WO2022012988A1 - Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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radiation
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layer
semiconductor chip
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Harald KÖNIG
Peter Fuchs
Lars Nähle
Christoph Eichler
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers

Definitions

  • a radiation-emitting semiconductor chip and a method for its production are specified.
  • An improved radiation-emitting semiconductor chip is to be specified.
  • an improved radiation-emitting semiconductor chip with different segments is to be specified.
  • a simplified method for producing such a radiation-emitting semiconductor chip is to be specified.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a semiconductor body with an active region which generates electromagnetic radiation during operation. Furthermore, the semiconductor body is arranged in a resonator. The resonator is designed in particular to amplify the electromagnetic radiation that is generated in the active region. In accordance with one embodiment of the radiation-emitting semiconductor chip, the resonator is set up to amplify the electromagnetic radiation of the active region into laser radiation.
  • the active region is in the form of a laser medium in which a population inversion is generated during operation in conjunction with a suitable resonator. Due to the population inversion, the electromagnetic radiation is generated in the active region by stimulated emission, which leads to the formation of electromagnetic laser radiation. Due to the generation of the electromagnetic laser radiation by stimulated emission, the electromagnetic laser radiation, in contrast to electromagnetic radiation that is generated by spontaneous emission, usually has a very long coherence length, a very narrow emission spectrum and/or a high degree of polarization.
  • a length of the resonator is generally designed in such a way that the electromagnetic laser radiation generated in the active region forms a standing wave within the first resonator.
  • the length of the first resonator is usually an integer multiple of half the wavelength of the electromagnetic laser radiation generated in the active region during operation.
  • the semiconductor body comprises at least one recess which completely penetrates the active region.
  • the recess has a first side face and a second side face opposite the first side face.
  • the recess has a rectangular base area.
  • the recess is designed as a gap, for example.
  • the first side surface and the second side surface run parallel to a main direction of extent of the gap.
  • a width of the recess is preferably at most 800 nanometers, at most 15 micrometers, at most 5 micrometers and particularly preferably at most 2 micrometers wide.
  • the recess is particularly preferably provided and set up to insulate different segments of the semiconductor body electrically and/or optically from one another.
  • the segments of the semiconductor body can have the same or different functionalities.
  • the first side face has a first coating, which specifies reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region.
  • the first coating is applied to the first side surface in direct contact.
  • the second side face has a second coating, which specifies reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region.
  • the second Coating applied in direct contact to the second side surface.
  • the first coating and the second coating are formed differently from one another.
  • the first coating and/or the second coating advantageously sets the reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region to a predetermined value.
  • the first coating particularly preferably specifies a different reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region.
  • the first coating is designed to be antireflective for the electromagnetic radiation of the active region, while the second coating is designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation of the active region. It is likewise possible for the first coating to be designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation of the active area, while the second coating is designed to be anti-reflective for the electromagnetic radiation of the active area. Electrical and/or optical insulation of different segments of the semiconductor body from one another can thus be achieved.
  • highly reflective means in the present case in particular that the element designated in this way reflects at least 10%, or at least 20%, or at least 40%, or at least 80% of electromagnetic radiation incident on the active region.
  • anti-reflective means in particular that the element designated in this way reflects at most 10% or at most 5% or at most 1% of electromagnetic radiation incident on the active region.
  • first coating and/or the second coating may have a predetermined reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region.
  • the first coating is embodied as a first layer sequence having a multiplicity of individual layers.
  • the individual layers are formed from two different materials and arranged in an alternating manner. More than two different materials can also be used for the individual layers.
  • the second coating is embodied as a second layer sequence having a multiplicity of individual layers.
  • the first coating and/or the second coating preferably has a dielectric material or is formed from a dielectric material.
  • the individual layers have or are a dielectric material formed from a dielectric material.
  • dielectric materials are compounds from the group of oxides or nitrides or oxynitrides of Al, Ce, Ga, Hf,
  • the first layer sequence and the second layer sequence are formed from individual layers of the same materials and the same sequence, with a thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface and a thickness of the second layer sequence in the region of the second side surface being different from one another.
  • the thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface to a thickness of the second layer sequence in the region of the second side surface has a ratio of between 1:1 and 1:20 inclusive, preferably between 1:1 and 1 inclusive: 10, particularly preferably between 1:1.5 and 1:4.5 inclusive.
  • the ratio of the thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface to a thickness of the second layer sequence in the region of the second side surface is greater than 1:1 and less than or equal to 1:20, preferably greater than 1:1 and less than or equal to 1:10, more preferably greater than 1:1.5 and less than or equal to 1:4.5.
  • the thickness of the second layer sequence is assigned in the region of the second side face a thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface has a ratio of between 1:1 and 1:20 inclusive, preferably between 1:1 and 1:10 inclusive, particularly preferably between 1:1.5 and 1:4.5 inclusive .
  • the ratio of the thickness of the second layer sequence in the region of the second side surface to a thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface is greater than 1:1 and less than or equal to 1:20, preferably greater than 1:1 and less than or equal to 1:10, more preferably greater than 1:1.5 and less than or equal to 1:4.5.
  • the second layer sequence is formed in the same way as the first layer sequence, apart from an additional symmetry breaking layer.
  • the symmetry breaking layer can be an individual layer or a sequence of layers.
  • the first layer sequence it is also possible for the first layer sequence to be formed in the same way as the second layer sequence, apart from an additional layer that breaks symmetry.
  • a different design of the first layer sequence and the second layer sequence for example by including a symmetry breaking layer sequence in one of the two layer sequences, leads to different optical properties of the first coating and the second coating.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a semiconductor body having a first segment and a second segment, the first segment is electrically and/or optically isolated from the second segment by the recess.
  • the first segment and the second segment have different functionalities, for example.
  • a number of segments of the semiconductor body may have the same functionality.
  • the first segment and the second segment are particularly preferably arranged next to one another in the lateral direction along a main direction of extent of the semiconductor body. For example, a first contact point is applied to the first segment and a second contact point to the second segment.
  • the two contact points are set up to electrically contact the two segments independently of one another.
  • the semiconductor body can also comprise more than two segments. For the sake of simplicity, only two segments are discussed in detail below. All embodiments and features that are disclosed in connection with the first and the second segment can also be implemented in further segments.
  • the first segment includes the resonator and the second segment includes a modulation element which is set up to modulate an intensity of the electromagnetic radiation of the active region.
  • electromagnetic radiation is generated in the first segment, preferably electromagnetic laser radiation, which enters the modulation element through the recess.
  • the modulation element can through a variation in the current supply, in particular through an electrical control including reverse voltage and forward current, via the second Contact point can be set to be permeable to absorbing for the electromagnetic radiation of the active area. If the modulation element is designed to absorb the electromagnetic radiation from the resonator, the modulation element is designed as an absorber element.
  • the first segment and the second segment are electrically separated from one another and the second segment comprises an electrical switching element which is set up to switch the radiation-emitting semiconductor chip on and off.
  • the semiconductor body has a segment with one or more of the following elements: photodiode, passive waveguide, active waveguide, beam splitter, beam combiner, lens, wavelength-selective element, phase shifting elements, frequency doubler, taper, amplifier, converter, transistor.
  • the radiation-emitting semiconductor chip emits laser radiation, preferably from a facet arranged on the side.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is in the form of a superluminescence diode, in which the electromagnetic radiation generated in the active region is amplified within a resonator takes place, but full lasing is not achieved.
  • the first coating and the second coating completely fill the recess. Furthermore, it is also possible for a region of the recess to remain free of the first coating and the second coating between the first coating and the second coating.
  • the area of the recess that remains free of the first coating and the second coating can be filled with another material, preferably with a dielectric such as silicon dioxide, titanium dioxide,
  • a refractive index profile along the main extension direction of the semiconductor chip is non-periodic, starting from the first side surface of the recess to the second side surface of the recess.
  • the radiation-emitting semiconductor chip described here is particularly suitable for being comprised by an array. According to one embodiment of the array, it comprises at least two radiation-emitting semiconductor chips as have already been described here. All of the embodiments and features that are described here in connection with the radiation-emitting semiconductor chip can also be embodied in the array and vice versa.
  • the radiation-emitting semiconductor chips of the array are formed integrally with one another. In other words, the radiation-emitting semiconductor chips are not initially produced as separate elements and later combined to form an array, but instead are formed monolithically together with one another.
  • the radiation-emitting semiconductor chip can be produced, for example, using the method described below. All of the features and embodiments that are described here in connection with the radiation-emitting semiconductor chip can also be formed in the method and vice versa.
  • a semiconductor body which includes an active region which generates electromagnetic radiation during operation and is arranged in a resonator.
  • At least one recess is produced in the semiconductor body, which recess completely penetrates the active region.
  • the recess has a first side surface and a second side surface, the first side surface being arranged opposite the second side surface.
  • the recess is produced by etching.
  • a first coating which specifies reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region, is applied to the first side area.
  • a second coating which specifies reflectivity for the electromagnetic radiation of the active region, is applied to the second side areas.
  • the second side face of the recess is provided with a protective layer.
  • the first side face of the recess is provided with the first coating and the protective layer is removed again, so that the semiconductor body is freely accessible in the region of the second side face.
  • a photoresist layer for example, is used as the protective layer.
  • the first coating and/or the second coating can be applied, for example, by vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition (ALD method for short) or chemical vapor deposition (“chemical vapor deposition” for short: CVD method) are deposited.
  • the surface to be coated is provided in a volume. At least one starting material in the gas phase is also provided in the volume. The starting material condenses directly on the surface and thus forms a coating on the surface.
  • the starting material is converted into the gas phase by exposure to temperature, while in sputtering, the starting material is converted into the gas phase by ion bombardment.
  • Evaporation and sputtering are usually directional deposition processes in which more material is deposited along a preferred direction than along the other directions.
  • the surface to be coated is also made available in a volume.
  • At least one starting material is also made available in the volume, from which a solid coating is deposited by a chemical reaction on the surface to be coated.
  • at least one second starting material is located in the volume, with which the first starting material chemically reacts to form the solid coating on the surface.
  • the CVD process is thus characterized by at least one chemical reaction on the surface to be coated to form the CVD layer.
  • More than two starting materials can also be used in chemical vapor deposition.
  • atomic layer deposition refers to a method in which the first gaseous starting material is supplied to the volume in which the surface to be coated is provided, so that the first gaseous starting material is adsorbed on the surface. After the surface has preferably been completely or almost completely covered with the first starting material, that part of the first starting material that is still in gaseous form or not adsorbed on the surface is generally removed from the volume again and the second starting material is added.
  • the second starting material is intended to chemically react with the first starting compound adsorbed on the surface to form a solid coating.
  • the CVD method and the ALD method are generally non-directional or also so-called isotropic Separation processes in which the material is deposited evenly along all directions.
  • the first coating is provided with a further protective layer at least in the area of the first side surface.
  • This step usually takes place after the first coating has been applied to the first side surface.
  • the second side surface particularly preferably remains free of the protective layer.
  • the second side face of the recess is provided with the second coating and the further protective layer is removed again, so that the first coating is freely accessible in the area of the first side face. This preferably takes place after the second coating has been applied.
  • two coatings that are different from one another can advantageously be produced.
  • the first coating and the second coating can be applied to the first side surface and the second side surface of the recess in successive steps.
  • the first coating and the second coating are applied simultaneously to the first side surface and the second side surface.
  • the first coating is preferably formed as the first layer sequence of a multiplicity of individual layers and the second coating as the second layer sequence of a multiplicity of second individual layers.
  • the first layer sequence and the second layer sequence in this embodiment of the method have individual layers of the same materials and the same sequence. Particularly preferably, however, the first layer sequence and the second layer sequence differ in their thicknesses.
  • a thickness of the first layer sequence in the region of the first side surface to a thickness of the second layer sequence in the region of the second side surface preferably has a ratio of between 1:1 and 1:20 inclusive, preferably between 1:1 and 1:10 inclusive, particularly preferably between 1:1.5 inclusive and 1:4.5 inclusive.
  • a deposition method is preferably used in which a preferred direction for applying the first coating and the second coating encloses a predetermined angle with a main extension plane of the semiconductor body.
  • the angle is preferably not equal to 90°.
  • a first coating and a second coating can be achieved, the thicknesses of which differ from one another on the first side surface and on the second side surface, but have the same materials and sequences of individual layers.
  • a directional deposition method such as thermal evaporation or sputtering, is particularly preferably used here.
  • a shading element is applied to a region of a main surface of the semiconductor body which is directly adjacent to the first side surface of the recess, so that the thickness of the first coating in the region of the side surface of the thickness of the second coating in the area of the second side surface is different.
  • a shading element a first coating and a second coating can thus be applied simultaneously to the side surfaces of the recess, which have different thicknesses at least in the region of the first side surface and the second side surface.
  • the first coating is formed as a first layer sequence of a multiplicity of individual layers.
  • the second coating is formed as a second layer sequence of a multiplicity of individual layers.
  • a multiplicity of semiconductor bodies is provided in the wafer assembly. Then separating trenches are arranged between the semiconductor bodies. A separating trench preferably runs in each case between two side surfaces of two directly adjacent semiconductor bodies. A layer sequence comprising a first layer and a second layer is then deposited in the separating trenches and the semiconductor bodies are singulated along the separating trenches in such a way that the first layer is arranged on a side surface of a semiconductor body and the second layer is arranged on a side surface of a directly adjacent semiconductor body.
  • the first layer and the second layer can each consist of an individual layer or comprise a layer sequence with a plurality of individual layers.
  • FIGS. 1 to 4 show schematic sectional illustrations of different stages of a method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor chip according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 6 and 7 each show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength 1 of incident electromagnetic radiation for a coating according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional illustration of a stage of a method according to an embodiment.
  • FIGS. 9 and 10 each show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength 1 of incident electromagnetic radiation for a coating according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 shows a schematic sectional illustration of one stage of a method according to a further exemplary embodiment.
  • FIG. 12 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor chip according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 13 to 16 show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength 1 of incident electromagnetic radiation for a coating according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 17 to 19 show schematic representations of a radiation-emitting semiconductor chip according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 20 to 25 each show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of electromagnetic radiation impinging on the uncoated side surface of a recess.
  • FIGS. 26 to 30 show schematic top views of a radiation-emitting semiconductor chip in accordance with various exemplary embodiments.
  • FIGS. 31 to 34 show schematic plan views of an array according to various exemplary embodiments.
  • FIGS. 35 to 37 show schematic representations of different stages of a method according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 38 and 39 show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength 1 of incident electromagnetic radiation for a coating according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 40 and 41 show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a coating according to an embodiment.
  • FIGS. 42 and 43 show schematic sectional illustrations of a radiation-emitting semiconductor chip in accordance with a further exemplary embodiment.
  • a semiconductor body 1 is provided in a first step (not shown).
  • the semiconductor body 1 has an active region 2 which generates electromagnetic radiation during operation.
  • the semiconductor body 1 is arranged on a substrate 3 .
  • a recess 4 is produced in the semiconductor body 1, which recess completely penetrates the active region 2 (FIG. 1).
  • the recess 4 is produced, for example, by etching.
  • etching stop layers 5 can be arranged in the semiconductor body 1 which stop an etching process of the recess 4 .
  • a depth of the recess 4 can thus be defined.
  • the recess 4 has a first side face 6 and a second side face 7 which is opposite the first side face 6 .
  • a protective layer 8 applied.
  • the protective layer 8 also extends over the region of a main surface 9 of the semiconductor body 1 which is directly adjacent to the second side surface 7 .
  • the protective layer 8 is a photoresist layer, for example.
  • a first coating 10 is deposited ( Figure 2) and the protective layer 8 is removed again, so that the first coating 10 is only on the first side surface 6 of the recess 4, parts of a bottom surface 11 of the recess 4 and on an area the main surface 9 of the semiconductor body 1, which is directly adjacent to the recess 4, is applied ( Figure 3).
  • the first coating 6 is formed from a multiplicity of individual layers 12 which have two different materials and are arranged alternately. More than two different materials can also be used for the individual layers.
  • the first coating 10 is designed to be antireflective for the electromagnetic radiation that is generated in the active area 2 .
  • a further protective layer 8 (not shown) is applied to the first coating 6 and a second coating 13 is deposited.
  • the second protective layer 8 is then removed again so that the second coating is only on the second side surface 7 of the recess 4, parts of the bottom surface 11 of the recess 4 and in the region of the main surface 9 of the semiconductor body 1, which is directly adjacent to the second side surface 7 13 is applied ( Figure 4).
  • the second coating 13 is highly reflective for the electromagnetic Radiation formed, which is generated in the active region 2.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 5 has a semiconductor body 1 which is arranged on a substrate 3 .
  • a recess 4 is arranged in the semiconductor body 1 and has a first side face 6 and a second side face 7 opposite the first side face 6 .
  • a first coating 10 is applied to the first side surface 6 , which also extends partially over a bottom surface 11 of the recess 4 and over a main surface 9 adjoining the first side surface 6 .
  • a second coating 13 is arranged on a second side surface 7 of the recess 4 and also extends over parts of the bottom surface 11 of the recess 4 and the main surface 9 of the semiconductor body 1 adjoining the second side surface 7 .
  • the area 14 of the recess 4 that remains free of the first coating 6 and the second coating 7 is completely filled with a dielectric 15 in the present case.
  • FIG. 6 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13 each with a large number of individual layers 12 whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 1.
  • the first coating 10 and the second coating (13) are applied independently of one another, as has already been described, for example, with reference to FIGS.
  • the area of the recess between the two coatings is filled with a 1000 nanometer thick SiO 2 layer.
  • the curve CO shows here and in the following figures the
  • FIG. 7 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating and a second coating, each with a large number of individual layers whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 2.
  • the first coating 10 and the second coating 13 are also applied independently of one another in the exemplary embodiment in FIG. 7, as has already been described with reference to FIGS. 1 to 4, for example.
  • the first coating 10 and the second coating 13 are applied at the same time in the method according to the exemplary embodiment in FIG the semiconductor body 1 deposited.
  • a deposition method is used which has a preferred direction 16 which has an angle ⁇ with a main plane of extension 17 of the semiconductor body 1 .
  • first coating 10 and the second coating 13 are deposited simultaneously, with the second coating 13 having a different thickness at least on the second side surface 7 than the first coating 10 on the first side surface 6 the deposition due to the preferred direction 16 achieved.
  • sputtering or vapor deposition are suitable as directed deposition methods.
  • the first coating 10 and the second coating 13 differ only by their thickness on the first side surface 6 and the second side surface 7 of the recess 4.
  • FIG. 9 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating and a second coating, each with a large number of individual layers whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 3.
  • the first coating 10 and the second coating 13 are applied simultaneously in the exemplary embodiment in FIG. 9, as already described with reference to FIG.
  • the first coating 10 and the second coating 13 have individual layers 12 of the same material and sequence.
  • the first coating 10 and the second coating 13 differ in terms of their thicknesses.
  • a ratio of the thickness of the first coating 10 to the thickness of the second coating 13 is approximately 2:1.
  • FIG. 10 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13 each with a large number of individual layers 12 whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 4.
  • the first coating 10 and the second coating 13 are applied simultaneously in the exemplary embodiment in FIG. 10, as already described with reference to FIG.
  • the first coating 10 and the second coating 13 have individual layers 12 of the same material and sequence.
  • the first coating 10 and the second coating 13 differ in terms of their thicknesses.
  • a ratio of the thickness of the first coating 10 to the thickness of the second coating 13 is approximately 4:1.
  • Coating 13 on the second side surface 7 is different.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIG. 12 has a first
  • the symmetry breaking layer 19 can be produced with the aid of a photoresist layer and a lift-off method.
  • FIG. 13 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13 each with a large number of individual layers 12 whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 5.
  • the first coating 10 in this case has a symmetry breaking layer 19 made of Ti0 2 with a thickness of approximately 55 nanometers.
  • FIG. 14 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l on of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13, each with a large number of Individual layers 12, the material, thickness, refractive index and order of which are given in Table 6.
  • the individual layers 12 of the first coating 10 and the second coating 13 were applied in two different steps one after the other, with the two individual layers 12 of the first coating 10 and the second coating 13 directly adjacent to the recess 4 filled with Ti0 2 and having a thickness of 1000 microns Having thicknesses that are in a 2:1 ratio to each other.
  • the further individual layers 12 of the first coating 10 and the further individual layers 12 of the second coating 13 have thicknesses with a ratio of 4:1 to one another.
  • a first coating 10 and a second coating 13 can thus be produced which have different optical properties but very similar thicknesses. This increases the stability of the coatings 10, 13.
  • FIG. 15 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l on of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13 each with a large number of individual layers 12 whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 7.
  • the individual layers 12 of the first coating 10 and the second coating 13 were applied in two different steps one after the other, with the two individual layers 12 of the first coating 10 and the second coating 13 directly adjacent to the recess 4 filled with Si0 2 and having a thickness of 1000 microns Have thicknesses that are related to each other by a ratio of 1:4.
  • the further individual layers 12 of the first coating 10 and the further individual layers 12 of the second coating 13 have thicknesses with a ratio of 4:1 to one another. So a first coating 10 and a second coating 13 can be produced, which have different optical properties but very similar thicknesses. This increases the stability of the coatings 10, 13.
  • FIG. 16 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating 10 and a second coating 13, each with a large number of individual layers 12 whose material, thickness, refractive index and sequence are given in Table 8.
  • the first coating 10 and the second coating 13 differ significantly from one another with regard to the number of individual layers 12, thickness and material of the individual layers 12.
  • the first coating can be applied together with the last two individual layers of the second coating.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 has an active region 2 in which electromagnetic radiation is generated during operation.
  • a first layer 21 is applied to a side surface 20 of the semiconductor body 1 and is designed to be highly reflective for electromagnetic radiation of the active region 2 .
  • a second layer 23 is applied, which is designed to be antireflective for the electromagnetic radiation of the active region 2 (FIGS. 17 and 18).
  • the semiconductor body 1 comprises a ridge waveguide 24 which extends from the one side face 20 of the semiconductor body 1 to the opposite side face 22 of the semiconductor body 1 .
  • the semiconductor body 1 has a first segment 25 and a second segment 26 which are separated from one another by a recess 4 .
  • the recess 4 is shown in detail in FIG. In the present case, the recess 4 breaks through the ridge waveguide 24 completely.
  • One of the side surfaces 6, 7 of the recess 4 is provided with a first coating 10 which is anti-reflective or highly reflective for the electromagnetic radiation of the active region 2 is formed.
  • the first coating 10 is antireflective on a first side surface 6 of the recess 4 .
  • the second coating 13 on the second side surface 7, which is opposite the first side surface 6, is designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation of the active region 2.
  • a first electrical contact point 27 is arranged in the region of the first segment 25 and is suitable for making electrical contact with the first segment 25 and for controlling it separately from the second segment 26 .
  • a second contact point 28 is arranged on the second segment 26 and is suitable for driving the second segment 26 electrically.
  • the first electrical contact point 27 and the second electrical contact point 28 each cover the ridge waveguide 24 .
  • the first segment 25 and the second segment 26 have different functionalities.
  • the first segment 25 is set up to generate electromagnetic laser radiation, while the second segment 26 is a modulation element 29 for the electromagnetic laser radiation.
  • the highly reflective second coating 13 forms, together with the highly reflective first layer 21 on the side surface 20 of the semiconductor body 1, a resonator 30 in which the active region 2 is arranged within the first segment 25.
  • the resonator 30 is designed to generate a population inversion within the active region 2, so that within the first Segment 25 of the semiconductor body 1 electromagnetic laser radiation is achieved.
  • the second segment 26 comprises the modulation element 29.
  • the modulation element 29 can be designed to be partially or fully absorbent for the electromagnetic laser radiation generated in the first segment 25 during operation by means of a corresponding energization via the second electrical contact point 28.
  • the electromagnetic laser radiation that is generated in the first segment 25 partially enters through the highly reflective first coating 10 into the modulation element 29 in which an intensity of the laser radiation can be modulated.
  • the modulated electromagnetic laser radiation then emerges from the side face 22 of the semiconductor body 1 with the anti-reflective second layer 23 from the radiation-emitting semiconductor chip 31 (FIG. 18).
  • FIGS. 20 to 25 show simulated values of reflectivities R as a function of the wavelength 1 for various recesses 4 which are not provided with a coating 10, 13 but are only filled with air.
  • FIG. 20 shows reflectivities R as a function of the wavelength 1 for an air-filled recess 4 with a width of approximately 1462.5 nanometers.
  • a maximum of the reflectivity R with a value of approximately 52% is approximately 450 nanometers (curve C2).
  • FIG 21 shows the reflectivity R for an only slightly wider air-filled recess 4 with a Width of 1575 nm. At a wavelength l of about 450 nanometers, there is now a minimum for the reflectivity R (curve C3).
  • FIG. 22 shows the reflectivity R as a function of the wavelength at l a variation of 1% of a width of an air-filled recess 4 starting from a width value of approximately 1462.5 nanometers (curves C4). Furthermore, the reflectivity C2 of FIG. 20 is entered as a reference.
  • FIG. 23 shows the reflectivity R as a function of the wavelength at l a variation of 2.5% of a width of an air-filled recess starting from a width value of approximately 1462.5 nanometers (curve C4). Furthermore, the reflectivity C2 of FIG. 20 is entered as a reference.
  • FIG. 24 shows the reflectivity R as a function of the wavelength at l a variation of 5% of a width of an air-filled recess starting from a width value of approximately 1462.5 nanometers. (Curve C4). Furthermore, the reflectivity C2 of FIG. 20 is entered as a reference.
  • FIG. 25 shows the reflectivity R as a function of the wavelength at l a variation of 10% of a width of an air-filled recess starting from a width value of approximately 1462.5 nanometers (curve C4). Furthermore, the reflectivity C2 of FIG. 20 is entered as a reference.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIG. 26 has, in contrast to the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIGS.
  • the switching element 32 is suitable for switching the radiation-emitting semiconductor chip 31 on and off.
  • a first side surface 6 of the recess 4 is provided with a first coating 10 and a second side surface 7 of the recess 4 is provided with a second coating 13, with the first coating 10 and the second coating 13 containing as little of the electromagnetic laser radiation as possible in the first segment 25 is generated, reflected.
  • the recess 4 separates the first segment 25 from the second segment 26 only electrically and not optically.
  • a second layer 23 is formed on a second side face 22 of the semiconductor body 1 so as to be reflective of the electromagnetic laser radiation, in order, together with a first highly reflective layer 21 on the opposite side face 20 of the semiconductor body 1, to form a resonator 30 for electromagnetic laser radiation of an active Region 2 of the semiconductor body 1 form.
  • the semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in Figure 27 comprises a third segment 33 with a photodiode 34. In this case, there is between the third segment 33 with the photodiode 34 and the first segment 25 , in which electromagnetic laser radiation is generated during operation, a further recess 4 is arranged.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIG. 28 has a semiconductor body 1 with a total of six segments 25, 26, 33, three of which are formed in each case, as already described with reference to FIG. Furthermore, the semiconductor body 1 has two ridge waveguides 24, each of which runs through three segments 25, 26, 33. After the two modulation elements 29 , the two ridge waveguides 24 converge in a common ridge waveguide 24 .
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIG. 29 has a first segment 25 in which electromagnetic laser radiation is generated.
  • a recess 4 is arranged to the side of the first segment 25, in which two opposite side surfaces 6, 7 are provided with a first coating 10 and a second coating 13, as already described here.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 according to the exemplary embodiment in FIG. 29 comprises a ridge waveguide 24, which runs completely through the first segment 25 and, after the recess 4, divides into two branches 24', 24''.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 includes two further segments 26, 33, which are each designed as a modulation element 29.
  • the modulation elements 29 are a Mach-Zehnder interferometer with an adjustable phase shift.
  • One of the branches 24 ′, 24 ′′ of the ridge waveguide 24 runs through each modulation element 29 . After the two segments 26, 33 with the modulation elements 29, the two branches 24', 24'' of the ridge waveguide 24 converge again.
  • the ridge waveguide 24 guides the electromagnetic laser radiation generated in the first segment 25 during operation through the two modulation elements 29 and then to a side face 22 of the semiconductor body 1, from which the laser radiation is emitted.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 31 in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 30 has a first segment 25 and a second segment 26 .
  • the first segment 25 and the second segment 26 are intended to generate electromagnetic laser radiation.
  • a recess 4 is arranged between the first segment 25 and the second segment 26 and has a first side face 6 and a second side face 7 which is opposite the first side face 6 .
  • the first side surface 6 of the recess 4 is provided with a first coating 10 and the second side surface 7 with a second coating 13.
  • the first coating 10 together with a first layer 21 on a side surface 20 of the semiconductor body 1 forms a first resonator 30 'for the electromagnetic radiation generated in an active region 2 within the first segment 25 .
  • the second coating 10 forms together with a second layer 23 on a further side face 22 of the semiconductor body 1 has a second resonator 30'' for the electromagnetic radiation which is generated in the active region 2 within the second segment 26. Electromagnetic laser radiation is thus generated in both segments 25, 26.
  • the semiconductor body 1 further comprises a
  • Ridge waveguide 24 which runs through the semiconductor body 1 from one side surface 20 to the opposite side surface 22.
  • the ridge waveguide 24 runs through the first segment 25 and the second segment 26 and directs electromagnetic laser radiation between the two side surfaces 20, 22 of the semiconductor body 1.
  • the first resonator 30' and the second resonator 30'' have different lengths, so that in the electromagnetic laser radiation of different modes is produced in both resonators 30', 30''.
  • the first resonator 30' and the second resonator 30'' are optically coupled to each other.
  • modes of electromagnetic laser radiation that exist for both resonators 30', 30'' are formed in the entire ridge waveguide 24. It is thus possible to generate electromagnetic laser radiation that has only a few modes, ideally only one mode, with a very small line width and low temperature dependence.
  • the array according to the exemplary embodiment in FIG. 31 includes four radiation-emitting semiconductor chips 31 which are formed integrally with one another, that is to say are manufactured together from one wafer.
  • Each semiconductor chip 31 of the array according to the exemplary embodiment in FIG. 31 has a semiconductor body 1 with two segments 25, 26 with different functions, between which a recess 4 is arranged in each case.
  • Each semiconductor body 4 has a first segment 25 in which laser radiation is generated and a second segment 26 which is designed as a switching element 32 .
  • Opposite side faces 6, 7 of each recess 4 are provided with coatings 10, 13 as already described. In particular, the coatings 10, 13 of the recesses differ
  • the laser radiation emitted by the array can be adjusted in the desired manner.
  • the array according to the exemplary embodiment in FIG. 31 has radiation-emitting semiconductor chips 31 with semiconductor bodies 1 comprising only a single segment 25.
  • the different segments 25 of the different semiconductor bodies 1 are provided in the present case to generate electromagnetic laser radiation of different wavelengths.
  • Side surfaces 6, 7 of the recesses 4 each form a resonator 30 with a first layer 21 on a side surface 20 of the semiconductor body 1, so that the semiconductor chips 31 specifically emit different laser radiation.
  • different laser properties can be adjusted in a targeted manner.
  • the arrays according to the exemplary embodiments in FIGS. 33 and 34 also have radiation-emitting semiconductor chips 31 with only a single segment 25.
  • the resonators 30 of the individual radiation-emitting semiconductor chips 31 differ in their lengths.
  • a large number of semiconductor bodies 1 are first provided in the wafer assembly. Then separating trenches 35 are arranged between the semiconductor bodies 1 (FIG. 35). For example, the separating trenches 35 can be produced by etching. A layer sequence comprising a first layer 21 and a second layer 23 is then deposited in the separating trenches 35 .
  • the first layer 21 is designed to be highly reflective for laser radiation that is generated in an active region 2 of the semiconductor body 1, while the second layer 32 is designed to be antireflective for the laser radiation.
  • the semiconductor bodies 1 are singulated along the separating trenches 35 in such a way that the first layer 21 is arranged on a side surface 20 of a semiconductor body and the second layer 23 is arranged on a side surface 22 of a directly adjacent semiconductor body 1.
  • the separating trenches 35 are arranged here in such a way that a plurality of Semiconductor chips 31 comprising a semiconductor body 1 having a first layer 21 and/or second layer 23 are combined to form an array (FIGS. 36 and 37). These arrays can also be further singulated into individual semiconductor chips.
  • FIGS. 38 and 39 show simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first layer 21 and a second layer 23, each with a large number of individual layers 21, the material, thickness, Refractive index and order are given in Table 9.
  • the curve C5 of FIG. 38 shows the reflectivity of the first layer 21, while the curve C6 shows the reflectivity when the thickness of the layer 21 varies by 2% (at least 2 nanometers).
  • the curve C5 in FIG. 39 shows the reflectivity of the second layer 23, while the curve C6 shows the reflectivity when the thickness of the layer 23 varies by 2% (at least 2 nanometers).
  • the individual layers 21 of the first layer 21 and the second layer 23 are deposited in a first step on separating trenches 35 between semiconductor bodies 1, which are formed continuously in the wafer assembly.
  • the wafer assembly is then singulated along the separating trenches 35, so that the first layer 21 is arranged on a side surface 20 of a semiconductor body and the second layer 23 is arranged on the side surface 22 of a directly adjacent semiconductor body 1.
  • the first layer 21 is designed to be antireflective for the electromagnetic radiation that is generated in an active region 2 of the semiconductor body 1, while the second layer 23 is designed to be highly reflective for the electromagnetic radiation that is generated in the active region 2 of the semiconductor body 1 or a defined Has reflectivity for the electromagnetic radiation that is generated in the active region 2 of the semiconductor body 1.
  • a ratio of a thickness of the first layer 21 to a thickness of the second layer 23 is approximately 2.7:1.
  • FIG. 40 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating and a second coating, each with a plurality of
  • the thickness of the first coating has a ratio of 2.56:1 to the thickness of the second coating.
  • the reflectivity of the two coatings is adjusted in such a way that they have different reflectivities for different wavelength ranges. In the present case, the reflectivity is approximately 30% in the blue spectral range and approximately 60% in the green spectral range.
  • FIG. 41 shows simulated values of the reflectivity R as a function of the wavelength l of incident electromagnetic radiation for a first coating and a second coating, each with a plurality of
  • the thickness of the first coating has a ratio of 5:1 to the thickness of the second coating.
  • the reflectivity of the two coatings is set in such a way that they are approximately the same in the blue spectral range and in the green spectral range.
  • the radiation-emitting semiconductor chips 31 according to the exemplary embodiments of Figures 42 and 43 have two segments 25, 26, of which the first segment 25 generates electromagnetic laser radiation during operation, while the second segment 26 is a switching segment 32 which is used to switch the radiation-emitting Semiconductor chip 31 is provided and set up.
  • the region 14 of the recess 4 is not completely filled with a first coating 10 and a second coating 13 on opposite side surfaces 6, 7. Rather, an area 14 between the two coatings 6, 7 in the recess 4 is filled with air.
  • a width of the recess is preferably at most 800 nanometers, at most 15 micrometers, at most 5 micrometers and particularly preferably at most 2 micrometers wide.
  • the region 14 of the recess 4 between the first coating 10 and the second coating 13 is filled with a material 15 having a refractive index greater than 1.
  • a material 15 having a refractive index greater than 1 As the arrows in FIG. 43 make clear, filling the recess 4 with such a material also increases the electromagnetic laser radiation which enters the second segment 26 .
  • the present application claims the priority of the German application DE 102020118405.0, whose

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) mit den folgenden Merkmalen angegeben: - einem Halbleiterkörper (1) umfassend einen aktiven Bereich (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt und in einem Resonator (30) angeordnet ist, - zumindest einer Ausnehmung (4) in dem Halbleiterkörper (1), die den aktiven Bereich (2) vollständig durchdringt, wobei - die Ausnehmung (4) eine erste Seitenfläche (6) und eine zweite, der erste Seitenfläche (6) gegenüber liegende Seitenfläche (7) aufweist, und - die erste Seitenfläche (6) eine erste Beschichtung (10) aufweist, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt, und/oder - die zweite Seitenfläche (7) eine zweite Beschichtung (13) aufweist, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips angegeben.

Description

STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERCHIP UND VERFAHREN ZU
DESSEN HERSTELLUNG
Es werden ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.
Es soll ein verbesserter strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben werden. Insbesondere soll ein verbesserter strahlungsemittierender Halbleiterchip mit verschiedenen Segmenten angegeben werden. Weiterhin soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und des Verfahrens zu dessen Herstellung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt. Weiterhin ist der Halbleiterkörper in einem Resonator angeordnet. Der Resonator ist insbesondere dazu ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Bereich erzeugt wird, zu verstärken. Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der Resonator dazu eingerichtet, die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs zu Laserstrahlung zu verstärken.
Bei dieser Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der aktive Bereich als ein Lasermedium ausgebildet, in dem im Betrieb in Verbindung mit einem geeigneten Resonator eine Besetzungsinversion erzeugt wird. Aufgrund der Besetzungsinversion wird die elektromagnetische Strahlung in dem aktiven Bereich durch stimulierte Emission erzeugt, die zur Ausbildung von elektromagnetischer Laserstrahlung führt. Aufgrund der Erzeugung der elektromagnetischen Laserstrahlung durch stimulierte Emission weist die elektromagnetische Laserstrahlung im Unterschied zu elektromagnetischer Strahlung, die durch spontane Emission erzeugt wird, in der Regel eine sehr hohe Kohärenzlänge, ein sehr schmales Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.
Eine Länge des Resonators ist in der Regel derart ausgebildet, dass die in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung eine stehende Welle innerhalb des ersten Resonators ausbildet. Hierzu weist die Länge des ersten Resonators in der Regel ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Laserstrahlung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der Halbleiterkörper zumindest eine Ausnehmung, die den aktiven Bereich vollständig durchdringt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die Ausnehmung eine erste Seitenfläche und eine zweite, der ersten Seitenfläche gegenüberliegende Seitenfläche auf. Beispielsweise weist die Ausnehmung eine rechteckige Grundfläche auf. Die Ausnehmung ist beispielsweise als Spalt ausgebildet. Beispielsweise verlaufen die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Spalts.
Bevorzugt ist eine Breite der Ausnehmung höchstens 800 Nanometer, höchstens 15 Mikrometer, höchstens 5 Mikrometer und besonders bevorzugt höchstens 2 Mikrometer breit.
Die Ausnehmung ist insbesondere bevorzugt dazu vorgesehen und eingerichtet, verschiedene Segmente des Halbleiterkörpers elektrisch und/oder optisch voneinander zu isolieren. Die Segmente des Halbleiterkörpers können gleiche oder verschiedene Funktionalitäten aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die erste Seitenfläche eine erste Beschichtung auf, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs vorgibt. Beispielsweise ist die erste Beschichtung in direktem Kontakt auf die erste Seitenfläche aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die zweite Seitenfläche eine zweite Beschichtung auf, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs vorgibt. Beispielsweise ist die zweite Beschichtung in direktem Kontakt auf die zweite Seitenfläche aufgebracht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung voneinander verschieden ausgebildet.
Sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit der ersten Beschichtung beschrieben sind, können auch bei der zweiten Beschichtung ausgebildet sein und umgekehrt.
Die erste Beschichtung und/oder die zweite Beschichtung stellen mit Vorteil die Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereiches auf einen vorgegebenen Wert ein. Besonders bevorzugt gibt die erste Beschichtung eine andere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs vor. Beispielsweise ist die erste Beschichtung antireflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs ausgebildet, während die zweite Beschichtung hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs ausgebildet ist. Genauso ist es möglich, dass die erste Beschichtung hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs ausgebildet ist, während die zweite Beschichtung antireflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs ausgebildet ist. So kann eine elektrische und/oder optische Isolierung verschiedener Segmente des Halbleiterkörpers voneinander erzielt werden.
Mit dem Begriff „hochreflektierend" ist vorliegend insbesondere gemeint, dass das so bezeichnete Element mindestens 10%, oder mindesten 20% oder mindestens 40% oder mindesten 80 % auftreffender elektromagnetischer Strahlung des aktiven Bereichs reflektiert.
Mit dem Begriff „antireflektierend" ist vorliegend insbesondere gemeint, dass das so bezeichnete Element höchstens 10% oder höchstens 5 % oder höchstens 1% auftreffender elektromagnetischer Strahlung des aktiven Bereichs reflektiert.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die erste Beschichtung und/oder die zweite Beschichtung eine vorgegebene Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die erste Beschichtung als erste Schichtenfolge mit einer Vielzahl an Einzelschichten ausgebildet. Beispielsweise sind die Einzelschichten aus zwei verschiedenen Materialien gebildet und alternierend angeordnet. Es können auch mehr als zwei verschiedene Materialien für die Einzelschichten verwendet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die zweite Beschichtung als zweite Schichtenfolge mit einer Vielzahl an Einzelschichten ausgebildet.
Bevorzugt weist die erste Beschichtung und/oder die zweite Beschichtung ein dielektrisches Material auf oder ist aus einem dielektrischen Material gebildet. Beispielsweise weisen die Einzelschichten ein dielektrisches Material auf oder sind aus einem dielektrischen Material gebildet. Als dielektrische Materialien sind beispielsweise Verbindungen aus der Gruppe der Oxide oder Nitride oder Oxynitride von Al, Ce, Ga, Hf,
In, Mg, Nb, Rh, Sb, Si, Sn, Ta, Ti, Zn, Zr geeignet.
Beispielsweise sind die erste Schichtenfolge und die zweite Schichtenfolge aus Einzelschichten gleicher Materialien, und gleicher Abfolge gebildet, wobei eine Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche und eine Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche voneinander verschieden ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche zu einer Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche ein Verhältnis zwischen 1:1 und einschließlich 1:20, bevorzugt zwischen 1:1 und einschließlich 1:10, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1:1,5 und einschließlich 1:4,5 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche zu einer Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche ein Verhältnis größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:20, bevorzugt größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:10, besonders bevorzugt größer als 1:1,5 und kleiner oder gleich 1:4,5 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche zu einer Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche ein Verhältnis zwischen 1:1 und einschließlich 1:20, bevorzugt zwischen 1:1 und einschließlich 1:10, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1:1,5 und einschließlich 1:4,5 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist die Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche zu einer Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche ein Verhältnis größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:20, bevorzugt größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:10, besonders bevorzugt größer als 1:1,5 und kleiner oder gleich 1:4,5 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die zweite Schichtenfolge bis auf eine zusätzliche Symmetriebruchschicht gleichartig zu der ersten Schichtenfolge ausgebildet. Bei der Symmetriebruchschicht kann es sich um eine Einzelschicht oder eine Schichtenfolge handeln. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Schichtenfolge bis auf eine zusätzliche Symmetriebruchschicht gleichartig zu der zweiten Schichtenfolge ausgebildet ist. Insbesondere führt eine verschiedenartige Ausbildung der ersten Schichtenfolge und der zweiten Schichtenfolge, beispielsweise durch Aufnahme einer Symmetriebruchschichtenfolge in eine der beiden Schichtenfolgen, zu unterschiedlichen optischen Eigenschaften der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen Halbleiterkörper mit einem ersten Segment und einem zweiten Segment, wobei das erste Segment von dem zweiten Segment durch die Ausnehmung elektrisch und/oder optisch isoliert ist. Das erste Segment und das zweite Segment weisen beispielsweise unterschiedliche Funktionalitäten auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass mehrere Segmente des Halbleiterkörpers die gleiche Funktionalität aufweisen. Das erste Segment und das zweite Segment sind besonders bevorzugt in lateraler Richtung nebeneinander entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise ist auf dem ersten Segment eine erste Kontaktstelle aufgebracht und auf dem zweiten Segment eine zweite Kontaktstelle. Die beiden Kontaktstellen sind dazu eingerichtet, die beiden Segmente unabhängig voneinander elektrisch zu kontaktieren.
Der Halbleiterkörper kann auch mehr als zwei Segmente umfassen. Im Folgenden wird im Detail der Einfachheit halber lediglich auf zwei Segmente eingegangen. Alle Ausführungsformen und Merkmale, die in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Segment offenbart sind, können auch bei weiteren Segmenten ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst das erste Segment den Resonator und das zweite Segment ein Modulationselement, das dazu eingerichtet ist, eine Intensität der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Bereichs zu modulieren. Beispielsweise wird in dem ersten Segment elektromagnetische Strahlung erzeugt, bevorzugt elektromagnetische Laserstrahlung, die durch die Ausnehmung in das Modulationselement eintritt. Das Modulationselement kann durch eine Variation in der Bestromung, insbesondere durch eine elektrische Ansteuerung inklusive Rückwärtsspannung und Vorwärtsstrom, über die zweite Kontaktstelle durchlässig bis hin zu absorbierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs eingestellt werden. Ist das Modulationselement absorbierend für die elektromagnetische Strahlung aus dem Resonator ausgebildet, so ist das Modulationselement als Absorberelement ausgebildet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind das erste Segment und das zweite Segment elektrisch voneinander getrennt und das zweite Segment umfasst ein elektrisches Schaltelement, das dazu eingerichtet ist, den strahlungsemittierenden Halbleiterchip einzuschalten und auszuschalten .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterkörper ein Segment mit einem oder mehreren der folgenden Elemente auf: Fotodiode, passiver Wellenleiter, aktiver Wellenleiter, Strahlteiler, Strahlkombinierer, Linse, wellenlängenselektives Element, Phasenschiebeelemente, Frequenzverdoppler, Taper, Verstärker, Konverter, Transistor.
Gemäß einer Ausführungsform emittiert der strahlungsemittierende Halbleiterchip Laserstrahlung, bevorzugt von einer seitlich angeordneten Facette.
Weiterhin ist es auch möglich, dass der strahlungsemittierende Halbleiterchip als Superlumineszenzdiode ausgebildet ist, bei dem zwar eine Verstärkung der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung innerhalb eines Resonators stattfindet, jedoch kein vollständiger Laserbetrieb erzielt wird.
Beispielsweise füllen die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung die Ausnehmung vollständig aus. Weiterhin ist es auch möglich, dass zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung ein Bereich der Ausnehmung frei von der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung bleibt. Der Bereich der Ausnehmung, der frei bleibt von der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung kann mit einem weiteren Material gefüllt sein, bevorzugt mit einem Dielektrikum, wie Siliziumdioxid, Titandioxid,
Siliziumnitrid. So kann ein Verlust elektromagnetischer Strahlung aufgrund großer Brechungsindexunterschiede zwischen Halbleiter und Dielektrikum bei der Einkopplung in das zweite Element zumindest verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist ein Brechungsindexverlauf entlang der Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterchips ausgehend von der ersten Seitenfläche der Ausnehmung bis zu der zweiten Seitenfläche der Ausnehmung nichtperiodisch ausgebildet.
Der vorliegend beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterchip ist insbesondere dazu geeignet, von einem Array umfasst zu sein. Gemäß einer Ausführungsform des Arrays umfasst dieser zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips wie sie hier bereits beschrieben sind. Sämtliche Ausführungsformen und Merkmale, die vorliegend in Zusammenhang mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips beschrieben sind, können auch bei dem Array ausgebildet sein und umgekehrt. Insbesondere sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips des Arrays integral miteinander ausgebildet. Mit anderen Worten sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips nicht zunächst als separate Elemente erzeugt und später zu einem Array zusammengefasst, sondern monolithisch gemeinsam miteinander ausgebildet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip kann beispielsweise mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren erzeugt werden. Sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend im Zusammenhang mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip beschrieben sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der einen aktiven Bereich umfasst, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt und in einem Resonator angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest eine Ausnehmung in dem Halbleiterkörper erzeugt, die den aktiven Bereich vollständig durchdringt. Die Ausnehmung weist hierbei eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche gegenüber der zweiten Seitenfläche angeordnet ist. Beispielsweise wird die Ausnehmung durch Ätzen erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Beschichtung, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs vorgibt, auf die erste Seitenfläche aufgebracht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine zweite Beschichtung, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs vorgibt, auf die zweiten Seitenflächen aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite Seitenfläche der Ausnehmung mit einer Schutzschicht versehen. In einem nächsten Schritt wird die erste Seitenfläche der Ausnehmung mit der ersten Beschichtung versehen und die Schutzschicht wieder entfernt, sodass der Halbleiterkörper im Bereich der zweiten Seitenfläche frei zugänglich ist. Als Schutzschicht wird hierbei beispielsweise eine Fotolackschicht verwendet.
Bei diesem Verfahren können die erste Beschichtung und/oder die zweite Beschichtung beispielsweise mittels Aufdampfen, Sputtern, Atomlagenabscheidung (englisch: „atomic layer deposition", kurz ALD-Verfahren) oder chemische Gasphasenabscheidung (englisch: („Chemical vapour deposition", kurz: CVD-Verfahren) abgeschieden werden.
Beim Aufdampfen und beim Sputtern wird die zu beschichtende Oberfläche in einem Volumen bereitgestellt. In dem Volumen wird weiterhin zumindest ein Ausgangsmaterial in der Gasphase bereitgestellt. Das Ausgangsmaterial kondensiert direkt auf der Oberfläche und bildet so eine Beschichtung auf der Oberfläche aus. Beim Aufdampfen wird das Ausgangsmaterial durch Temperaturbeaufschlagung in die Gasphase übergeführt, während beim das Ausgangsmaterial beim Sputtern durch Ionenbeschuss in die Gasphase übergeführt wird. Aufdampfen und Sputtern sind in der Regel gerichtete Abscheideverfahren, bei dem entlang einer Vorzugsrichtung mehr Material abgeschieden wird als entlang der anderen Richtungen. Bei dem CVD-Verfahren wird ebenfalls die zu beschichtende Oberfläche in einem Volumen zur Verfügung gestellt. In dem Volumen wird weiterhin zumindest ein Ausgangsmaterial zur Verfügung gestellt, aus dem durch eine chemische Reaktion an der zu beschichtenden Oberfläche eine feste Beschichtung abgeschieden wird. In der Regel befindet sich in dem Volumen zumindest ein zweites Ausgangsmaterial, mit dem das erste Ausgangsmaterial unter Bildung der festen Beschichtung an der Oberfläche chemisch reagiert. Das CVD-Verfahren zeichnet sich somit durch mindestens eine chemische Reaktion an der zu beschichtenden Oberfläche zur Bildung der CVD-Schicht aus.
Bei der chemischen Gasphasenabscheidung können auch mehr als zwei Ausgangsmaterialien zum Einsatz kommen.
Mit Atomlagenabscheidung ist vorliegend ein Verfahren bezeichnet, bei dem das erste gasförmige Ausgangsmaterial dem Volumen zugeführt wird, in dem die zu beschichtende Oberfläche bereitgestellt ist, sodass das erste gasförmige Ausgangsmaterial auf der Oberfläche adsorbiert. Nach einer bevorzugt vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung der Oberfläche mit dem ersten Ausgangsmaterial wird der Teil des ersten Ausgangsmaterial, der noch gasförmig bzw. nicht auf der Oberfläche adsorbiert vorliegt, in der Regel wieder aus dem Volumen entfernt und das zweite Ausgangsmaterial zugeführt. Das zweite Ausgangsmaterial ist dafür vorgesehen, mit der an der Oberfläche adsorbierten, ersten Ausgangsverbindung unter Bildung einer festen Beschichtung chemisch zu reagieren.
Das CVD-Verfahren und das ALD-Verfahren sind in der Regel ungerichtete oder auch sogenannte isotrope Abscheideverfahren, bei denen die das Material gleichmäßig entlang aller Richtungen abgeschieden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Beschichtung zumindest im Bereich der ersten Seitenfläche mit einer weiteren Schutzschicht versehen.
Dieser Schritt erfolgt in der Regel nach dem Aufbringen der ersten Beschichtung auf die erste Seitenfläche. Die zweite Seitenfläche bleibt besonders bevorzugt frei von der Schutzschicht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite Seitenfläche der Ausnehmung mit der zweiten Beschichtung versehen und die weitere Schutzschicht wieder entfernt, sodass die erste Beschichtung im Bereich der ersten Seitenfläche frei zugänglich ist. Dies erfolgt bevorzugt nach dem Aufbringen der zweiten Beschichtung. Mit Hilfe der beiden Schutzschichten können mit Vorteil zwei Beschichtungen erzeugt werden, die verschieden voneinander sind.
Wie oben beschrieben, können die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung in zeitlich nacheinander ausgeführten Schritten, auf die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche der Ausnehmung aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung gleichzeitig auf die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist die erste Beschichtung bevorzugt als erste Schichtenfolge einer Vielzahl an Einzelschichten ausgebildet und die zweite Beschichtung als zweite Schichtenfolge einer Vielzahl an zweiten Einzelschichten. Besonders bevorzugt weisen die erste Schichtenfolge und die zweite Schichtenfolge bei dieser Ausführungsform des Verfahrens Einzelschichten gleicher Materialien und gleicher Abfolge auf. Besonders bevorzugt unterscheiden sich die erste Schichtenfolge und die zweite Schichtenfolge jedoch in ihren Dicken. Bevorzugt weist eine Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche zu einer Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche ein Verhältnis zwischen 1:1 und einschließlich 1:20 auf, bevorzugt zwischen 1:1 und einschließlich 1:10, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1:1,5 und einschließlich 1:4,5.
Um derartige Beschichtungen zu erzeugen, wird bevorzugt ein Verfahren zur Abscheidung verwendet, bei dem eine Vorzugsrichtung zur Aufbringung der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung einen vorgegebenen Winkel mit einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers einschließt. Bevorzugt ist der Winkel ungleich 90 °. So lassen sich eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung erzielen, deren Dicke, auf der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche verschieden voneinander sind, aber die gleichen Materialien und Abfolgen an Einzelschichten aufweisen. Mit anderen Worten wird hierbei besonders bevorzugt ein gerichtetes Abscheideverfahren, wie thermisches Verdampfen oder Sputtern verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung ein Abschattungselement auf einen Bereich einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers, der direkt an die erste Seitenfläche der Ausnehmung angrenzt, aufgebracht, sodass die Dicke der ersten Beschichtung im Bereich der Seitenfläche von der Dicke der zweiten Beschichtung im Bereich der zweiten Seitenfläche verschieden ist. Auch mit Hilfe eines Abschattungselements können somit eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung gleichzeitig auf die Seitenflächen der Ausnehmung aufgebracht werden, die zumindest im Bereich der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche verschiedene Dicken aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die erste Beschichtung als erste Schichtenfolge einer Vielzahl an Einzelschichten ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die zweite Beschichtung als zweite Schichtenfolge einer Vielzahl an Einzelschichten ausgebildet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl an Halbleiterkörpern im Waferverbund bereitgestellt. Dann werden Trenngräben zwischen den Halbleiterkörpern angeordnet. Bevorzugt verläuft jeweils ein Trenngraben zwischen zwei Seitenflächen zweier direkt benachbarter Halbleiterkörper. Dann wird eine Schichtenfolge umfassend eine erste Schicht und eine zweite Schicht in den Trenngräben abgeschieden und die Halbleiterkörper derart entlang der Trenngräben vereinzelt, dass auf einer Seitenfläche eines Halbleiterkörpers die erste Schicht angeordnet ist und auf einer Seitenfläche eines direkt benachbarten Halbleiterkörper die zweite Schicht. Die erste Schicht und die zweite Schicht können jeweils aus einer Einzelschichten bestehen oder eine Schichtenfolge mit mehreren Einzelschichten umfassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und dem Verfahren zu dessen Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematische Schnittdarstellungen verschiedener Stadien eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Figuren 6 und 7 zeigen jeweils simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Stadiums eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 9 und 10 zeigen jeweils simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Stadiums eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
Figur 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel . Die Figuren 13 bis 16 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 17 bis 19 zeigen schematische Darstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 20 bis 25 zeigen jeweils simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung auf unbeschichtete Seitenfläche einer Ausnehmung.
Die Figuren 26 bis 30 zeigen schematische Draufsichten eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele .
Die Figuren 31 bis 34 zeigen schematische Draufsichten eines Arrays gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
Die Figuren 35 bis 37 zeigen schematische Darstellungen verschiedener Stadien eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 38 und 39 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 40 und 41 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l von auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 42 und 43 zeigen schematische Schnittdarstellungen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 wird in einem ersten Schritt ein Halbleiterkörper 1 bereitgestellt (nicht dargestellt). Der Halbleiterkörper 1 weist einen aktiven Bereich 2 auf, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt. Der Halbleiterkörper 1 ist auf einem Substrat 3 angeordnet.
In dem Halbleiterkörper 1 wird eine Ausnehmung 4 erzeugt, die den aktiven Bereich 2 vollständig durchdringt (Figur 1). Die Ausnehmung 4 wird beispielsweise durch Ätzen erzeugt. Weiterhin können in dem Halbleiterkörper 1 Ätzstoppschichten 5 angeordnet sein, die einen Ätzvorgang der Ausnehmung 4 stoppt. So kann eine Tiefe der Ausnehmung 4 festgelegt werden.
Die Ausnehmung 4 weist eine erste Seitenfläche 6 auf und eine zweite Seitenfläche 7, die der ersten Seitenfläche 6 gegenüber liegt. Zumindest auf die zweite Seitenfläche 7 wird eine Schutzschicht 8 aufgebracht. Die Schutzschicht 8 erstreckt sich vorliegend auch über den Bereich einer Hauptfläche 9 des Halbleiterkörpers 1, der direkt an die zweite Seitenfläche 7 angrenzt. Bei der Schutzschicht 8 handelt es sich beispielsweise um eine Fotolackschicht.
Nach dem Aufbringen der Schutzschicht 8 wird eine erste Beschichtung 10 abgeschieden (Figur 2) und die Schutzschicht 8 wieder entfernt, so dass die erste Beschichtung 10 lediglich auf der ersten Seitenfläche 6 der Ausnehmung 4, Teilen einer Bodenfläche 11 der Ausnehmung 4 und auf einen Bereich der Hauptfläche 9 des Halbleiterkörpers 1, der direkt an die Ausnehmung 4 angrenzt, aufgebracht ist (Figur 3). Vorliegend ist die erste Beschichtung 6 aus einer Vielzahl an Einzelschichten 12 gebildet, die zwei verschiedene Materialien aufweisen und alternierend angeordnet sind. Es können auch mehr als zwei verschiedene Materialien für die Einzelschichten verwendet sein. Beispielsweise ist die erste Beschichtung 10 antireflektierend für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet, die in dem aktiven Bereich 2 erzeugt wird.
In einem nächsten Schritt wird auf die erste Beschichtung 6 eine weitere Schutzschicht 8 aufgebracht (nicht dargestellt) und eine zweite Beschichtung 13 abgeschieden. Dann wird die zweite Schutzschicht 8 wieder entfernt so dass nur auf der zweiten Seitenfläche 7 der Ausnehmung 4, Teilen der Bodenfläche 11 der Ausnehmung 4 und in dem Bereich der Hauptfläche 9 des Halbleiterkörpers 1, der direkt an die zweite Seitenfläche 7 angrenzt, die zweite Beschichtung 13 aufgebracht ist (Figur 4). Die zweite Beschichtung 13 ist vorliegend hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet, die in dem aktiven Bereich 2 erzeugt wird.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der auf einem Substrat 3 angeordnet ist. In dem Halbleiterkörper 1 ist eine Ausnehmung 4 angeordnet, die eine erste Seitenfläche 6 und eine der ersten Seitenfläche 6 gegenüberliegende zweite Seitenfläche 7 aufweist. Auf die erste Seitenfläche 6 ist eine erste Beschichtung 10 aufgebracht, die sich vorliegend ebenfalls teilweise über eine Bodenfläche 11 der Ausnehmung 4 sowie über eine Hauptfläche 9 angrenzend an die erste Seitenfläche 6 erstreckt. Auf einer zweiten Seitenfläche 7 der Ausnehmung 4 ist eine zweite Beschichtung 13 angeordnet, die sich ebenfalls über Teile der Bodenfläche 11 der Ausnehmung 4 sowie die Hauptfläche 9 des Halbleiterkörpers 1 angrenzend an die zweite Seitenfläche 7 erstreckt. Der Bereich 14 der Ausnehmung 4, der frei bleibt von der ersten Beschichtung 6 und der zweiten Beschichtung 7, ist vorliegend vollständig mit einem Dielektrikum 15 gefüllt.
Figur 6 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 1 angegeben sind.
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Tabelle 1
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung (13) sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 unabhängig voneinander aufgebracht, wie es beispielsweise anhand der Figuren 1 bis 4 bereits beschrieben wurde. Der Bereich der Ausnehmung zwischen den beiden Beschichtungen ist mit einer 1000 Nanometer dicken Si02-Schicht gefüllt. Die Kurve CO zeigt hier und in den folgenden Figuren die
Reflektivität der Beschichtungen 6, 7, während die Kurve CI die Reflektivität bei Variation der Dicke der Beschichtungen 6, 7 um 2% (mindestens 2 Nanometer) und bei Variation der Dicke der zentralen Si02-Schicht oder der zentralen Ti02- Schicht um +/- 500 Nanometer zeigt. Figur 7 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 2 angegeben sind.
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Tabelle 2
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 sind auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 unabhängig voneinander aufgebracht, wie es beispielsweise anhand der Figuren 1 bis 4 bereits beschrieben wurde.
Im Unterschied zu dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4, bei dem die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 nacheinander abgeschieden werden, werden die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 zeitgleich auf dem Halbleiterkörper 1 abgeschieden. Hierzu wird ein Abscheideverfahren verwendet, das eine Vorzugsrichtung 16 aufweist, die einen Winkel a mit einer Haupterstreckungsebene 17 des Halbleiterkörpers 1 aufweist.
So erfolgt eine gleichzeitige Abscheidung der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13, wobei die zweite Beschichtung 13 zumindest auf der zweiten Seitenfläche 7 eine andere Dicke aufweist als die erste Beschichtung 10 auf der ersten Seitenfläche 6. Dies wird durch eine Selbstabschattung der Ausnehmung 4 bei der Abscheidung aufgrund der Vorzugsrichtung 16 erzielt. Beispielsweise eignen sich Sputtern oder Aufdampfen als gerichtete Abscheideverfahren .
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13, die mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 erzielt werden, weisen Schichtenfolgen von Einzelschichten 12 gleichen Materials und gleicher Abfolge auf. Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 unterscheiden sich lediglich durch ihre Dicke auf der ersten Seitenfläche 6 und der zweiten Seitenfläche 7 der Ausnehmung 4.
Figur 9 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 3 angegeben sind.
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Tabelle 3
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 gleichzeitig aufgebracht, wie bereits anhand der Figur 8 beschrieben. Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 weisen Einzelschichten 12 gleichen Materials und Abfolge auf. Allerdings unterscheiden sich die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 hinsichtlich ihrer Dicken. Ein Verhältnis der Dicke der ersten Beschichtung 10 zu der Dicke der zweiten Beschichtung 13 beträgt ungefähr 2:1.
Figur 10 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 4 angegeben sind.
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Tabelle 4
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 gleichzeitig aufgebracht, wie bereits anhand der Figur 8 beschrieben. Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 weisen Einzelschichten 12 gleichen Materials und Abfolge auf. Allerdings unterscheiden sich die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 hinsichtlich ihrer Dicken. Ein Verhältnis der Dicke der ersten Beschichtung 10 zu der Dicke der zweiten Beschichtung 13 beträgt ungefähr 4:1.
Eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13, wie sie mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 erzielt werden, kann auch mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 11 erzielt werden. Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 11 wird ein Abschattungselement 18 auf einen Bereich einer Hauptfläche 9 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht, der direkt an eine erste Seitenfläche 6 einer Ausnehmung 4 in dem Halbleiterkörper 1 angrenzt. Dann werden eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 gleichzeitig abgeschieden, so dass eine Dicke der ersten Beschichtung 10 auf der ersten Seitenfläche 6 aufgrund des Abschattungselements 18 von der Dicke der zweiten
Beschichtung 13 auf der zweiten Seitenfläche 7 verschieden ist.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 12 weist eine erste
Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 auf, die bis auf eine Symmetriebruchschicht 19 innerhalb der zweiten Beschichtung 13 gleichartig ausgebildet sind. Die Symmetriebruchschicht 19 kann mit Hilfe einer Fotolackschicht und eines Liftoff-Verfahrens erzeugt werden.
Figur 13 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 5 angegeben sind.
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Tabelle 5
Die erste Beschichtung 10 weist hierbei eine Symmetriebruchschicht 19 aus Ti02 mit einer Dicke von ungefähr 55 Nanometer auf.
Figur 14 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l on auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 6 angegeben sind.
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Tabelle 6 Hierbei wurden die Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13 in zwei verschiedenen Schritten nacheinander aufgebracht, wobei die zwei an den mit Ti02 gefüllte Ausnehmung 4 der Dicke 1000 Mikrometer direkt angrenzenden Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13 jeweils Dicken aufweisen, die um Verhältnis 2:1 zueinander stehen. Die weiteren Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und die weiteren Einzelschichten 12 der zweiten Beschichtung 13 weisen Dicken mit einem Verhältnis 4:1 zueinander auf. So können eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 erzeugt werden, die unterschiedliche optische Eigenschaften aber sehr ähnliche Dicken aufweisen. Dies erhöht die Stabilität der Beschichtungen 10, 13.
Figur 15 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge l on auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 7 angegeben sind.
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Tabelle 7
Hierbei wurden die Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13 in zwei verschiedenen Schritten nacheinander aufgebracht, wobei die zwei an den mit Si02 gefüllte Ausnehmung 4 der Dicke 1000 Mikrometer direkt angrenzenden Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13 jeweils Dicken aufweisen, die um Verhältnis 1:4 zueinander stehen. Die weiteren Einzelschichten 12 der ersten Beschichtung 10 und die weiteren Einzelschichten 12 der zweiten Beschichtung 13 weisen Dicken mit einem Verhältnis 4:1 zueinander auf. So können eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 erzeugt werden, die unterschiedliche optische Eigenschaften aber sehr ähnliche Dicken aufweisen. Dies erhöht die Stabilität der Beschichtungen 10, 13.
Figur 16 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung 10 und eine zweite Beschichtung 13 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 12, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 8 angegeben sind.
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Tabelle 8
Die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 unterscheiden sich bei diesem Ausführungsbeispiel deutlich voneinander hinsichtlich Anzahl der Einzelschichten 12, Dicke und Material der Einzelschichten 12. Die erste Beschichtung kann mit den letzten beiden Einzelschichten der zweiten Beschichtung zusammen aufgebracht werden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 17 bis 19 weist einen aktiven Bereich 2 auf, in dem im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Auf einer Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 ist eine erste Schicht 21 aufgebracht, die hochreflektierend für elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs 2 ausgebildet ist. Auf einer dieser Seitenfläche 21 gegenüber liegenden Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1 ist eine zweite Schicht 23 aufgebracht, die antireflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereiches 2 ausgebildet ist (Figuren 17 und 18). Weiterhin umfasst der Halbleiterkörper 1 einen Stegwellenleiter 24, der sich von der einen Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 zu der gegenüberliegenden Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1 erstreckt.
Weiterhin weist der Halbleiterkörper 1 ein erstes Segment 25 und ein zweites Segment 26 auf, die durch eine Ausnehmung 4 voneinander getrennt sind. Die Ausnehmung 4 ist im Detail in Figur 19 dargestellt. Die Ausnehmung 4 durchbricht vorliegend den Stegwellenleiter 24 vollständig. Eine der Seitenfläche 6, 7 der Ausnehmung 4 ist mit einer ersten Beschichtung 10 versehen, die antireflektierend oder hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs 2 ausgebildet ist. Beispielsweise ist die erste Beschichtung 10 auf einer ersten Seitenfläche 6 der Ausnehmung 4 antireflektierend ausgebildet. In diesem Fall ist die zweite Beschichtung 13 auf der zweiten Seitenfläche 7, die der ersten Seitenfläche 6 gegenüber liegt, hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs 2 ausgebildet .
Im Bereich des ersten Segments 25 ist eine erste elektrische Kontaktstelle 27 angeordnet, die dazu geeignet ist, das erste Segment 25 elektrisch zu kontaktieren und getrennt von dem zweiten Segment 26 anzusteuern. Auf dem zweiten Segment 26 ist eine zweite Kontaktstelle 28 angeordnet, die dazu geeignet ist, das zweite Segment 26 elektrisch anzusteuern. Die erste elektrische Kontaktstelle 27 und die zweite elektrische Kontaktstelle 28 überdecken den Stegwellenleiter 24 jeweils.
Das erste Segment 25 und das zweite Segment 26 weisen vorliegend unterschiedliche Funktionalitäten auf. Das erste Segment 25 ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen, während das zweite Segment 26 ein Modulationselement 29 für die elektromagnetische Laserstrahlung ist.
Die hochreflektierende zweite Beschichtung 13 bildet zusammen mit der hochreflektierenden ersten Schicht 21 auf der Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 einen Resonator 30 aus, in dem der aktive Bereich 2 innerhalb des ersten Segments 25 angeordnet ist. Der Resonator 30 ist dazu ausgebildet, innerhalb des aktiven Bereiches 2 eine Besetzungsinversion zu erzeugen, so dass innerhalb des ersten Segments 25 des Halbleiterkörpers 1 elektromagnetische Laserstrahlung erzielt wird.
Das zweite Segment 26 umfasst vorliegend das Modulationselement 29. Das Modulationselement 29 kann durch eine entsprechende Bestromung über die zweite elektrische Kontaktstelle 28 teilweise oder ganz absorbierend für die elektromagnetische Laserstrahlung ausgebildet werden, die in dem ersten Segment 25 im Betrieb erzeugt wird.
Die elektromagnetische Laserstrahlung, die in dem ersten Segment 25 erzeugt wird, tritt teilweise durch die hochreflektierende erste Beschichtung 10 in das Modulationselement 29 ein, in dem eine Intensität der Laserstrahlung moduliert werden kann. Dann tritt die modulierte elektromagnetische Laserstrahlung aus der Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1 mit der antireflektierenden zweiten Schicht 23 aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 aus (Figur 18).
Figuren 20 bis 25 zeigen simulierte Werte von Reflektivitäten R in Abhängigkeit der Wellenlänge l für verschiedene Ausnehmungen 4, die nicht mit einer Beschichtung 10, 13 versehen, sondern lediglich mit Luft gefüllt sind.
Figur 20 zeigt Reflektivitäten R in Abhängigkeit der Wellenlänge l für eine luftgefüllte Ausnehmung 4 mit einer Breite von ungefähr 1462,5 Nanometer. Ein Maximum der Reflektivität R mit einem Wert von ungefähr 52 % liegt hierbei bei ungefähr 450 Nanometer (Kurve C2).
Figur 21 zeigt hingegen die Reflektivität R für eine nur unwesentlich breitere luftgefüllte Ausnehmung 4 mit einer Breite von 1575 Nanometer. Bei einer Wellenlänge lvon ungefähr 450 Nanometer liegt nun ein Minimum für die Reflektivität R vor (Kurve C3).
Figur 22 zeigt die Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge bei l einer Variation von 1 % einer Breite einer luftgefüllten Ausnehmung 4 ausgehend von einem Wert der Breite von ungefähr 1462,5 Nanometer (Kurven C4). Weiterhin ist die Reflektivität C2 der Figur 20 als Referenz eingetragen .
Figur 23 zeigt die Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge bei l einer Variation von 2,5 % einer Breite einer luftgefüllten Ausnehmung ausgehend von einem Wert der Breite von ungefähr 1462,5 Nanometer (Kurve C4). Weiterhin ist die Reflektivität C2 der Figur 20 als Referenz eingetragen .
Figur 24 zeigt die Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge bei l einer Variation von 5 % einer Breite einer luftgefüllten Ausnehmung ausgehend von einem Wert der Breite von ungefähr 1462,5 Nanometer. (Kurve C4). Weiterhin ist die Reflektivität C2 der Figur 20 als Referenz eingetragen.
Figur 25 zeigt die Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge bei l einer Variation von 10 % einer Breite einer luftgefüllten Ausnehmung ausgehend von einem Wert der Breite von ungefähr 1462,5 Nanometer (Kurve C4). Weiterhin ist die Reflektivität C2 der Figur 20 als Referenz eingetragen.
Wie die Figuren 20 bis 25 zeigen, variiert die Reflektivität unbeschichteter Seitenflächen einer Ausnehmung stark mit den Abmessungen der Ausnehmung, wie sie beispielsweise durch Fertigungstoleranzen entstehen können. Ein Vergleich mit den Figuren 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 16, 38, 39 zeigt, dass dieses Problem mit der ersten Beschichtung und/oder der zweiten Beschichtung zumindest deutlich verringert werden kann.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 26 weist im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 17 bis 19 ein Schaltelement 32 anstelle eines Modulationselements 29 innerhalb des zweiten Segments 26 auf. Das Schaltelement 32 ist dazu geeignet, den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 an und aus zu schalten. Weiterhin ist eine erste Seitenfläche 6 der Ausnehmung 4 mit einer ersten Beschichtung 10 und eine zweite Seitenfläche 7 der Ausnehmung 4 mit einer zweiten Beschichtung 13 versehen, wobei die erste Beschichtung 10 und die zweite Beschichtung 13 möglichst wenig der elektromagnetischen Laserstrahlung, die in dem ersten Segment 25 erzeugt wird, reflektiert. Die Ausnehmung 4 trennt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Segment 25 von dem zweiten Segment 26 lediglich elektrisch und nicht optisch.
Weiterhin ist bei dem vorliegenden strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 eine zweite Schicht 23 auf einer zweiten Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1 reflektierend für die elektromagnetische Laserstrahlung ausgebildet um zusammen mit einer ersten hochreflektierenden Schicht 21 auf der gegenüberliegenden Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 einen Resonator 30 für elektromagnetische Laserstrahlung eines aktiven Bereichs 2 des Halbleiterkörpers 1 auszubilden. Der Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 27 umfasst im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 17 bis 19 ein drittes Segment 33 mit einer Fotodiode 34. Hierbei ist zwischen dem dritten Segment 33 mit der Fotodiode 34 und dem ersten Segment 25, in dem im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt wird, eine weitere Ausnehmung 4 angeordnet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 28 weist einen Halbleiterkörper 1 mit insgesamt sechs Segmenten 25, 26, 33 auf, von denen jeweils drei ausgebildet sind, wie anhand der Figur 27 bereits beschrieben. Weiterhin weist der Halbleiterkörper 1 zwei Stegwellenleiter 24 auf, von denen jeder drei Segmente 25, 26, 33 durchläuft. Die beiden Stegwellenleiter 24 laufen nach beiden Modulationselementen 29 in einen gemeinsamen Stegwellenleiter 24 zusammen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 29 weist ein erstes Segment 25 auf, in dem elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt wird. Seitlich des ersten Segments 25 ist eine Ausnehmung 4 angeordnet, bei der zwei gegenüberliegende Seitenflächen 6, 7 mit einer ersten Beschichtung 10 und einer zweiten Beschichtung 13 versehen sind, wie hier bereits beschrieben. Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 29 einen Stegwellenleiter 24, der durch das erste Segment 25 vollständig hindurchläuft und sich nach der Ausnehmung 4 in zwei Äste 24', 24'' aufteilt. Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 zwei weitere Segmente 26, 33, die jeweils als Modulationselement 29 ausgebildet sind. Bei den Modulationselementen 29 handelt es sich vorliegend um ein Mach-Zehnder-Interferometer mit einstellbarer Phasenverschiebung. Jedes Modulationselement 29 wird von einem der Äste 24', 24'' des Stegwellenleiters 24 durchlaufen. Nach den beiden Segmenten 26, 33 mit den Modulationselementen 29 laufen die beiden Äste 24', 24'' des Stegwellenleiters 24 wieder zusammen. Der Stegwellenleiter 24 leitet die im Betrieb in dem ersten Segment 25 erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung durch die beiden Modulationselemente 29 und dann zu einer Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1, von dem die Laserstrahlung ausgesandt wird.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 30 weist ein erstes Segment 25 und ein zweites Segment 26 auf. Das erste Segment 25 und das zweite Segment 26 sind dazu vorgesehen, elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen. Zwischen dem ersten Segment 25 und dem zweiten Segment 26 ist eine Ausnehmung 4 angeordnet, die eine erste Seitenfläche 6 und eine zweite Seitenfläche 7 aufweist, die der ersten Seitenfläche 6 gegenüber liegt.
Die erste Seitenfläche 6 der Ausnehmung 4 ist mit einer ersten Beschichtung 10 versehen und die zweite Seitenfläche 7 mit einer zweiten Beschichtung 13. Die erste Beschichtung 10 bildet zusammen mit einer ersten Schicht 21 auf einer Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 einen ersten Resonator 30' für die elektromagnetische Strahlung aus, die in einem aktiven Bereich 2 innerhalb des ersten Segments 25 erzeugt wird. Die zweite Beschichtung 10 bildet zusammen mit einer zweiten Schicht 23 auf einer weiteren Seitenfläche 22 des Halbleiterkörpers 1 einen zweiten Resonator 30'' für die elektromagnetische Strahlung aus, die in dem aktiven Bereich 2 innerhalb des zweiten Segments 26 erzeugt wird. In beiden Segmenten 25, 26 wird somit elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt .
Der Halbleiterkörper 1 umfasst weiterhin einen
Stegwellenleiter 24, der den Halbleiterkörper 1 von der einen Seitenfläche 20 zu der gegenüberliegenden Seitenfläche 22 durchläuft. Insbesondere durchläuft der Stegwellenleiter 24 das erste Segment 25 und das zweite Segment 26 und leitet elektromagnetische Laserstrahlung zwischen den beiden Seitenflächen 20 ,22 des Halbleiterkörpers 1. Der erste Resonator 30' und der zweite Resonator 30'' weisen unterschiedliche Längen auf, so dass in den beiden Resonatoren 30', 30'' elektromagnetische Laserstrahlung unterschiedlicher Moden entsteht. Der erste Resonator 30' und der zweite Resonator 30'' sind optisch aneinander gekoppelt. Dadurch bilden sich in dem gesamten Stegwellenleiter 24 Moden von elektromagnetischer Laserstrahlung aus, die für beide Resonatoren 30', 30'' existieren. So ist es möglich, elektromagnetische Laserstrahlung zu erzeugen, die nur wenige, idealerweise nur eine Mode, mit sehr geringer Linienbreite und geringer Temperaturabhängigkeit aufweist.
Der Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 31 umfasst vier strahlungsemittierende Halbleiterchips 31, die integral miteinander ausgebildet, das heißt, gemeinsam aus einem Wafer gefertigt sind. Jeder Halbleiterchip 31 des Arrays gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 31 weist einen Halbleiterkörper 1 mit zwei Segmente 25, 26 unterschiedlicher Funktion auf, zwischen denen jeweils eine Ausnehmung 4 angeordnet ist. Jeder Halbleiterkörper 4 weist ein erstes Segment 25 auf, in dem Laserstrahlung erzeugt und ein zweites Segment 26, das als Schaltelement 32 ausgebildet ist. Gegenüber liegende Seitenflächen 6, 7 jeder Ausnehmung 4 sind mit Beschichtungen 10, 13 versehen, wie bereits beschrieben. Insbesondere unterscheiden sich die Beschichtungen 10, 13 der Ausnehmungen
4 der unterschiedlichen Halbleiterkörper 1. So kann die von dem Array ausgesandet Laserstrahlung auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden.
Der Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 32 weist im Unterschied zu dem Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 31 strahlungsemittierende Halbleiterchips 31 mit Halbleiterkörpern 1 umfassend lediglich ein einziges Segment 25 auf. Die unterschiedlichen Segmente 25 der verschiedenen Halbleiterkörper 1 sind vorliegend dazu vorgesehen, elektromagnetische Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen zu erzeugen. Eine der Beschichtungen 10, 13 der
Seitenflächen 6, 7 der Ausnehmungen 4 bilden jeweils einen Resonator 30 mit einer ersten Schicht 21 auf einer Seitenfläche 20 des Halbleiterkörpers 1 aus, so dass die Halbleiterchips 31 gezielt unterschiedliche Laserstrahlung emittieren. Durch die Verwendung mehrerer strahlungsemittierender Halbleiterchips 31 in einem Array können so gezielt unterschiedliche Lasereigenschaften eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch Unterschiede in der Laserstrahlung der Halbleiterchips 31 ausgeglichen werden, die zum Beispiel durch unterschiedliche thermische Ankopplung bei der Montage eines Arrays entstehen.
Die Arrays gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 33 und 34 weisen ebenfalls strahlungsemittierende Halbleiterchips 31 mit lediglich einem einzigen Segment 25 auf. Hierbei unterscheiden sich die Resonatoren 30 der einzelnen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 31 in ihren Längen.
Bei den Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 35 bis 37 wird zunächst eine Vielzahl an Halbleiterkörper 1 im Waferverbund bereitgestellt. Dann werden Trenngräben 35 zwischen den Halbleiterkörpern 1 angeordnet (Figur 35). Beispielsweise können die Trenngräben 35 durch Ätzen erzeugt werden. Dann wird eine Schichtenfolge umfassend eine erste Schicht 21 und eine zweite Schicht 23 in den Trenngräben 35 abgeschieden. Die erste Schicht 21 ist hierbei hochreflektierend für eine Laserstrahlung ausgebildet, die in einem aktiven Bereich 2 des Halbleiterkörpers 1 erzeugt wird, während die zweite Schicht 32 antireflektierend für die Laserstrahlung ausgebildet ist.
Schließlich werden die Halbleiterkörper 1 derart entlang der Trenngräben 35 vereinzelt, dass auf einer Seitenfläche 20 eines Halbleiterkörpers die erste Schicht 21 angeordnet ist und auf einer Seitenfläche 22 eines direkt benachbarten Halbleiterkörpers 1 die zweite Schicht 23. Die Trenngräben 35 sind hierbei derart angeordnet, dass mehrere Halbleiterchips 31 umfassend einen Halbleiterkörper 1 mit einer ersten Schicht 21 und/oder zweiten Schicht 23 zu einem Array zusammengefasst werden (Figuren 36 und 37). Diese Arrays können auch weiter zu einzelnen Halbleiterchips vereinzelt werden.
Die Figuren 38 und 39 zeigen simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Schicht 21 und eine zweite Schicht 23 jeweils mit einer Vielzahl an Einzelschichten 21, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 9 angegeben sind. Die Kurve C5 der Figur 38 zeigt hier die Reflektivität der ersten Schicht 21 während die Kurve C6 die Reflektivität bei Variation der Dicke der Schicht 21 um 2% (mindestens 2 Nanometer) darstellt. Die Kurve C5 der Figur 39 zeigt hier die Reflektivität der zweiten Schicht 23 während die Kurve C6 die Reflektivität bei Variation der Dicke der Schicht 23 um 2% (mindestens 2 Nanometer) darstellt.
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Tabelle 9
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Einzelschichten 21 der ersten Schicht 21 und der zweiten Schicht 23 in einem ersten Schritt auf Trenngräben 35 zwischen Halbleiterkörpern 1 abgeschieden, die im Waferverbund zusammenhängend ausgebildet sind. Dann wird der Waferverbund entlang der Trenngräben 35 vereinzelt, so dass auf einer Seitenfläche 20 eines Halbleiterkörpers die erste Schicht 21 und auf der Seitenfläche 22 eines direkt benachbarten Halbleiterkörpers 1 die zweite Schicht 23 angeordnet ist. Die erste Schicht 21 ist hierbei antireflektierend für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet, die in einem aktiven Bereich 2 des Halbleiterkörpers 1 erzeugt wird, während die zweite Schicht 23 hochreflektierend für die elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist, die in dem aktiven Bereich 2 des Halbleiterkörpers 1 erzeugt wird oder eine definierte Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung aufweist, die in dem aktiven Bereich 2 des Halbleiterkörpers 1 erzeugt wird. Ein Verhältnis einer Dicke der ersten Schicht 21 zu einer Dicke der zweiten Schicht 23 beträgt hierbei ungefähr 2,7:1.
Figur 40 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung jeweils mit einer Vielzahl an
Einzelschichten, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 10 angegeben sind.
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Tabelle 10
Die Dicke der ersten Beschichtung weist zu der Dicke der zweiten Beschichtung ein Verhältnis von 2,56:1 auf. Insbesondere ist die Reflektivität der beiden Beschichtungen derart eingestellt, dass diese unterschiedliche Reflektivitäten für verschiedene Wellenlängenbereiche aufweisen. Vorliegend weist die Reflektivität im blauen Spektralbereich ungefähr 30% und im grünen Spektralbereich ungefähr 60% auf.
Figur 41 zeigt simulierte Werte der Reflektivität R in Abhängigkeit der Wellenlänge lvon auftreffender elektromagnetischer Strahlung für eine erste Beschichtung und eine zweite Beschichtung jeweils mit einer Vielzahl an
Einzelschichten, deren Material, Dicke, Brechungsindex und Reihenfolge in Tabelle 11 angegeben sind.
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Tabelle 11
Die Dicke der ersten Beschichtung weist zu der Dicke der zweiten Beschichtung ein Verhältnis von 5:1 auf. Insbesondere ist die Reflektivität der beiden Beschichtungen derart eingestellt, dass im blauen Spektralbereich und im grünen Spektralbereich ungefähr gleich sind. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 31 gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 42 und 43 weisen zwei Segmente 25, 26 auf, von denen das erste Segment 25 im Betrieb elektromagnetische Laserstrahlung erzeugt, während das zweite Segment 26 ein Schaltsegment 32 ist, das zum Ein- und Ausschalten des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 31 vorgesehen und eingerichtet ist. Die beiden Segmente 25,
26 sind durch eine Ausnehmung 4 voneinander getrennt.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 42 ist der Bereich 14 der Ausnehmung 4 nicht vollständig mit einer ersten Beschichtung 10 und einer zweiten Beschichtung 13 auf gegenüberliegenden Seitenflächen 6, 7 gefüllt. Vielmehr ist ein Bereich 14 zwischen den beiden Beschichtungen 6, 7 in der Ausnehmung 4 luftgefüllt. Wie schematisch durch die beiden Pfeile dargestellt, ist es wünschenswert, wenn eine Breite der Ausnehmung nicht zu groß ausgebildet ist, damit möglichst viel elektromagnetische Laserstrahlung des ersten Segments 25 in das zweite Segment 26 eintreten kann. Bevorzugt ist eine Breite der Ausnehmung höchstens 800 Nanometer, höchstens 15 Mikrometer, höchstens 5 Mikrometer und besonders bevorzugt höchstens 2 Mikrometer breit.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 42 ist der Bereich 14 der Ausnehmung 4 zwischen der ersten Beschichtung 10 und der zweiten Beschichtung 13 durch ein Material 15 mit einem Brechungsindex größer 1 gefüllt. Wie die Pfeile in Figur 43 verdeutlichen, vergrößert auch eine Füllung der Ausnehmung 4 mit einem solchen Material die elektromagnetische Laserstrahlung, die in das zweite Segment 26 eintritt. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102020118405.0, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterkörper
2 aktiver Bereich
3 Substrat
4 Ausnehmung
5 ÄtzstoppSchicht
6 erste Seitenfläche der Ausnehmung
7 zweite Seitenfläche der Ausnehmung
8 Schutzschicht
9 Hauptfläche des Halbleiterkörpers
10 erste Beschichtung 11 Bodenfläche der Ausnehmung 12 EinzelSchicht
13 zweite Beschichtung
14 Bereich
15 Dielektrikum
16 Vorzugsrichtung
17 Haupterstreckungsebene
18 Abschattungselement 19 Symmetriebruchschicht
20,22 Seitenfläche des Halbleiterkörpers
21 erste Schicht
23 zweite Schicht
24 Stegwellenleiter
24 24 Ast des Stegwellenleiters
25 erstes Segment
26 zweites Segment
27 erste elektrische Kontaktstelle
28 zweite elektrische Kontaktstelle 29 Modulationselement
30 , 30 30 Resonator
31 strahlungsemittierender Halbleiterchip 32 Schaltelement
33 drittes Segment
34 Fotodiode
35 Trenngraben R Reflektivität l Wellenlänge a Winkel
CO, CI, C2, C3, C4, C5, C6: Kurven

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) mit:
- einem Halbleiterkörper (1) umfassend einen aktiven Bereich (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt und in einem Resonator (30) angeordnet ist,
- zumindest einer Ausnehmung (4) in dem Halbleiterkörper (1), die den aktiven Bereich (2) vollständig durchdringt, wobei
- die Ausnehmung (4) eine erste Seitenfläche (6) und eine zweite, der ersten Seitenfläche (6) gegenüber liegende Seitenfläche (7) aufweist, und
- die erste Seitenfläche (6) eine erste Beschichtung (10) aufweist, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt, und/oder
- die zweite Seitenfläche (7) eine zweite Beschichtung (13) aufweist, die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt.
2. Strahlungsemitterender Halbleiterchip (31) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die erste Beschichtung (10) als erste Schichtenfolge mit einer Vielzahl an Einzelschichten (12) ausgebildet ist, und/oder
- die zweite Beschichtung (13) als zweite Schichtenfolge mit einer Vielzahl an Einzelschichten (12) ausgebildet ist.
3. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste Beschichtung (10) und die zweite Beschichtung (13) verschieden voneinander ausgebildet sind.
4. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die erste Schichtenfolge und die zweite Schichtenfolge aus Einzelschichten (12) gleicher Materialien und gleicher Abfolge gebildet sind, und
- eine Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche (6) und eine Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) voneinander verschieden sind.
5. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche (6) zu der Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) ein Verhältnis größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:20 aufweist.
6. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die zweite Schichtenfolge bis auf eine zusätzliche Symmetriebruchschicht (19) gleichartig zu der ersten Schichtenfolge ausgebildet ist, oder
- die erste Schichtenfolge bis auf eine zusätzliche Symmetriebruchschicht (19) gleichartig zu der zweiten Schichtenfolge ausgebildet ist.
7. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- der Halbleiterkörper (1) ein erstes Segment (25) und ein zweites Segment (26) umfasst, wobei das erste Segment (25) von dem zweiten Segment (26) durch die Ausnehmung (4) elektrisch und/oder optisch isoliert ist.
8. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das erste Segment (25) den Resonator (30) umfasst und das zweite Segment (26) ein Modulationselement (29), das dazu eingerichtet ist, eine Intensität der elektromagnetischen Strahlung des aktiven Bereichs (2) zu modulieren.
9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, bei dem
- das erste Segment (25) und das zweite Segment (26) elektrisch voneinander getrennt sind, und
- das zweite Segment (25) ein elektrisches Schaltelement (32) umfasst, das dazu eingerichtet ist, den strahlungsemittierenden Halbleiterchip (31) einzuschalten und auszuschalten .
10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der Halbleiterkörper (1) ein Segment (25, 26, 33) mit einem oder mehrere der folgenden Elemente aufweist: Fotodiode (34), passiver Wellenleiter, aktiver Wellenleiter, Strahlteiler, Strahlkombinierer, Linse wellenlängenselektives Element, Phasenschiebeelemente, Frequenzverdoppler, Taper, Verstärker, Konverter, Transistor.
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip (31) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem ein Brechungsindexverlauf entlang der Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterchips ausgehend von der ersten Seitenfläche der Ausnehmung bis zu der zweiten Seitenfläche der Ausnehmung nichtperiodisch ausgebildet ist.
12. Array umfassend zumindest zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips (31) nach einem der obigen Ansprüche.
13. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (31) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1) umfassend einen aktiven Bereich (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt und in einem Resonator (30) angeordnet ist,
- Erzeugen zumindest einer Ausnehmung (4) in dem Halbleiterkörper (1), die den aktiven Bereich (2) vollständig durchdringt, wobei die Ausnehmung (4) eine erste Seitenfläche
(6) und eine zweite Seitenfläche (7) aufweist, wobei die erste Seitenfläche (6) gegenüber der zweiten Seitenfläche (7) angeordnet ist, und
- Aufbringen einer ersten Beschichtung (10), die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt, auf die erste Seitenfläche (6), und/oder
- Aufbringen einer zweiten Beschichtung (13), die eine Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung des aktiven Bereichs (2) vorgibt, auf die zweite Seitenfläche
(7).
14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die zweite Seitenfläche (7) der Ausnehmung (4) mit einer Schutzschicht (8) versehen wird,
- die erste Seitenfläche (6) der Ausnehmung (4) mit der ersten Beschichtung (10) versehen wird, und
- die Schutzschicht (8) wieder entfernt wird, so dass der Halbleiterkörper (1) im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) frei zugänglich ist.
15. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die erste Beschichtung (10) zumindest im Bereich (14) der ersten Seitenfläche (6) mit einer weiteren Schutzschicht (8) versehen wird, und
- die zweite Seitenfläche (7) der Ausnehmung (4) mit der zweiten Beschichtung (13) versehen wird, und
- die weitere Schutzschicht (8) wieder entfernt wird, so dass die erste Beschichtung (10) im Bereich der ersten Seitenfläche (6) frei zugänglich ist.
16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die erste Beschichtung (10) und die zweite Beschichtung (13) gleichzeitig auf die erste Seitenfläche (6) und die zweite Seitenfläche (7) aufgebracht werden, wobei
- die erste Beschichtung (10) als erste Schichtenfolge einer Vielzahl an Einzelschichten (12) ausgebildet ist, und
- die zweite Beschichtung (13) als zweite Schichtenfolge einer Vielzahl an Einzelschichten (12) ausgebildet ist,
- die erste Schichtenfolge und die zweite Schichtenfolge aus Einzelschichten (12) gleicher Materialien und gleicher Abfolge gebildet sind, und
- eine Dicke der ersten Schichtenfolge im Bereich der ersten Seitenfläche (6) zu einer Dicke der zweiten Schichtenfolge im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) ein Verhältnis zwischen einschließlich 1:1 und einschließlich 1:20 aufweist.
17. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine Vorzugsrichtung (16) eines Verfahrens zur Aufbringung der ersten Beschichtung (10) und der zweiten Beschichtung (13) einen vorgegeben Winkel (a) mit einer Haupterstreckungsebene (17) des Halbleiterkörpers (1) einschließt, so dass die Dicke der ersten Beschichtung (10) im Bereich der ersten Seitenfläche (6) von der Dicke der zweiten Beschichtung (13) im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) verschieden ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem vor dem Aufbringen der ersten Beschichtung (10) und der zweiten Beschichtung (13) ein Abschattungselement (18) auf einen Bereich einer Hauptfläche (9) des Halbleiterkörpers (1), der direkt an die erste Seitenfläche (6) der Ausnehmung (4) angrenzt, aufgebracht wird, so dass die Dicke der ersten Beschichtung (10) im Bereich der ersten Seitenfläche (6) von der Dicke der zweiten Beschichtung (13) im Bereich der zweiten Seitenfläche (7) verschieden ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, - bei dem eine Vielzahl an Halbleiterkörpern (1) im
Waferverbund bereitgestellt werden,
- Trenngräben (35) zwischen den Halbleiterkörpern (1) angeordnet werden,
- eine Schichtenfolge umfassend eine erste Schicht (21) und eine zweite Schicht (23) in den Trenngräben (35) abgeschieden wird,
- die Halbleiterkörper (1) derart entlang der Trenngräben (35) vereinzelt werden, dass auf einer Seitenfläche (20) eines Halbleiterkörpers (1) die erste Schicht (21) angeordnet ist und auf einer Seitenfläche (22) eines direkt benachbarten Halbleiterkörpers (1) die zweite Schicht (23).
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