WO2021009006A1 - Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen - Google Patents

Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen Download PDF

Info

Publication number
WO2021009006A1
WO2021009006A1 PCT/EP2020/069411 EP2020069411W WO2021009006A1 WO 2021009006 A1 WO2021009006 A1 WO 2021009006A1 EP 2020069411 W EP2020069411 W EP 2020069411W WO 2021009006 A1 WO2021009006 A1 WO 2021009006A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
layer sequence
laser diode
semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/069411
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Hetzl
Petrus Sundgren
Jens Ebbecke
Uwe Strauss
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to US17/596,642 priority Critical patent/US20220102941A1/en
Priority to DE112020003346.5T priority patent/DE112020003346A5/de
Publication of WO2021009006A1 publication Critical patent/WO2021009006A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • 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
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
    • H01S5/209—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques special etch stop layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0282—Passivation layers or treatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287—Facet reflectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/106—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying thickness along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • 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
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
    • H01S5/2086—Methods of obtaining the confinement using special etching techniques lateral etch control, e.g. mask induced
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth

Definitions

  • One problem to be solved is, among other things, to provide an edge-emitting semiconductor laser diode which is characterized by a particularly low failure rate.
  • a further object to be solved consists, among other things, in specifying a method for producing such an edge-emitting semiconductor laser diode.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode comprises a growth substrate.
  • the growth substrate comprises a
  • Semiconductor material such as Si, or a
  • Semiconductor compound material such as GaAs or GaN.
  • the growth substrate is doped, for example n- or p-doped.
  • the growth substrate preferably comprises or is formed from n-doped GaAs.
  • this comprises a semiconductor layer sequence with an active layer on the growth substrate.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m P, or a Arsenide compound semiconductor material, such as Al n In ] __ nm Ga m As or
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlGaAs.
  • the active layer is used to generate electromagnetic radiation.
  • the active layer includes in particular
  • At least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a
  • the active layer contains one, preferably several, secondary pot structures.
  • the semiconductor layer sequence preferably comprises a,
  • the active layer includes In.
  • the active layer exclusively comprises In, while the remaining semiconductor layer sequence is free of In.
  • the semiconductor laser diode generates electromagnetic radiation in the blue, green or red spectral range or in the UV range when operated as intended. Radiation in the IR range is preferably generated.
  • the semiconductor layer sequence comprises a p-conductive material and an n-conductive material, the active layer being arranged between the p-conductive material and the n-conductive material.
  • the n-type material is on the side of the active layer
  • the n-conductive material is arranged on the side of the active layer which faces away from the growth substrate.
  • Waveguide layer, the waveguide layers each adjoining the active layer.
  • the waveguide layers each adjoining the active layer.
  • Waveguide layers be undoped.
  • a “lateral direction” is understood here and below to mean a direction which runs parallel to a main plane of extent of the semiconductor layer sequence.
  • the facets run transversely, preferably
  • the facets form side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • a Semiconductor laser diodes are preferably produced by separating from a composite wafer. The facets are then formed by the breaking edges from the singulation process.
  • the edge-emitting one preferably emits
  • the semiconductor laser diode emits more than 50% or more than 70% or more than 85% of its total
  • a laser resonator is thus formed between the facets, while the
  • a semiconductor laser diode is one that can be handled separately and electrically contacted
  • a semiconductor laser diode comprises
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor laser diode is
  • Extension of the semiconductor laser diode, measured parallel to the main plane of extent of the semiconductor layer sequence, is, for example, at most 5% or at most 10% greater than the lateral extension of the semiconductor layer sequence.
  • Edge areas and one directly on both edge areas are
  • An extension preferably corresponds to
  • Edge areas and the central area in directions parallel to the facets each have an extension of the
  • the edge regions each have a width of, for example, at least 1 ⁇ m or at least 2 ⁇ m or at least 5 ⁇ m or at least 10 ⁇ m or at least 20 ⁇ m or at least 50 ⁇ m. As an alternative or in addition, the width is at most 100 ⁇ m in each case.
  • Edge regions each have a volume fraction of the active layer in the semiconductor layer sequence less than in the
  • the volume fraction of the active layer within the edge areas is at most two thirds as large or at most half as large or at most one third as large as in the central area.
  • the active layer has a lower mean or maximum thickness within the edge regions, measured as an extension perpendicular to the main plane of extension
  • the maximum thickness in the edge areas is less than the average thickness in the central area.
  • the active layer has fewer quantum wells in the edge regions than in the central region. In the event that only the active layer contains In, for example an indium content of the semiconductor layer sequence within the edge regions is lower, for example at most half as large, than in the central region. In at least one embodiment, the
  • edge-emitting semiconductor laser diode a growth substrate, a semiconductor layer sequence with an active layer on the growth substrate and two opposing facets.
  • the facets delimit the semiconductor layer sequence in a lateral direction.
  • the semiconductor layer sequence comprises two edge areas adjoining the facets and a central area directly adjoining both edge areas.
  • a volume fraction of the active layer in the semiconductor layer sequence is in each case less within the edge regions than in the central region.
  • Semiconductor laser diodes are based on the following considerations, among others. To ensure a low failure rate of the
  • a failure of the component in the area of the mirror is referred to as “catastrophic optical mirror damage” (COMD for short).
  • the so-called "Impurity-induced intermixing" foreign atoms such as Zn or Si in the area of the facets in the active layer by means of diffusion.
  • the foreign atoms reduce the conductivity and the recombination rate in this area due to an enlarged band gap "a mixing of the active layer with the adjacent one
  • Semiconductor material can be achieved. This increases, for example, the band gap in the area of mixing, which in turn can reduce the recombination rate.
  • an additional insulating layer is introduced within the semiconductor layer sequence in the area of the facets.
  • the power density in the area of the facets can thus be reduced.
  • Semiconductor layer sequence can be etched several micrometers deep in the area of the facets.
  • the active layer is then removed.
  • the etched areas can then be overgrown and filled again, but an active layer is not applied again.
  • this leads to strong interface defects and thickness fluctuations in the etched areas. This can both reduce the propagation of the light generated in the active layer within the
  • edge-emitting semiconductor laser diode makes use, among other things, of the idea of determining the volume fraction of the active layer in the semiconductor layer sequence in the
  • Semiconductor laser diode in the area of the facets. This reduces the failure rate of the semiconductor laser diode.
  • the introduction of foreign atoms by means of diffusion can advantageously be dispensed with. This requires high temperatures that can degenerate the semiconductor material. Another advantage arises over components with a
  • the mean thickness of the semiconductor layer sequence within the edge regions differs in each case by at most 50 nm or at most 20 nm from the mean thickness in the central region.
  • Average thickness here means the averaged extent of the semiconductor layer sequence perpendicular to the main plane of extent. Alternatively or additionally, the average thickness of FIG.
  • Wavelength of the light emitted by the semiconductor laser diode in the semiconductor layer sequence is therefore, for example, at most X / (4n), in particular at most X / (8n), where l is the wavelength of the
  • n is the Refractive index of the semiconductor layer sequence at wavelength l.
  • Semiconductor layer sequence has such a small variation, a particularly high stability.
  • the active layer tapers in the direction towards the facets.
  • the active layer within the active layer within the active layer
  • Central area has a substantially constant thickness.
  • the thickness of the active layer then decreases within the edge regions, for example starting from the central region in each case towards the facets.
  • the active layer tapers over the entire width of the
  • the active layer tapers over a distance of at most 100 ⁇ m.
  • the active layer tapers continuously.
  • the thickness of the active layer at the ends facing the facets is in each case at most 50% or at most 30% or at most 10% of the average thickness of the active layer within the central region.
  • the mean thickness of the active layer is im
  • the active layer is spaced apart from one facet or from both facets.
  • the active layer has been completely removed within an edge region.
  • the thickness of the active layer decreases continuously starting from the central area in the direction of the facets, the active Layer at a distance from the facets disappears completely.
  • the distance between the active layer and a facet is measured in one direction
  • the distance between the active layer and the facet allows the
  • the distance between the active layer and a facet varies along a direction parallel to this facet.
  • the distance varies by at least 30% or at least 50% around an average distance from the facet.
  • the distance varies, for example, periodically along a direction parallel to the facet.
  • the distance between the active layer and a facet specify a distribution of the power density within the edge region.
  • boundary surface effects can be specifically prevented or caused during the propagation of light within the semiconductor laser diode.
  • the distance between the active layer and the other facet preferably also varies, with what has just been said then applies accordingly.
  • the distance between the active layer and a facet varies linearly.
  • the distance along a direction of the facet is
  • Semiconductor layer sequence connects in particular the two opposite facets to one another and runs transversely, in particular perpendicularly, to the active layer.
  • the long side is, for example, perpendicular to at least one of the facets.
  • the angle is at most
  • the interface runs perpendicular to the long side.
  • the facet to which the distance of the active layer varies has an angle with respect to the
  • the angle is for example at least 70 ° or at least 75 ° or at least 84 ° or at least 88 °. Alternatively or additionally, the angle is a maximum of 89.9 °.
  • the angle is predetermined, for example, by the growth substrate, for example by its crystal structure.
  • the angle is formed in particular when separating, in particular when separating by breaking.
  • Interface are parallel or substantially parallel to each other.
  • the facet has for example
  • Unevenness whereby the distance between the facet and the active layer varies.
  • the facet is roughened, for example.
  • Advantageously, can be used on uneven
  • the edge-emitting semiconductor laser diode comprises two mirrors, the mirrors being arranged on the facets. At least one mirror preferably has a reflection coefficient for the radiation generated in the semiconductor layer sequence of at least 90% or at least 95% or at least 99%.
  • the mirrors are, for example, dielectric mirrors. A particularly good laser resonator can advantageously be formed through the use of mirrors.
  • the passivation layers which are arranged between the mirrors and the semiconductor layer sequence.
  • the passivation layers are formed from a crystalline material.
  • the passivation layers comprise an I I-VI connection material such as ZnSe, or are formed from such a material.
  • the passivation layers are preferably formed from a material which has a larger band gap than the active layer.
  • the distance between the optically active zone of the semiconductor laser diode and the mirrors is thereby further increased and the failure safety is thus increased.
  • the facet of the semiconductor layer sequence is passivated and through the passivation layers
  • the edge-emitting semiconductor laser diode comprises a metallic contact layer for making electrical contact with the edge-emitting semiconductor laser diode
  • the contact layer is on a side facing away from the growth substrate
  • the contact layer is spaced from the two facets. Is preferred
  • the distance between the contact layer and the facets is at least as great as the lateral distance between the active layer and the facets.
  • the semiconductor layer sequence is via the
  • the semiconductor layer sequence is energized via the contact layer.
  • the first contact layer preferably comprises a metal such as gold, silver, aluminum,
  • the distance between the contact layer and the facets is at least 5 ⁇ m or at least 10 ⁇ m or at least 20 ⁇ m or at least 50 ⁇ m.
  • the distance between the contact layer and the facets is at least 5 ⁇ m or at least 10 ⁇ m or at least 20 ⁇ m or at least 50 ⁇ m.
  • the distance between the contact layer and the facets is at most 100 ⁇ m in each case.
  • the distance between the contact layer and the facets is in each case at least once or twice or 5 times or 10 times as great as the thickness measured perpendicular to the lateral direction
  • the active layer is in
  • the semiconductor layer sequence comprises a sacrificial layer, wherein the
  • Sacrificial layer is arranged on a side of the active layer facing away from the growth substrate.
  • the sacrificial layer is present in the central region of the semiconductor layer sequence, but not in the edge regions.
  • the sacrificial layer has an average thickness between 20 nm and 100 nm inclusive.
  • the sacrificial layer is formed in particular from a material which, with respect to a
  • predetermined etchant has a higher etching rate than the rest of the semiconductor layer sequence.
  • the etching rate of the sacrificial layer is at least twice as great or 100 times as great as the etching rate of the rest
  • the sacrificial layer is preferably formed from the same compound semiconductor material as the rest of the semiconductor layer sequence, but differs from it in its precise material composition.
  • the semiconductor layer sequence is based on
  • Aluminum content of the sacrificial layer for example, be between 50% and 90% inclusive.
  • a semiconductor laser diode with a sacrificial layer has a
  • the refractive index of the semiconductor layer sequence can advantageously be varied in a targeted manner in the edge region in the direction towards the facets, which can promote the propagation of light within the semiconductor layer sequence.
  • the Etch stop layer is arranged between the growth substrate and the active layer.
  • the active layer For example, the
  • Etch stop layer has a thickness, measured perpendicular to the
  • Main plane of extent of the semiconductor layer sequence between 5 nm and 15 nm, preferably 10 nm, inclusive.
  • the material system of the semiconductor layer sequence can have the components In, Ga, Al, P and As.
  • the etch stop layer differs from the rest
  • the etch stop layer differs in the concentration of at least one of these components by at least 10%, preferably by at least 30%, more preferably by at least 50% compared to the rest
  • the etch stop layer comprises, for example, 10% or 30% or 50% more phosphorus than the rest of the semiconductor layer sequence.
  • the etch stop layer comprises phosphorus, while the rest
  • Semiconductor layer sequence is free of phosphorus.
  • the etch stop layer is formed with GaP or InGaAlP and the remaining semiconductor layer sequence is formed with GaAs or AlGaAs.
  • the material composition of the semiconductor layer sequence preferably changes abruptly in steps at interfaces between the etch stop layer and the remaining semiconductor layer sequence.
  • edge-emitting semiconductor laser diode Furthermore, a method for producing an edge-emitting semiconductor laser diode is specified.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode described here can in particular be produced by such a method. That is, all for the edge emitting
  • the method comprises a step A), in which a first section of a semiconductor layer sequence is grown on a growth substrate, the first section comprising an active layer.
  • the first section of the semiconductor layer sequence is grown on a growth substrate, the first section comprising an active layer.
  • organometallic gas phase epitaxy MOVPE for short, or organometallic chemical
  • the first section is grown, for example, with a thickness of at least 1000 nm, measured perpendicular to the main plane of extent of the semiconductor layer sequence, the active layer having a thickness between 3 nm and 100 nm inclusive.
  • the method comprises in a method step B) the application of a
  • the top surface forms a surface of the first section of the
  • the mask layer is a photoresist layer.
  • the mask layer is structured with trenches in a step C).
  • the first section of the semiconductor layer sequence is exposed within the trenches.
  • the trenches completely break through the mask layer in a direction perpendicular to the main extension plane of the active layer.
  • the mask layer is structured using a lithography process.
  • the trenches show
  • Main directions of extent that run essentially parallel to one another.
  • the extent of the trenches along their main directions of extent is, for example, up to 5% identical to the extent of the semiconductor layer sequence in this direction.
  • the trenches have a width of at least 20 ⁇ m and at most 100 ⁇ m.
  • “Width” is an extension parallel to the main extension plane of the active layer and perpendicular to it
  • an etching process is carried out in a method step D), an etchant being introduced into the trenches and the active layer being at least partially etched away in the region of the trenches.
  • etching is carried out in the area of the trenches right through to the active layer.
  • the first section is etched by means of wet chemical etching.
  • the etchant is then, for example, an acid such as H3PO4 or H2SO4, or a base such as NH3.
  • an oxidizing agent for example HgOg, is added to the etchant.
  • the first oxidizing agent for example HgOg
  • Section etched using dry chemical etching Section etched using dry chemical etching.
  • a suitable choice of the etchant and / or its concentration allows a ratio of the etching rate of the active layer to the rest
  • Step E) removes the mask layer.
  • Semiconductor layer sequence facing away from the growth substrate cleaned.
  • This surface is then in particular essentially free of material which is not part of the semiconductor layer sequence.
  • the cleaning is done, for example, with water, acetone or isopropanol.
  • an oxidizing agent such as HgOg is used in method step D)
  • the first section of the semiconductor layer sequence is heated, for example, in a growth reactor, as a result of which the oxide is removed from the surface. In this case, providing an increased supply of arsenic can improve the removal of the oxide.
  • the surface to be cleaned can also penetrate
  • semiconductor layer sequence completed.
  • the second section of the semiconductor layer sequence is grown using the same processes as the first section.
  • the material of the second section is based on the same material as the first section.
  • a step G the semiconductor layer sequence and the growth substrate are severed in the area of the active layer etched in step D), the separating surfaces forming facets of the semiconductor laser diode.
  • the semiconductor layer sequence and the growth substrate are severed in the area of the active layer etched in step D), the separating surfaces forming facets of the semiconductor laser diode.
  • Elements of the third and fifth main groups of the III-V compound semiconductor material that are provided during the growth are, for example, a suitable parameter. It is therefore a
  • the active layer can be at least partially removed in the area of the facets.
  • the active layer is from the top surface
  • the distance between the active ones is preferably
  • the cover area is part of the active
  • a mirror is arranged on each of the facets in a further method step.
  • the mirrors are arranged on each of the facets in a further method step.
  • a passivation layer is grown on each of the facets in a further method step.
  • the passivation layer is grown epitaxially.
  • this process step is the
  • Passivation layer The growth of the passivation layer takes place, for example, at an angle between 85 ° and 95 °, preferably 90 °, tilted to the growth of the first and second section of the semiconductor layer sequence.
  • the growth of the passivation layer can be done with the same epitaxy methods as the growth of the
  • Semiconductor layer sequence preferably by means of MBE, take place.
  • passivation layer it is a so-called three-stage epitaxy process.
  • Passivation layer on a facet said facet can be protected particularly well against environmental influences, whereby boundary surface effects can be reduced.
  • step D) etching edges in the first section of the semiconductor layer sequence, the etching edges with the
  • Main plane of extent of the active layer each one Angle less than 90 °, for example at most 45 ° or
  • the active layer adjoins the etched edges.
  • the first section is not only removed in the area of the trenches of the mask layer, but the etchant also spreads laterally, that is to say parallel to the main plane of extent of the active layer.
  • the etching edge can be specifically influenced by the choice of the type and composition of the etching agent.
  • the first section comprises a sacrificial layer on one of the
  • the sacrificial layer being formed with a material composition which, for the etchant used in step D), has a higher etching rate, in particular in the lateral direction, than that of the active layer.
  • the sacrificial layer becomes the
  • the etching rate of the sacrificial layer in particular laterally, is at least 1.5 times or at least 2 times or at least 100 times as great as the etching rate of the active layer. Due to the higher etching rate of the sacrificial layer, the sacrificial layer is removed more quickly than the active layer in method step D). Thus, for example, a particularly flat
  • Etching edge for example, achieve a maximum of 45 ° or a maximum of 15 ° or a maximum of 2 °.
  • the etched edge can preferably be made particularly precise
  • the mask layer in method step C) is provided with trenches of varying widths along a respective one
  • the width of the trench is an extension of the trench perpendicular to the main direction of extent.
  • the width varies in a range between 20 ⁇ m and 100 ⁇ m inclusive.
  • the width varies periodically along the main direction of extent, for example by at least 30% or at least 50% around a mean width of the trench.
  • the first section of the semiconductor layer sequence comprises a
  • Etch stop layer wherein in step D) the etch stop layer is not etched through the etch stop layer.
  • the etch stop layer is formed from a material which, different from the material of the rest
  • Etch stop layer before a limit up to which the first section can be etched is based on GaAs and the etch stop layer is based on GaP.
  • a particularly homogeneous removal of the active layer in step D) can advantageously be achieved by means of an etch stop layer.
  • method steps A) to G) are specified in FIG.
  • Exemplary embodiments of the method for producing an edge-emitting semiconductor laser diode are illustrated.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a first exemplary embodiment of an edge-emitting device
  • the semiconductor laser diode 100 comprises a growth substrate 2, on which a
  • a metallic contact surface 3 is arranged in semiconductor layer sequence 1. In normal operation, the
  • the semiconductor layer sequence 1 comprises a first cladding layer 111, a first waveguide layer 112, an active layer 13, a second waveguide layer 121 and a second cladding layer 122.
  • the semiconductor layer sequence 1 is composed, for example, of a III-V-
  • the growth substrate 2 is formed from a semiconductor material such as GaAs, for example.
  • the growth substrate 2 and the first cladding layer 111, the first waveguide layer 112, the second waveguide layer 121 and the second cladding layer 122 can be doped.
  • the growth substrate is n-doped.
  • the first cladding layer and the first waveguide layer are preferably likewise n-doped.
  • the second waveguide layer is 121 and the second
  • Cladding layer 122 p-doped Cladding layer 122 p-doped. Alternatively, the doping can be reversed.
  • the active layer 13 comprises in the present case
  • Embodiment a quantum well 131 and two
  • Sub-pots 132 are formed from AlGaAs, for example.
  • the quantum well 131 comprises, in particular, InGaAs.
  • the quantum well 131 is the only layer of the semiconductor layer sequence 1 which contains indium
  • the semiconductor layer sequence 1 is delimited by two opposing facets 4.
  • the facets 4 thus form side surfaces of the semiconductor layer sequence 1.
  • the Facets 4 run in particular transversely, preferably perpendicularly, to the main plane of extent of the semiconductor layer sequence 1.
  • mirrors 41 are attached to the facets 4.
  • the mirrors 41 are, for example, dielectric mirrors.
  • the area between the mirrors 41 is a laser resonator, the
  • Semiconductor layer sequence 1 acts as a laser medium.
  • Semiconductor laser diode 100 comprises two edge regions R and a central region Z which is arranged between the edge regions R and adjoins them.
  • the edge regions R adjoin the facets 4.
  • the volume fraction of the active layer 13 is within the edge regions R
  • Edge regions R and the central region Z are perpendicular to the lateral direction L.
  • the lower volume fraction results, among other things, from a smaller thickness of the active layer 13 within the
  • Edge regions R compared with the mean thickness of the active layer 13 in the central region.
  • the active layer 13 tapers within the edge regions R in
  • Embodiment of an edge emitting Semiconductor laser diode 100 shown.
  • the section shows the edge-emitting semiconductor laser diode 100 in the area of a facet 4 and otherwise shows essentially the same
  • the passivation layer 42 is formed from ZnSe, for example.
  • Figure 3 shows a first position in one
  • a first section 11 of a semiconductor layer sequence 1 was grown on a growth substrate 2.
  • Section 11 comprises a first cladding layer 111, a first waveguide layer 112 and an active layer 13 with a quantum well structure 131 and sub-well structures 132.
  • the side of the active layer 13 opposite the growth substrate 2 forms a top surface 11a.
  • the growth substrate 2 is, for example, a wafer which comprises a semiconductor material such as GaAs.
  • Semiconductor layer sequence 1 is based in particular on a semiconductor connection material such as AlGaAs.
  • first cladding layer 111 and first waveguide layer 112 are n-doped in the present case.
  • Figure 4A shows a second position in the process.
  • a process step B a
  • Mask layer 5 around a photoresist layer is structured in a method step C). Due to the structure, the
  • Mask layer 5 has a trench 51. The first section 11 is exposed in the area of the trench 51.
  • FIG. 4B shows a plan view of the mask layer 5 of the product from FIG. 4A.
  • the trenches 51 each have a width perpendicular to their respective one
  • Main direction of extent of, for example, between 5 gm and 100 gm inclusive.
  • FIG. 5A shows a third position in the method again as a sectional view of the first section 11.
  • a method step D the first section 11 was etched.
  • An etchant was applied to the top surface 11 a of the first section 11 through the trench 51.
  • the first section 11 to 11 was then etched through the active layer 13.
  • the area in which the active layer 13 was removed has a greater width than the trench 51.
  • the active layer 13 has etched edges, which the active layer 13 adjoins and which transversely, at an angle of less than 90 ° to the main extension plane of the active layer 13.
  • FIG. 5B shows a position in the method that is alternative to FIG. 5A.
  • Figure 5B shows essentially all of them
  • the active layer 13 has a large number of quantum well structures 131.
  • the active layer 13 also includes a
  • FIG. 6 shows a further position in the method according to a first exemplary embodiment. In particular, the method was then continued at the position in FIG. 5A.
  • a step E) the
  • FIG. 7 shows a position in the method after a method step F) has been carried out.
  • the semiconductor layer sequence 1 was thereby completed.
  • the second section 12 comprises a second waveguide layer 121 and a second cladding layer 122, the second waveguide layer 121 being arranged between the active layer 13 and the second cladding layer 122.
  • the second waveguide layer 121 is based, for example, on the same material as the first waveguide layer 112, but has a different doping. In the present case, the second waveguide layer 121 is p-doped.
  • the second cladding layer 122 and the first cladding layer 111 have the same relationship to one another. In the present case, a metallic contact layer 3 was also applied to that of the
  • Semiconductor layer sequence 1 as well as growth substrate 2 and contact layer 3 are severed along a dividing line T.
  • the dividing line T runs perpendicular to the
  • Process step D) was etched.
  • FIG. 8B the product of FIG. 8A is after
  • FIG. 8B corresponds to a section of a finished semiconductor laser diode 100.
  • Passivation layer 42 grown epitaxially.
  • the passivation layer 42 comprises ZnSe.
  • FIG. 10 shows a position in the method according to a second exemplary embodiment.
  • the first section 11 comprises an etch stop layer 7.
  • the etch stop layer 7 is based on GaP or InGaP, for example. In particular, the etch stop layer 7 cannot essentially be removed by means of the etchant used in method step D).
  • FIG. 11A shows a product after a method step C) has been carried out according to another
  • a sacrificial layer 6 was grown within method step A) on the side of the active layer 13 facing away from the growth substrate 2.
  • the Sacrificial layer 6 has, for example, a thickness between 20 nm and 100 nm inclusive. Is preferred
  • Sacrificial layer made from the same material as the first
  • the present case from AlGaAs.
  • the sacrificial layer has a higher aluminum content than the rest of the first section 11.
  • the sacrificial layer has a higher aluminum content than the rest of the first section 11.
  • Sacrificial layer 6 has a higher etching rate than the active layer 13.
  • FIG. 11B shows the product from FIG. 11A when a method step D) is carried out. An etchant is thereby applied to the trench 51 of the mask layer 5
  • the etchant already has some of the
  • Sacrificial layer 6 is etched away, but has not yet penetrated to the active layer 13.
  • FIG. 11C shows the product from FIG. 11B after method step D) has been completed.
  • a large part of the sacrificial layer 6 has been removed in the image detail shown.
  • a comparison with FIG. 5A shows that the etched edge of the active layer is markedly flatter due to the sacrificial layer. This is in particular a consequence of the lateral widening of the etched area as shown in FIG. 11B.
  • FIG. 12A shows a product after a method step D) has been carried out according to a further one
  • step D) a first step of the method. Essentially, the same features are shown in FIG. 12A as in FIG. 5A, with the difference that the etched edge has an angle with respect to the main extension plane of the active layer 13 which is 90 ° within the scope of the manufacturing accuracy amounts.
  • step D) a
  • suitable etchant selected, which has a negligible lateral etching rate.
  • FIG. 12B shows a product after a method step D) has been carried out according to a further one
  • the etched edge has an angle to the main extension plane of the active layer 13 between 40 ° and 50 °, inclusive.
  • a different etchant was chosen for the product of FIG. 12B than for the product of FIG. 11C.
  • the material composition of the sacrificial layer 6 was chosen such that a predetermined ratio of the etching rates of the sacrificial layer 6 and the active layer 13 is achieved.
  • the angle of the etching edge can be specified through the targeted selection of the ratio of the etching rates and / or the etching agent.
  • FIG. 12C shows a product after a method step D) of the method has been carried out.
  • FIG. 12C Essentially, the same features are shown in FIG. 12C as in FIG. 12B, with the difference that the etched edge has an angle which is flatter than the angle in FIG. 12B.
  • the angle is, for example, between
  • the material composition of the sacrificial layer 6 was adapted.
  • FIG. 13A shows a product after a method step C) has been carried out in accordance with a further one
  • Embodiment of the method shown in plan view To What can be seen is a trench 51 in the mask layer 5 after the mask layer 5 has been structured. The first section 11 was exposed in the area of the trench 51. The trench has a main direction of extent through which the dividing line T runs in a later method step. Furthermore, the trench has a width perpendicular to
  • Main direction of extent The width is constant in FIG. 13A along the main direction of extent.
  • FIG. 13B shows a product at the same stage of the process as in FIG. 13A. Both products have essentially the same characteristics as the
  • the difference is that the width of the trench 51 in FIG. 13B varies along the main direction of extent of the trench 51. The width varies periodically and with
  • FIG. 13C has essentially the same features as the product of FIG. 13B with the

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) umfasst ein Aufwachssubstrat (2), eine auf dem Aufwachssubstrat (2) angebrachte Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (13) und zwei einander gegenüberliegende Facetten (4). Die Facetten (4) begrenzen die Halbleiterschichtenfolge (1) in einer lateralen Richtung (L). Die Halbleiterschichtenfolge (1) umfasst zwei an die Facetten (4) grenzende Randbereiche (R) und einen direkt an beide Randbereiche (R) grenzenden Zentralbereich (Z). Innerhalb der Randbereiche (R) ist ein Volumenanteil der aktiven Schicht (13) an der Halbleiterschichtenfolge (1) jeweils geringer als im Zentralbereich (Z).

Description

Beschreibung
KANTENEMITTIERENDE HALBLEITERLASERDIODE UND VERFAHREN ZUR
HERSTELLUNG EINER SOLCHEN
Es wird eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode
angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode anzugeben, die sich durch eine besonders geringe Ausfallrate auszeichnet. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand mit den
Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst
beziehungsweise durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode umfasst diese ein Aufwachssubstrat.
Beispielsweise umfasst das Aufwachssubstrat ein
Halbleitermaterial, wie Si, oder ein
Halbleiterverbindungsmaterial, wie GaAs oder GaN.
Insbesondere ist das Aufwachssubstrat dotiert, beispielsweise n- oder p-dotiert. Bevorzugt umfasst das Aufwachssubstrat n- dotiertes GaAs oder ist aus diesem gebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode umfasst diese auf dem Aufwachssubstrat eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie zum Beispiel AlnIn]__n_ mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamP, oder um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder
AlnIn]__n-mGamAsP, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1 ist. Alternativ kann es sich um ein Antimonid- Verbindungshalbleitermaterial handeln. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzlich
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 AlGaAs .
Die aktive Schicht dient zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere
wenigstens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer
MultiquantentopfStruktur, kurz MQW. Zusätzlich beinhaltet die aktive Schicht eine, bevorzugt mehrere NebentopfStrukturen . Bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine,
insbesondere genau eine, zusammenhängende aktive Schicht. Beispielsweise umfasst die aktive Schicht In. Insbesondere umfasst ausschließlich die aktive Schicht In, während die übrige Halbleiterschichtenfolge frei von In ist. Beispielsweise erzeugt die Halbleiterlaserdiode im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich. Bevorzugt wird Strahlung im IR-Bereich erzeugt.
Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge ein p- leitendes Material und ein n-leitendes Material, wobei die aktive Schicht zwischen dem p-leitenden Material und dem n- leitenden Material angeordnet ist. Beispielsweise ist das n- leitende Material an der Seite der aktiven Schicht
angeordnet, die dem Aufwachssubstrat zugewandt ist.
Alternativ ist das n-leitende Material an der Seite der aktiven Schicht angeordnet, die von dem Aufwachssubstrat abgewandt ist.
Insbesondere umfassen das p-leitende und das n-leitende
Material jeweils eine Mantelschicht und eine
Wellenleiterschicht, wobei die Wellenleiterschichten jeweils an die aktive Schicht grenzen. Alternativ können die
Wellenleiterschichten undotiert sein.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die
kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zwei einander
gegenüberliegende Facetten, wobei die Facetten die
Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung
begrenzen. Unter einer „lateralen Richtung" wird hier und im Folgenden eine Richtung verstanden, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Beispielsweise verlaufen die Facetten quer, bevorzugt
senkrecht, zur Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere bilden die Facetten Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge. Eine Halbleiterlaserdiode entsteht bevorzugt durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Die Facetten sind dann durch die Bruchkanten aus dem Vereinzelungsprozess gebildet.
Bevorzugt emittiert die kantenemittierende
Halbleiterlaserdiode einen Großteil ihrer gesamten
emittierten Strahlung über eine oder beide Facetten.
Insbesondere emittiert die Halbleiterlaserdiode mehr als 50 % oder mehr als 70 % oder mehr als 85 % ihrer gesamten
emittierten Strahlung über zumindest eine Facette in Form von Laserstrahlung. Insbesondere wird ein Teil des Lichtes an den Facetten reflektiert. Zwischen den Facetten ist somit ein Laserresonator ausgebildet, während die
Halbleiterschichtenfolge das aktive Lasermedium der
Halbleiterlaserdiode bildet.
Unter einer Halbleiterlaserdiode wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares
Element verstanden. Eine Halbleiterlaserdiode umfasst
bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge der Halbleiterlaserdiode ist
bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Eine laterale
Ausdehnung der Halbleiterlaserdiode, gemessen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge, ist beispielsweise höchstens 5 % oder höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge zwei an die Facetten grenzende
Randbereiche und einen direkt an beide Randbereiche
grenzenden Zentralbereich. Insbesondere ist der
Zentralbereich also zwischen den beiden Randbereichen angeordnet. Bevorzugt entspricht eine Ausdehnung der
Randbereiche sowie des Zentralbereichs in Richtungen parallel zu den Facetten jeweils einer Ausdehnung der
Halbleiterschichtenfolge in derselben Richtung. Insbesondere verlaufen virtuelle Trennlinien, die den Zentralbereich von den Randbereichen trennen und somit die Grenze der Bereiche markieren, senkrecht zur Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichtenfolge oder parallel zu den Facetten. In der Richtung senkrecht zu den Facetten gemessen weisen die Randbereiche jeweils eine Breite von zum Beispiel zumindest 1 gm oder zumindest 2 gm oder zumindest 5 pm oder zumindest 10 pm oder zumindest 20 pm oder zumindest 50 pm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Breite jeweils höchstens 100 pm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist innerhalb der
Randbereiche ein Volumenanteil der aktiven Schicht an der Halbleiterschichtenfolge jeweils geringer als im
Zentralbereich. Zum Beispiel ist der Volumenanteil der aktiven Schicht innerhalb der Randbereiche höchstens zwei Drittel so groß oder höchstens halb so groß oder höchstens ein Drittel so groß wie im Zentralbereich. Beispielsweise weist die aktive Schicht innerhalb der Randbereiche jeweils eine geringere mittlere oder maximale Dicke, gemessen als Ausdehnung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichtenfolge, auf als im Zentralbereich. Zum Beispiel ist die maximale Dicke in den Randbereichen geringer als die mittlere Dicke im Zentralbereich. Alternativ oder zusätzlich weist die aktive Schicht in den Randbereichen weniger Quantentöpfe auf als im Zentralbereich. Im Falle, dass ausschließlich die aktive Schicht In enthält, ist zum Beispiel ein Indiumgehalt der Halbleiterschichtenfolge innerhalb der Randbereiche jeweils geringer, beispielsweise höchstens halb so groß, als im Zentralbereich. In mindestens einer Ausführungsform umfasst die
kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ein Aufwachssubstrat, eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf dem Aufwachssubstrat und zwei einander gegenüberliegende Facetten. Die Facetten begrenzen die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst zwei an die Facetten grenzende Randbereiche und einen direkt an beide Randbereiche grenzenden Zentralbereich.
Innerhalb der Randbereiche ist ein Volumenanteil der aktiven Schicht an der Halbleiterschichtenfolge jeweils geringer als im Zentralbereich.
Einer hier beschriebenen kantenemittierenden
Halbleiterlaserdiode liegen dabei unter anderem folgende Überlegungen zugrunde. Um eine geringe Ausfallrate der
Halbleiterlaserdiode zu erzielen, ist es nötig, Belastungen für die Facetten, wie zum Beispiel thermische Belastungen und Verspannungen, zu vermeiden. Solche Belastungen können aufgrund hoher Temperaturen, hervorgerufen durch hohe
Leistungsdichten sowie leuchtende und nicht leuchtende
Rekombination in der aktiven Schicht nahe der Facetten, entstehen. Diese hohen Temperaturen können auch zu thermisch induzierten Verspannungen zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und daran angrenzenden Materialien, wie zum Beispiel Spiegeln, führen. Ein Ausfall des Bauteils im Bereich der Spiegel wird als „katastrophaler optischer Spiegelschaden" (Englisch „catastrophic optical mirror damage", kurz COMD) bezeichnet.
Um die Belastung der Facetten zu verringern, könnte die
Anregung der aktiven Schicht im Bereich der Facetten
unterdrückt werden. Beispielsweise werden beim sogenannten „impurity-induced intermixing" Fremdatome wie Zn oder Si im Bereich der Facetten in der aktiven Schicht mittels Diffusion eingebracht. Durch die Fremdatome verringern sich in diesem Bereich die Leitfähigkeit und die Rekombinationsrate aufgrund einer vergrößerten Bandlücke. Alternativ kann mittels sogenanntem „impurity-free intermixing" eine Durchmischung der aktiven Schicht mit dem daran angrenzenden
Halbleitermaterial erzielt werden. Damit erhöht sich zum Beispiel die Bandlücke im Bereich der Durchmischung, wodurch wiederum die Rekombinationsrate verringert werden kann.
Eine alternative Möglichkeit, die Belastung der Facetten zu verringern, besteht darin, eine Bestromung der aktiven
Schicht im Bereich der Facetten zu verhindern. Zum Beispiel ist dazu im Bereich der Facetten eine zusätzliche isolierende Schicht innerhalb der Halbleiterschichtenfolge eingebracht. Somit lässt sich die Leistungsdichte im Bereich der Facetten verringern .
Bei einer weiteren Alternative kann die
Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Facetten mehrere Mikrometer tief geätzt werden. Dabei wird die aktive Schicht entfernt. Anschließend können die geätzten Bereiche wieder überwachsen und aufgefüllt werden, wobei jedoch nicht erneut eine aktive Schicht aufgebracht wird. Aufgrund verschiedenen Wachstumsverhaltens an den geätzten Kanten führt dies jedoch zu starken Grenzflächendefekten und Dickenfluktuation in den geätzten Bereichen. Dies kann sowohl die Ausbreitung des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts innerhalb der
Halbleiterlaserdiode als auch die Stabilität der
Halbleiterlaserdiode als solche nachteilig beeinflussen. Die hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaserdiode macht unter anderem von der Idee Gebrauch, den Volumenanteil der aktiven Schicht an der Halbleiterschichtenfolge im
Bereich der Facetten zu verringern. Gleichzeitig werden
Dickenfluktuationen und Grenzflächendefekte vermieden.
Vorteilhafterweise führt dies zu einer geringeren
Rekombination und damit zu geringeren Leistungsdichten und folglich zu einer geringeren Temperatur der
Halbleiterlaserdiode im Bereich der Facetten. Dies reduziert die Ausfallrate der Halbleiterlaserdiode. Mit Vorteil kann auf eine Einbringung von Fremdatomen mittels Diffusion verzichtet werden. Dazu werden hohe Temperaturen benötigt, die das Halbleitermaterial degenerieren können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich gegenüber Bauteilen mit einer
Stromeinengung, da dabei eine Absorption von Licht in der aktiven Schicht im Bereich der Facetten nicht verhindert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode unterscheidet sich die mittlere Dicke der Halbleiterschichtenfolge innerhalb der Randbereiche jeweils um höchstens 50 nm oder höchstens 20 nm von der mittleren Dicke im Zentralbereich. Mit „mittlerer Dicke" ist dabei die gemittelte Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge senkrecht zur Haupterstreckungsebene gemeint. Alternativ oder zusätzlich unterscheidet sich die mittlere Dicke der
Halbeleiterschichtenfolge innerhalb der Randbereiche jeweils um höchstens ein Viertel, insbesondere ein Achtel, der
Wellenlänge des von der Halbleiterlaserdiode emittierten Lichts in der Halbleiterschichtenfolge. Der Unterschied beträgt somit zum Beispiel höchstens X/ (4n), insbesondere höchstens X/ (8n), wobei l die Wellenlänge des von der
Halbleiterlaserdiode emittierten Lichts ist und n der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge bei der Wellenlänge l. Vorteilhafterweise weist eine
Halbleiterlaserdiode, bei der die mittlere Dicke der
Halbleiterschichtenfolge so eine geringe Variation aufweist, eine besonders hohe Stabilität auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngt sich die aktive Schicht jeweils in Richtung hin zu den Facetten.
Insbesondere weist die aktive Schicht innerhalb des
Zentralbereichs im Wesentlichen eine konstante Dicke auf. Innerhalb der Randbereiche verringert sich dann die Dicke der aktiven Schicht beispielsweise ausgehend vom Zentralbereich jeweils hin zu den Facetten. Zum Beispiel verjüngt sich die aktive Schicht jeweils über die gesamte Breite des
Randbereichs oder innerhalb des Randbereichs über eine
Strecke von zumindest 1 gm oder zumindest 2 gm oder zumindest 5 pm oder zumindest 10 pm oder zumindest 20 pm oder zumindest 50 pm. Alternativ oder zusätzlich verjüngt sich die aktive Schicht jeweils über eine Strecke von höchstens 100 pm.
Insbesondere verjüngt sich die aktive Schicht kontinuierlich. Beispielsweise beträgt die Dicke der aktiven Schicht an den den Facetten zugewandten Enden jeweils höchstens 50 % oder höchstens 30 % oder höchstens 10 % der mittleren Dicke der aktiven Schicht innerhalb des Zentralbereichs. Insbesondere beträgt die mittlere Dicke der aktiven Schicht im
Zentralbereich zwischen einschließlich 20 nm und 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die aktive Schicht von einer Facette oder von beiden Facetten beabstandet.
Beispielsweise ist innerhalb eines Randbereichs die aktive Schicht vollständig entfernt. Alternativ verringert sich die Dicke der aktiven Schicht ausgehend vom Zentralbereich in Richtung hin zu den Facetten kontinuierlich, wobei die aktive Schicht in einem Abstand zu den Facetten vollkommen verschwindet. Beispielsweise beträgt der Abstand der aktiven Schicht von einer Facette, gemessen in einer Richtung
senkrecht zu dieser Facette, zumindest 1 gm oder zumindest 2 gm oder zumindest 5 pm oder zumindest 10 pm oder zumindest 20 pm oder zumindest 50 pm. Vorteilhafterweise lässt sich durch einen Abstand der aktiven Schicht zur Facette die
Leistungsdichte der Halbleiterlaserdiode an der Facette besonders gering halten, da dort weder elektromagnetische Strahlung emittiert noch absorbiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform variiert der Abstand der aktiven Schicht zu einer Facette entlang einer Richtung parallel zu dieser Facette. Zum Beispiel variiert der Abstand um zumindest 30 % oder zumindest 50 % um einen mittleren Abstand zu der Facette. Der Abstand variiert beispielsweise periodisch entlang einer Richtung parallel zur Facette.
Vorteilhafterweise lässt sich durch eine Variation des
Abstands der aktiven Schicht zu einer Facette eine Verteilung der Leistungsdichte innerhalb des Randbereichs vorgeben.
Dabei können Grenzflächeneffekte bei der Lichtausbreitung innerhalb der Halbleiterlaserdiode gezielt verhindert oder hervorgerufen werden. Bevorzugt variiert der Abstand der aktiven Schicht auch zu der anderen Facette, wobei das soeben Gesagte dann entsprechend gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform variiert der Abstand der aktiven Schicht zu einer Facette linear. Beispielsweise wird der Abstand entlang einer Richtung der Facette,
insbesondere stetig, größer oder kleiner. Eine quer zur aktiven Schicht verlaufende Grenzfläche zwischen dem
Randbereich und Zentralbereich oder zwischen der aktiven Schicht und der Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere mit einer Längsseite der Halbleiterschichtenfolge einen
Winkel von mindestens 70° oder mindestens 75° oder mindestens 84° oder mindestens 88° auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Winkel höchstens 89,9°. Eine Längsseite der
Halbleiterschichtenfolge verbindet insbesondere die beiden gegenüberliegenden Facetten miteinander und verläuft quer, insbesondere senkrecht zur aktiven Schicht. Die Längsseite ist zum Beispiel senkrecht zu mindestens einer der Facetten. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Winkel höchstens
89, 9° .
Alternativ verläuft die Grenzfläche senkrecht zur Längsseite. In diesem Fall weist die Facette, zu welcher der Abstand der aktiven Schicht variiert, einen Winkel gegenüber der
Längsseite auf. Der Winkel beträgt zum Beispiel mindestens 70° oder mindestens 75° oder mindestens 84° oder mindestens 88°. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Winkel höchstens 89,9°. Der Winkel ist zum Beispiel durch das Aufwachssubstrat vorgegeben, beispielsweise durch dessen Kristallstruktur.
Dann bildet sich der Winkel insbesondere beim Vereinzeln, insbesondere beim Vereinzeln durch Brechen, aus.
Weiterhin ist es möglich, dass die Facette und die
Grenzfläche parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander sind. In diesem Fall weist die Facette zum Beispiel
Unebenheiten auf, wodurch der Abstand der Facette zu der aktiven Schicht variiert. Die Facette ist zum Beispiel aufgeraut. Vorteilhafterweise lassen sich an unebenen
Facetten besonders einfach weitere Schichten, wie etwa
Spiegelschichten oder Passivierungsschichten anordnen.
Vorzugsweise bilden die Unebenheiten Nukleationskeime für ein Überwachsen der Facette mit weiteren Schichten. Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode zwei Spiegel, wobei die Spiegel an den Facetten angeordnet sind. Bevorzugt weist mindestens ein Spiegel einen Reflexionskoeffizienten für die in der Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung von mindestens 90 % oder mindestens 95 % oder mindestens 99 % auf. Bei den Spiegeln handelt es sich beispielsweise um dielektrische Spiegel. Vorteilhafterweise lässt sich durch den Einsatz von Spiegeln ein besonders guter Laserresonator ausbilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die
Halbleiterlaserdiode Passivierungsschichten, die zwischen den Spiegeln und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sind. Insbesondere sind die Passivierungsschichten aus einem kristallinen Material gebildet. Beispielsweise umfassen die Passivierungsschichten ein I I-VI-Verbindungsmaterial , wie ZnSe, oder sind aus einem solchen Material gebildet.
Bevorzugt sind die Passivierungsschichten aus einem Material gebildet, welches eine größere Bandlücke aufweist als die aktive Schicht. Vorteilhafterweise wird dadurch der Abstand der optisch aktiven Zone der Halbleiterlaserdiode zu den Spiegeln weiter vergrößert und damit die Ausfallsicherheit erhöht .
Beispielsweise werden durch die Passivierungsschichten die Facette der Halbleiterschichtenfolge passiviert und
geschützt. Damit ist gemeint, dass mögliche Reaktionen der freiliegenden Facetten mit der Umgebung der
Halbleiterschichtenfolge oder beispielsweise den Spiegeln vermieden werden. Vorteilhafterweise lassen sich somit unerwünschte Grenzflächeneffekte an den Facetten vermeiden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine metallische Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge. Die Kontaktschicht ist auf einer von dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Die Kontaktschicht ist von den beiden Facetten beabstandet. Bevorzugt ist der
Abstand der Kontaktschicht zu den Facetten mindestens so groß wie der laterale Abstand der aktiven Schicht zu den Facetten. Insbesondere ist die Halbleiterschichtenfolge über die
Kontaktschicht elektrisch kontaktierbar und im
bestimmungsgemäßen Betrieb wird die Halbleiterschichtenfolge über die Kontaktschicht bestromt. Bevorzugt umfasst die erste Kontaktschicht ein Metall, wie Gold, Silber, Aluminium,
Palladium, Platin, Titan, Nickel oder besteht aus einem dieser Materialien oder einer Mischung aus diesen
Materialien .
Beispielsweise beträgt der Abstand der Kontaktschicht zu den Facetten jeweils zumindest 5 gm oder zumindest 10 gm oder zumindest 20 pm oder zumindest 50 pm. Alternativ oder
zusätzlich beträgt der Abstand der Kontaktschicht zu den Facetten jeweils höchstens 100 pm. Beispielsweise ist der Abstand der Kontaktschicht zu den Facetten jeweils mindestens 1-mal oder 2-mal oder 5-mal oder 10-mal so groß wie die senkrecht zur lateralen Richtung gemessene Dicke der
Halbleiterschichtenfolge. Die aktive Schicht wird im
Wesentlichen nur im Bereich der Kontaktschicht mit Strom versorgt. Im Bereich der Facetten wird vergleichsweise wenig Strom eingeprägt, wodurch die Leistungsdichte in diesen
Bereichen vorteilhafterweise verringert ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine Opferschicht, wobei die
Opferschicht auf einer von dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der aktiven Schicht angeordnet ist. Die Opferschicht ist im Zentralbereich der Halbleiterschichtenfolge, aber nicht in den Randbereichen vorhanden. Beispielsweise weist die Opferschicht eine mittlere Dicke zwischen einschließlich 20 nm und 100 nm auf. Die Opferschicht ist insbesondere aus einem Material gebildet, welches in Bezug auf ein
vorgegebenes Ätzmittel eine höhere Ätzrate aufweist als der Rest der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise ist die Ätzrate der Opferschicht zumindest doppelt so groß oder 100- mal so groß wie die Ätzrate der übrigen
Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist die Opferschicht aus demselben Verbindungshalbleitermaterial wie die restliche Halbleiterschichtenfolge gebildet, unterscheidet sich jedoch von ihr in ihrer genauen Materialzusammensetzung.
Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge im
Wesentlichen auf AlGaAs, wobei die Opferschicht einen höheren Aluminiumanteil aufweist als der Rest der
Halbleiterschichtenfolge. In diesem Fall kann der
Aluminiumanteil der Opferschicht zum Beispiel zwischen einschließlich 50 % und 90 % betragen. Beispielsweise weist eine Halbleiterlaserdiode mit einer Opferschicht eine
Verringerung in der Dicke der aktiven Schicht im Randbereich mit einem besonders geringen und/oder vorgebbaren Gradienten auf. Vorteilhafterweise lässt sich damit der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge im Randbereich in Richtung zu den Facetten gezielt variieren, was die Lichtausbreitung innerhalb der Halbleiterschichtenfolge begünstigen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge eine Ätzstoppschicht. Die Ätzstoppschicht ist zwischen dem Aufwachssubstrat und der aktiven Schicht angeordnet. Beispielsweise weist die
Ätzstoppschicht eine Dicke, gemessen senkrecht zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge, zwischen einschließlich 5 nm und 15 nm, bevorzugt 10 nm, auf.
Das Materialsystem der Halbleiterschichtenfolge kann die Komponenten In, Ga, Al, P und As aufweisen. Insbesondere unterscheidet sich die Ätzstoppschicht von der übrigen
Halbleiterschichtenfolge in ihrer Materialzusammensetzung.
Zum Beispiel unterscheidet sich die Ätzstoppschicht in der Konzentration von mindestens einer dieser Komponente um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 30 %, weiter bevorzugt um mindestens 50 % gegenüber der übrigen
Halbleiterschichtenfolge. Die Ätzstoppschicht umfasst zum Beispiel 10 % oder 30 % oder 50 % mehr Phosphor als die übrige Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere umfasst die Ätzstoppschicht Phosphor, während die übrige
Halbleiterschichtenfolge frei von Phosphor ist.
Beispielsweise sind die Ätzstoppschicht mit GaP oder InGaAlP und die übrige Halbleiterschichtenfolge mit GaAs oder AlGaAs gebildet. Bevorzugt ändert sich die Materialzusammensetzung der Halbleiterschichtenfolge an Grenzflächen zwischen der Ätzstoppschicht und der übrigen Halbleiterschichtenfolge stufenartig abrupt.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode angegeben. Die hier beschriebene kantenemittierende Halbleiterlaserdiode kann insbesondere durch ein solches Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für die kantenemittierende
Halbleiterlaserdiode offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A) , in dem auf einem Aufwachssubstrat ein erster Abschnitt einer Halbleiterschichtenfolge gewachsen wird, wobei der erste Abschnitt eine aktive Schicht umfasst. Insbesondere wird der erste Abschnitt der
Halbleiterschichtenfolge epitaktisch abgeschieden,
beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie, kurz MOVPE, oder metallorganischer chemischer
Gasphasenabscheidung, kurz MOCVD, oder mittels
Molekularstrahlepitaxie, kurz MBE . Der erste Abschnitt wird zum Beispiel mit einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge gemessenen Dicke von mindestens 1000 nm aufgewachsen, wobei die aktive Schicht eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und 100 nm aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren in einem Verfahrensschritt B) das Aufbringen einer
Maskenschicht auf eine von dem Aufwachssubstrat abgewandte Deckfläche des ersten Abschnitts der
Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere bildet die Deckfläche eine Oberfläche des ersten Abschnitts der
Halbleiterschichtenfolge, die dem Aufwachssubstrat
gegenüberliegt. Beispielsweise ist die Maskenschicht eine Fotolackschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Schritt C) die Maskenschicht mit Gräben strukturiert. Dabei wird der erste Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge innerhalb der Gräben freigelegt. Beispielsweise durchbrechen die Gräben die Maskenschicht in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht vollständig.
Insbesondere erfolgt die Strukturierung der Maskenschicht mittels eines Lithografieprozesses. Die Gräben weisen
Haupterstreckungsrichtungen auf, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Ausdehnung der Gräben entlang ihrer Haupterstreckungsrichtungen ist zum Beispiel bis auf 5 % identisch zu der Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge in dieser Richtung. Insbesondere weisen die Gräben eine Breite von mindestens 20 gm und höchstens 100 gm auf. Mit „Breite" ist dabei eine Ausdehnung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht und senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Gräben gemeint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt D) ein Ätzprozess durchgeführt, wobei ein Ätzmittel in die Gräben eingebracht wird und im Bereich der Gräben die aktive Schicht zumindest teilweise weggeätzt wird. Insbesondere wird im Bereich der Gräben bis durch die aktive Schicht hindurch geätzt. Zum Beispiel wird der erste Abschnitt mittels nasschemischem Ätzen geätzt. Bei dem
Ätzmittel handelt es sich dann beispielsweise um eine Säure, wie H3PO4 oder H2SO4, oder um eine Base wie NH3. Zusätzlich wird dem Ätzmittel beispielsweise ein Oxidationsmittel, zum Beispiel HgOg, hinzugegeben. Alternativ wird der erste
Abschnitt mittels trockenchemischem Ätzen geätzt.
Vorteilhafterweise lässt sich durch die geeignete Wahl des Ätzmittels und/oder dessen Konzentration ein Verhältnis der Ätzrate der aktiven Schicht zur übrigen
Halbleiterschichtenfolge einstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem
Verfahrensschritt E) die Maskenschicht entfernt. Insbesondere wird die gesamte Oberfläche des ersten Abschnitts der
Halbleiterschichtenfolge, die von dem Aufwachssubstrat abgewandt ist, gereinigt. Diese Oberfläche ist dann insbesondere im Wesentlichen frei von Material, welches nicht Teil der Halbleiterschichtenfolge ist. Die Reinigung erfolgt zum Beispiel durch Wasser, Aceton oder Isopropanol. Wird im Verfahrensschritt D) ein Oxidationsmittel wie HgOg verwendet, so wird der erste Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise in einem Wachstumsreaktor geheizt, wodurch das Oxid an der Oberfläche abgetragen wird. In diesem Fall kann die Bereitstellung einer erhöhten Arsenzufuhr die Abtragung des Oxids verbessern. Im Falle von MOVPE-Wachstum kann darüber hinaus die zu reinigende Oberfläche durch
Bereitstellung von CBr4 angeätzt werden, um das Oxid zu entfernen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt F) ein zweiter Abschnitt der
Halbleiterschichtenfolge ganzflächig auf die von dem
Aufwachssubstrat abgewandte Seite des ersten Abschnitts der Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen . Dabei wird die
Halbleiterschichtenfolge fertiggestellt. Beispielsweise wird der zweite Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge mittels der gleichen Prozesse aufgewachsen wie der erste Abschnitt.
Insbesondere basiert das Material des zweiten Abschnitts auf demselben Material wie der erste Abschnitt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden in einem Schritt G) die Halbleiterschichtenfolge und das Aufwachssubstrat im Bereich der im Schritt D) geätzten aktiven Schicht durchtrennt, wobei die Trennflächen Facetten der Halbleiterlaserdiode bilden. Zum Beispiel wird eine
Bruchkante durch ein geeignetes Verfahren vorgegeben, an welcher dann die Halbleiterschichtenfolge und das
Aufwachssubstrat gebrochen werden. Der Vorteil bei dem hier beschriebenen Verfahren besteht unter anderem darin, dass der Wachstumsvorgang der
Halbleiterschichtenfolge nach dem Schritt A) unterbrochen wird. Im Folgenden wird lediglich ein Teil des ersten
Abschnitts der Halbleiterschichtenfolge geätzt. Dabei wird die Diskrepanz der Dicke des ersten Abschnitts in den
Bereichen, in denen geätzt wurde, zu den Bereichen, in denen nicht geätzt wurde, gering gehalten. Durch das Aufwachsen des zweiten Abschnitts der Halbleiterschichtenfolge im Schritt F) lässt sich diese Diskrepanz durch eine geeignete Wahl der Wachstumsparameter ausgleichen. Bei dem Verhältnis der
Elemente der dritten und fünften Hauptgruppe des III-V- Verbindungshalbleitermaterials , die während des Wachstums bereitgestellt werden, handelt es sich zum Beispiel um einen geeigneten Parameter. Es handelt sich somit um ein
sogenanntes Zwei-Stufen-Epitaxie-Verfahren . Somit lassen sich vorteilhafterweise Dickenunterschiede, die die
Wellenausbreitung der elektromagnetischen Strahlung innerhalb der Halbleiterschichtenfolge negativ beeinflussen,
verringern. Gleichzeitig kann die aktive Schicht im Bereich der Facetten zumindest teilweise entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist nach dem Schritt A) die aktive Schicht von der Deckfläche
höchstens 100 nm oder höchstens 75 nm oder höchstens 50 nm beabstandet. Bevorzugt beträgt der Abstand der aktiven
Schicht zur Deckfläche zwischen einschließlich 5 nm und 20 nm. Beispielsweise ist die Deckfläche Teil der aktiven
Schicht. Vorteilhafterweise wird dann im Verfahrensschritt D) nur eine geringe Ätztiefe benötigt, um die aktive Schicht zu entfernen. Dadurch lässt sich ein besonders geringer
Unterschied der Dicke des ersten Abschnitts zwischen geätzten und ungeätzten Bereichen erzielen. Ein geringer Unterschied lässt sich vorteilhafterweise im Verfahrensschritt F) besonders gut kompensieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt an den Facetten jeweils ein Spiegel angeordnet. Insbesondere werden die Spiegel
unmittelbar an den Facetten angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden in einem weiteren Verfahrensschritt auf die Facetten jeweils eine Passivierungsschicht aufgewachsen . Beispielsweise wird die Passivierungsschicht epitaktisch gewachsen. Insbesondere befindet sich nach diesem Verfahrensschritt die
Halbleiterschichtenfolge in direktem Kontakt mit der
Passivierungsschicht. Das Aufwachsen der Passivierungsschicht findet beispielsweise um einen Winkel zwischen einschließlich 85° und 95°, bevorzugt 90°, verkippt zu dem Aufwachsen des ersten und zweiten Abschnitts der Halbleiterschichtenfolge statt. Das Aufwachsen der Passivierungsschicht kann mit denselben Epitaxiemethoden wie das Aufwachsen der
Halbleiterschichtenfolge, bevorzugt mittels MBE, erfolgen.
Bei einem Verfahren, welches das Aufwachsen einer
Passivierungsschicht beinhaltet, handelt es sich um ein sogenanntes Drei-Stufen-Epitaxie-Verfahren .
Vorteilhafterweise kann durch das Aufwachsen einer
Passivierungsschicht an einer Facette die besagte Facette besonders gut gegen Umwelteinflüsse geschützt werden, wodurch Grenzflächeneffekte verringert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
entstehen im Schritt D) Ätzkanten in dem ersten Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge, wobei die Ätzkanten mit der
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht jeweils einen Winkel kleiner 90°, beispielsweise höchstens 45° oder
höchstens 30° oder höchstens 2°, einschließen. Insbesondere grenzt die aktive Schicht an die Ätzkanten. Beispielsweise wird der erste Abschnitt nicht nur im Bereich der Gräben der Maskenschicht abgetragen, sondern das Ätzmittel breitet sich auch lateral, also parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht aus. Insbesondere kann über die Wahl der Art und Zusammensetzung des Ätzmittels die Ätzkante gezielt beeinflusst werden. Vorteilhafterweise lässt sich durch eine geeignete Wahl der Ätzkante die Ausbreitung der
elektromagnetischen Strahlung innerhalb der
Halbleiterschichtenfolge gezielt beeinflussen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der erste Abschnitt eine Opferschicht auf einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Seite der aktiven Schicht, wobei die Opferschicht mit einer Materialzusammensetzung gebildet ist, welche für das im Schritt D) verwendete Ätzmittel eine höhere Ätzrate, insbesondere in lateraler Richtung, aufweist als die der aktiven Schicht. Die Opferschicht wird zum
Beispiel während des Schritts A) mit einer Dicke zwischen einschließlich 20 nm und 100 nm aufgewachsen . Beispielsweise ist die Ätzrate der Opferschicht, insbesondere lateral, zumindest 1,5-mal oder zumindest 2-mal oder zumindest 100-mal so groß wie die Ätzrate der aktiven Schicht. Durch die höhere Ätzrate der Opferschicht wird im Verfahrensschritt D) die Opferschicht schneller abgetragen als die aktive Schicht. Somit lässt sich beispielsweise eine besonders flache
Ätzkante, von zum Beispiel höchstens 45° oder höchstens 15° oder höchstens 2°, erzielen. Bevorzugt lässt sich durch die Wahl eines geeigneten Ätzmittels in Kombination mit einer geeigneten Opferschicht die Ätzkante besonders genau
definieren . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maskenschicht im Verfahrensschritt C) mit Gräben von jeweils variierender Breite entlang einer jeweiligen
Haupterstreckungsrichtung der Gräben strukturiert. Die Breite des Grabens ist im vorliegenden Zusammenhang eine Ausdehnung des Grabens senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung.
Beispielsweise variiert die Breite in einem Bereich zwischen einschließlich 20 gm und 100 gm. Zum Beispiel variiert die Breite periodisch entlang der Haupterstreckungsrichtung, beispielsweise um zumindest 30 % oder zumindest 50 % um eine mittlere Breite des Grabens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der erste Abschnitt der Halbleiterschichtenfolge eine
Ätzstoppschicht, wobei im Schritt D) bis zur Ätzstoppschicht aber nicht durch die Ätzstoppschicht hindurch geätzt wird. Beispielsweise ist die Ätzstoppschicht aus einem Material gebildet, welches, anders als das Material der übrigen
Halbleiterschichtenfolge, nicht durch das im Schritt D) verwendete Ätzmittel angegriffen wird. Somit gibt die
Ätzstoppschicht eine Grenze vor, bis zu welcher der erste Abschnitt geätzt werden kann. Beispielsweise basiert die aktive Schicht auf GaAs und die Ätzstoppschicht auf GaP.
Vorteilhafterweise lässt sich mittels einer Ätzstoppschicht eine besonders homogene Abtragung der aktiven Schicht im Schritt D) erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Verfahrensschritte A) bis G) in der angegebenen
Reihenfolge durchgeführt. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ergeben sich aus den folgenden im Zusammenhang mit
schematischen Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die
Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten.
Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren
Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 Schnittansichten verschiedener
Ausführungsbeispiele der kantenemittierenden
Halbleiterlaserdiode,
Figuren 3 bis 13 verschiedene Positionen in
Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode .
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer kantenemittierenden
Halbleiterlaserdiode 100. Die Halbleiterlaserdiode 100 umfasst ein Aufwachssubstrat 2, worauf eine
Halbleiterschichtenfolge 1 gewachsen ist. Auf der dem
Aufwachssubstrat 2 gegenüberliegenden Seite der
Halbleiterschichtenfolge 1 ist eine metallische Kontaktfläche 3 angeordnet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb dient die
Kontaktfläche 3 zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge 1 und zur Bestromung selbiger. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine erste Mantelschicht 111, eine erste Wellenleiterschicht 112, eine aktive Schicht 13, eine zweite Wellenleiterschicht 121 sowie eine zweite Mantelschicht 122. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist beispielsweise aus einem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial gebildet, insbesondere aus AlGaAs . Das Aufwachssubstrat 2 ist zum Beispiel aus einem Halbleitermaterial, wie zum Beispiel GaAs, gebildet. Das Aufwachssubstrat 2 sowie die erste Mantelschicht 111, die erste Wellenleiterschicht 112, die zweite Wellenleiterschicht 121 und die zweite Mantelschicht 122 können dotiert sein. Beispielsweise ist das Aufwachssubstrat n-dotiert.
Vorzugsweise sind in diesem Fall die erste Mantelschicht und die erste Wellenleiterschicht ebenfalls n-dotiert. Dann sind die zweite Wellenleiterschicht 121 und die zweite
Mantelschicht 122 p-dotiert. Alternativ kann die Dotierung umgekehrt sein.
Die aktive Schicht 13 umfasst im vorliegenden
Ausführungsbeispiel einen Quantentopf 131 sowie zwei
Nebentöpfe 132. Die Nebentöpfe 132 sind zum Beispiel aus AlGaAs gebildet. Der Quantentopf 131 umfasst insbesondere InGaAs . Insbesondere ist der Quantentopf 131 die einzige Schicht der Halbleiterschichtenfolge 1, welche Indium
enthält .
In einer lateralen Richtung L, welche parallel zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 1
verläuft, ist die Halbleiterschichtenfolge 1 durch zwei gegenüberliegende Facetten 4 begrenzt. Die Facetten 4 bilden somit Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 1. Die Facetten 4 verlaufen insbesondere quer, bevorzugt senkrecht, zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 1.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an den Facetten 4 Spiegel 41 angebracht. Bei den Spiegeln 41 handelt es sich zum Beispiel um dielektrische Spiegel. Der Bereich zwischen den Spiegeln 41 ist ein Laserresonator, wobei die
Halbleiterschichtenfolge 1 als Lasermedium fungiert.
Die in der Figur 1 gezeigte kantenemittierende
Halbleiterlaserdiode 100 umfasst zwei Randbereiche R sowie einen Zentralbereich Z, der zwischen den Randbereichen R angeordnet ist und an diese grenzt. Die Randbereiche R grenzen an die Facetten 4. Innerhalb der Randbereiche R ist der Volumenanteil der aktiven Schicht 13 an der
Halbleiterschichtenfolge 1 jeweils geringer als im
Zentralbereich Z. Insbesondere ist die aktive Schicht 13 von den Facetten 4 jeweils zurückgezogen und ist beabstandet von den Facetten 4. Weiter weisen die Randbereiche R und der Zentralbereich Z in allen Richtungen bis auf die laterale Richtung L dieselbe Ausdehnung auf. Virtuelle Trennlinien (angedeutet als gestrichelte Linien) zwischen den
Randbereichen R und dem Zentralbereich Z stehen senkrecht auf der lateralen Richtung L. Im vorliegenden Fall ergibt sich der geringere Volumenanteil, unter anderem, durch eine geringere Dicke der aktiven Schicht 13 innerhalb der
Randbereiche R, verglichen mit der mittleren Dicke der aktiven Schicht 13 im Zentralbereich. Außerdem verjüngt sich die aktive Schicht 13 innerhalb der Randbereiche R in
Richtung hin zu den Facetten 4.
In der Figur 2 ist ein Ausschnitt eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt. Der Ausschnitt zeigt die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode 100 im Bereich einer Facette 4 und zeigt sonst im Wesentlichen die gleichen
Merkmale wie die Halbleiterlaserdiode 100 der Figur 1. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist zwischen der Facette 4 und dem Spiegel 41 aber noch eine
Passivierungsschicht 42 angeordnet. Die Passivierungsschicht 42 ist zum Beispiel aus ZnSe gebildet.
Die Figur 3 zeigt eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Verfahrens in schematischer Schnittansicht. In einem Verfahrensschritt A) wurde ein erster Abschnitt 11 einer Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem Aufwachssubstrat 2 aufgewachsen . Der erste
Abschnitt 11 umfasst eine erste Mantelschicht 111, eine erste Wellenleiterschicht 112 und eine aktive Schicht 13 mit einer QuantentopfStruktur 131 und NebentopfStrukturen 132. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Seite der aktiven Schicht 13, die dem Aufwachssubstrat 2 gegenüberliegt, eine Deckfläche 11a. Bei dem Aufwachssubstrat 2 handelt es sich zum Beispiel um einen Wafer, welcher ein Halbleitermaterial, wie etwa GaAs, umfasst. Der erste Abschnitt 11 der
Halbleiterschichtenfolge 1 basiert insbesondere auf einem Halbleiterverbindungsmaterial, wie AlGaAs . Das
Aufwachssubstrat 2, die erste Mantelschicht 111 und die erste Wellenleiterschicht 112 sind vorliegend n-dotiert.
Die Figur 4A zeigt eine zweite Position in dem Verfahren. Zunächst wurde in einem Verfahrensschritt B) eine
Maskenschicht 5 auf eine von dem Aufwachssubstrat 2
abgewandte Deckfläche 11a des ersten Abschnitts 11
aufgebracht. Insbesondere handelt es sich bei der
Maskenschicht 5 um eine Fotolackschicht. Anschließend wurde in einem Verfahrensschritt C) die Maskenschicht 5 strukturiert. Durch die Strukturierung weist die
Maskenschicht 5 einen Graben 51 auf. Im Bereich des Grabens 51 ist der erste Abschnitt 11 freigelegt.
Figur 4B zeigt eine Draufsicht auf die Maskenschicht 5 des Erzeugnisses aus Figur 4A. Die Gräben 51 weisen jeweils eine Breite senkrecht zu ihrer jeweiligen
Haupterstreckungsrichtung von beispielsweise zwischen einschließlich 5 gm und 100 gm auf.
Die Figur 5A zeigt eine dritte Position in dem Verfahren wieder als Schnittdarstellung des ersten Abschnitts 11. In einem Verfahrensschritt D) wurde der erste Abschnitt 11 geätzt. Durch den Graben 51 wurde ein Ätzmittel auf die Deckfläche 11a des ersten Abschnitts 11 aufgebracht.
Anschließend wurde der erste Abschnitt 11 bis durch die aktive Schicht 13 geätzt. Der Bereich, in dem die aktive Schicht 13 entfernt wurde, hat eine größere Breite als der Graben 51. Innerhalb des geätzten Bereichs weist die aktive Schicht 13 Ätzkanten auf, an die die aktive Schicht 13 angrenzt und die quer, mit einem Winkel von weniger als 90°, zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 13 verlaufen.
Die Figur 5B zeigt eine zu der Figur 5A alternative Position in dem Verfahren. Figur 5B zeigt im Wesentlichen alle
Merkmale der Figur 5A mit dem Unterschied, dass die aktive Schicht 13 eine Vielzahl von QuantentopfStrukturen 131 aufweist. Die aktive Schicht 13 umfasst außerdem eine
Vielzahl von NebentopfStrukturen 132. Die
QuantentopfStrukturen 131 und die NebentopfStrukturen 132 sind alternierend angeordnet. Die Figur 6 zeigt eine weitere Position in dem Verfahren gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere wurde das Verfahren anschließend an die Position der Figur 5A fortgeführt. Dabei wurde in einem Schritt E) die
Maskenschicht 5 von der Deckfläche 11a des ersten Abschnitts
11 entfernt.
Die Figur 7 zeigt eine Position in dem Verfahren nach der Durchführung eines Verfahrensschritts F) . In diesem
Verfahrensschritt wurde ganzflächig auf die von dem
Aufwachssubstrat 2 abgewandte Seite des ersten Abschnitts 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 ein zweiter Abschnitt 12 gewachsen. Dadurch wurde die Halbleiterschichtenfolge 1 fertiggestellt. Der zweite Abschnitt 12 umfasst eine zweite Wellenleiterschicht 121 und eine zweite Mantelschicht 122, wobei die zweite Wellenleiterschicht 121 zwischen der aktiven Schicht 13 und der zweiten Mantelschicht 122 angeordnet ist. Die zweite Wellenleiterschicht 121 basiert zum Beispiel auf dem gleichen Material wie die erste Wellenleiterschicht 112, weist aber eine andere Dotierung auf. Im vorliegenden Fall ist die zweite Wellenleiterschicht 121 p-dotiert. In selbiger Beziehung stehen die zweite Mantelschicht 122 und die erste Mantelschicht 111 zueinander. Vorliegend wurde des Weiteren eine metallische Kontaktschicht 3 an der von dem
Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite des zweiten Abschnitts
12 angebracht.
In der Figur 8A ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt. In einem Verfahrensschritt G) wird die
Halbleiterschichtenfolge 1 sowie das Aufwachssubstrat 2 und die Kontaktschicht 3 entlang einer Trennlinie T durchtrennt. Die Trennlinie T verläuft senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 1 im Bereich, in welchem der erste Abschnitt 11 während des
Verfahrensschritts D) geätzt wurde.
In der Figur 8B ist das Erzeugnis der Figur 8A nach der
Durchführung des Verfahrensschritts G) gezeigt. Nach der Durchtrennung der Halbleiterschichtenfolge 1, des
Aufwachssubstrats 2 und der Kontaktschicht 3 bildet die entstandene Trennfläche eine Facette 4 einer
Halbleiterlaserdiode 100. Somit entspricht die Figur 8B einem Ausschnitt einer fertigen Halbleiterlaserdiode 100.
In der Figur 9 ist die kantenemittierende
Halbleiterlaserdiode 100 der Figur 8 nach der Durchführung eines weiteren, optionalen Verfahrensschritts gezeigt. In diesem Verfahrensschritt wurde an der Facette 4 eine
Passivierungsschicht 42 epitaktisch gewachsen. Beispielsweise umfasst die Passivierungsschicht 42 ZnSe.
In der Figur 10 ist eine Position in dem Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. In der Figur 10 sind im Wesentlichen dieselben Merkmale wie in der Figur 5A dargestellt, mit dem Unterschied, dass der erste Abschnitt 11 eine Ätzstoppschicht 7 umfasst. Die Ätzstoppschicht 7 basiert beispielsweise auf GaP oder InGaP. Insbesondere lässt sich die Ätzstoppschicht 7 mittels des im Verfahrensschritt D) verwendeten Ätzmittels im Wesentlichen nicht abtragen.
Die Figur 11A zeigt ein Erzeugnis nach der Durchführung eines Verfahrensschritts C) gemäß eines weiteren
Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Im Unterschied zu dem Erzeugnis der Figur 4A wurde innerhalb des Verfahrensschritts A) auf der von dem Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite der aktiven Schicht 13, eine Opferschicht 6 gewachsen. Die Opferschicht 6 weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 20 nm bis 100 nm auf. Bevorzugt ist die
Opferschicht aus demselben Material wie die erste
Mantelschicht 111 und die erste Wellenleiterschicht 112 gebildet, vorliegend aus AlGaAs . Insbesondere weist die
Opferschicht jedoch einen höheren Aluminiumgehalt auf als der übrige erste Abschnitt 11. Insbesondere weist die
Opferschicht 6 eine höhere Ätzrate auf als die aktive Schicht 13.
In der Figur 11B ist das Erzeugnis der Figur 11A bei der Durchführung eines Verfahrensschritts D) gezeigt. Dabei wird ein Ätzmittel in den Graben 51 der Maskenschicht 5
eingefüllt. Das Ätzmittel hat bereits einen Teil der
Opferschicht 6 weggeätzt, ist aber noch nicht zur aktiven Schicht 13 vorgedrungen.
In der Figur 11C ist das Erzeugnis der Figur 11B dargestellt, nachdem der Verfahrensschritt D) abgeschlossen wurde. In dem gezeigten Bildausschnitt wurde ein Großteil der Opferschicht 6 entfernt. Im Vergleich mit der Figur 5A zeigt sich, dass durch die Opferschicht die Ätzkante der aktiven Schicht deutlich flacher ausgeprägt ist. Dies ist insbesondere eine Folge der lateralen Aufweitung des Ätzbereichs wie er in Figur 11B dargestellt ist.
Figur 12A zeigt ein Erzeugnis nach der Durchführung eines Verfahrensschritts D) gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Wesentlichen sind in der Figur 12A die gleichen Merkmale dargestellt wie in der Figur 5A mit dem Unterschied, dass die Ätzkante einen Winkel gegenüber der Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 13 aufweist, welcher im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit 90° beträgt. Beispielsweise wurde dazu im Schritt D) ein
geeignetes Ätzmittel gewählt, welches eine vernachlässigbare laterale Ätzrate aufweist.
In der Figur 12B ist ein Erzeugnis nach der Durchführung eines Verfahrensschritts D) gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Im Unterschied zu dem Erzeugnis der Figur 11C weist die Ätzkante einen Winkel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 13 zwischen einschließlich 40° und 50° auf. Beispielsweise wurde ein anderes Ätzmittel für das Erzeugnis der Figur 12B gewählt als für das Erzeugnis der Figur 11C. Alternativ oder zusätzlich wurde die Materialzusammensetzung der Opferschicht 6 derart gewählt, dass ein vorgegebenes Verhältnis der Ätzraten der Opferschicht 6 und der aktiven Schicht 13 erreicht wird.
Durch die gezielte Wahl des Verhältnisses der Ätzraten und/oder des Ätzmittels lässt sich der Winkel der Ätzkante vorgeben .
In der Figur 12C ist ein Erzeugnis nach der Durchführung eines Verfahrensschritts D) des Verfahrens gezeigt. Im
Wesentlichen sind in der Figur 12C dieselben Merkmale gezeigt wie in der Figur 12B mit dem Unterschied, dass die Ätzkante einen Winkel aufweist, der flacher ist als der Winkel der Figur 12B. Der Winkel beträgt zum Beispiel zwischen
einschließlich 15° und 30°. Beispielsweise wurde im
Verfahrensschritt D) des Verfahrens ein anderes Ätzmittel gewählt. Alternativ wurde die Materialzusammensetzung der Opferschicht 6 angepasst.
In der Figur 13A ist ein Erzeugnis nach der Durchführung eines Verfahrensschritts C) gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel des Verfahrens in Draufsicht gezeigt. Zu erkennen ist ein Graben 51 der Maskenschicht 5, nachdem die Maskenschicht 5 strukturiert wurde. Der erste Abschnitt 11 wurde im Bereich des Grabens 51 freigelegt. Der Graben weist eine Haupterstreckungsrichtung auf, durch welche in einem späteren Verfahrensschritt die Trennlinie T verläuft. Des Weiteren weist der Graben eine Breite senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung auf. Die Breite ist in der Figur 13A entlang der Haupterstreckungsrichtung konstant.
In der Figur 13B ist ein Erzeugnis im selben Stadium des Verfahrens wie in der Figur 13A gezeigt. Beide Erzeugnisse weisen im Wesentlichen dieselben Merkmale auf mit dem
Unterschied, dass die Breite des Grabens 51 in der Figur 13B entlang der Haupterstreckungsrichtung des Grabens 51 variiert. Die Breite variiert dabei periodisch und mit
Variationen in der Breite von zumindest 30 % der mittleren Breite .
Das Erzeugnis der Figur 13C weist im Wesentlichen dieselben Merkmale auf wie das Erzeugnis der Figur 13B mit dem
Unterschied, dass die Breite des Grabens 51 zickzackförmig variiert .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere die 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 102019118993.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Aufwachssubstrat
3 Kontaktschicht
4 Facetten
5 Maskenschicht
6 Opferschicht
7 Ätzstoppschicht
11 erster Abschnitt
11a Deckfläche
12 zweiter Abschnitt
13 aktive Schicht
41 Spiegel
42 Passivierungsschicht
51 Graben
100 kantenemittierende Halbleiterlaserdiode
111 erste Mantelschicht
112 erster Wellenleiter
121 zweiter Wellenleiter
122 zweite Mantelschicht
131 QuantentopfStruktur
132 NebentopfStruktur
L laterale Richtung
R Randbereich
T Trennlinie
Z Zentralbereich
Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) umfassend:
- ein Aufwachssubstrat (2),
- auf dem Aufwachssubstrat (2) eine
Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht ( 13 ) , und
- zwei einander gegenüberliegende Facetten, wobei
- die Facetten die Halbleiterschichtenfolge (1) in einer lateralen Richtung (L) begrenzen,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) zwei an die Facetten (4) grenzende Randbereiche (R) und einen direkt an beide Randbereiche (R) grenzenden Zentralbereich (Z) umfasst,
- innerhalb der Randbereiche (R) ein Volumenanteil der aktiven Schicht (13) an der Halbleiterschichtenfolge (1) jeweils geringer ist als im Zentralbereich (Z)
- die aktive Schicht (13) von einer Facette (4)
beabstandet ist, und
- ein Abstand der aktiven Schicht (13) zu der Facette (4) entlang einer Richtung parallel zu dieser Facette (4) variiert .
2. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) nach
Anspruch 1,
wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) innerhalb der Randbereiche (R) jeweils eine mittlere Dicke aufweist, die sich von der mittleren Dicke im Zentralbereich (Z) um höchstens 50 nm unterscheidet.
3. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) nach
Anspruch 1 oder 2,
wobei die aktive Schicht (13) sich jeweils in Richtung hin zu den Facetten (4) verjüngt.
4. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterlaserdiode (100) zwei Spiegel (41) umfasst, und
- die Spiegel (41) an den Facetten (4) angeordnet sind.
5. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) nach
Anspruch 4, wobei
- die Halbleiterlaserdiode (100) Passivierungsschichten (42) umfasst, und
- die Passivierungsschichten (42) zwischen den Spiegeln (41) und der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet sind .
6. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterlaserdiode (100) eine metallische
Kontaktschicht (3) zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge (1) umfasst,
- die Kontaktschicht (3) auf einer von dem
Aufwachssubstrat (2) abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist,
- die Kontaktschicht (3) von den beiden Facetten (4) beabstandet ist.
7. Halbleiterlaseriode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) eine Opferschicht (6) umfasst,
- die Opferschicht (6) auf einer von dem Aufwachssubstrat (2) abgewandten Seite der aktiven Schicht (13) angeordnet ist, - die Opferschicht (6) im Zentralbereich (Z) der
Halbleiterschichtenfolge (1) aber nicht in den
Randbereichen (R) vorhanden ist.
8. Kantenemittierender Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) eine Ätzstoppschicht (7) umfasst,
- die Ätzstoppschicht (7) zwischen dem Aufwachssubstrat (2) und der aktiven Schicht (13) angeordnet ist,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem AlnIn]__n_ mGamAsP Materialsystem basiert, wobei 0 < n < 1, 0 < m <
1 und m + n < 1 ist,
- Materialzusammensetzungen der Ätzstoppschicht (7) und der übrigen Halbleiterschichtenfolge (1) sich in der Konzentration von mindestens einer der Komponenten aus In, Ga, Al, P, As um mindestens 10 % unterscheiden.
9. Verfahren zur Herstellung einer kantenemittierenden
Halbleiterlaserdiode (100), umfassend die Schritte:
A) Aufwachsen eines ersten Abschnitts (11) einer
Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Aufwachssubstrat (2), wobei der erste Abschnitt (11) eine aktive Schicht (13) umfasst;
B) Aufbringen einer Maskenschicht (5) auf eine von dem Aufwachssubstrat (2) abgewandte Deckfläche (11a) des ersten Abschnitts (11) der Halbleiterschichtenfolge (1);
C) Strukturieren der Maskenschicht (5) mit Gräben (51), wobei der erste Abschnitt (11) der
Halbleiterschichtenfolge (1) innerhalb der Gräben (51) freigelegt wird;
D) Durchführen eines Ätzprozesses, wobei ein Ätzmittel in die Gräben (51) eingebracht wird und im Bereich der Gräben (51) die aktive Schicht (13) zumindest teilweise weggeätzt wird;
E) Entfernen der Maskenschicht (5);
F) Aufwachsen eines zweiten Abschnitts (12) der
Halbleiterschichtenfolge (1) ganzflächig auf die von dem Aufwachssubstrat (2) abgewandte Seite des ersten
Abschnitts (11) der Halbleiterschichtenfolge (1), wodurch die Halbleiterschichtenfolge (1) fertiggestellt wird;
G) Durchtrennen der Halbleiterschichtenfolge (1) und des Aufwachssubstrats (2) im Bereich der im Schritt D) weggeätzten aktiven Schicht (13), wobei die Trennflächen Facetten der Halbleiterlaserdiode (100) bilden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem nach dem Schritt A) die aktive Schicht (13) von der Deckfläche (11a) höchstens 100 nm beabstandet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
bei dem in einem weiteren Verfahrensschritt an den
Facetten (4) jeweils ein Spiegel (41) angeordnet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
bei dem in einem weiteren Verfahrensschritt auf die Facetten (4) jeweils eine Passivierungsschicht (42) aufgewachsen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
bei dem im Schritt D) Ätzkanten in dem ersten Abschnitt (11) der Halbleiterschichtenfolge (1) entstehen, wobei die Ätzkanten mit der Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht (13) jeweils einen Winkel ( ) kleiner 90° einschließen .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem der erste Abschnitt (11) eine Opferschicht (6) auf einer dem Aufwachssubstrat (2) abgewandten Seite der aktiven Schicht (13) umfasst, wobei die Opferschicht (6) mit einer Materialzusammensetzung gebildet ist, welche für das im Schritt D) verwendete Ätzmittel eine höhere Ätzrate aufweist als die der aktiven Schicht (13) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
bei dem im Verfahrensschritt C) die Maskenschicht (5) mit
Gräben (51) von jeweils variierender Breite entlang einer jeweiligen Haupterstreckungsrichtung der Gräben (51) strukturiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem
- der erste Abschnitt (11) der Halbleiterschichtenfolge (1) eine Ätzstoppschicht (7) umfasst, wobei
- im Schritt D) bis zur Ätzstoppschicht aber nicht durch die Ätzstoppschicht hindurch geätzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
bei dem die Verfahrensschritte A) bis G) in der
angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
PCT/EP2020/069411 2019-07-12 2020-07-09 Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen WO2021009006A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/596,642 US20220102941A1 (en) 2019-07-12 2020-07-09 Edge-Emitting Semiconductor Laser Diode and Method of Manufacturing the Same
DE112020003346.5T DE112020003346A5 (de) 2019-07-12 2020-07-09 Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019118993.4 2019-07-12
DE102019118993.4A DE102019118993A1 (de) 2019-07-12 2019-07-12 Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021009006A1 true WO2021009006A1 (de) 2021-01-21

Family

ID=71607963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/069411 WO2021009006A1 (de) 2019-07-12 2020-07-09 Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220102941A1 (de)
DE (2) DE102019118993A1 (de)
WO (1) WO2021009006A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0875968A2 (de) * 1997-05-02 1998-11-04 Nec Corporation Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
JP2001024281A (ja) * 1999-07-13 2001-01-26 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体発光装置
JP2003017809A (ja) * 2001-07-02 2003-01-17 Anritsu Corp 半導体発光素子及びその製造方法
US20150349496A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546480A (en) * 1983-08-19 1985-10-08 Xerox Corporation Injection lasers with quantum size effect transparent waveguiding
JP3254812B2 (ja) * 1993-05-31 2002-02-12 日本電信電話株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JPH10223992A (ja) * 1997-01-31 1998-08-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体素子製造方法
DE102008025922B4 (de) * 2008-05-30 2020-02-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kantenemittierender Halbleiterlaser mit Phasenstruktur
US8737445B2 (en) * 2012-04-04 2014-05-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laser diode assembly
DE102013211851B4 (de) * 2013-06-21 2018-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kantenemittierender Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0875968A2 (de) * 1997-05-02 1998-11-04 Nec Corporation Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
JP2001024281A (ja) * 1999-07-13 2001-01-26 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体発光装置
JP2003017809A (ja) * 2001-07-02 2003-01-17 Anritsu Corp 半導体発光素子及びその製造方法
US20150349496A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020003346A5 (de) 2022-04-14
US20220102941A1 (en) 2022-03-31
DE102019118993A1 (de) 2021-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3779775T2 (de) Halbleiterlaser mit streifenfoermiger mesa-wellenleiterstruktur und dessen herstellungsverfahren.
EP0903792B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiterlasern
DE60311678T2 (de) Verfahren zur herstellung von halbleitervorrichtungen mit mesastrukturen und vielfachen passivierungsschichten und verwandte vorrichtungen
EP2190082B1 (de) Oberflächenemittierende Halbleiterlaserdiode und Verfahren zur Herstellung derselben
EP1920508B1 (de) Verfahren zum lateralen zertrennen eines halbleiterstapelwafers
DE69824162T2 (de) Verbindungshalbleiterlaser
DE3689067T2 (de) Verfahren zur herstellung von optischen halbleiterstrukturen.
DE102018111319A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102008025922B4 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaser mit Phasenstruktur
DE10000088A1 (de) Mittels Substratentfernung hergestellte optische In¶x¶Al¶y¶Ga¶z¶N-Emitter
DE60014097T2 (de) Nitrid-halbleiterschichtenstruktur und deren anwendung in halbleiterlasern
DE69031415T2 (de) Halbleiterlaser-Elemente und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60026991T2 (de) Halbleiterlaser mit vergrabener Streifenstruktur und aluminiumfreier Begrenzungsschicht
EP2494665B1 (de) Kantenemittierender halbleiterlaser
EP2218153B1 (de) Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements und strahlungsemittierendes bauelement
EP2191548B1 (de) Strahlungsemittierendes bauelement
EP3304662B1 (de) Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode
WO2021063819A1 (de) Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip
DE69026183T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit Spiegelfensterstruktur
WO2021009006A1 (de) Kantenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer solchen
DE69306709T2 (de) Halbleiterlaser und sein Herstellungsverfahren
EP1430519A2 (de) Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements auf der basis eines nitrid-verbindungshalbleiters
WO2020058082A1 (de) Gewinngeführter halbleiterlaser und herstellungsverfahren hierfür
WO2009121315A2 (de) Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE3877750T2 (de) Verfahren fuer das selektive aufwachsen von gaas.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20739940

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112020003346

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20739940

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1