder 70 %. Dies gilt insbesondere direkt an der Facette und in Aufsicht auf die Facette gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt die
Brechbeschichtung den Stegwellenleiter in Aufsicht auf die Facetten U-förmig. Das heißt, die Oberseite des
Stegwellenleiters und Seitenflächen des Stegwellenleiters sind bevorzugt jeweils vollständig oder zumindest überwiegend von der Brechbeschichtung überdeckt. Überwiegend bedeutet hier und im Folgenden insbesondere zu mindestens 60 % oder
70 % oder 80 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Brechbeschichtung in Aufsicht auf die Facetten gesehen die Seitenflächen des Stegwellenleiters vollständig oder
überwiegend. Dabei ist es möglich, dass die Oberseite des Stegwellenleiters nur teilweise von der Brechbeschichtung bedeckt ist, beispielsweise zu höchstens 40 % oder 20 %, oder auch frei von der Brechbeschichtung ist. Insbesondere reicht die Brechbeschichtung lediglich von den Seitenflächen her auf die Oberseite, sodass ein Zentralbereich der Oberseite des Stegwellenleiters in Draufsicht gesehen frei von der
Brechbeschichtung sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung in Aufsicht auf die Facetten gesehen an den Seitenflächen eine andere Dicke auf als an der Oberseite. Beispielsweise ist die Brechbeschichtung an der Oberseite dünner als an den Seitenflächen. Jedoch kann auch umgekehrt die Brechbeschichtung an der Oberseite dicker sein als an den Seitenflächen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung auf die Facetten gesehen asymmetrisch zum Stegwellenleiter gestaltet. Insbesondere befindet sich die Brechbeschichtung nur an einer Seite des Stegwellenleiters, die entlang einer Bruchrichtung beim Herstellen der Facetten dem Stegwellenleiter vorausgeht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Brechbeschichtung in Draufsicht gesehen als Streifen geformt, der Streifen kann parallel zur jeweiligen Facette orientiert sein und befindet sich bevorzugt entlang seiner gesamten Länge direkt an der jeweiligen Facette. Beispielsweise weist der Streifen in Draufsicht gesehen eine rechteckige oder näherungsweise rechteckige Gestalt auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung in Draufsicht gesehen einen oder mehrere Streifen auf. Der mindestens eine Streifen ist senkrecht zur jeweiligen Facette orientiert. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 30° oder 15° oder 5°.
Der Begriff Streifen bedeutet insbesondere, dass eine
Längsausdehnung um mindestens einen Faktor 2 oder 3 oder 5 größer ist als eine Querausdehnung der entsprechenden
Struktur .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine Isolationsschicht. Die Isolationsschicht ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterlasers elektrisch isolierend. Die Isolationsschicht ist
beispielsweise aus einem Oxid wie Siliziumoxid oder einem Nitrid wie Siliziumnitrid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Isolationsschicht vollständig zwischen die
Halbleiterschichtenfolge und die Brechbeschichtung. Die
Brechbeschichtung ist mittels der Isolationsschicht von der Halbleiterschichtenfolge elektrisch isolierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Isolationsschicht in gleicher Weise strukturiert wie die Brechbeschichtung. Das heißt, die Isolationsschicht und die Brechbeschichtung können in Draufsicht gesehen zumindest an der Oberseite des Stegwellenleiters oder an der gesamten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge deckungsgleich miteinander verlaufen. Deckungsgleich gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 5 ym oder 2 ym oder 1 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser mindestens eine elektrisch isolierende
Deckschicht. Die Deckschicht oder die Deckschichten befinden sich direkt an der Brechbeschichtung, insbesondere an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite. Die
Deckschicht bedeckt die Brechbeschichtung in Draufsicht gesehen überwiegend oder vollständig. Optional kann die
Deckschicht auch freiliegende Seitenflächen der
Brechbeschichtung bedecken, insbesondere an einer der Facette abgewandten Seite der Brechbeschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Deckschicht teilweise oder vollständig von einer Deckmetallschicht bedeckt, die aus einer Metallschicht oder aus einem
Metallschichtenstapel ist. Die Deckmetallschicht ist
insbesondere dazu eingerichtet, an eine externe
Befestigungsfläche angelötet zu werden. Über die
Deckmetallschicht ist eine verbesserte thermische Anbindung des Halbleiterlasers an einen externen Träger möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine oder mehrere Facettenbeschichtungen. Die mindestens eine Facettenbeschichtung erstreckt sich von der Facette her bis auf die Brechbeschichtung. Es ist möglich, dass die Facettenbeschichtung die Brechbeschichtung nicht nur zum Teil, sondern vollständig bedeckt. Damit kann die
Brechbeschichtung vollständig von der Facettenbeschichtung und der Halbleiterschichtenfolge und optional von der
Isolationsschicht und/oder der Deckschicht und/oder der
Passivierungsschicht eingekapselt sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform endet die
Kontaktschicht beabstandet von den Facetten oder es befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht an den Facetten zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Kontaktschicht . Damit ist es möglich, dass direkt an den Facetten keine
Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge erfolgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Brechbeschichtung an der Halbleiterschichtenfolge eine metallische Haftvermittlerschicht und/oder eine metallische Hilfsschicht. Beispiele für die Haftvermittlerschicht
und/oder für die Hilfsschicht sind: Ti, Cr, Ni, Ni-Pt, Ti-Pt, Ti-Pd .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung mindestens zwei der folgenden Materialien auf, bevorzugt als Teilschichten: Au, Cr, Ni, Pd, Pd, Ti.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Brechbeschichtung eine Titanteilschicht und eine
Goldteilschicht auf oder besteht aus diesen beiden
Teilschichten. Die Goldteilschicht befindet sich bevorzugt an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Titanteilschicht. Es ist möglich, dass die Goldteilschicht eine um mindestens einen Faktor 2 oder 3 und/oder um
höchstens einen Faktor 200 oder 20 oder 8 größere Dicke aufweist als die Titanteilschicht. Insbesondere ist die
Titanteilschicht als Haftvermittlungsschicht der
Goldteilschicht hin zur Halbleiterschichtenfolge gestaltet und die Einstellung der Schallgeschwindigkeit der
Brechbeschichtung erfolgt im Wesentlichen über die
Goldteilschicht . Neben dem Schichtpaar Ti-Au sind insbesondere auch die folgenden Schichtpaare, Schichttripel und Schichtquadrupel für die Brechbeschichtung geeignet, jeweils in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge: Cr-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Pd-Au, Cr-Pt-Au, Cr-Pd-Au, Ni-Au, Ni-Pd-Au, Ni-Pt-Au, Ni-Pd-Pt-Au, Ti-Pd-Pt-Au .
Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren angegeben. Mit dem Herstellungsverfahren wird bevorzugt ein Halbleiterlaser hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterlasers sind daher auch für das
Herstellungsverfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
Herstellungsverfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
- Wachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem
Aufwachssubstrat wie einem GaN-Substrat ,
- Erzeugen der Stegwellenleiter aus der
Halbleiterschichtenfolge heraus, beispielsweise mittels
Ätzen,
- Aufbringen der Passivierungsschicht und der Kontaktschicht,
- Aufbringen des Anschlussbereichs und der Brechbeschichtung, sodass sich die Brechbeschichtung je über spätere
Vereinzelungslinien hinweg erstreckt,
- Erzeugen von Ritzgräben an der Oberseite, wobei die
Stegwellenleiter und die Brechbeschichtung bevorzugt je von den Ritzgräben beabstandet bleiben und
- Brechen der Halbleiterschichtenfolge entlang der
Vereinzelungslinien, sodass die Facetten entstehen und die Brechbeschichtung an den Facetten zerteilt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Bruchwelle beim Spalten der Halbleiterschichtenfolge und des
Aufwachssubstrats durch die Brechbeschichtung gedämpft. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die
Schallgeschwindigkeit und/oder eine Geschwindigkeit einer Bruchwelle beim Spalten in der Brechbeschichtung bei
mindestens 20 % oder 30 % oder 50 % und/oder bei höchstens 90 % oder 80 % oder 70 % der Schallgeschwindigkeit und/oder einer Geschwindigkeit einer Bruchwelle der
Halbleiterschichtenfolge an dem Stegwellenleiter beträgt.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Halbleiterlaser und ein hier beschriebenes Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 5 in den Figurenteilen A jeweils schematische
Draufsichten und in den Figurenteilen B jeweils
Aufsichten auf Facetten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur 6 im Figurenteil A eine schematische Draufsicht und in den Figurenteilen B und C je eine schematische Aufsicht auf die Facetten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern, Figur 7 im Figurenteil A eine schematische Draufsicht und im Figurenteil B eine schematische Aufsicht auf eine Facette eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
Figuren 9 bis 12 in den Figurenteilen A schematische
Draufsichten und in den Figurenteilen B schematische Aufsichten auf Facetten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur 13 im Figurenteil A eine schematische Aufsicht auf
eine Facette und in den Figurenteilen B und C je eine schematische Schnittdarstellung durch den
Stegwellenleiter von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur 14 eine schematische Schnittdarstellung durch einen
Stegwellenleiter eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Halbleiterlasers,
Figur 15 eine schematische Schnittdarstellung durch
Stegwellenleiter vor einem Erzeugen der Facetten von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur 16 in den Figurenteilen A, B, C und E schematische
Schnittdarstellungen und im Figurenteil D eine schematische Draufsicht von Verfahrensschritten eines Herstellungsverfahrens für hier beschriebene
Halbleiterlaser, und
Figuren 17 und 18 schematische Aufsichten auf Facetten von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern.
In Figur 1A ist in einer Draufsicht und in Figur 1B in einer Facettenaufsicht ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterlasers 1 dargestellt. Der Halbleiterlaser 1 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die sich an einem
Substrat 25 befindet. Bei dem Substrat 25 handelt es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat . Die
Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Zone 22 auf. Im Betrieb wird in der aktive Zone 22 über Elektrolumineszenz eine Laserstrahlung erzeugt. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert insbesondere auf dem Materialsystem AlInGaN.
Aus der Halbleiterschichtenfolge 2 heraus ist ein
Stegwellenleiter 3 geformt. Der Stegwellenleiter 3 bildet eine Erhebung über übrige Bereiche der
Halbleiterschichtenfolge 2. Über den Stegwellenleiter 3 erfolgt eine Führung der erzeugten Laserstrahlung zwischen zwei Facetten 27, die Resonatorendflächen des
Halbleiterlasers 1 bilden. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist an einer Oberseite 20 mit Ausnahme oben am Stegwellenleiter 3 von einer Passivierungsschicht 4 bedeckt. An der Oberseite des Stegwellenleiters 3 befindet sich bevorzugt eine
elektrische Kontaktschicht 5, beispielsweise aus einem Metall oder einem TCO.
Zur elektrischen externen Kontaktierung des Halbleiterlasers 1 ist ein elektrischer Anschlussbereich 6 vorhanden, der durch eine oder mehrere Metallschichten gebildet ist,
beispielsweise durch einen Schichtenstapel Ti/Pt/Au/Ti/Pt/Au . Der Anschlussbereich 6 ist beispielsweise zur
Bonddrahtkontaktierung oder zur Lötkontaktierung gestaltet. Bevorzugt bedeckt der Anschlussbereich 6 die Oberseite 20 großflächig und erstreckt sich auf sowie beiderseits neben den Stegwellenleiter 3. Der Anschlussbereich 6 endet von den Facetten 27 beabstandet.
Ferner weist der Halbleiterlaser 1 eine Brechbeschichtung 7 auf. Die Brechbeschichtung 7 befindet sich an beiden Facetten 27 und erstreckt sich streifenförmig parallel zu den Facetten 27 und direkt entlang der Facetten 27. Dabei ist die
Brechbeschichtung 7 auf den Stegwellenleiter 3 beschränkt, sodass die Facetten 27 in Aufsicht gesehen überwiegend frei von der Brechbeschichtung 7 sind.
In Aufsicht auf die Facetten 27 gesehen ist die
Brechbeschichtung 7 U-förmig gestaltet. Damit überdeckt die Brechbeschichtung 7 die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 sowie Seitenflächen 37 des Stegwellenleiters 3 jeweils vollständig. An den Seitenflächen 37 befindet sich die
Passivierungsschicht 4 zwischen der Brechbeschichtung 7 und der Halbleiterschichtenfolge 2.
Die Brechbeschichtung 7 ist bevorzugt aus mehreren
Teilschichten zusammengesetzt, angedeutet durch eine
Strichlinie. An der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich zu einer Haftvermittlung bevorzugt eine Ti-Schicht. Die Ti- Schicht wird von einer Au-Schicht abgedeckt. Die Au-Schicht ist bevorzugt dicker als die Ti-Schicht. Beispielsweise weist die Brechbeschichtung 7 eine Dicke von ungefähr 1 ym auf, wobei die Ti-Schicht einen Anteil von ungefähr 200 nm ausmacht und der Rest durch die Au-Schicht gebildet ist.
Alternativ wird eine 5 nm dicke Ti-Schicht und eine 100 nm dicke Au-Schicht oder eine 50 nm dicke Ti-Schicht und eine 1000 nm dicke Au-Schicht verwendet.
Eine Breite des Stegwellenleiters 3 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 1 ym und 70 ym. Eine Länge des
Stegwellenleiters 3 zwischen den Facetten 27 liegt bevorzugt bei mindestens 0,3 mm und/oder bei höchstens 3 mm. Eine Höhe des Stegwellenleiters 3 über den übrigen Gebieten der
Halbleiterschichtenfolge 2 beträgt beispielsweise mindestens 0,3 ym und/oder höchstens 3 ym. Der Streifen der
Brechbeschichtung 7 entlang der Facetten 27 ist bevorzugt möglichst schmal und weist beispielsweise eine Breite von mindestens 2 ym oder 5 ym oder 10 ym und/oder von höchstens 100 ym oder 50 ym oder 20 ym auf. Ein Abstand zwischen der Brechbeschichtung 7 und dem Anschlussbereich 6 liegt
beispielsweise bei mindestens 5 ym und/oder bei höchstens 50 ym. Diese Werte können einzeln oder zusammengenommen entsprechend auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten .
Durch die Brechbeschichtung 7 ist eine Ausbreitung von
Bruchwellen während des Spaltens der Facetten 27 gedämpft und damit eine hohe Spaltqualität und Facettenqualität
gewährleistet. Gleichzeitig ist die Brechbeschichtung 7 nur bereichsweise an den Facetten 27 angebracht, sodass eine Metallverschleppung auf die Facetten 27 beim Spalten
derselben verhindert wird, wodurch ein COMD- Wahrscheinlichkeit reduziert ist. Somit erfüllt die
Brechbeschichtung 7 keine elektrischen Funktionen, sondern erfüllt ausschließlich mechanische Zwecke. Insbesondere wird durch die Brechbeschichtung 7 die Bruchausbreitungsgeschwindigkeit beim Spalten der Facetten 27 direkt an den Facetten 27 eingestellt.
Abweichend von Figur 1 befindet sich beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 die Bruchbeschichtung 7 ausschließlich an den Seitenflächen 37 des Stegwellenleiters 3. Die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 ist frei von der Brechbeschichtung 7.
Abweichend von Figur 2 ist gemäß Figur 3 die
Brechbeschichtung 7 als Fortsatz des elektrischen
Anschlussbereichs 6 gestaltet. Dabei steht die
Brechbeschichtung 7 jedoch nicht in elektrischem Kontakt zur Halbleiterschichtenfolge 2, sondern ist durch die
Passivierungsschicht 4 von der Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch separiert.
Ferner ist der Figur 2 zu entnehmen, dass direkt an den
Facetten 27 die Kontaktschicht 5 aus Figur 1 nicht vorhanden ist. Dadurch kann eine Bestromung direkt an den Facetten 27 unterbunden werden. Eine entsprechende Konfiguration des Stegwellenleiters 3 ohne Kontaktschicht 5 direkt an den
Facetten 27 ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich .
Abweichend von Figur 3 erstreckt sich die Brechbeschichtung 7 in Figur 4 von den Seitenflächen 37 her teilweise auf die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3. Dabei kann in Aufsicht auf die Facetten 27 gesehen die Brechbeschichtung 7 an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite stufenförmig gestaltet sein.
Die Passivierungsschicht 4 kann sich dabei gleichermaßen auf den Stegwellenleiter 3 erstecken, anders als in Figur 4 gezeigt. Die Kontaktschicht 5 kann alternativ oder zusätzlich unterhalb der Brechbeschichtung 7 entfernt sein.
In Figur 5 ist gezeigt, dass sich die Brechbeschichtung 7 nur an einer der Seitenflächen 37 des Stegwellenleiters 3 befindet. Beispielsweise erfolgt von der Seite der
Brechbeschichtung 7 her ein Spalten der Facetten 27.
Dieses asymmetrisches Anbringen der Brechbeschichtung 7, wie in Figur 5 gezeigt, lässt sich auch auf alle anderen
Ausführungsbeispiele der Brechbeschichtung 7 übertragen.
In Figur 6 ist gezeigt, dass die Brechbeschichtung 7 an der Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 sowie an den
Seitenflächen 37 voneinander verschiedene Dicken aufweist.
Gemäß Figur 6B ist die Brechbeschichtung 7 an der Oberseite 20 dicker als an den Seitenflächen 37.
In Figur 6C ist die Brechbeschichtung 7 in einen
Zentralbereich über der Oberseite 20 dünner gestaltet als an Rändern. Direkt an Längskanten des Stegwellenleiters 3 sowie an den Seitenflächen 37 ist die Brechbeschichtung 7 damit dicker gestaltet, beispielsweise um mindestens einen Faktor 2 oder 3 dicker als in dem Zentralbereich über der Oberseite 20. Der bevorzugt mittig liegende Zentralbereich über der Oberseite 20 macht einen Anteil an der gesamten Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 von insbesondere mindestens 40 % oder 60 % oder 80 % und/oder von höchstens 90 % oder 70 % aus.
In Figur 7 ist illustriert, dass die Brechbeschichtung 7 die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 nur teilweise bedeckt, wobei die Brechbeschichtung 7 auf die Oberseite 20 beschränkt ist. Die Brechbeschichtung 7 kann mittig auf der Oberseite 20 angebracht sein. Alternativ ist eine ausmittige Anordnung möglich, analog zu Figur 5. Die Brechbeschichtung 7 bedeckt die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 bevorzugt zu
mindestens 40 % oder 60 % oder 70 % und/oder zu höchstens 90 % oder 80 %.
In Figur 8 ist gezeigt, dass die Brechbeschichtung 7 in
Draufsicht gesehen in mehrere Streifen unterteilt ist. Die Streifen sind elektrisch von dem Anschlussbereich 6 getrennt und erstecken sich senkrecht oder näherungsweise senkrecht zu den Facetten 27. Die beispielsweise drei Streifen können in Draufsicht gesehen jeweils gleich breit und gleich lang sein oder, anders als in Figur 8 dargestellt, auch
unterschiedliche Breiten und/oder unterschiedliche Längen aufweisen .
In Figur 9 ist illustriert, dass anstelle der drei Streifen der Figur 8 insgesamt vier Streifen der Brechbeschichtung 7 vorhanden sind. Die Streifen können symmetrisch auf dem
Stegwellenleiter 3 angebracht sein. Es können auch mehr als vier Streifen vorhanden sein. Die äußeren Streifen können zudem die Seitenflächen 37 bedecken oder es sind, anders als in den Figuren 8 und 9, die Seitenflächen 37 frei von der Brechbeschichtung 7.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist nur an den Facetten 27 zusätzlich eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 9 vorhanden. Die Isolationsschicht 9 kann sich als
vergleichsweise schmaler Streifen komplett entlang der
Facetten 27 erstrecken. Damit liegen an den Facetten 27 die Passivierungsschicht 4 und die Isolationsschicht 9 direkt übereinander. Durch die Isolationsschicht 9 ist die Brechbeschichtung 7 elektrisch von der
Halbleiterschichtenfolge 2 und insbesondere auch von der Kontaktschicht 5 separiert.
Abweichend von Figur 10 ist die Kontaktschicht 5 optional an den Facetten 27 nicht vorhanden, analog zu Figur 2.
In Figur 11 ist illustriert, dass sich die Streifen der
Brechbeschichtung 7 auch ausgehend von dem Anschlussbereich 6 erstrecken können. Auch bei dieser Gestaltung sind die
Brechbeschichtung 7 und der Anschlussbereich 6 bevorzugt verschieden voneinander gestaltet und weisen beispielsweise unterschiedliche Metallschichtenstapel auf.
Eine solche Geometrie der Streifen der Brechbeschichtung 7, wie in Figur 11 dargestellt, kann auch insbesondere in den Ausführungsbeispielen der Figuren 8 bis 10 vorliegen. Ist eine solche Isolationsschicht 9 vorhanden, so kann die
Brechbeschichtung 7 auch bei den Geometrien der
Ausführungsbeispiele etwa der Figuren 1, 6 oder 7 als
Fortsatz des Anschlussbereichs 6 gestaltet sein.
In Figur 12 ist gezeigt, dass die Isolationsschicht 9 in gleicher Weise strukturiert ist wie die Brechbeschichtung 7. Damit sind die Brechbeschichtung 7 und die Isolationsschicht 9 deckungsgleich.
Im Übrigen gelten zur Figur 12 die Ausführungen zu den
Figuren 10 und 11 entsprechend.
In Figur 13A ist eine Aufsicht auf die Facette 27 gezeigt und die Figuren 13B und 13C stellen Schnittdarstellungen in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Figur 13A durch den in Figur 13A markierten Bereich dar.
Auf die Brechbeschichtung 7 ist jeweils eine Deckschicht 8 aufgebracht, die elektrisch isolierend ist.
Die Deckschicht 8 ist beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Oxid oder Nitrid. Eine Dicke der Deckschicht 8 liegt bevorzugt bei höchstens 200 nm oder 100 nm. Gleiches gilt für die Isolationsschicht 9 der Figuren 10 bis 12.
In Figur 13B ist die Deckschicht 8 auf eine der
Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Seite der
Brechbeschichtung 7 begrenzt.
Demgegenüber erstreckt sich die Deckschicht 8 in Figur 13C auch auf eine der Facette 27 abgewandte Seitenfläche der Brechbeschichtung 7. Damit können elektrische Verbindungen etwa bei einem Anlöten des Halbleiterlasers 1 auf einen nicht gezeichneten externen Träger über die Brechbeschichtung 7 hinweg unterbunden werden, da die Brechbeschichtung 7 von der Deckschicht 8 eingekapselt ist.
Die Ansicht der Figur 14 entspricht den Ansichten aus den Figuren 13B und 13C. Zusätzlich ist eine Facettenbeschichtung 28 vorhanden, beispielsweise als Spiegelschicht oder
antireflektierende Schicht. Mit der Facettenbeschichtung 28 ist eine Reflektivität der Facette 27 für die Laserstrahlung einstellbar .
Die Facettenbeschichtung 28 erstreckt sich von der Facette 27 her auf eine der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte
Oberseite der Deckschicht 8. Damit kann die Brechbeschichtung 7 im Querschnitt gesehen von der Halbleiterschichtenfolge 2 zusammen mit der Facettenbeschichtung 28 und der Deckschicht
8 vollständig eingekapselt und elektrisch von einer Umgebung separiert sein.
Durch den Schichtstapel an der Facette 27, hauptsächlich durch die Brechbeschichtung 7 und zusätzlich optional durch die Isolationsschicht 9 und die Deckschicht 8 gebildet, ist beim Erzeugen der Facetten 27 die auftretende Bruchwelle einstellbar. Beispielsweise liegt eine Schallgeschwindigkeit von Gold bei ungefähr 1740 m/s und von Titan bei ungefähr 4140 m/s. Durch entsprechende Mischungsverhältnisse lassen sich dazwischenliegende effektive Schallgeschwindigkeiten einstellen. Siliziumdioxid dagegen weist eine
Schallgeschwindigkeit von ungefähr 5900 m/s auf.
Im Vergleich dazu liegen die Schallgeschwindigkeiten von GaN- basierten Materialien im Bereich um 3,5 km/s bis 5,5 km/s, abhängig von der konkreten Materialzusammensetzung und auch von der Geometrie des Stegwellenleiters 3 und der jeweiligen Kristallorientierung. Zum Beispiel durch eine
Siliziumdioxidschicht an der Facette alleine wäre damit keine Anpassung der Bruchwelle möglich, da die
Schallgeschwindigkeit von Siliziumdioxid hierfür zu hoch ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 15 ist illustriert, dass auf die Deckschicht 8 eine Deckmetallschicht 81 aufgebracht ist. Über die Deckmetallschicht 81 ist erreichbar, dass bei einer Montage des Halbleiterlasers 1 über die Seite mit dem
Stegwellenleiter 3 auch eine mechanische und insbesondere thermische Anbindung der Halbleiterschichtenfolge 2 über die Brechbeschichtung 7 erreichbar ist. Gemäß Figur 15 verläuft dabei eine Vereinzelungslinie 12 für das Brechen vorzugsweise mittig durch die noch nicht vom Vereinzeln betroffene
Brechbeschichtung 7 samt den zugehörigen Komponenten 8, 81.
Speziell diese Konfiguration der Figur 15 ermöglicht eine sogenannte p-Down-Montage über die Seite mit dem
Stegwellenleiter 3.
In Figur 16 ist ein Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser 1 illustriert. Gemäß Figur 16A wird die
Halbleiterschichtenfolge 2 mit der aktiven Zone 22 auf dem Aufwachssubstrat 25 gewachsen.
In Figur 16B ist illustriert, dass aus der
Halbleiterschichtenfolge 2 heraus die Stegwellenleiter 3 strukturiert werden.
In Figur 16C ist dargestellt, dass die weiteren Komponenten 4, 5, 6, 7 aufgebracht werden. Zur Vereinfachung der
Darstellung sind die weiteren Komponenten 4, 5, 6, 7 in den übrigen Figurenteilen der Figur 16 nicht oder nur zum Teil gezeichnet .
In der Draufsicht der Figur 16D ist illustriert, dass entlang der Vereinzelungslinien 12 Ritzgräben 10 gestaltet sind.
Einer der Ritzgräben 10 befindet sich bevorzugt an einer Außenkante der Halbleiterschichtenfolge 2 sowie des
Aufwachssubstrats 25. Optional befinden sich weitere
Ritzgräben 10 zwischen zumindest einigen der Stegwellenleiter 3. Dabei sind die Stegwellenleiter 3 und auch die
Brechbeschichtung 7 bevorzugt von den Ritzgräben 10
beabstandet. Die Ritzgräben 10 werden mit einem nicht
gezeichneten Ritzwerkzeug erzeugt. In der Schnittdarstellung der Figur 16 ist illustriert, dass entlang der Vereinzelungslinien 10 ausgehend von dem
randständigen Ritzgraben 10 ein Erzeugen der Facetten 27 mittels Brechen erfolgt. Dabei wird ein Spaltwerkzeug 11 an einer den Stegwellenleitern 3 abgewandten Seiten des
Aufwachssubstrats 25 eingesetzt. Somit erfolgt ein Brechen durch die Brechbeschichtungen 7 hindurch.
Optional erfolgt ferner ein Vereinzeln zu einzelnen
Halbleiterlasern 1 oder zu Halbleiterlaserbarren 1, die mehrere der Stegwellenleiter 3 umfassen, entlang von
Trennlinien 13. Die Trennlinien 13 verlaufen parallel zu den Stegwellenleitern 3.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 17 erstreckt sich die Brechbeschichtung 7 von der Oberseite 20 des
Stegwellenleiters 3 über dessen Seitenflächen 37 hinweg auch auf die Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 neben dem Stegwellenleiter 3. Ein Bereich der Oberseite 20 der
Halbleiterschichtenfolge 2 neben dem Stegwellenleiter 3, der von der Brechbeschichtung 7 bedeckt ist, ist bevorzugt relativ schmal. Zum Beispiel weist dieser Bereich je auf einer Seite des Stegwellenleiter 3 eine Breite von höchstens 150 % oder 75 % oder 40 % der Breite des Stegwellenleiters 3 selbst auf.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 18 entspricht einer
Kombination der Beispiele der Figuren 17 und 5. Die Oberseite 20 des Stegwellenleiters 3 ist bevorzugt zu höchstens 50 % oder 30 % von der Brechbeschichtung 7 bedeckt.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben .
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 114 133.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlaser
2 Halbleiterschichtenfolge 20 Oberseite
22 aktive Zone
25 AufwachsSubstrat
27 Facette
28 Facettenbeschichtung
3 Stegwellenleiter
37 Seitenfläche
4 PassivierungsSchicht
5 elektrische Kontaktschicht
6 elektrischer Anschlussbereich 7 Brechbeschichtung
8 Deckschicht
81 DeckmetallSchicht
9 IsolationsSchicht
10 Ritzgraben
11 Spaltwerkzeug
12 Vereinzelungslinie
13 Trennlinie

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (1) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (2), in der sich eine aktive Zone (22) zur Erzeugung einer Laserstrahlung befindet,
- einem Stegwellenleiter (3) , der als Erhebung aus der
Halbleiterschichtenfolge (2) heraus gestaltet ist,
- einer elektrischen Kontaktschicht (5) direkt am
Stegwellenleiter (3) zur Stromeinprägung in die
Halbleiterschichtenfolge (2),
- einem metallischen elektrischen Anschlussbereich (6) direkt an der Kontaktschicht (5) zum externen elektrischen
Anschließen des Halbleiterlasers (1) an einer Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2), und
- einer metallischen Brechbeschichtung (7), die bis direkt an Facetten (27) der Halbleiterschichtenfolge (2) heranreicht und die sich an dem Stegwellenleiter (3) befindet,
wobei die Brechbeschichtung (7) elektrisch funktionslos ist und eine niedrigere Schallgeschwindigkeit aufweist als die Halbleiterschichtenfolge (2) im Bereich des Stegwellenleiters (3) .
2. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Facetten (27) als Resonatorendflächen eines Resonators für die Laserstrahlung gestaltet sind,
- die Brechbeschichtung (7) einen von dem Anschlussbereich (6) verschiedenen Schichtaufbau aufweist,
- die Brechbeschichtung (7) je nur entlang eines Teils der Facetten (27) angebracht ist,
- die Brechbeschichtung (7) aus mehreren deckungsgleich angeordneten Teilschichten zusammengesetzt ist, und - eine Dicke der Brechbeschichtung (7) zwischen
einschließlich 0,1 ym und 3 ym liegt.
3. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Brechbeschichtung (7) elektrisch von dem
Anschlussbereich (6) und von der Halbleiterschichtenfolge (2) isoliert ist.
4. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Abstand zwischen der Brechbeschichtung (7) und dem Anschlussbereich (6) in Richtung parallel zum
Stegwellenleiter (3) zwischen einschließlich 2 ym und 50 ym liegt .
5. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Brechbeschichtung (7) direkt mit dem
Anschlussbereich (6) verbunden ist und als Fortsetzung des Anschlussbereich (6) hin zu den Facetten (27) gestaltet ist.
6. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Brechbeschichtung (7) auf die Facetten (27) gesehen auf die Oberseite (20) des Stegwellenleiters (3) begrenzt ist und die Oberseite (20) des Stegwellenleiters (3) teilweise oder vollständig bedeckt.
7. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brechbeschichtung (7) den Stegwellenleiter (3) auf die Facetten (27) gesehen U-förmig umgibt, sodass die
Oberseite (20) des Stegwellenleiters (3) und Seitenflächen (37) des Stegwellenleiters (3) jeweils vollständig von der Brechbeschichtung (7) überdeckt sind.
8. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brechbeschichtung (7) auf die Facetten (27) gesehen Seitenflächen (37) des Stegwellenleiters (3) jeweils
vollständig bedeckt, und
wobei die Oberseite (20) des Stegwellenleiters (3) nur teilweise von der Brechbeschichtung (7) bedeckt oder frei von der Brechbeschichtung (7) ist.
9. Halbleiterlaser (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Brechbeschichtung (7) auf die Facetten (27) gesehen an den Seitenflächen (37) eine andere Dicke aufweist als an der Oberseite (20) .
10. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Brechbeschichtung (7) auf die Facetten (27) gesehen asymmetrisch zum Stegwellenleiter (3) gestaltet ist.
11. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Brechbeschichtung (7) in Draufsicht gesehen als Streifen parallel zur jeweiligen Facette (27) geformt ist.
12. Halbleiterlaser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Brechbeschichtung (7) in Draufsicht gesehen mehrere Streifen aufweist, die senkrecht zur jeweiligen Facette (27) verlaufen .
13. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
ferner umfassend eine elektrisch isolierende
Isolationsschicht (9),
wobei sich die Isolationsschicht (9) vollständig zwischen die Halbleiterschichtenfolge (2) und die Brechbeschichtung (7) erstreckt .
14. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Isolationsschicht (9) in gleicher Weise
strukturiert ist wie die Brechbeschichtung (7), sodass die Isolationsschicht (9) und die Brechbeschichtung (7) in
Draufsicht gesehen zumindest an der Oberseite (20) des
Stegwellenleiters (3) deckungsgleich miteinander verlaufen.
15. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
ferner umfassend eine elektrisch isolierende Deckschicht (8) direkt an der Brechbeschichtung (7),
wobei die Deckschicht (8) die Brechbeschichtung (7) zumindest in Draufsicht gesehen vollständig abdeckt, und
wobei die Deckschicht (8) teilweise oder vollständig mit einer Deckmetallschicht (81) bedeckt ist.
16. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
ferner umfassend eine Facettenbeschichtung (28),
wobei sich die Facettenbeschichtung (28) bis auf die
Brechbeschichtung (7) erstreckt.
17. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Kontaktschicht (5) von den Facetten (27)
beabstandet endet, sodass direkt an den Facetten (27) keine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge (2) erfolgt.
18. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) auf AlInGaN basiert und die Brechbeschichtung (7) eine Ti-Teilschicht und an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Ti-Teilschicht eine Au-Teilschicht aufweist, und
wobei die Au-Teilschicht um mindestens einen Faktor 2 und um höchstens einen Faktor 20 dicker ist als die Ti-Teilschicht.
19. Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
- Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem
Aufwachssubstrat (20),
- Erzeugen der Stegwellenleiter (3) aus der
Halbleiterschichtenfolge (2) heraus,
- Aufbringen einer Passivierungsschicht (4) und der
Kontaktschicht (5) ,
- Aufbringen des Anschlussbereichs (6) und der
Brechbeschichtung (7), sodass sich die Brechbeschichtung (7) je über Vereinzelungslinien (12) hinweg erstreckt,
- Erzeugen von Ritzgräben (10) an der Oberseite (20), wobei die Stegwellenleiter (3) und die Brechbeschichtung (7) von den Ritzgräben (10) beabstandet bleiben, und
- Spalten der Halbleiterschichtenfolge (2) entlang der
Vereinzelungslinien (12), sodass die Facetten (27) entstehen und die Brechbeschichtung (7) an den Facetten (27) zerteilt wird .
20. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei beim Spalten eine Bruchwelle durch die
Brechbeschichtung (7) gedämpft wird, und
wobei die Schallgeschwindigkeit beim Spalten in der
Brechbeschichtung (7) zwischen einschließlich 30 % und 80 % der Schallgeschwindigkeit der Halbleiterschichtenfolge (2) am Stegwellenleiter (3) beträgt.
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