WO2020078744A1 - Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für halbleiterlaser - Google Patents

Halbleiterlaser und herstellungsverfahren für halbleiterlaser Download PDF

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laser
semiconductor
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Muhammad Ali
Harald KÖNIG
Sven GERHARD
Alfred Lell
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • a semiconductor laser is specified.
  • a manufacturing method for semiconductor lasers is specified.
  • One task to be solved is to provide a semiconductor laser with high optical power densities
  • the semiconductor laser described here has in particular facets that are free of subsequent material removals such as etching in areas that are relevant for the laser radiation.
  • the facets can thus be produced in high quality by means of breaking.
  • Semiconductor laser is a semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence contains one or more active zones for generating laser radiation.
  • a wavelength of maximum intensity of the laser radiation is, for example, in the near ultraviolet spectral range or in the blue
  • Spectral range for example at a wavelength of at least 340 nm and / or at most 480 nm or 540 nm.
  • the laser radiation has a wavelength
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride
  • 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 can be
  • Semiconductor layer sequence ie Al, As, Ga, In, N or P, specified, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of other substances.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on the
  • Semiconductor layer sequence on an upper side has at least one geometric structuring.
  • Structuring is particularly a
  • the structuring is mesa flanks on the
  • the semiconductor layer sequence In the area of structuring, however, the semiconductor layer sequence is still partially present. In other words, the semiconductor layer sequence in
  • the resonator is of two
  • the facets contain optically effective resonator end faces.
  • the resonator end faces are correspondingly those regions of the facets which come into contact with the laser radiation guided in the resonator or which are close to regions at which the
  • Laser radiation passes through. Close to the laser radiation means, in particular, to a ridge waveguide.
  • the structuring spaced from at least one of the facets.
  • the structuring preferably ends at a distance from both facets. This means that the structuring does not reach the facet or facets.
  • At least one of the resonator end faces is or are preferably both Resonator end faces spaced from material removals from the semiconductor layer sequence.
  • the facets in the area of the resonator end faces are thus produced exclusively by breaking. This means that high-quality facets can be achieved that have only a low defect density and that enable high optical output powers.
  • the semiconductor laser can be a monomode laser or a multimode laser.
  • Semiconductor laser is a semiconductor layer sequence for generating laser radiation.
  • the semiconductor layer sequence has at least one geometric structuring on an upper side.
  • a resonator lies in the semiconductor layer sequence and is delimited by two, for example, opposite facets of the semiconductor layer sequence, the facets containing optically effective resonator end faces.
  • the structuring ends at a distance from at least one of the facets.
  • At least one of the resonator end faces is spaced apart from material removals from the semiconductor layer sequence, in particular one set up for coupling out
  • Laser diodes are core components of applications such as
  • Threshold currents reduced differential efficiencies, English slope efficiency, and a lower
  • optical far field of the laser can dramatically reduce the yield in the manufacturing process for laser diodes.
  • the long-term stability of laser components is heavily dependent on the quality of the laser facets.
  • the laser diode can be a catastrophic optical one
  • facets generated by breaking can be produced in high quality, so that defects on the facets are minimized.
  • the index guidance is achieved by etched areas in the semiconductor material, so that a ridge waveguide is removed from the material Semiconductor layer sequence is achieved. After the etching of the semiconductor material in the area of the optical mode, a passivation is applied to these areas on both sides of the ridge waveguide, the passivation having a lower refractive index. The breaking or splitting to generate the laser facets runs through these uneven areas on the ridge waveguide and typically leads to
  • a ridge waveguide in particular is made hammer-shaped as seen in plan view, close to the facets, so that a width of the
  • Web waveguide increases abruptly towards the facets. This applies in the direction of a decoupling facet and / or in
  • the facets can be produced in the region of the resonator end faces with a significantly reduced defect density and with a higher quality.
  • better process control and process stability can be achieved during the manufacture and creation of the facets. It is also possible to thereby increase the performance data of the semiconductor laser
  • material removals on the facets are avoided during manufacture.
  • Such material removals are, for example, wet chemical or dry chemical etching. That is to say, in particular dry chemical etching for producing the ridge waveguide or for producing mesa flanks is carried out along the Resonators performed in shorter ranges than at
  • the facets can thus be broken in flat regions of the semiconductor layer sequence with high quality.
  • the regions in which the facets are produced can be free of coatings or can also be coated.
  • coatings can be used which achieve an adaptation of a breaking wave speed. Breaking waves in the semiconductor material can thus be guided in a more targeted manner and a more uniform breaking can be achieved.
  • Such coatings are made of, for example
  • Semiconductor materials such as silicon, II-VI-
  • III-N semiconductor materials made of insulating layers such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, zinc oxide, ITO or aluminum oxide.
  • Metal layers and semiconductor layers can also be used.
  • Semiconductor layer sequence can be used in combination with stealth dicing techniques.
  • stealth dicing laser radiation is radiated into a material, with a focus of the laser radiation within the material.
  • Material is transparent to the laser radiation in question. Due to the locally high optical power densities at the laser focus, local damage is generated in the material. By scanning the material with the laser focus can be targeted
  • Facet cooling can be achieved, for example, because of lower manufacturing tolerances when attached to the carrier
  • Tilting of the semiconductor layer sequence relative to the carrier can also be reduced and controlled more precisely.
  • the facets are smooth, flat surfaces produced by breaking. Due to the breaking, also called splitting, the facets with roughness in the lower nanometer range can be created. For example, the average roughness of the facets is at most 20 nm or 10 nm or 5 nm, especially in the area of the resonator end faces.
  • the facets are rectangular or square or seen in plan view trapezoidal.
  • the facets when viewed in plan view, the facets have no incisions or protuberances.
  • the ridge waveguide is set up to index the laser radiation in the resonator.
  • the resonator is defined by means of the ridge waveguide.
  • the semiconductor laser is then an index-guided laser.
  • Bridge waveguide towards one facet or, preferably, towards both facets, a widening.
  • the at least one widening on the facets preferably extends over an entire width of the semiconductor layer sequence, in particular on the upper side. That is, towards
  • the broadening of the facets extends across the entire semiconductor layer sequence.
  • the widening is rectangular when viewed from the top
  • Funnel-shaped includes in particular that the
  • Broadening seen in plan view can have curved outer edges.
  • a broadening of the broadening towards the facets can run continuously and can be described by a differentiable function.
  • the ridge waveguide preferably has a widened, constant, width. That is, the
  • a length of the broadening or broadenings is at most 10% or 5% or 3% of a total length of the resonator. This means that the widenings along the resonator only make up a small part of the length. This enables efficient index management to be achieved despite the widening.
  • the active zone is not or only weakly energized in the region of the at least one widening.
  • the at least one is not or only weakly energized in the region of the at least one widening.
  • the semiconductor laser is a profit-led laser. This means that the laser radiation is guided in the semiconductor layer sequence without refractive index guidance.
  • This refractive index guide relates to a lateral direction, perpendicular to a resonator axis and perpendicular to a growth direction
  • a beam path of the laser radiation is then through the facets on the one hand and through one energized area of the semiconductor layer sequence on the other hand defined.
  • the semiconductor layer sequence is preferably not energized directly at the facets.
  • such trenches preferably have sloping side walls. That is, seen in cross section, such trenches can be V-shaped or trapezoidal.
  • the trenches extend along the resonator.
  • the trenches run parallel to the resonator.
  • the trenches are part of the structuring or form the structuring, the trenches do not reach the facets.
  • a length of the trenches is at least 80% of the total length of the resonator.
  • a central bar of this hT s preferably runs along the resonator.
  • the marginal bars of the HG s are preferably on the facets, seen in a top view of the top.
  • Top view of the top seen asymmetrically shaped. This means that the middle bar of the H 's and thus the resonator are located in the middle in the top.
  • the central bar of the HG s is preferably aligned perpendicular to the facets, again seen in a top view of the top.
  • the structuring can also consist of the frame.
  • the frame limits the
  • a ridge waveguide can be the same thickness as the frame, so that the maximum thickness need not be limited to the frame. Alternatively, it is possible that the frame can have a smaller thickness than a ridge waveguide.
  • Maximum thickness can also be present at the H by which the structuring is formed or which has the structuring.
  • At least one acoustic layer is attached to at least one of the facets on the upper side of the semiconductor layer sequence.
  • the acoustic layer preferably has a lower speed of sound than the semiconductor layer sequence.
  • the at least one acoustic layer enables the facets to be broken more evenly.
  • the acoustic layer is spaced apart from electrical contact surfaces of the
  • the acoustic layer comprises at least one metal layer or consists of at least one metal layer. This means that the acoustic layer then has no electrical function.
  • the acoustic layer is limited to a strip on the facet in question.
  • Semiconductor layer sequence preferably directly on top of one another and / or can run congruently with one another.
  • the acoustic layer can directly on the
  • Semiconductor layer sequence can be applied or it is located between the acoustic layer and the
  • the acoustic layer is preferably located directly on the semiconductor layer sequence.
  • Removal of material from the semiconductor layer sequence at least 40 ⁇ m or 100 ⁇ m or 150 ⁇ m or 200 ⁇ m.
  • this distance is at most 150 ⁇ m or 200 ⁇ m or 0.4 mm. Alternatively or additionally, this distance is at least three times or
  • Top view of the facet in question is determined. Especially is the minimum distance between them
  • the average diameter of the resonator end faces is
  • This mode diameter is, for example
  • This ellipse can be the same as the resonator end faces.
  • Resonator end areas is small or negligible.
  • the facets are preferably completely free of
  • Resonator end face generates at least one initiator area.
  • the at least one initiator region is set up as an output region for breaking the semiconductor layer sequence.
  • the initiator area is preferably generated by means of stealth dicing.
  • the initiator area thus preferably does not represent material removal from the semiconductor layer sequence, but rather only a local destruction of the crystal structure of the semiconductor layer sequence.
  • the facet in question is rougher at the initiator area than at the associated resonator end face.
  • the roughness of the initiator region is due to the local destruction of the crystal structure of the semiconductor layer sequence.
  • the initiator area is preferably as flat and smooth as possible with the lowest possible roughness.
  • Semiconductor lasers can be used as laser bars with several
  • Laser units can be designed.
  • the laser units can be designed electrically in parallel or in series or can also be operated individually or in groups, independently of one another.
  • the carrier is from one
  • the carrier comprises a carrier structuring.
  • the carrier structuring is located on a side of the carrier facing the semiconductor layer sequence and points to the top.
  • Semiconductor layer sequence is attached to the carrier with the top side, so that the top side faces the carrier.
  • the carrier structure corresponds to the structure of the
  • the support structuring and the structuring of the semiconductor layer sequence are congruent in places, especially at an edge of the upper side.
  • the facets and corresponding side faces of the carrier lie in a common plane with a tolerance of at most 5 ⁇ m or 3 ⁇ m.
  • Semiconductor laser specified The manufacturing process produces a laser as described in connection with one or more of the above embodiments. Features of the manufacturing process are therefore also disclosed for the semiconductor laser and vice versa.
  • this includes
  • Initiator areas for breaking with laser radiation generated are used to break with laser radiation generated.
  • stealth dicing is used to generate the initiator areas.
  • the top and a bottom of a growth substrate are for the
  • Facets are straight edges.
  • FIGS. 1 to 3 each in plan parts A and in part B each side view of exemplary embodiments of semiconductor lasers described here,
  • Figure IC is a schematic side view of the
  • FIGS 4 and 5 are schematic side views of
  • Figure 6 in part A is a schematic plan view and in part B is a schematic
  • Figures 7 and 8 are schematic plan views
  • Figure 9A is a schematic plan view and Figure 9B is a
  • Figure 10 is a schematic plan view of a
  • FIGS 11, 12A and 12B are schematic side views of
  • Figure 13 is a schematic plan view of a
  • the semiconductor laser 1 comprises one
  • Semiconductor layer sequence 2 with an active zone 22 for generating laser radiation L is preferably, the
  • the semiconductor layer sequence 2 can also be on one Growth substrate 27 are located.
  • the growth substrate 27 is, for example, a GaN substrate.
  • a structuring 5 is produced on an upper side 20 of the semiconductor layer sequence 2.
  • the structuring 5 includes a ridge waveguide 50.
  • a resonator 4 is defined by the ridge waveguide 50. Indexing of the laser radiation L within the semiconductor layer sequence 2 takes place via the ridge waveguide 50.
  • the resonator 4 is delimited in the longitudinal direction by two facets 3 of the semiconductor layer sequence 2.
  • the facets 3 are each flat over the entire surface and are generated by breaking. When viewed from above, the facets 3 are rectangular.
  • the facets 3 each contain a resonator end face 42.
  • the resonator end faces 42 are those areas of FIG
  • the resonator end faces 42 are thus located in the plan view of the facets 3 in the region of the resonator 4 and the active zone 22, see FIG. IC.
  • Facets 3 are optically essentially inactive.
  • the resonator end faces 42 are
  • Example elliptical or circular Example elliptical or circular.
  • the ridge waveguide 50 has widenings 51 towards the facets 3 and the resonator surfaces 42.
  • Widenings 51 are rectangular in plan view and extend along the entire facets 3 on the upper side 20, see FIG. 1A.
  • the ridge waveguide 50 together with the widenings 51 forms an H-shaped elevation 54 which represents the structure 5.
  • the active zone 22 is located below the ridge waveguide 50. This means that the active zone 22 is preferably not affected by the structuring 5.
  • the electrical contact surface 71 is preferably formed by one or more metallizations.
  • the contact surface 71 can be rectangular in plan view. It is possible that the
  • the contact surface 71 preferably extends on both sides of the ridge waveguide 50 onto the upper side 20.
  • a further electrical contact surface 73 is optionally located on an underside 28 of the growth substrate 27 facing away from the semiconductor layer sequence 2
  • the widenings 51 When viewed in plan view and in the direction perpendicular to the resonator 4, the widenings 51 preferably extend
  • An expansion T of the widenings 51 along the resonator 4 is preferably at least 1 ⁇ m or 3 ⁇ m. Alternatively or additionally, this extension T of the widenings 51 is at most 100 ⁇ m or 30 ⁇ m. Alternatively or
  • this extension T of the widenings 51 along the resonator 4 is preferably at most 10% or 5% of an overall length R of the resonator 4. The same applies preferably in all exemplary embodiments.
  • FIG. IC also illustrates that a distance D
  • the distance D is measured in this case towards the side surface 25, which is produced, for example, by means of breaking, etching or sawing.
  • this distance to regions of the top side 20 in regions next to the ridge waveguide 50 would be almost zero without the broadening 51, see FIG. IC
  • FIG. IC which illustrate the ridge waveguide 50.
  • FIG. 2 it is shown that one along each of the facets 3 on the top 20 on the widenings 51 Acoustic layer 61 is applied. A breaking wave is guided over the acoustic layer when breaking the
  • the acoustic layer 61 is preferably made of a material adapted to the speed of sound.
  • the acoustic layer 61 is made of silicon dioxide, Si3N4, SiON,
  • the acoustic layer 61 is made of a semiconductor material such as silicon, a II-VI semiconductor material or a III-N semiconductor material.
  • the acoustic layer 61 is preferably made of at least one metal such as titanium, palladium, nickel, platinum and / or gold.
  • a thickness of the acoustic layer 61 is preferably included
  • the thickness of the acoustic layer 61 is at most 2 ⁇ m or 1 ⁇ m. It is possible that the contact surface 71 rises above the acoustic layer 61 in the direction away from the upper side 20, as can be seen in FIG. 2B. Alternatively, the contact surface 71 and the acoustic layer 61 can be in the direction away from the
  • the semiconductor laser 1 additionally has one on each of the facets 3
  • Initiator area 62 Starting from the initiator areas
  • the initiator regions 62 lie, for example, on the surface 20 at the ends of the facets 3.
  • the initiator regions 62 are preferred via laser radiation by means of stealth dicing, laser scribing or via one
  • a depth of the initiator regions 62 is preferably at least 100 nm and / or at most 90% of a thickness of the semiconductor layer sequence 2 or a thickness of the semiconductor layer sequence 2 together with the
  • the extent of the initiator regions 62 in the direction parallel to the facets 3 is preferably at least 2 ⁇ m or 10 ⁇ m or 30 ⁇ m and / or at most 200 ⁇ m or 100 ⁇ m.
  • Such initiator regions 62 can be provided in a wafer assembly during the manufacture of the semiconductor laser 1 for each semiconductor laser 1 or can only occur with one semiconductor laser per a certain number of semiconductor lasers,
  • a width of the trenches in the direction parallel to the resonator 4 is preferably relatively small and is, for example, at least 0.2 ⁇ m or 0.5 ⁇ m and / or at most 20 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • FIG. 4 illustrates that the initiator regions 62 are not on the top 20, but on the top
  • FIG. 6A illustrates a wafer composite 10 in which several of the semiconductor lasers 1 are still directly adjacent to one another.
  • the facets 3 are generated along break lines 81.
  • the semiconductor lasers 1 can be separated along separation lines 82 in the direction parallel to the resonators 4. The separation along the
  • Isolation lines 82 is also a, for example
  • Breaking but can also be done with other methods such as sawing or laser radiation.
  • Initiator areas 62 are generated.
  • the semiconductor lasers 1, as illustrated in FIG. 6B, have the ridge waveguide 50. Trenches 52 are also present, via which parasitic laser modes and / or scattered light
  • FIG. 6A there is a peripheral frame 53 which delimits the semiconductor laser 1 on the upper side 20 all around.
  • the refraction lines 81 and the singulation lines 82 thus run exclusively through regions of the semiconductor layer sequence 2 from which no material has been removed.
  • the contact area 71 it is possible for the contact area 71 to extend over a large area
  • the passivation layer 63 is made, for example, of an oxide such as silicon oxide and can have a thickness of, for example, at least 20 nm and / or at most 800 nm.
  • Such additional trenches 52 and a frame 53, as illustrated in FIG. 6, can also be present in all exemplary embodiments.
  • a width of the widening 51 in the direction toward the facet 3 initially increases linearly before an abrupt one
  • the width is increased.
  • the widening 51 thus has a trapezoidal area and a rectangular area, as seen in a top view of the upper side 20.
  • the trapezoidal area extends at least for example
  • Such a geometry of the broadening 51 allows, in particular, single-mode lasers with a high optical
  • Widenings 51 as shown in the left half of FIG. 7, are present on both facets 3. Appropriate
  • Widenings 51 can also be used in all others
  • a thickness of the widening 51 in the direction perpendicular to the upper side 20 is preferably equal to a thickness of the
  • Ridge waveguide 50 can also be one of them
  • the ridge waveguide 50 and / or the widenings 51 have, for example, a thickness of at least 0.2 ⁇ m or 0.5 ⁇ m or 1 ⁇ m and / or at most 5 ⁇ m or 3 ⁇ m in the direction away from the active zone 22.
  • Growth substrate 27 grown, for example, is included
  • FIG. 8 illustrates that the widening 51 merges continuously and without kinks into the actual ridge waveguide 50. Otherwise, the apply
  • FIG. 9 shows the exemplary embodiment in which the semiconductor laser 1 is a profit-led laser. Again, there are no etchings or other material removals that extend to facets 3. On the side surfaces 25, which are oriented perpendicular to the facets 3, can
  • Initiator regions 62 are present which do not extend to the facets 3 and which can lie in the semiconductor layer sequence 2, together with the growth substrate 27.
  • the semiconductor laser 1 of FIG. 9 preferably has bevels on the side faces 25, not shown, which can form a structure.
  • FIG. 10 illustrates that the profit-guided laser has the trenches 52 on both sides of the resonator 4 within the upper side 20.
  • the peripheral frame 53 is thus present.
  • the trenches 52 are seen in cross section perpendicular to the upper side 20 and perpendicular to the resonator 4
  • FIG. 11 illustrates that the semiconductor laser 1 additionally has a carrier 70.
  • the carrier 70 is, for example, a submount and can comprise electrical structures for contacting the semiconductor laser 1.
  • Contact surface 71 is connected to carrier 70 via a connecting means 74.
  • the connecting means 74 is, for example, a solder.
  • the upper side 20 of the semiconductor layer sequence 2 thus faces the carrier 70.
  • Widening 51 is the risk of tilting the
  • Semiconductor layer sequence 2 are attached with high precision parallel to an upper side of the carrier 70.
  • FIGS. 12A and 12B illustrate a method for attaching the semiconductor layer sequence 2 to the carrier 70.
  • the carrier 70 has carrier structures 72,
  • the support structures 72 can also be formed by elevations.
  • FIG. 12B illustrates that, for example, when the contact surface 71 is soldered to the carrier 70, a kind of self-adjustment occurs due to the carrier structures 72.
  • small manufacturing tolerances can be achieved in the direction parallel to the resonator 4.
  • an accuracy with which the facets 3 are flush with the side faces of the carrier 70 lies in the range between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m. Is a flush closing at least one of the
  • the carrier structures 72 can also be designed asymmetrically, to target a specific, desired overhang of the
  • the semiconductor laser 1 is a laser bar.
  • the semiconductor laser 1 thus has a plurality of laser units 11.
  • Laser units 11 can be controlled electrically independently of one another or can also be operated electrically together.
  • the broadening 51 preferably extends
  • Widenings 51 of FIGS. 7 and 8 and also the carriers 70, as shown in FIGS. 11 and 12, can each be combined with one another in the exemplary embodiments
  • 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) zur Erzeugung von LaserStrahlung (L). Die Halbleiterschichtenfolge (2) weist an einer Oberseite (20) eine geometrische Strukturierung (5) auf. Ein Resonator (4) liegt in der Halbleiterschichtenfolge (2) und ist von gegenüberliegenden Facetten (3) begrenzt, wobei die Facetten (3) optisch wirksame Resonatorendflächen (42) beinhalten. Die Strukturierung (3) endet von den Facetten (3) beabstandet. Die Resonatorendflächen (42) sind beabstandet von MaterialWegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASER UND HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR HALBLEITERLASER
Es wird ein Halbleiterlaser angegeben. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Halbleiterlaser anzugeben, der mit hohen optischen Leistungsdichten
betreibbar 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 weist insbesondere Facetten auf, die in Bereichen, die für die Laserstrahlung relevant sind, frei von nachträglichen Materialwegnahmen wie Ätzen ist. Damit lassen sich die Facetten in hoher Qualität mittels Brechen erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine oder mehrere aktive Zonen zur Erzeugung von Laserstrahlung. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der Laserstrahlung liegt beispielsweise im nahen ultravioletten Spektralbereich oder im blauen
Spektralbereich, zum Beispiel bei einer Wellenlänge von mindestens 340 nm und/oder von höchstens 480 nm oder 540 nm. Alternativ weist die Laserstrahlung eine Wellenlänge
maximaler Intensität im grünen, gelben oder roten Spektralbereich oder auch im nahinfraroten Spektralbereich auf .
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 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 dem
Materialsystem AlnIn]__n-mGamN, kurz AlInGaN, und ist zur
Erzeugung von nahultravioletter Strahlung oder von blauem Licht eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge an einer Oberseite zumindest eine geometrische Strukturierung auf. Bei der geometrischen
Strukturierung handelt es sich insbesondere um eine
Materialwegnahme vom Material aus der Halbleiterschichtenfolge nach dem Wachsen der
Halbleiterschichtenfolge. Zum Beispiel handelt es sich bei der Strukturierung um Mesaflanken an der
Halbleiterschichtenfolge. Im Bereich der Strukturierung ist die Halbleiterschichtenfolge jedoch noch teilweise vorhanden. Mit anderen Worten hat die Halbleiterschichtenfolge im
Bereich der Strukturierung eine endliche Dicke und damit auch eine Oberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterlaser einen Resonator auf. Der Resonator verläuft vollständig oder überwiegend innerhalb der
Halbleiterschichtenfolge. Der Resonator ist von zwei
bevorzugt gegenüberliegenden Facetten der
Halbleiterschichtenfolge begrenzt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhalten die Facetten optisch wirksame Resonatorendflächen. Die Resonatorendflächen sind entsprechend solche Bereiche der Facetten, die mit der im Resonator geführten Laserstrahlung in Berührung kommen oder die nahe an Bereichen liegen, an denen die
Laserstrahlung reflektiert wird oder durch die die
Laserstrahlung hindurchtritt. Nahe an der Laserstrahlung bedeutet insbesondere an einem Stegwellenleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform endet die
Strukturierung von mindestens einer der Facetten beabstandet. Bevorzugt endet die Strukturierung von beiden Facetten beabstandet. Das heißt, die Strukturierung reicht nicht bis an die Facette oder die Facetten heran.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eine der Resonatorendflächen oder sind bevorzugt beide Resonatorendflächen von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge heraus beabstandet. Damit sind die Facetten im Bereich der Resonatorendflächen ausschließlich durch Brechen erzeugt. Somit sind hochqualitative Facetten erreichbar, die eine nur geringe Defektdichte aufweisen und die hohe optische Ausgangsleistungen ermöglichen.
Der Halbleiterlaser kann ein Monomodenlaser oder auch ein Multimodenlaser sein.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser eine Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von Laserstrahlung. Die Halbleiterschichtenfolge weist an einer Oberseite mindestens eine geometrische Strukturierung auf. Ein Resonator liegt in der Halbleiterschichtenfolge und ist von zwei zum Beispiel gegenüberliegenden Facetten der Halbleiterschichtenfolge begrenzt, wobei die Facetten optisch wirksame Resonatorendflächen beinhalten. Die Strukturierung endet von mindestens einer der Facetten beabstandet.
Mindestens eine der Resonatorendflächen ist beabstandet von Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge heraus, insbesondere eine zur Auskopplung eingerichtete
Resonatorendfläche .
Laserdioden sind Kernkomponenten von Anwendungen wie
Projektionsanwendungen, Beleuchtungsanwendungen oder der Materialbearbeitung. Aufgrund der hohen optischen
Ausgangsleistungsdichten von Laserdioden, die im Bereich von mehr als 10 MW pro QuadratZentimeter liegen, sind weitere Anwendungen von Laserdioden möglich. Im Vergleich hierzu weisen herkömmliche Leuchtdioden, kurz LED's, optische
Leistungsdichten im Bereich von weniger als 1 kW pro
QuadratZentimeter auf. Andererseits besteht aufgrund der sehr hohen optischen
Leistungsdichten bei Laserdioden ein erhöhtes Risiko von Facettenschäden. Um Schäden zu vermeiden oder deren Risiko zu reduzieren, sind defektfreie Facetten erforderlich, die mittels Spalten erzeugt werden. Ohne hochqualitative Facetten sind keine hohen optischen Leistungsdichten mit großer
Zuverlässigkeit erzielbar.
Laserdioden mit unebenen oder beschädigten Facettenbereichen im Fokus der Laserstrahlung leiden unter erhöhten
Schwellströmen, reduzierten differentialen Effizienzen, englisch slope efficiency, und einer geringeren
elektrooptischen Effizienz. Außerdem haben Defekte oder
Schäden an Laserfacetten starke Auswirkungen auf ein
optisches Fernfeld des Lasers und können die Ausbeute im Herstellungsverfahren für Laserdioden dramatisch senken.
Ferner ist die Langzeitstabilität von Laserbauteilen stark von der Qualität der Laserfacetten abhängig. Im schlimmsten Fall kann die Laserdiode einen katastrophalen optischen
Schaden während des Betriebs erleiden. Solche Schäden werden auch als Catastrophic Optical Damage oder kurz COD
bezeichnet .
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser lassen sich über Brechen erzeugte Facetten in hoher Qualität erzeugen, sodass Defekte an den Facetten minimiert werden. Die Begriffe
Spalten und Brechen werden vorliegend synonym verwendet.
Bei herkömmlichen indexgeführten Lasern, die auf einer
Stegwellenleitertechnologie basieren, wird die Indexführung durch geätzte Bereiche im Halbleitermaterial erreicht, sodass ein Stegwellenleiter durch Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus erzielt wird. Nach dem Ätzen des Halbleitermaterials im Bereich der optischen Mode wird eine Passivierung auf diese Bereiche an beiden Seiten des Stegwellenleiters aufgebracht, wobei die Passivierung einen niedrigeren Brechungsindex aufweist. Das Brechen oder Spalten zum Erzeugen der Laserfacetten verläuft durch diese unebenen Gebiete am Stegwellenleiter und führt typischerweise zu
Bereichen mit einer erhöhten Defektdichte, die einen starken Einfluss auf die Leistungsfähigkeit, Ausbeute und Stabilität des Lasers haben.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser wird insbesondere ein Stegwellenleiter nahe an den Facetten in Draufsicht gesehen hammerförmig gestaltet, sodass eine Breite des
Stegwellenleiters hin zu den Facetten abrupt zunimmt. Dies gilt hin in Richtung einer Auskoppelfacette und/oder in
Richtung hin zu einer reflektierenden Facette. Dadurch, dass beim Brechen zum Erzeugen der Facetten keine Unebenheiten an der Halbleiterschichtenfolge vorliegen, können die Facetten im Bereich der Resonatorendflächen mit einer signifikant reduzierten Defektdichte und mit höherer Qualität erzeugt werden. Außerdem lässt sich während des Herstellens und des Erzeugens der Facetten eine bessere Prozesskontrolle und Prozessstabilität erreichen. Weiterhin ist es möglich, hierdurch die Leistungsdaten des Halbleiterlasers zu
verbessern .
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser werden während des Herstellens also Materialwegnahmen an den Facetten vermieden. Solche Materialwegnahmen sind beispielsweise nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen. Das heißt, insbesondere ein trockenchemisches Ätzen zum Erzeugen des Stegwellenleiters oder zur Erzeugung von Mesaflanken wird entlang des Resonators in kürzeren Bereichen durchgeführt als bei
herkömmlichen Halbleiterlasern. Damit kann das Brechen der Facetten in flachen Regionen der Halbleiterschichtenfolge mit hoher Qualität erfolgen.
Die Regionen, in denen die Facetten erzeugt werden, können frei von Beschichtungen sein oder auch beschichtet werden. Insbesondere können Beschichtungen verwendet werden, die eine Anpassung einer Bruchwellengeschwindigkeit erzielen. Damit lassen sich Bruchwellen im Halbleitermaterial gezielter führen und ein gleichmäßigeres Brechen lässt sich erreichen. Solche Beschichtungen sind beispielsweise aus
Halbleitermaterialien wie Silizium, II-VI-
Halbleitermaterialien oder III-N-Halbleitermaterialien, aus isolierenden Schichten wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Zinkoxid, ITO oder Aluminiumoxid.
Bevorzugt sind solche Beschichtungen jedoch aus zumindest einem Metall. Materialkombinationen, insbesondere aus
Metallschichten und aus Halbleiterschichten, können ebenso herangezogen werden.
Ein flaches Netz aus Strukturen an der Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge kann in Kombination mit Stealth Dicing-Techniken verwendet werden. Beim Stealth Dicing wird Laserstrahlung in ein Material eingestrahlt, wobei ein Fokus der Laserstrahlung innerhalb des Materials liegt. Das
Material ist für die betreffende Laserstrahlung durchlässig. Aufgrund lokal hoher optischer Leistungsdichten am Laserfokus werden lokal Schäden im Material erzeugt. Durch ein Abrastern des Materials mit dem Laserfokus lassen sich gezielt
innerhalb des Materials beschädigte Bereiche hersteilen.
Durch die Verwendung von Stealth Dicing lassen sich
Leckströme reduzieren. Dieser Ansatz ist kompatibel mit der Ausbildung von Gräben an einer Rückseite des
Halbleiterlasers .
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterlaser lässt sich eine effiziente Indexführung erreichen, wobei die Facetten nicht von trockenchemischen oder nasschemischen Ätzschritten betroffen sind. Dadurch lässt sich ein niedriger Schwellstrom erreichen. Eine hohe differentielle Effizienz und eine hohe elektrooptische Effizienz der Laserdioden sind möglich. Eine hohe Ausbeute des Herstellungsverfahrens ist erreichbar. Ein optisches Fernfeld lässt sich optimieren. Die
Bauteilstabilität ist erhöht und COD ' s treten erst bei höheren Leistungsdichten auf.
Weiterhin kann hin zu einem Träger, wie einem Submount, eine verbesserte Wärmeableitung und damit eine bessere
Facettenkühlung erzielt werden, zum Beispiel, da geringere Herstellungstoleranzen beim Anbringen auf den Träger
realisierbar sind und da Lücken zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge kleiner gestaltet werden können.
Auch Verkippungen der Halbleiterschichtenfolge relativ zum Träger lassen sich reduzieren und genauer kontrollieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten mittels Brechen erzeugte, glatte und ebene Flächen. Aufgrund des Brechens, auch als Spalten bezeichnet, lassen sich die Facetten mit Rauheiten im unteren Nanometerbereich erzeugen. Beispielsweise liegt eine mittlere Rauheit der Facetten bei höchstens 20 nm oder 10 nm oder 5 nm, speziell im Bereich der Resonatorendflächen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Facetten in Draufsicht gesehen rechteckig oder quadratisch oder trapezförmig. Insbesondere weisen die Facetten in Draufsicht gesehen keine Einschnitte oder Ausstülpungen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strukturierung einen Stegwellenleiter. Der Stegwellenleiter ist zu einer Indexführung der Laserstrahlung im Resonator eingerichtet. Mittels des Stegwellenleiters ist der Resonator definiert. Mit anderen Worten ist der Halbleiterlaser dann ein indexgeführter Laser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Stegwellenleiter hin zu einer Facette oder, bevorzugt, hin zu beiden Facetten je eine Verbreiterung auf. Die mindestens eine Verbreiterung erstreckt sich an den Facetten bevorzugt über eine gesamte Breite der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere an der Oberseite. Das heißt, in Richtung
senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge und in Richtung senkrecht zum
Resonator erstrecken sich die Verbreiterungen an den Facetten über die gesamte Halbleiterschichtenfolge hinweg.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Verbreiterung in Draufsicht auf die Oberseite gesehen rechteckig,
trapezförmig und/oder trichterförmig gestaltet.
Trichterförmig schließt insbesondere ein, dass die
Verbreiterung in Draufsicht gesehen gekrümmt verlaufende Außenkanten aufweisen kann. Somit kann eine Breitenzunahme der Verbreiterung hin zu den Facetten stetig verlaufen und durch eine differenzierbare Funktion beschreibbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Verbreiterungen oder ist die Verbreiterung auf ein Gebiet direkt an der betreffenden Facette begrenzt. Außerhalb der Verbreiterung weist der Stegwellenleiter bevorzugt eine gleichbleibende, konstante Breite auf. Das heißt, die
Verbreiterungen an den Facetten können die einzigen
Breitenänderungen des Stegwellenleiters sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Länge der Verbreiterung oder der Verbreiterungen bei höchstens 10 % oder 5 % oder 3 % einer Gesamtlänge des Resonators. Das heißt, entlang des Resonators machen die Verbreiterungen nur einen kleinen Längenanteil aus. Hierdurch lässt sich eine effiziente Indexführung trotz der Verbreiterungen erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die aktive Zone im Bereich der mindestens einen Verbreiterung nicht oder nur schwach bestromt. Insbesondere ist die mindestens eine
Verbreiterung frei von einer elektrischen Kontaktfläche und/oder frei von einer Stromaufweitungsschicht . Ist eine elektrische Kontaktfläche auf der mindestens einen
Verbreiterung aufgebracht, so befindet sich zwischen der Kontaktfläche und der Verbreiterung bevorzugt eine elektrisch isolierende Schicht. Hierdurch kann erreicht werden, dass im Bereich der mindestens einen Verbreiterung in der aktiven Zone kein oder kein signifikanter Anteil der Laserstrahlung erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterlaser ein gewinngeführter Laser. Das heißt, die Laserstrahlung wird ohne Brechungsindexführung in der Halbleiterschichtenfolge geführt. Diese Brechungsindexführung bezieht sich auf eine laterale Richtung, senkrecht zu einer Resonatorachse und senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge. Ein Strahlweg der Laserstrahlung ist dann durch die Facetten einerseits und durch ein bestromtes Gebiet der Halbleiterschichtenfolge andererseits definiert. Direkt an den Facetten erfolgt bevorzugt keine Bestromung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strukturierung mindestens zwei Gräben oder besteht aus solchen Gräben. Diese Gräben sind insbesondere zur
Wegreflexion parasitärer Lasermoden eingerichtet. Im
Querschnitt gesehen weisen solche Gräben bevorzugt schräge Seitenwände auf. Das heißt, im Querschnitt gesehen können solche Gräben V-förmig oder trapezförmig gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Gräben längs des Resonators. Insbesondere verlaufen die Gräben parallel zum Resonator. Da die Gräben ein Teil der Strukturierung sind oder die Strukturierung bilden, reichen die Gräben jedoch nicht bis an die Facetten heran.
Beispielsweise beträgt eine Länge der Gräben mindestens 80 % der Gesamtlänge des Resonators.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strukturierung in Draufsicht auf die Oberseite gesehen eine oder mehrere H-förmige Erhebungen oder besteht hieraus.
Dabei verläuft bevorzugt ein Mittelbalken dieses hT s entlang des Resonators. Die randständigen Balken des HG s liegen bevorzugt an den Facetten, in Draufsicht auf die Oberseite gesehen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das H in
Draufsicht auf die Oberseite gesehen asymmetrisch geformt. Das heißt, der Mittelbalken des H' s und damit der Resonator liegen ausmittig in der Oberseite. Der Mittelbalken des HG s ist bevorzugt senkrecht zu den Facetten ausgerichtet, wiederum in Draufsicht auf die Oberseite gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strukturierung einen Rahmen. Die Strukturierung kann auch aus dem Rahmen bestehen. Der Rahmen begrenzt die
Halbleiterschichtenfolge an der Oberseite bevorzugt ringsum. Das heißt, der Rahmen kann an der Oberseite umlaufende
Außenkanten der Halbleiterschichtenfolge bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Maximaldicke der Halbleiterschichtenfolge am Rahmen vor. Dabei kann ein Stegwellenleiter gleich dick sein wie der Rahmen, sodass die Maximaldicke nicht auf den Rahmen begrenzt zu sein braucht. Alternativ ist es möglich, dass der Rahmen eine geringere Dicke aufweisen kann als ein Stegwellenleiter. Die
Maximaldicke kann auch an dem H vorliegen, durch das die Strukturierung gebildet ist oder das die Strukturierung aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an mindestens einer der Facetten an der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge zumindest eine Akustikschicht angebracht. Die Akustikschicht weist bevorzugt eine geringere Schallgeschwindigkeit auf als die Halbleiterschichtenfolge. Zum Beispiel liegt die
Schallgeschwindigkeit beim Brechen der Facetten in der
Akustikschicht zwischen einschließlich 20 % und 100 % oder zwischen einschließlich 50 % und 80 % der
Schallgeschwindigkeit in der Halbleiterschichtenfolge. Durch die zumindest eine Akustikschicht ist ein gleichmäßigeres Brechen der Facetten möglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Akustikschicht beabstandet zu elektrischen Kontaktflachen des
Halbleiterlasers angeordnet. Dies gilt insbesondere, falls die Akustikschicht zumindest eine Metallschicht umfasst oder aus mindestens einer Metallschicht besteht. Das heißt, die Akustikschicht erfüllt dann keine elektrische Funktion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Akustikschicht auf einen Streifen an der betreffenden Facette begrenzt.
Damit kann die Akustikschicht in Draufsicht gesehen
rechteckig gestaltet sein. Sind mehrere Akustikschichten vorhanden, so folgen diese in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge bevorzugt unmittelbar aufeinander und/oder können deckungsgleich zueinander verlaufen. Die Akustikschicht kann unmittelbar auf die
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein oder es befindet sich zwischen der Akustikschicht und der
Halbleiterschichtenfolge eine weitere Schicht wie eine
Passivierungsschicht. Bevorzugt jedoch befindet sich die Akustikschicht direkt an der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein minimaler Abstand der optisch wirksamen Resonatorendflächen, die zur Reflexion und/oder zur Auskopplung der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung eingerichtet sind, hin zu einer
Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus mindestens 40 ym oder 100 ym oder 150 ym oder 200 ym.
Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens 150 ym oder 200 ym oder 0,4 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Abstand mindestens ein Dreifaches oder
Fünffaches oder Zehnfaches eines mittleren Durchmessers der Resonatorendflächen. Dieser Abstand wird bevorzugt in
Draufsicht auf die betreffende Facette bestimmt. Insbesondere liegt der minimale Abstand zwischen der betreffenden
Resonatorendfläche und einer die betreffende Facette
begrenzenden Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge vor.
Der mittlere Durchmesser der Resonatorendflächen ist
beispielsweise größer oder gleich einem mittleren
Modendurchmesser der Laserstrahlung an der betreffenden
Facette. Dieser Modendurchmesser ist beispielsweise der
Durchmesser einer kleinstmöglichen Ellipse an der
betreffenden Facette, innerhalb dem im bestimmungsgemäßen Betrieb 95 % der Laserleistung liegen. Diese Ellipse kann gleich den Resonatorendflächen sein.
Mit anderen Worten liegen Materialwegnahmen weit von den Resonatorendflächen entfernt, sodass ein eventueller Einfluss von Schäden aufgrund der Materialwegnahmen auf die
Resonatorendflächen gering oder vernachlässigbar ist.
Bevorzugt sind die Facetten komplett frei von
Materialwegnahmen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an einer oder an mehreren Facetten und beabstandet zur zugehörigen
Resonatorendfläche zumindest ein Initiatorbereich erzeugt.
Der mindestens eine Initiatorbereich ist als Ausgangsbereich zum Brechen der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet.
Bevorzugt ist der Initiatorbereich mittels Stealth Dicing erzeugt .
Beim Stealth Dicing wird kein oder im Wesentlichen kein
Material aus der Halbleiterschichtenfolge entfernt. Damit stellt der Initiatorbereich bevorzugt keine Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge heraus dar, sondern lediglich eine lokale Zerstörung des Kristallgefüges der Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die betreffende Facette am Initiatorbereich rauer als an der zugehörigen Resonatorendfläche. Die Rauheit des Initiatorbereichs ist bedingt durch die lokale Zerstörung des Kristallgefüges der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist der Initiatorbereich jedoch möglichst flach und glatt mit einer möglichst geringen Rauheit .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser mehrere Resonatoren. Das heißt, der
Halbleiterlaser kann als Laserbarren mit mehreren
Lasereinheiten gestaltet sein. Die Lasereinheiten können elektrisch parallel oder in Serie gestaltet sein oder auch einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander betreibbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterlaser einen Träger. Der Träger ist von einem
Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verschieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine Trägerstrukturierung. Die Trägerstrukturierung befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite des Trägers und weist zur Oberseite hin. Die
Halbleiterschichtenfolge ist mit der Oberseite am Träger befestigt, sodass die Oberseite dem Träger zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform korrespondiert die Trägerstrukturierung zur Strukturierung der
Halbleiterschichtenfolge oder zu mindestens einem Teil der Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise verlaufen die Trägerstrukturierung und die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge in Draufsicht gesehen stellenweise deckungsgleich, besonders an einem Rand der Oberseite.
Aufgrund der Trägerstrukturierung und der Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge sind der Träger und die
Halbleiterschichtenfolge mit einer erhöhten Genauigkeit zueinander justierbar. Beispielsweise liegen die Facetten und entsprechende Seitenflächen des Trägers mit einer Toleranz von höchstens 5 ym oder 3 ym in einer gemeinsamen Ebene.
Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren für
Halbleiterlaser angegeben. Mit dem Herstellungsverfahren wird ein Laser hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Herstellungsverfahrens sind daher auch für den Halbleiterlaser offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
Herstellungsverfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
- Wachsen der Halbleiterschichtenfolge,
- Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge mittels einer Materialwegnahme, sodass die mindestens eine geometrische Strukturierung entsteht, und
- Erzeugen der Facetten mittels Brechen, wobei das Brechen nur in solchen Gebieten der Halbleiterschichtenfolge erfolgt, aus denen zuvor kein Material der Halbleiterschichtenfolge entfernt wurde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Initiatorbereiche für das Brechen mittels Laserstrahlung erzeugt. Insbesondere wird zum Erzeugen der Initiatorbereiche auf Stealth Dicing zurückgegriffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Oberseite und eine Unterseite eines Aufwachssubstrats für die
Halbleiterschichtenfolge an den Facetten eben. Mit anderen Worten stellen die Oberseite und die Unterseite an den
Facetten in gerade Linie verlaufende Begrenzungskanten dar.
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 3 in den Figurenteilen A jeweils Draufsichten und in den Figurenteilen B jeweils Seitenansicht von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur IC eine schematische Seitenansicht des
Halbleiterlasers der Figuren 1A und 1B,
Figuren 4 und 5 schematische Seitenansichten von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern, Figur 6 im Figurenteil A eine schematische Draufsicht und im Figurenteil B eine schematische
Schnittdarstellung eines Verfahrensschritts zur Herstellung von hier beschriebenen
Halbleiterlasern,
Figuren 7 und 8 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterlasern,
Figur 9A eine schematische Draufsicht und Figur 9B eine
schematische Seitenansicht eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers,
Figur 10 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers,
Figuren 11, 12A und 12B schematische Seitenansichten von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterlasern, und
Figur 13 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Halbleiterlasers .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers 1 gezeigt. Der Halbleiterlaser 1 umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer aktiven Zone 22 zur Erzeugung einer Laserstrahlung L. Bevorzugt basiert die
Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Materialsystem AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann sich noch an einem Aufwachssubstrat 27 befinden. Das Aufwachssubstrat 27 ist beispielsweise ein GaN-Substrat .
An einer Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Strukturierung 5 erzeugt. Die Strukturierung 5 beinhaltet einen Stegwellenleiter 50. Durch den Stegwellenleiter 50 ist ein Resonator 4 definiert. Über den Stegwellenleiter 50 erfolgt eine Indexführung der Laserstrahlung L innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2.
Der Resonator 4 ist in Längsrichtung von zwei Facetten 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt. Die Facetten 3 sind jeweils ganzflächig eben und mittels Brechen erzeugt. In Draufsicht sind die Facetten 3 rechteckig.
Die Facetten 3 beinhalten jeweils eine Resonatorendfläche 42. Die Resonatorendflächen 42 sind diejenigen Bereiche der
Facetten 3, an denen die Laserstrahlung L an den Facetten 3 reflektiert wird und/oder aus den Facetten 3 heraustritt. Damit befinden sich die Resonatorendflächen 42 in Draufsicht auf die Facetten 3 gesehen im Bereich des Resonators 4 und der aktiven Zone 22, siehe Figur IC. Übrige Gebiete der
Facetten 3 sind optisch im Wesentlichen inaktiv. In
Draufsicht gesehen sind die Resonatorendflächen 42 zum
Beispiel ellipsenförmig oder kreisförmig.
Damit die Facetten 3 in hoher Qualität ganzflächig erzeugbar sind, weist der Stegwellenleiter 50 hin zu den Facetten 3 und den Resonatorflächen 42 Verbreiterungen 51 auf. Die
Verbreiterungen 51 sind in Draufsicht gesehen rechteckig gestaltet und erstrecken sich an der Oberseite 20 entlang der gesamten Facetten 3, siehe Figur 1A. Der Stegwellenleiter 50 zusammen mit den Verbreiterungen 51 bildet eine H-förmige Erhebung 54, die die Strukturierung 5 darstellt.
Damit befinden sich an den Facetten 3 keine Gebiete, in denen eine Materialwegnahme der Halbleiterschichtenfolge 2 nach einem Wachsen erfolgte. Insbesondere reichen Ätzungen für den Stegwellenleiter 50 nicht bis an die Facette 3 heran.
Es ist möglich, dass sich die aktive Zone 22 unterhalb des Stegwellenleiters 50 befindet. Das heißt, die aktive Zone 22 ist bevorzugt nicht von der Strukturierung 5 betroffen.
Optional befindet sich über dem Stegwellenleiter 50
hinweggehend eine elektrische Kontaktflache 71, siehe
insbesondere Figur 1B. Die elektrische Kontaktflache 71 ist bevorzugt durch eine oder durch mehrere Metallisierungen gebildet. Die Kontaktflache 71 kann in Draufsicht gesehen rechteckig gestaltet sein. Es ist möglich, dass die
elektrische Kontaktflache 71 im Bereich des Stegwellenleiters 50 Ausbuchtungen hin zu den Facetten 3 aufweist. Die
Verbreiterungen 51 sind frei von der Kontaktflache 71. Die Kontaktflache 71 erstreckt sich bevorzugt beiderseits des Stegwellenleiters 50 auf die Oberseite 20.
Optional befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Unterseite 28 des Aufwachssubstrats 27 eine weitere elektrische Kontaktflache 73. Damit ist der
Halbleiterlaser 1 von zwei einander gegenüberliegenden
Hauptseiten her elektrisch kontaktierbar.
In Draufsicht gesehen und in Richtung senkrecht zum Resonator 4 erstrecken sich die Verbreiterungen 51 bevorzugt zu
mindestens 200 ym oder 100 ym oder 50 ym weg von dem Stegwellenleiter 50. Damit sind Seitenflächen 25 des
Halbleiterlasers 1, die quer zu den Facetten 3 verlaufen, vergleichsweise weit vom Stegwellenleiter 50 entfernt. Eine Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 entlang des Resonators 4 liegt bevorzugt bei mindestens 1 ym oder 3 ym. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 bei höchstens 100 ym oder 30 ym. Alternativ oder
zusätzlich liegt diese Ausdehnung T der Verbreiterungen 51 entlang des Resonators 4 bevorzugt jeweils bei höchstens 10 % oder 5 % einer Gesamtlänge R des Resonators 4. Entsprechendes gilt bevorzugt auch in allen Ausführungsbeispielen.
In Figur IC ist zudem illustriert, dass ein Abstand D
zwischen der liegend-ellipsenförmigen Resonatorendfläche 42 und einer Materialwegnahme oder einer Materialbearbeitung an den Facetten 3 und in Draufsicht auf die Facetten 3 gesehen relativ groß ist und bevorzugt mindestens 100 ym beträgt. Somit üben Materialdefekte im Bereich der Materialwegnahme oder der Materialbearbeitung keinen signifikanten Einfluss auf das Halbleitermaterial der Resonatorendfläche 42 aus.
Da an der Oberseite 20 bevorzugt keine Materialwegnahme oder der Materialbearbeitung erfolgt ist, bemisst sich der Abstand D in diesem Fall hin zur Seitenfläche 25, die zum Beispiel mittels Brechen, Ätzen oder Sägen erzeugt ist. Außerdem ist in Figur IC zu erkennen, dass dieser Abstand hin zu Bereichen der Oberseite 20 in Gebieten neben dem Stegwellenleiter 50 ohne die Verbreiterung 51 fast Null wäre, siehe die
Strichlinien in Figur IC, die den Stegwellenleiter 50 veranschaulichen .
In Figur 2 ist gezeigt, dass entlang der Facetten 3 an der Oberseite 20 auf den Verbreiterungen 51 jeweils eine Akustikschicht 61 aufgebracht ist. Über die Akustikschicht erfolgt eine Führung einer Brechwelle beim Brechen der
Facetten. Die Akustikschicht 61 ist bevorzugt aus einem schallgeschwindigkeitsangepassten Material. Beispielsweise ist die Akustikschicht 61 aus Siliziumdioxid, Si3N4, SiON,
ZnO, ITO oder AI2O3 oder aus Kombinationen von isolierenden
Schichten. Weiterhin ist es möglich, dass die Akustikschicht
61 aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, aus einem II- VI-Halbleitermaterial oder aus einem III-N-Halbleitermaterial ist. Bevorzugt ist die Akustikschicht 61 aus mindestens einem Metall wie Titan, Palladium, Nickel, Platin und/oder Gold.
Eine Dicke der Akustikschicht 61 liegt bevorzugt bei
mindestens 10 nm oder 50 nm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der Akustikschicht 61 bei höchstens 2 ym oder 1 ym. Es ist möglich, dass sich in Richtung weg von der Oberseite 20 die Kontaktflache 71 über die Akustikschicht 61 erhebt, wie in Figur 2B zu sehen. Alternativ können die Kontaktflache 71 und die Akustikschicht 61 in Richtung weg von der
Oberseite 20 bündig miteinander abschließen oder es kann sich die Akustikschicht 61 über die Kontaktflache 71 erheben.
Im Übrigen können die Ausführungen zu Figur 1 entsprechend für Figur 2 gelten.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 weist der Halbleiterlaser 1 zusätzlich an je einer der Facetten 3 einen
Initiatorbereich 62 auf. Ausgehend von den Initiatorbereichen
62 erfolgt ein Erzeugen der Facetten 3 mittels Brechen. Die Initiatorbereiche 62 liegen beispielsweise an der Oberfläche 20 an Enden der Facetten 3. Bevorzugt sind die Initiatorbereiche 62 über Laserstrahlung mittels Stealth Dicing, Laser Scribing oder über einen
Diamantritz erzeugt. Eine Tiefe der Initiatorbereiche 62 liegt bevorzugt bei mindestens 100 nm und/oder bei höchstens 90 % einer Dicke der Halbleiterschichtenfolge 2 oder einer Dicke der Halbleiterschichtenfolge 2 zusammen mit dem
Aufwachssubstrat 27, in Figur 3 nicht gezeichnet. Eine
Ausdehnung der Initiatorbereiche 62 in Richtung parallel zu den Facetten 3 liegt bevorzugt bei mindestens 2 ym oder 10 ym oder 30 ym und/oder bei höchstens 200 ym oder 100 ym.
Solche Initiatorbereiche 62 können in einen Waferverbund beim Herstellen der Halbleiterlaser 1 für jeden Halbleiterlaser 1 vorgesehen sein oder nur bei einem Halbleiterlaser pro einer bestimmten Anzahl von Halbleiterlasern auftreten,
beispielsweise nur bei jedem zweiten oder jedem fünften
Halbleiterlaser.
Eine Breite der Gräben in Richtung parallel zum Resonator 4 ist bevorzugt relativ gering und liegt beispielsweise bei mindestens 0,2 ym oder 0,5 ym und/oder bei höchstens 20 ym oder 10 ym.
In Figur 4 ist illustriert, dass sich die Initiatorbereiche 62 nicht an der Oberseite 20 befinden, sondern an der
Unterseite 28. Demgegenüber ist in Figur 5 gezeigt, dass die Initiatorbereiche 27 innerhalb des Verbunds aus der
Halbleiterschichtenfolge 2 und dem Aufwachssubstrat 27 liegen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Initiatorbereiche 62 mittels Stealth Dicing erstellt werden. Die Ausführungen zu den Abmessungen der Initiatorbereiche 62, wie zu Figur 3 ausgeführt, gelten für die Figuren 4 und 5 entsprechend . Solche Initiatorbereiche 62, wie in Verbindung mit den
Figuren 3 bis 5 illustriert, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
In Figur 6A ist ein Waferverbund 10 illustriert, bei dem sich mehrere der Halbleiterlaser 1 noch unmittelbar aneinander befinden. Entlang von Brechlinien 81 erfolgt das Erzeugen der Facetten 3. Entlang von Vereinzelungslinien 82 können die Halbleiterlaser 1 in Richtung parallel zu den Resonatoren 4 vereinzelt werden. Das Vereinzeln entlang der
Vereinzelungslinien 82 ist beispielsweise ebenfalls ein
Brechen, kann jedoch auch mit anderen Methoden wie Sägen oder Laserbestrahlung durchgeführt werden.
Entlang der Linie A-A der Figur 6A ist in Figur 6B eine
Schnittdarstellung zu sehen. Illustriert ist, dass entlang der Vereinzelungslinien 82 mittels Stealth-Dicing die
Initiatorbereiche 62 erzeugt sind.
Die Halbleiterlaser 1, wie in Figur 6B illustriert, weisen den Stegwellenleiter 50 auf. Ferner sind Gräben 52 vorhanden, über die parasitäre Lasermoden und/oder Streulicht
wegreflektiert oder absorbiert werden kann. Außerdem, siehe Figur 6A, ist ein umlaufender Rahmen 53 vorhanden, der die Halbleiterlaser 1 an der Oberseite 20 ringsum begrenzt. Damit verlaufen die Brechlinien 81 und die Vereinzelungslinien 82 ausschließlich durch Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 2, aus denen kein Material entfernt wurde.
Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass sich die Kontaktflache 71 großflächig über die
Halbleiterschichtenfolge 2 erstreckt. Um nur eine lokale Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 2 zu ermöglichen, ist dann bevorzugt eine Passivierungsschicht 63 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 63 ist beispielsweise aus einem Oxid wie Siliziumoxid und kann eine Dicke zum Beispiel von mindestens 20 nm und/oder von höchstens 800 nm aufweisen.
Solche zusätzlichen Gräben 52 und ein Rahmen 53, wie in Figur 6 illustriert, können auch in allen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterlasers 1 gemäß Figur 7 nimmt eine Breite der Verbreiterung 51 in Richtung hin zur Facette 3 zuerst linear zu, bevor eine sprunghafte
Vergrößerung der Breite erfolgt. Die Verbreiterung 51 weist damit einen trapezförmigen Bereich und einen rechteckigen Bereich auf, in Draufsicht auf die Oberseite 20 gesehen.
Längs des Resonators 4 gesehen liegt eine Ausdehnung des trapezförmigen Bereichs zum Beispiel bei mindestens dem
Doppelten und/oder bei höchstens dem Zehnfachen der
Ausdehnung des rechteckigen Bereichs.
Durch eine solche Geometrie der Verbreiterung 51 lassen sich insbesondere Monomodenlaser mit einer hohen optischen
Ausgangsleistung erzielen. Bevorzugt sind solche
Verbreiterungen 51, wie in der linken Hälfte der Figur 7 gezeigt, an beiden Facetten 3 vorhanden. Entsprechende
Verbreiterungen 51 können auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorliegen.
Eine Dicke der Verbreiterung 51 in Richtung senkrecht zur Oberseite 20 ist bevorzugt gleich einer Dicke des
Stegwellenleiters 50, kann jedoch auch einen hiervon
abweichenden Wert aufweisen. Der Stegwellenleiter 50 und/oder die Verbreiterung 51 weisen in Richtung weg von der aktiven Zone 22 beispielsweise eine Dicke von mindestens 0,2 ym oder 0,5 ym oder 1 ym und/oder von höchstens 5 ym oder 3 ym auf. Eine Gesamtdicke der Halbleiterschichtenfolge 2, wie an
Aufwachssubstrat 27 gewachsen, liegt zum Beispiel bei
mindestens 4 ym und/oder bei höchstens 12 ym.
Abweichend von Figur 7 ist in Figur 8 illustriert, dass die Verbreiterung 51 stetig und knickfrei in den eigentlichen Stegwellenleiter 50 übergeht. Im Übrigen gelten die
Ausführungen zu Figur 7 auch für Figur 8.
In Figur 9 ist im Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Halbleiterlaser 1 ein gewinngeführter Laser ist. Wiederum sind keine Ätzungen oder andere Materialwegnahmen vorhanden, die bis an die Facetten 3 reichen. An den Seitenflächen 25, die senkrecht zu den Facetten 3 orientiert sind, können
Initiatorbereiche 62 vorhanden sein, die nicht bis an die Facetten 3 reichen und die in der Halbleiterschichtenfolge 2, zusammen mit dem Aufwachssubstrat 27, liegen können. Zur Vermeidung parasitärer Moden weist der Halbleiterlaser 1 der Figur 9 an den Seitenflächen 25 bevorzugt Schrägen auf, nicht dargestellt, die eine Strukturierung bilden können.
In Figur 10 ist illustriert, dass der gewinngeführte Laser die Gräben 52 beiderseits des Resonators 4 innerhalb der Oberseite 20 aufweist. Damit ist der umlaufende Rahmen 53 vorhanden. Die Gräben 52 sind im Querschnitt senkrecht zur Oberseite 20 und senkrecht zum Resonator 4 gesehen
beispielsweise V-förmig oder trapezförmig. Es ist möglich, dass die Kontaktfläche 71 näher bis an die Facetten 3 reicht als die Gräben 52. In Figur 11 ist illustriert, dass der Halbleiterlaser 1 zusätzlich einen Träger 70 aufweist. Der Träger 70 ist beispielsweise ein Submount und kann elektrische Strukturen zur Kontaktierung des Halbleiterlasers 1 umfassen. Die
Kontaktfläche 71 ist über ein Verbindungsmittel 74 mit dem Träger 70 verbunden. Bei dem Verbindungsmittel 74 handelt es sich beispielsweise um ein Lot. Damit ist die Oberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 dem Träger 70 zugewandt.
Aufgrund der sich entlang der Facetten 3 erstreckenden
Verbreiterung 51 ist die Gefahr eines Verkippens der
Halbleiterschichtenfolge 2 um eine Drehachse parallel zum Resonator 4 verringert. Damit kann die
Halbleiterschichtenfolge 2 mit hoher Präzision parallel zu einer Oberseite des Trägers 70 angebracht werden.
In den Figuren 12A und 12B ist ein Verfahren zum Befestigen der Halbleiterschichtenfolge 2 an dem Träger 70 illustriert. Der Träger 70 weist Trägerstrukturierungen 72 auf,
beispielsweise in Form von Gräben. Alternativ können die Trägerstrukturierungen 72 auch durch Erhebungen gebildet sein .
In Figur 12B ist illustriert, dass sich beispielsweise beim Anlöten der Kontaktfläche 71 an den Träger 70 aufgrund der Trägerstrukturierungen 72 eine Art Selbstj ustage ergibt. Damit sind in Richtung parallel zum Resonator 4 geringe Fertigungstoleranzen erzielbar. Beispielsweise liegt eine Genauigkeit, mit der die Facetten 3 bündig mit Seitenflächen des Trägers 70 abschließen, im Bereich zwischen 1 ym und 5 ym. Ist ein bündiges Abschließen zumindest einer der
Facetten 3 mit dem Träger 70 nicht gewünscht, so können die Trägerstrukturierungen 72 auch asymmetrisch gestaltet sein, um gezielt einen bestimmten, gewünschten Überhang der
Facetten 3 über den Träger 70 einzustellen.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 13 handelt es sich bei dem Halbleiterlaser 1 um einen Laserbarren. Damit weist der Halbleiterlaser 1 mehrere Lasereinheiten 11 auf. Die
Lasereinheiten 11 können elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein oder auch elektrisch gemeinsam betreibbar sein. Die Verbreiterung 51 erstreckt sich bevorzugt
vollständig entlang der Facetten 3 des Laserbarrens.
Die in Figur 2 gezeigten Akustikschichten 61, die
Initiatorbereiche 62 der Figuren 3 bis 6 sowie die
Verbreiterungen 51 der Figuren 7 und 8 und auch die Träger 70, wie in den Figuren 11 und 12 dargestellt, können jeweils miteinander kombiniert in den Ausführungsbeispielen
vorliegen .
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 125 496.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlaser
10 Waferverbund
11 Lasereinheit
2 Halbleiterschichtenfolge
20 Oberseite
22 aktive Zone
25 Seitenfläche
27 Aufwachssubstrat
28 Unterseite
3 Facette
4 Resonator
42 Resonatorendfläche
5 Strukturierung
50 Stegwellenleiter
51 Verbreiterung
52 Graben
53 Rahmen
54 H-förmige Erhebung
61 Akustikschicht
62 Initiatorbereich
63 Passivierungsschicht
70 Träger
71 elektrische Kontaktfläche
72 Trägerstrukturierung
73 weitere elektrische Kontaktfläche
74 Verbindungsmittel
81 Brechlinie
82 Vereinzelungslinie
D Abstand Materialwegnahme - Resonatorendfläche
L Laserstrahlung
R Gesamtlänge des Resonators T Ausdehnung der Verbreiterung entlang des Resonators

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaser (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge
(2) zur Erzeugung von Laserstrahlung (L) , wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (2) an einer Oberseite (20) mindestens eine geometrische Strukturierung (5) aufweist,
- ein Resonator (4) in der Halbleiterschichtenfolge (2) von zwei gegenüberliegenden Facetten (3) der
Halbleiterschichtenfolge begrenzt ist, sodass die Facetten
(3) optisch wirksame Resonatorendflächen (42) beinhalten,
- die Strukturierung (3) von mindestens einer der Facetten (3) beabstandet endet, und
- mindestens eine der Resonatorendflächen (42) von
Materialwegnahmen aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus beabstandet ist.
2. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Facetten (3) mittels Brechen erzeugte, glatte ebene Flächen sind,
wobei die Facetten (3) in Draufsicht gesehen rechteckig sind.
3. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Strukturierung (5) einen Stegwellenleiter (50) umfasst, der hin zu den Facetten (3) je eine Verbreiterung (51) aufweist, sodass der Halbleiterlaser (1) ein
brechungsindexgeführter Laser ist,
wobei sich die Verbreiterungen (51) an den Facetten (3) über eine gesamte Breite der Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) erstrecken.
4. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verbreiterungen (51) in Draufsicht auf die Oberseite (20) gesehen trapezförmig und/oder trichterförmig sind .
5. Halbleiterlaser (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Verbreiterungen (51) je auf ein Gebiet direkt an den Facetten (3) begrenzt ist und der Stegwellenleiter (50) außerhalb der Verbreiterung (51) eine gleichbleibende, konstante Breite aufweist,
wobei eine Länge der Verbreiterungen (51) je höchstens 10 % einer Länge des Resonators (4) beträgt.
6. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der Halbleiterlaser (1) ein gewinngeführter Laser ohne Brechungsindexführung ist.
7. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Strukturierung (3) mindestens zwei Gräben (52) zur Wegreflexion parasitärer Lasermoden aufweist,
wobei sich die Gräben (52) längs des Resonators (4)
erstrecken .
8. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Strukturierung (5) in Draufsicht auf die
Oberseite (20) gesehen mindestens eine H-förmige Erhebung (54) umfasst,
wobei ein Mittelbalken dieses H' s entlang des Resonators (4) verläuft .
9. Halbleiterlaser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das H in Draufsicht gesehen asymmetrisch geformt ist, sodass der Mittelbalken und der Resonator (4) ausmittig in der Oberseite (20) liegen.
10. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Strukturierung (5) einen Rahmen (53) umfasst, der die Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) ringsum begrenzt,
wobei eine Maximaldicke der Halbleiterschichtenfolge (2) am Rahmen (53) vorliegt.
11. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem an mindestens einer der Facetten (3) an der Oberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) eine Akustikschicht (61) angebracht ist, die eine geringere Schallgeschwindigkeit aufzeigt als die Halbleiterschichtenfolge (2),
wobei die Akustikschicht (61) beabstandet zu elektrischen Kontaktflachen (71) des Halbleiterlasers (1) angeordnet ist und auf einen Streifen an der betreffenden Facette (3) begrenzt ist.
12. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem an den Facetten (3) und in Draufsicht auf die
Facetten (3) gesehen ein Abstand (D) der optisch wirksamen Resonatorendflächen (42), die zur Reflexion und/oder zur Auskopplung der im Betrieb erzeugten Laserstrahlung (L) eingerichtet sind, hin zu einer Materialwegnahme aus der Halbleiterschichtenfolge (2) heraus mindestens 40 ym und/oder mindestens ein Fünffaches eines mittleren Durchmessers der Resonatorendflächen (42) beträgt.
13. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem an mindestens einer der Facetten (3) und beabstandet zur zugehörigen Resonatorendfläche (42) ein Initiatorbereich (62) erzeugt ist, der als Ausgangsbereich zum Brechen der Halbleiterschichtenfolge (2) eingerichtet ist,
wobei die betreffende Facette (3) am Initiatorbereich (62) eine größere Rauheit aufweist als an der zugehörigen
Resonatorendfläche (42).
14. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
der mehrere Resonatoren (4) umfasst, sodass der
Halbleiterlaser (1) ein Laserbarren mit mehreren
Lasereinheiten (11) ist.
15. Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
ferner umfassend einen Träger (70) mit einer
Trägerstrukturierung (72),
wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) an der Oberseite (20) am Träger (70) befestigt ist,
wobei die Trägerstrukturierung (72) zu der Strukturierung (3) der Halbleiterschichtenfolge (2) korrespondiert, sodass der Träger (70) und die Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer lateralen Toleranz von höchsten 5 ym zueinander justierbar sind .
16. Herstellungsverfahren für Halbleiterlaser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
- Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2),
- Strukturieren der Halbleiterschichtenfolge (2) mittels einer Materialwegnahme, sodass die mindestens eine geometrische Strukturierung (3) entsteht, und
- Erzeugen der Facetten (3) mittels Brechen,
wobei das Brechen nur in solchen Gebieten der
Halbleiterschichtenfolge (2) erfolgt, aus denen zuvor kein Material der Halbleiterschichtenfolge (2) entfernt wurde.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit dem ein Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 13 hergestellt wird, wobei die Initiatorbereiche (62) mittels Lasereinstrahlung erzeugt werden,
sodass die Oberseite (20) und eine Unterseite (28) eines
Aufwachssubstrats (27) für die Halbleiterschichtenfolge (2) an den Facetten (3) eben sind.
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