WO2022243297A1 - Semiconductor laser and optoelectronic semiconductor converter element - Google Patents

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WO2022243297A1
WO2022243297A1 PCT/EP2022/063298 EP2022063298W WO2022243297A1 WO 2022243297 A1 WO2022243297 A1 WO 2022243297A1 EP 2022063298 W EP2022063298 W EP 2022063298W WO 2022243297 A1 WO2022243297 A1 WO 2022243297A1
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semiconductor laser
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PCT/EP2022/063298
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Hubert Halbritter
Bruno JENTZSCH
Tilman Ruegheimer
Christoph Walter
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
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    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • Surface emitting semiconductor lasers are widely used as a very high luminance luminous source.
  • the optical resonator for generating the laser radiation can be aligned parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer arrangement.
  • concepts are being sought for improving such surface-emitting semiconductor lasers and opening them up for broader areas of application.
  • the object of the present invention is to provide an improved semiconductor laser and an improved optoelectronic semiconductor converter element.
  • a semiconductor laser comprises a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator which is arranged between the first and the second resonator mirror and extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor layer arrangement. Lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement run obliquely, so that electromagnetic radiation generated is reflected in the direction of the first main surface of the semiconductor layer arrangement.
  • the first and the second resonator mirror are arranged above the first main surface of the semiconductor layer arrangement.
  • the semiconductor laser also has a converter element on a side of the first resonator mirror that faces away from the semiconductor layer arrangement.
  • the semiconductor laser also includes a third mirror, which is designed as a Bragg mirror and is arranged between the first resonator mirror and the converter element.
  • the third mirror is suitable for allowing laser radiation generated by the semiconductor layer arrangement to pass through and for reflecting electromagnetic radiation with a longer wavelength.
  • a substrate can be arranged between the converter element and the semiconductor layer arrangement.
  • the substrate can be a growth substrate for growing layers of the semiconductor layer arrangement.
  • the layers of the semiconductor layer arrangement can contain GaN.
  • the growth substrate can be a GaN substrate, for example.
  • a metallic layer may be arranged over a first main surface of the substrate, wherein the converter element is arranged over a first part of the first main surface and the metallic layer is arranged over a second part of the first main surface of the substrate.
  • the metallic layer and the first resonator mirror can be directly adjacent to the substrate.
  • the semiconductor laser has a metallic housing which adjoins at least two side faces of the substrate.
  • the substrate and the first resonator mirror can be doped.
  • the semiconductor laser can also have a first contact element which is electrically connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type of the semiconductor layer arrangement and is arranged on a side of the substrate which is remote from the semiconductor layer arrangement.
  • the semiconductor laser can also have a second contact element which is electrically connected to a second semiconductor layer of a second conductivity type of the semiconductor layer arrangement.
  • the substrate and the first resonator mirror can be undoped.
  • a conductive semiconductor layer can additionally be provided on a side of the first resonator mirror that faces the active zone. This conductive semiconductor layer can be suitable for connecting the active zone to a first contact element.
  • the semiconductor laser can furthermore have an optical element on a side of the converter element which is remote from the semiconductor layer arrangement.
  • the converter element can be integrated into the growth substrate.
  • a first part of the growth substrate can be porous, and quantum dots are introduced into the porous part of the growth substrate.
  • the quantum dots can form the converter element.
  • a second part of the growth substrate can be removed, so that a first part of the growth substrate, into which the quantum dots are introduced, protrudes in relation to the growth substrate.
  • different quantum dots each causing a conversion to different wavelengths, can be introduced into different porous regions of the growth substrate.
  • An optoelectronic semiconductor converter element comprises a GaN substrate, a porous GaN layer which is arranged over the GaN substrate, and quantum dots which are embedded in pores of the porous GaN layer.
  • the porous GaN layer can each have different regions in which different quantum dots are arranged.
  • a semiconductor laser comprises a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first re resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator arranged between the first and second resonator mirrors and extending in a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor layer arrangement.
  • the semiconductor laser further includes a GaN substrate, a porous GaN layer disposed over the GaN substrate, and quantum dots intercalated in pores of the porous GaN layer, the quantum dots intercalated in the pores of the porous GaN layer represent a converter element.
  • the semiconductor layer arrangement can contain GaN.
  • the GaN substrate can represent a growth substrate for growing the semiconductor layer arrangement, for example.
  • a semiconductor laser arrangement has a plurality of laser elements, each of which has a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator which is arranged between the first and the second resonator mirror and extends in a direction perpendicular to a main surface the semiconductor layer arrangement extends include.
  • the semiconductor laser array further includes a GaN substrate, a porous GaN layer disposed over the GaN substrate, and quantum dots intercalated in pores of the porous GaN layer, the quantum dots intercalated in the pores of the porous GaN layer represent each converter elements.
  • different converter elements can be assigned to different laser elements.
  • the semiconductor layer arrangement can contain GaN.
  • the GaN substrate can represent a growth substrate for growing the semiconductor layer arrangement, for example.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a semiconductor laser according to embodiments.
  • FIGS. 2A to 2D show cross-sectional views of the semiconductor laser according to other embodiments.
  • 3A shows a workpiece when manufacturing a semiconductor laser according to embodiments.
  • 3B shows a cross-sectional view of the workpiece according to embodiments.
  • 3C summarizes a method according to embodiments.
  • FIG. 4A shows a cross-sectional view of a converter element according to embodiments.
  • FIG. 4B shows a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor converter element according to further embodiments.
  • 5A to 5D are cross-sectional views of vertical-cavity semiconductor lasers according to embodiments.
  • 6A to 6J are cross-sectional views of horizontal-cavity semiconductors according to embodiments.
  • Fig. 6K shows a cross-sectional view of a workpiece when the semiconductor laser is manufactured.
  • FIG. 6K shows a cross-sectional view of a workpiece when the semiconductor laser is manufactured.
  • Wafer or “semiconductor substrate” used in the following description may include any semiconductor-based structure that has a semiconductor surface. Wafer and structure are understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers optionally supported by a base substrate, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, such as a GaAs substrate, a GaN substrate, or a Si substrate, or of an insulating material, such as a sapphire substrate.
  • a second semiconductor material such as a GaAs substrate, a GaN substrate, or a Si substrate, or of an insulating material, such as a sapphire substrate.
  • the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material.
  • semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds, through which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGalnBN, phosphide semiconductor compounds, for example green or longer-wave light can be generated by the example, GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP , as well as other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 203 , diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned.
  • the stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary.
  • Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium, and germanium. In the context of the present description, the term "semiconductor"
  • lateral and horizontal as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
  • the horizontal direction can be, for example, in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
  • vertical as used in this specification intends to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body.
  • the vertical direction can correspond to a growth direction when layers are grown, for example.
  • the wavelength of electromagnetic radiation emitted from an LED chip can be converted using a converter material containing a phosphor or phosphor.
  • white light can be generated by combining an LED chip that emits blue light with a suitable phosphor.
  • the phosphor may be a yellow phosphor capable of emitting yellow light when excited by the light from the blue LED chip.
  • the phosphor can, for example, absorb part of the electromagnetic radiation emitted by the LED chip.
  • the combination of blue and yellow light is perceived as white light.
  • the color temperature can be changed by adding further phosphors that are suitable for emitting light of a further wavelength, for example a red wavelength.
  • white light can be generated by a combination containing a blue LED chip and a green and red phosphor. It goes without saying that a converter material can comprise a number of different phosphors, each of which emits different wavelengths.
  • Examples of phosphors are metal oxides, metal halides, metal sulfides, metal nitrides and others. These compounds can also contain additives that cause specific wavelengths to be emitted.
  • the additives may include rare earth materials.
  • YAG:Ce 3+ yttrium aluminum garnet (YA10 I2) activated with cerium) or (Sr.Bao.Euo. !
  • S i0 can be used as an example for a yellow phosphor.
  • Further phosphors can be based on MSi0:Eu 2+ , where M can be Ca, Sr or Ba. By selecting the cations with an appropriate concentration, a desired conversion wavelength can be selected. Many other examples of suitable phosphors are known.
  • the phosphor material for example a phosphor powder
  • the matrix material may comprise a resin or poly mer composition such as a silicone or an epoxy resin.
  • the size of the phosphor particles can be in the micrometer or nanometer range, for example.
  • the matrix material can comprise a glass.
  • the converter material can be formed by sintering the glass, for example SiO with further additives and phosphor powder, with the formation of a phosphor in the glass (PiG).
  • the phosphor material itself can be sintered to form a ceramic.
  • the ceramic phosphor can have a polycrystalline structure.
  • the phosphor material may be grown to form a single crystal phosphor, for example using the Czochralski (Cz) method.
  • the phosphor material itself can be a semiconductor material which has a suitable band gap for absorption of the light emitted by the LED and for emission of the desired conversion wavelength in the volume or in layers.
  • this can be an epitaxially grown semiconductor material.
  • the epitaxially grown semiconductor material can have a band gap that corresponds to a lower energy than that of the primarily emitted light.
  • several suitable semiconductor layers, each of which emits light of different wavelengths, can be stacked one on top of the other.
  • One or more quantum wells, quantum dots, or quantum wires may be formed in the semiconductor material.
  • the semiconductor laser has a semiconductor layer arrangement 112, which contains an active zone 115 for the generation of radiation.
  • the semiconductor layer arrangement can have a first semiconductor layer 110 of a first conductivity type, for example n-type, and a second semiconductor layer 120 of a second conductivity type, for example p-conducting.
  • the active zone 115 is between the first and the second semiconductor layer 110, 120 is arranged.
  • the semiconductor layers, for example the first and/or the second semiconductor layer 110, 120 and semiconductor layers of the active zone 115 can be selected from the GaN material system and can be formed over a GaN substrate 100, for example.
  • an emission wavelength of the semiconductor laser are in a range from 400 to 470 nm.
  • the active zone can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • Quantum well structure has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • the semiconductor laser also has a first resonator mirror 125 and a second resonator mirror 130 .
  • An optical resonator 105 is formed in the optical path between the first resonator mirror 125 and the second resonator mirror 130 .
  • the semiconductor layer arrangement 112 has an inclined side surface 103, which usually runs at an angle of 45° to a horizontal surface.
  • a dielectric layer can be arranged as a mirror layer 107 on the oblique side face 103 . Because of the difference in refractive index between the side surface 103 of the semiconductor layer arrangement 112 and the adjacent medium, electromagnetic radiation generated in the active zone 115 is reflected upwards through the side surface 103 in each case.
  • the first resonator mirror 125 and the second resonator mirror 130 are each formed as a Bragg mirror and each contain parts of a layer stack made of suitable electrical or semiconductor layers.
  • the term Bragg mirror includes any arrangement that reflects incident electromagnetic radiation to a large degree (e.g. >90%) and contains a layer stack of thin layers.
  • a Bragg mirror can be formed by a sequence of very thin dielectric or semiconductor layers, each with different refractive indices.
  • the layers can alternately have a high refractive index (n>1.7) and a low refractive index (n ⁇ 1.7) and be designed as a Bragg reflector.
  • the layer thickness can be l/4, where l indicates the wavelength of the light to be reflected in the respective medium.
  • the layer viewed from the incident light can have a greater layer thickness, for example 3l/4.
  • a Bragg mirror can have, for example, 2 to 50 dielectric or semiconductor layers.
  • a typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm.
  • the layer stack can also contain one or two or more layers that are thicker than about 180 nm, for example thicker than 200 nm.
  • the first resonator mirror 125 has a smaller number of layers than the second resonator mirror 130 .
  • the first resonator mirror 125 can have, for example, epitaxially grown semiconductor layers, which contain, for example, AlN/GaN or A-UnN/GaN layer sequences.
  • the second resonator mirror 130 can contain the layers of the first resonator mirror 125 and a second layer sequence 126, which has additionally applied dielectric layers.
  • the reflectivity of the second resonator mirror 130 is greater than that of the first resonator mirror 125.
  • the radiation from the second resonator mirror 130 is reflected back into the resonator 105, while part of the generated electromagnetic radiation is transmitted by the first resonator mirror 125 and emitted to the outside.
  • the semiconductor laser shown in FIG. 1 also has a converter element 135 which is arranged on a side of the first resonator mirror 125 which is remote from the semiconductor layer arrangement 112 .
  • the electromagnetic radiation 15 generated by the active zone 115 is thus guided in the direction of the converter element 135 .
  • the wavelength of the electromagnetic radiation 10 emitted by the semiconductor laser 110 is changed by the converter element 135 .
  • part of the electromagnetic radiation can be changed to a yellow wavelength, so that by combination with the radiation emitted by the active zone 115, which can be blue for example, white light is generated as a result.
  • the semiconductor layers of the first resonator mirror 125 can be doped with dopants of the first conductivity type.
  • the active zone can be contacted via the first resonator mirror 125 .
  • the semiconductor layer arrangement 112 and the first and at least parts of the second resonator mirror 130 can be arranged over a substrate.
  • the semiconductor layer arrangement 112 and the first and at least parts of the second resonator mirror 130 can be grown as semiconductor layers over a growth substrate 100 .
  • the growth substrate 100 can be a GaN substrate.
  • the further layers of the semiconductor laser 10 can also be based on the GaN material system.
  • the substrate 100 and the first resonator mirror 125 can be doped with dopants of the first conductivity type.
  • a first contact element 140 can be arranged on a side of the substrate 100 which is remote from the semiconductor layer arrangement 112 .
  • a second contact element 145 can be arranged on a second main surface 102 on a side of the semiconductor layer arrangement 112 which is remote from the substrate 100 .
  • the optical resonator 105 extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor stack 112.
  • a length s of the optical resonator 105 may be in a range of several mm.
  • the resonator length can be more than 1 mm and less than 10 mm.
  • the current path between the first contact element 140 and the second Mixele element 145 is indicated in Fig. 1 by dashed lines.
  • the semiconductor laser 10 can also have a third mirror 136 .
  • the third mirror 136 can be designed as a Bragg mirror and can be arranged between the first resonator mirror 125 and the converter element 135 .
  • the third mirror 136 can be arranged between the substrate 100 and the converter element 135 be.
  • the third mirror 136 can have a layer structure with layers of suitable composition and layer thickness, so that laser radiation generated by the semiconductor layer arrangement 112 is transmitted and electromagnetic radiation with a longer wavelength is reflected. In this way, the laser radiation converted by the converter element 135 can be prevented from returning to the substrate and the optical resonator 105 again.
  • a further anti-reflective layer (not shown in FIG. 1 ) can be arranged over the converter element.
  • a lateral extent f of the converter element 135 can be more than 50 gm, for example 100 to 200 gm.
  • a major part of the main surface 104 of the substrate 100 is covered with a metallic layer 141 .
  • heat generated in the converter element 135 can be dissipated very well through the metallic layer 141 .
  • the structure shown in FIG. 1 there is good thermal coupling of the semiconductor layer arrangement 112 to the substrate 100.
  • FIG. As a result, high luminance of the semiconductor laser can be achieved.
  • the converter element 135 is laterally adjacent to the metallic layer 141, generated heat can continue to be dissipated very well.
  • the metallic layer 141 and the first resonator mirror are directly adjacent to the substrate 100 .
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 10 according to further embodiments.
  • the cross-sectional view of FIG. 2A is taken in a direction along the y-direction, ie, perpendicular to the direction of the cross-section of FIG. 1.
  • an additional metallic housing 117 which encloses the substrate 100 along the y and z direction.
  • the metallic housing se 117 can directly adjoin at least two side faces of the substrate 100 .
  • heat that is generated in the laser 10 for example in the converter element 135, can be better dissipated, thereby increasing the efficiency of the semiconductor laser.
  • further parts of the semiconductor layer arrangement 112 and the contact element 145 can be arranged below parts of the housing 117 . According to further embodiments, however, this part can also be replaced by other components.
  • the resonator width d of the optical resonator 105 along the y direction can be less than 200 pm, for example.
  • the metal of the metallic housing 117 can be gold, for example, or any other conceivable metal.
  • FIG. 2B shows a cross-sectional view of a semiconductor laser according to further embodiments, in which the metallic housing 117 extends up to a plane of the second main surface 102 of the semiconductor layer arrangement 112 .
  • the heat can be dissipated even better.
  • the part of the metallic housing 117 that extends to the second main surface 102 of the semiconductor layer arrangement 112 also represents a first contact element 140. Accordingly, the first and the second contact element of the semiconductor laser of FIG. 2B can each be contacted from one side .
  • the substrate 100 and the first resonator mirror 125 can each be doped to enable electrical connection via these layers. According to further embodiments, however, the substrate and the first resonator mirror 125 can also be undoped. In this case, an additional doped semiconductor layer 138 of the first conductivity type, for example an n-doped GaN layer, can be provided in order to effect electrical contact.
  • an additional doped semiconductor layer 138 of the first conductivity type for example an n-doped GaN layer, can be provided in order to effect electrical contact.
  • FIG. 2C shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser with an additional doped semiconductor layer 138 according to further embodiments. 2C further shows a Current conduction path 139 from the underside of the first contact element 140 in the direction of the doped semiconductor layer 138 and finally into the semiconductor layer arrangement 112. The other components are similar to FIG. 2B.
  • the semiconductor laser 10 can be combined with an optical element 122 according to all embodiments.
  • the optical element 122 can be a collimating lens or another optical element for the parallel direction of the emitted laser radiation 16 .
  • the optical element 122 can be arranged over the converter element 135 .
  • the optical element can be directly adjacent to an upper side of the metallic housing 117 .
  • an air gap can also be arranged between the optical element 122 and the metallic housing 117 .
  • a doped semiconductor layer 138 is provided for electrically contacting the semiconductor layer arrangement 112 .
  • the optical element 132 can also be combined with embodiments in which no doped semiconductor layer 138 for electrical contacting of the semiconductor layer arrangement 112 is provided.
  • the converter element shown in FIGS. 1 and 2A to 2D can be a ceramic converter element, for example. This can be created, for example, in a separate manufacturing step in the required size and thickness and then attached to the component, for example to the growth substrate 100, using a connecting material that is transparent at least for the wavelength generated by the semiconductor layer arrangement 112. Silicone, transparent glass solder or a dielectric layer, for example, are suitable as transparent connecting material. According to further embodiments, a phosphor can also be deposited areally on the wafer, for example by spraying, screen printing or sedimentation. In this configuration, no connecting material is required. If the phosphor is deposited over an area, the edge quality is important for how the thermal connection between the converter element 135 and the adjoining metal layer, for example the metal housing 117 or the metal layer 141, is implemented.
  • a typical size of the converter element f corresponds, for example, to the beam divergence (1/e 2 ) or the beam expansion up to 5 times the beam expansion (“beam wars”).
  • the widening of the generated electromagnetic radiation 15 within the GaN substrate is only very small, i.e. it is about a few degrees.
  • the result is a relatively small laser spot that is very well thermally connected, on the one hand via the substrate 100 and on the other hand via the heat dissipation in the heat sink and via metallic contacts.
  • a semiconductor layer stack for forming a first and second resonator mirror 125, 130 and the semiconductor layer arrangement 112 are first epitaxially grown over a growth substrate 100, for example a GaN substrate educated.
  • 3A shows an example of a resulting workpiece 25.
  • a part of the substrate 100 is then removed, so that part of a surface of the semiconductor layer stack for forming the first and the second resonator mirror 125, 130 is exposed.
  • a further layer sequence 126 for forming the second resonator mirror 130 is then grown over this exposed part.
  • the further layer sequence 126 can have any desired dielectric layers such as SiO, SiN, NbO, TiO,
  • the dielectric layers can be applied, for example, by deposition methods such as sputtering and others.
  • 3B shows a cross-sectional view of a resulting workpiece 25.
  • a method for producing a semiconductor laser includes the formation (S100) of a first resonator mirror and a semiconductor layer arrangement, which has an active zone for generating radiation, over a growth substrate.
  • the method further includes forming a second resonator mirror (S110) such that an optical resonator is formed between the first and second resonator mirrors, which optical resonator extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor layer arrangement.
  • the method further includes defining (S120) lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement so that they run obliquely and a reflection of generated electromagnetic radiation takes place in the direction of the first main surface of the semiconductor layer arrangement and the first and the second resonator mirror over the first main surface of the semiconductor layer arrangement are arranged.
  • the method also includes the application (S130) of a converter element over a side of the first resonator mirror that faces away from the semiconductor layer arrangement.
  • Defining (S120) lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement can include, for example, an etching process by which sloping side walls are produced, for example at an angle of 45° with respect to a horizontal direction.
  • the semiconductor laser can provide a white luminous source with a very high luminance.
  • the emitted electromagnetic radiation 15 is strongly collimated.
  • 4A shows a cross-sectional view of a semiconductor optoelectronic converter element 20 according to embodiments.
  • the semiconductor converter element 20 comprises a GaN substrate 200 and a porous GaN layer 210 which is arranged over the GaN substrate 200 .
  • parts of a converter or phosphor material are embedded.
  • the particles of the phosphor material are quantum dot particles. More specifically, the phosphor material is in the form of nanoparticles or microcrystals implemented as quantum dots.
  • Quantum dots are small crystals of II-VI, III-V, IV-V materials, typically 1 nm to 20 nm in diameter, which ranges in The de Broglie wavelength of the charge carriers lies.
  • the energy difference of the charge carrier states of a quantum dot is a function of both the composition and the physical size of the quantum dots. This means that for a given material, the emission spectrum of the quantum dots can be varied by varying the size Accordingly, a large wavelength range can be generated using quantum dots.
  • the quantum dots can contain a core material surrounded by a shell material.
  • the band gap of the semiconductor core material can be smaller than the band gap of the semiconductor shell material.
  • the core can be composed of CdSe, and the shell can contain CdS and optionally further layers.
  • the core can be constructed from InP, and the shell contains ZnS and, if appropriate, further layers. Powders made from such quantum dot nanoparticles are commercially available.
  • quantum dots can contain one or more of the following materials: CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs, CuInS 2 , CdSi_ x Se, BaTiQ 3 , PbZr0 3 , PbZr x Tii_ x 0 3 , Ba x Sri_ x , SrTi0 3 , LaMnQ 3 , CaMnQ 3 and La 3-
  • the quantum dots embedded in the pores are able to absorb incoming electromagnetic radiation and emit electromagnetic radiation with longer wavelengths.
  • the region of the porous GaN layer 210 in which the quantum dots are embedded provides a converter element 225 which is suitable for changing the wavelength of incident light.
  • the porous GaN layer 210 can be produced, for example, by an electrochemical process in which a voltage is applied between a doped GaN layer and a counter-electrode.
  • the pores are formed in an n-doped GaN layer, which is doped with Si, for example.
  • the formation of the nanopores is dependent on a doping level.
  • the generation of the pores can be accelerated by irradiation with light.
  • the doped GaN layer for forming the porous GaN layer can be a correspondingly doped part of the growth substrate.
  • a Si-doped GaN layer is grown over a GaN substrate.
  • a transparent intermediate layer can be formed as an etch stop layer 215 between the GaN substrate and the Si-doped GaN layer.
  • the transparent layer or etch stop layer 215 can contain, for example, AlGaN or GaN/InGaN with a Ge doping or undoped GaN.
  • the pores only form in the n-doped GaN layer. After formation of the pores, suitable quantum dots can be filled into the pores.
  • an optoelectronic semiconductor converter element which is formed in one piece or integrally with a GaN substrate.
  • an optoelectronic converter can be provided that is integrally connected to the component and cannot be detached therefrom, thereby improving eye safety, for example.
  • the converter element is ideally positioned in the direction of the heat sink. tied. As a result, generated heat can be dissipated very well, thereby improving the efficiency of the device.
  • a single quantum dot material can be filled into the created pores, thereby providing a converter element that converts to a wavelength.
  • a sealing layer 220 may be arranged over the surface of the porous GaN layer.
  • a material of the sealing layer 220 can contain SiO or SiN, for example. A reflection into the substrate can be prevented or suppressed by the sealing layer 220 .
  • the semiconductor optoelectronic converter element 20 can be combined with a semiconductor laser to provide a high luminance light source for emitting highly collimated radiation.
  • the growth substrate for forming the semiconductor layer sequence that forms the laser can be used simultaneously for forming the semiconductor converter element 20 .
  • the optoelectronic semiconductor converter element that has been described with reference to FIGS. 4A and 4B can, for example, be combined with a VCSEL ("Vertical Cavity Surface Emitting Laser").
  • Fig. 5A shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 30, which is a combination of a VCSEL and the described opto- electronic semiconductor converter element 20 includes.
  • the semiconductor laser 30 includes a first resonator mirror 125, a second resonator mirror 130 and an optical resonator 205 which is arranged between the first and the second resonator mirror 125, 130 includes.
  • the layers for forming the optical resonator 205 include a first semiconductor layer 110 of the first conductivity type, e.g. n-type, a second semiconductor layer 120 of the second conductivity type, e.g. p-type, and an active region 115 between the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120 is arranged.
  • the first and second semiconductor layers 110, 120 and the active zone 115 and the layers of the first resonator mirror 125 form the semiconductor layer stack 212.
  • the optical resonator 205 extends perpendicularly to a first main surface 110 of the semiconductor layer arrangement 212.
  • the first resonator mirror 125 can, for example Have AlN / GaN or AlInN / GaN layer sequences that can be grown epitaxially.
  • the second resonator mirror 130 can, for example, comprise dielectric layers, for example SiO, SiN, NbO, TiO, TaO.
  • the optoelectronic semiconductor converter element is arranged above the semiconductor layer arrangement 212 as described above. More specifically, a GaN substrate 200 and a porous layer 210 are arranged over the semiconductor layer assembly 212 . Quantum dots are filled in a part of the porous GaN layer 210, whereby a converter element 225 is produced. Furthermore, a sealing layer 220 can be arranged over the porous GaN layer 210 .
  • a color filter 218 can additionally be arranged over the sealing layer 220 .
  • the color filter 218 can also directly adjoin the porous GaN layer 210 and represent a sealing layer, for example.
  • the color filter layer 218 can be suitable for reflecting blue light back again, so that only converted light is emitted by the semiconductor laser 30 .
  • the use of a Color filters can be beneficial, for example, in cases where pure colors are to be emitted and not a mixture of colors.
  • FIG. 5B shows a semiconductor laser 30 according to further embodiments.
  • the semiconductor laser 30 contains, for example, two identical semiconductor layer arrangements 212 which are each suitable for emitting laser radiation 15 .
  • the converter element 20 has two different converter element regions 225c, 225 2 which are each suitable for emitting laser radiation of different wavelengths. In this way, different wavelengths can be emitted in the different regions of the semiconductor laser.
  • converter element area 225c may be adapted to emit yellow light and converter element area 225 2 may be adapted to emit green light. It is also possible for one of the converter elements to emit IR radiation.
  • the semiconductor layer arrangement 212 of the emission regions can be identical in each case.
  • the semiconductor layer arrangement can also be different in each case.
  • a color filter can be arranged over the sealing layer 220 . In this way, for example, non-converted light can be reflected back or suppressed. In this way it is possible to provide a semiconductor laser in which a different conversion and thus a different emission wavelength is achieved at the pixel level.
  • FIG. 5B also shows a drive circuit 211c , 2112, which makes it possible to drive individual laser elements in a targeted manner. In this way, certain pixels can be allowed to be selectively switched on and off, thereby enabling a colored display or an image display.
  • a width f of the converter element 225 or aperture of the semiconductor laser can be a few pm.
  • the width f can be less than 10 pm or else less than 5 pm.
  • the width f can be greater than 500 nm, for example.
  • the layer thickness of the substrate 100 can be in a range from 100 to 300 ⁇ m, for example. Since GaN-based VCSELs have a very narrow radiation characteristic, the thin layer thickness causes the Substrate the emitted beam only slightly. As a result, it can be achieved that the emitted radiation 16 of adjacent laser elements or converter element regions 225c, 225 2 , . . . 225i does not overlap.
  • FIG. 5C shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 30 according to further embodiments.
  • the semiconductor laser 30 in FIG. 5C has an array of optical elements 122, for example a microlens array. In this way, for example, emitted light can be better collimated.
  • optical elements 122 for example a microlens arrangement, can also be combined with other embodiments of the semiconductor laser that are described in the context of this application.
  • Fig. 5D shows a workpiece 25 in the manufacture of the semiconductor laser which has been described in FIGS. 5A to 5C.
  • a semiconductor layer sequence 212 can be applied over a GaN substrate 200, which has layers for forming the first resonator mirror 125, the first semiconductor layer 110, the active zone 115 and the second semiconductor layer 120.
  • the layers for forming the second resonator mirror 130 can already be applied at this stage of the process.
  • the layers for forming the second resonator mirror 130 can also be applied later.
  • a doped layer can then be formed over the second main surface 202 of the GaN substrate.
  • the second main surface 202 is opposite to the first main surface 201 .
  • the n-doped GaN layer may be separated from the GaN substrate by a transparent etch stop layer 215 as previously described.
  • pores can be formed in the layer 210, for example by electrochemical etching, whereby the porous GaN layer 210 arises.
  • an etch stop layer is provided, under certain circumstances the etch stop layer can also be dispensed with.
  • pore growth can be timed to ensure that only a specific surface area is rendered porous.
  • quantum dots can be introduced into regions of the porous GaN layer 120 as previously described.
  • the sealing layer 220 can be applied over the porous GaN layer 210 who the.
  • processing steps can be carried out in order to finish components of the semiconductor laser.
  • the layers of the second resonator mirror 130 can be formed. Electrical contacts can be formed to inject a current into the semiconductor laser.
  • the combination of the opto-electronic semiconductor converter element 20 with a surface-emitting semiconductor laser results in a white light source with high luminance which is suitable for emitting highly collimated laser radiation.
  • the optoelectronic semiconductor converter element described with reference to FIGS. 4A and 4B can also be combined with the semiconductor laser described in FIGS. 1 and 2A to 2D, the resonator of which runs parallel to a surface of the semiconductor layer arrangement 112.
  • FIG. 6A shows a corresponding semiconductor laser 10.
  • the individual components shown in FIG. 6A essentially correspond to components shown in FIG.
  • the converter element 225 is part of the semiconductor substrate 100 or is integrated into the semiconductor substrate 100. Accordingly, there is a converter element 225 at the same height as a first main surface 111 of the semiconductor substrate 100.
  • a sealing layer 220 is arranged over the first main surface 111 of the GaN substrate 100 and encapsulates the region of the substrate 100 in which the quantum dots are introduced.
  • no third mirror is arranged between the first resonator mirror 125 and the converter element 225 here.
  • the components of the semiconductor laser 10 in FIG. 6B each correspond to the components of the semiconductor laser in FIG. 2B, so that a detailed discussion is omitted here.
  • the converter element 225 is integrated into the substrate 100 here.
  • a third mirror is not provided.
  • Components of the semiconductor laser 10 shown in FIG. 6C correspond to the components of the semiconductor laser 10 shown in FIG. 2C, respectively. Contrary to this, the converter element 225 is integrated into the semiconductor substrate 100 here. The third mirror is also missing here. Accordingly, a discussion of the elements is omitted.
  • the components of the semiconductor laser 10 in FIG. 6D each correspond to the components of the semiconductor laser 10 in FIG. 2D. Deviating from the illustration in FIG. 2D, the converter element 225 is integrated into the semiconductor substrate here. Furthermore, the third mirror is missing. The optical element 122 is applied flush to the metal housing 117 . In this way, a semiconductor laser can be integrated with optical elements 122 in a more compact manner.
  • part of the first main surface of the growth substrate 100 can be etched back, resulting in recessed regions 113 of the first main surface.
  • Figure 6E a part of the surface of the substrate 100 in which no converter element 225 is formed is etched back.
  • the converter element 225 protrudes from the substrate 100 .
  • the converter element 225 is formed in one piece with the substrate 100 .
  • the metallic housing 117 can be formed in such a way that it encloses the converter element 225 laterally. In this way, a particularly good thermal contact with the converter element 225 can be provided and, furthermore, the semiconductor laser 10 can be made more compact.
  • FIG. 6F shows a semiconductor laser 10 according to further embodiments.
  • the substrate 100 has recessed areas 113 .
  • diffusers 222 for example made of Ti0 2 , are arranged adjacent to the converter element 225.
  • the diffusers scatter light back efficiently and thus form a quasi-aperture.
  • the diffusers 222 efficiently scatter the light back over a wide band, ie in particular the white portion.
  • part of the metallic housing 117 above the recessed area 113 can be made thinner so that the converter element 225 protrudes above the housing 117 .
  • the anti-reflective layer 220 can be arranged opposite all side surfaces of the converter element 225 in order to reduce a reflection of the electromagnetic radiation back in the direction of the active zone.
  • the converter element 225 can also be formed like a lens. In this way, any radiation characteristic can be achieved.
  • FIG. 61 shows a further configuration of the semiconductor laser 10.
  • both the first and the second resonator mirror 125, 130 can be constructed from a single semiconductor layer stack, for example AlN/GaN or AlInN/GaN layers.
  • the first and second resonator mirrors have an identical reflectivity.
  • electromagnetic radiation can be emitted from both sides of the active zone and then converted by the converter element 225 .
  • a semiconductor laser with a larger emission area can be provided.
  • FIG. 6I Other elements of the semiconductor laser shown in FIG. 6I have been described with reference to FIGS. 6A and 1.
  • FIG. 6I Other elements of the semiconductor laser shown in FIG. 6I have been described with reference to FIGS. 6A and 1.
  • FIG. 6K illustrates a semiconductor stack or workpiece 25 for fabricating the semiconductor laser described with reference to FIGS. 6A through 6J.
  • a GaN substrate 200 layers for forming the first resonator mirror 125, the first semiconductor layer 110, the active region 115 and the second semiconductor layer 120 are formed.
  • the porous GaN layer 210 is formed in the manner as described above.
  • a transparent etch stop layer can be provided. According to further embodiments, however, this layer can also be dispensed with.
  • the etch stop layer can be, for example, AlGaN or GaN(InGaN) with a Ge doping or undoped GaN.
  • the doping level of the porous layer 210 can be greater than 5*10 18 /cm 3 , for example.
  • the converter element 225 (not shown in FIG. 6K) can be fabricated as previously described. Further steps for producing elements of the semiconductor laser can then be carried out.
  • the semiconductor lasers described here can be used, for example, as a light source, for example as a white light light source, or as a broadband light source with high luminance.
  • the semiconductor laser arrays described can be used as display devices, for example as an RGB display device.

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Abstract

The invention relates to a semiconductor laser (10) comprising a semiconductor layer arrangement (112), having an active zone (115) for radiation generation, as well as comprising a first resonator mirror (125), a second resonator mirror (130) and an optical resonator (105) arranged between the first and the second resonator mirror (125, 130), which optical resonator extends in a direction parallel to a main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112). Lateral boundary surfaces (103) of the semiconductor layer arrangement (112) extend in an oblique manner so that a reflection of generated electromagnetic radiation (15) is produced in the direction of the first main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112). The first and the second resonator mirror (125, 130) are arranged above the first main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112). The semiconductor laser (10) further comprises a converter element (135, 225) above a side of the first resonator mirror (125) facing away from the semiconductor layer arrangement (112).

Description

HALBLEITERLASER UND OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERKONVERTERELEMENT SEMICONDUCTOR LASER AND OPTOELECTRONIC SEMICONVERTER ELEMENT
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Oberflächenemittierende Halbleiterlaser werden als Leuchtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte weitverbreitet eingesetzt. Dabei kann der optische Resonator zur Erzeugung der Laserstrahlung parallel oder senkrecht zur Oberfläche der Halbleiterschichtanordnung ausgerichtet sein. Generell wird nach Konzepten gesucht, derartige oberflächen emittierende Halbleiterlaser zu verbessern und für breitere Anwen dungsgebiete zu erschließen. Surface emitting semiconductor lasers are widely used as a very high luminance luminous source. In this case, the optical resonator for generating the laser radiation can be aligned parallel or perpendicular to the surface of the semiconductor layer arrangement. In general, concepts are being sought for improving such surface-emitting semiconductor lasers and opening them up for broader areas of application.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbes serten Halbleiterlaser und ein verbessertes optoelektronisches Halb leiterkonverterelement zur Verfügung zu stellen. The object of the present invention is to provide an improved semiconductor laser and an improved optoelectronic semiconductor converter element.
Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. According to embodiments, the object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments are defined in the dependent claims.
Ein Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterschichtanordnung, die ei ne aktive Zone zur Strahlungserzeugung aufweist, einen ersten Re sonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel angeordneten optischen Resonator, der sich in einer Richtung parallel zu einer Hauptober fläche der Halbleiterschichtanordnung erstreckt. Seitliche Begren zungen der Halbleiterschichtanordnung verlaufen schräg, so dass eine Reflexion von erzeugter elektromagnetischer Strahlung in Richtung der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung erfolgt. Der erste und der zweite Resonatorspiegel sind über der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung angeordnet. Der Halb leiterlaser weist ferner ein Konverterelement über einer von der Halbleiterschichtanordnung abgewandten Seite des ersten Resonator spiegels auf. Beispielsweise können eine erste und eine zweite seit liche Begrenzungsfläche der Halbleiterschichtanordnung schräg ver laufen. Gemäß Ausführungsformen umfasst der Halbleiterlaser ferner einen dritten Spiegel, der als Bragg-Spiegel ausgeführt ist und zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem Konverterelement angeordnet ist. Der dritte Spiegel ist geeignet, von der Halbleiterschichtanordnung erzeugte Laserstrahlung durchzulassen und elektromagnetische Strah lung mit größerer Wellenlänge zu reflektieren. A semiconductor laser comprises a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator which is arranged between the first and the second resonator mirror and extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor layer arrangement. Lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement run obliquely, so that electromagnetic radiation generated is reflected in the direction of the first main surface of the semiconductor layer arrangement. The first and the second resonator mirror are arranged above the first main surface of the semiconductor layer arrangement. The semiconductor laser also has a converter element on a side of the first resonator mirror that faces away from the semiconductor layer arrangement. For example, a first and a second lateral boundary surface of the semiconductor layer arrangement can run obliquely. According to embodiments, the semiconductor laser also includes a third mirror, which is designed as a Bragg mirror and is arranged between the first resonator mirror and the converter element. The third mirror is suitable for allowing laser radiation generated by the semiconductor layer arrangement to pass through and for reflecting electromagnetic radiation with a longer wavelength.
Ein Substrat kann zwischen dem Konverterelement und der Halbleiter schichtanordnung angeordnet sein. Beispielsweise kann das Substrat ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen von Schichten der Halbleiter schichtanordnung sein. Beispielsweise können die Schichten der Halb leiterschichtanordnung GaN enthalten. Das Wachstumssubstrat kann beispielsweise ein GaN-Substrat sein. A substrate can be arranged between the converter element and the semiconductor layer arrangement. For example, the substrate can be a growth substrate for growing layers of the semiconductor layer arrangement. For example, the layers of the semiconductor layer arrangement can contain GaN. The growth substrate can be a GaN substrate, for example.
Gemäß Ausführungsformen kann eine metallische Schicht über einer ersten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet sein, wobei das Kon verterelement über einem ersten Teil der ersten Hauptoberfläche und die metallische Schicht über einem zweiten Teil der ersten Haupt oberfläche des Substrats angeordnet ist. According to embodiments, a metallic layer may be arranged over a first main surface of the substrate, wherein the converter element is arranged over a first part of the first main surface and the metallic layer is arranged over a second part of the first main surface of the substrate.
Die metallische Schicht und der erste Resonatorspiegel können direkt an das Substrat angrenzen. The metallic layer and the first resonator mirror can be directly adjacent to the substrate.
Gemäß weiteren Ausführungsformen weist der Halbleiterlaser ein me tallisches Gehäuse auf, das an mindestens zwei Seitenflächen des Substrats angrenzt. In accordance with further embodiments, the semiconductor laser has a metallic housing which adjoins at least two side faces of the substrate.
Das Substrat und der erste Resonatorspiegel können dotiert sein. Der Halbleiterlaser kann ferner ein erstes Kontaktelement aufweisen, das mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps der Halbleiterschichtanordnung elektrisch verbunden ist und auf ei ner von der Halbleiterschichtanordnung abgewandten Seite des Sub strats angeordnet ist. Der Halbleiterlaser kann darüber hinaus ein zweites Kontaktelement aufweisen, das mit einer zweiten Halbleiter schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps der Halbleiterschichtanord nung elektrisch verbunden ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen können das Substrat und der erste Resonatorspiegel undotiert sein. Beispielsweise kann in diesem Fall zusätzlich eine leitende Halbleiterschicht auf einer der aktiven Zo ne zugewandten Seite des ersten Resonatorspiegels vorgesehen sein. Diese leitende Halbleiterschicht kann geeignet sein, die aktive Zone mit einem ersten Kontaktelement zu verbinden. The substrate and the first resonator mirror can be doped. The semiconductor laser can also have a first contact element which is electrically connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type of the semiconductor layer arrangement and is arranged on a side of the substrate which is remote from the semiconductor layer arrangement. The semiconductor laser can also have a second contact element which is electrically connected to a second semiconductor layer of a second conductivity type of the semiconductor layer arrangement. According to further embodiments, the substrate and the first resonator mirror can be undoped. In this case, for example, a conductive semiconductor layer can additionally be provided on a side of the first resonator mirror that faces the active zone. This conductive semiconductor layer can be suitable for connecting the active zone to a first contact element.
Gemäß Ausführungsformen kann der Halbleiterlaser ferner ein opti sches Element auf einer von der Halbleiterschichtanordnung abgewand ten Seite des Konverterelements aufweisen. According to embodiments, the semiconductor laser can furthermore have an optical element on a side of the converter element which is remote from the semiconductor layer arrangement.
Gemäß Ausführungsformen kann das Konverterelement in das Wachs tumssubstrat integriert sein. Beispielsweise kann ein erster Teil des Wachstumssubstrats porös sein, und Quantendots sind in den porö sen Teil des Wachstumssubstrats eingebracht. Beispielsweise können die Quantendots das Konverterelement ausbilden. According to embodiments, the converter element can be integrated into the growth substrate. For example, a first part of the growth substrate can be porous, and quantum dots are introduced into the porous part of the growth substrate. For example, the quantum dots can form the converter element.
Beispielsweise kann ein zweiter Teil des Wachstumssubstrats entfernt sein, so dass ein erster Teil des Wachstumssubstrats, in den die Quantendots eingebracht sind, gegenüber dem Wachstumssubstrat her vorsteht. For example, a second part of the growth substrate can be removed, so that a first part of the growth substrate, into which the quantum dots are introduced, protrudes in relation to the growth substrate.
Gemäß Ausführungsformen können verschiedene Quantendots, die jeweils eine Konversion zu unterschiedlichen Wellenlängen bewirken, in ver schiedene poröse Bereiche des Wachstumssubstrats eingebracht sein. According to embodiments, different quantum dots, each causing a conversion to different wavelengths, can be introduced into different porous regions of the growth substrate.
Ein optoelektronisches Halbleiterkonverterelement umfasst ein GaN- Substrat, eine poröse GaN-Schicht, die über dem GaN-Substrat ange ordnet ist, und Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht eingelagert sind. An optoelectronic semiconductor converter element comprises a GaN substrate, a porous GaN layer which is arranged over the GaN substrate, and quantum dots which are embedded in pores of the porous GaN layer.
Beispielsweise kann die poröse GaN-Schicht jeweils unterschiedliche Bereiche aufweisen, in denen jeweils unterschiedliche Quantendots angeordnet sind. For example, the porous GaN layer can each have different regions in which different quantum dots are arranged.
Ein Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiterschichtanordnung, die ei ne aktive Zone zur Strahlungserzeugung aufweist, einen ersten Re- sonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel angeordneten optischen Resonator, der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptober fläche der Halbleiterschichtanordnung erstreckt. Der Halbleiterlaser umfasst weiterhin ein GaN-Substrat, eine poröse GaN-Schicht, die über dem GaN-Substrat angeordnet ist, und Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht eingelagert sind, wobei die in den Poren der porösen GaN-Schicht eingelagerten Quantendots ein Konverterelement darstellen. A semiconductor laser comprises a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first re resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator arranged between the first and second resonator mirrors and extending in a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor layer arrangement. The semiconductor laser further includes a GaN substrate, a porous GaN layer disposed over the GaN substrate, and quantum dots intercalated in pores of the porous GaN layer, the quantum dots intercalated in the pores of the porous GaN layer represent a converter element.
Beispielsweise kann die Halbleiterschichtanordnung GaN enthalten.For example, the semiconductor layer arrangement can contain GaN.
Das GaN-Substrat kann beispielsweise ein Wachstumssubstrat zum Wach sen der Halbleiterschichtanordnung darstellen. The GaN substrate can represent a growth substrate for growing the semiconductor layer arrangement, for example.
Eine Halbleiterlaseranordnung weist mehrere Laserelemente auf, die jeweils eine Halbleiterschichtanordnung, die eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung aufweist, einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel und einen zwischen dem ersten und dem zwei ten Resonatorspiegel angeordneten optischen Resonator, der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche der Halbleiter schichtanordnung erstreckt, umfassen. Die Halbleiterlaseranordnung umfasst weiterhin ein GaN-Substrat, eine poröse GaN-Schicht, die über dem GaN-Substrat angeordnet ist, und Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht eingelagert sind, wobei die in den Poren der porösen GaN-Schicht eingelagerten Quantendots jeweils Konverterele mente darstellen. A semiconductor laser arrangement has a plurality of laser elements, each of which has a semiconductor layer arrangement which has an active zone for generating radiation, a first resonator mirror, a second resonator mirror and an optical resonator which is arranged between the first and the second resonator mirror and extends in a direction perpendicular to a main surface the semiconductor layer arrangement extends include. The semiconductor laser array further includes a GaN substrate, a porous GaN layer disposed over the GaN substrate, and quantum dots intercalated in pores of the porous GaN layer, the quantum dots intercalated in the pores of the porous GaN layer represent each converter elements.
Beispielsweise können jeweils unterschiedliche Konverterelemente un terschiedlichen Laserelementen zugeordnet sein. For example, different converter elements can be assigned to different laser elements.
Beispielsweise kann die Halbleiterschichtanordnung GaN enthalten.For example, the semiconductor layer arrangement can contain GaN.
Das GaN-Substrat kann beispielsweise ein Wachstumssubstrat zum Wach sen der Halbleiterschichtanordnung darstellen. The GaN substrate can represent a growth substrate for growing the semiconductor layer arrangement, for example.
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungs beispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausfüh rungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläu- terung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtig ten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detail beschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Struktu ren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander darge stellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen. The accompanying drawings serve to understand examples of execution of the invention. The drawings illustrate exemplary embodiments and, together with the description, serve to explain them. sion. Further exemplary embodiments and numerous of the intended advantages result directly from the following detailed description. The elements and structures shown in the drawings are not necessarily drawn to scale relative to one another. The same reference numbers refer to the same or corresponding elements and structures.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers gemäß Ausführungsformen. 1 shows a cross-sectional view of a semiconductor laser according to embodiments.
Die Fig. 2A bis 2D zeigen Querschnittsansichten des Halbleiterlasers gemäß weiteren Ausführungsformen. 2A to 2D show cross-sectional views of the semiconductor laser according to other embodiments.
Fig. 3A zeigt ein Werkstück bei Herstellung eines Halbleiterlasers gemäß Ausführungsformen. 3A shows a workpiece when manufacturing a semiconductor laser according to embodiments.
Fig. 3B zeigt eine Querschnittsansicht des Werkstücks gemäß Ausfüh rungsformen. 3B shows a cross-sectional view of the workpiece according to embodiments.
Fig. 3C fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. 3C summarizes a method according to embodiments.
Fig. 4A zeigt eine Querschnittsansicht eines Konverterelements gemäß Ausführungsformen. 4A shows a cross-sectional view of a converter element according to embodiments.
Fig. 4B zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterkonverterelements gemäß weiteren Ausführungsformen. 4B shows a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor converter element according to further embodiments.
Die Fig. 5A bis 5D sind Querschnittsansichten von Halbleiterlasern mit vertikalem Resonator gemäß Ausführungsformen. 5A to 5D are cross-sectional views of vertical-cavity semiconductor lasers according to embodiments.
Die Fig. 6A bis 6J sind Querschnittsansichten von Halbleitern mit horizontalem Resonator gemäß Ausführungsformen. 6A to 6J are cross-sectional views of horizontal-cavity semiconductors according to embodiments.
Fig. 6K zeigt eine Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Herstel lung des Halbleiterlasers. In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeich nungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorderseite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der ge rade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausfüh rungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert wer den können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend. Fig. 6K shows a cross-sectional view of a workpiece when the semiconductor laser is manufactured. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part of the disclosure, and in which specific embodiments are shown by way of illustration. In this context, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "over", "on", "in front", "behind", "front", "back", etc. is referred to the Alignment related to the figures just described. Because the components of the embodiments can be positioned in different orientations, the directional terminology is used for purposes of explanation and is in no way limiting.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesonde re können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbei spiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. The description of the embodiments is not limiting, as other embodiments exist and structural or logical changes can be made without departing from the scope of the claims. In particular, elements of the exemplary embodiments described below can be combined with elements of other exemplary embodiments described, unless the context dictates otherwise.
Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhen de Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getra gen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen ein schließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halb leitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halb leitermaterial, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN- Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Materi al, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. The terms "wafer" or "semiconductor substrate" used in the following description may include any semiconductor-based structure that has a semiconductor surface. Wafer and structure are understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers optionally supported by a base substrate, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, such as a GaAs substrate, a GaN substrate, or a Si substrate, or of an insulating material, such as a sapphire substrate.
Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Er zeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispiels weise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder lang welligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, Al- GalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, Al- GaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga203, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Wei tere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium- Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Be schreibung schließt der Begriff „Halbleiter" auch organische Halb leitermaterialien ein. Depending on the intended use, the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material. Examples of semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds, through which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGalnBN, phosphide semiconductor compounds, for example green or longer-wave light can be generated by the example, GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP , as well as other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 203 , diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned. The stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary. Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium, and germanium. In the context of the present description, the term "semiconductor" also includes organic semiconductor materials.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Sub strats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein. The terms "lateral" and "horizontal" as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senk recht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten lie gen. The horizontal direction can be, for example, in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senk recht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkör pers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen. The term "vertical" as used in this specification intends to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body. The vertical direction can correspond to a growth direction when layers are grown, for example.
Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emittierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermate rials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination ei nes LED-Chips, der blaues Licht emittiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Beispielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombina tion von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die geeignet sind, Licht ei ner weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschie dene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emit tieren, umfassen kann. Usually, the wavelength of electromagnetic radiation emitted from an LED chip can be converted using a converter material containing a phosphor or phosphor. For example, white light can be generated by combining an LED chip that emits blue light with a suitable phosphor. For example, the phosphor may be a yellow phosphor capable of emitting yellow light when excited by the light from the blue LED chip. The phosphor can, for example, absorb part of the electromagnetic radiation emitted by the LED chip. The combination of blue and yellow light is perceived as white light. The color temperature can be changed by adding further phosphors that are suitable for emitting light of a further wavelength, for example a red wavelength. According to further concepts, white light can be generated by a combination containing a blue LED chip and a green and red phosphor. It goes without saying that a converter material can comprise a number of different phosphors, each of which emits different wavelengths.
Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Metall sulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen können darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlän gen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdma terialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce3+ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (YA10I2) ) oder (Sr.Bao.Euo.!) Si0 verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSi0:Eu2+, worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine er wünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele weitere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt. Examples of phosphors are metal oxides, metal halides, metal sulfides, metal nitrides and others. These compounds can also contain additives that cause specific wavelengths to be emitted. For example, the additives may include rare earth materials. YAG:Ce 3+ (yttrium aluminum garnet (YA10 I2) activated with cerium) or (Sr.Bao.Euo. !) S i0 can be used as an example for a yellow phosphor. Further phosphors can be based on MSi0:Eu 2+ , where M can be Ca, Sr or Ba. By selecting the cations with an appropriate concentration, a desired conversion wavelength can be selected. Many other examples of suitable phosphors are known.
Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstoffmaterial, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harz- oder Poly merzusammensetzung wie beispielsweise ein Silikon- oder ein Epoxid harz umfassen. Die Größe der Leuchtstoffteilchen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometerbereich liegen. According to applications, the phosphor material, for example a phosphor powder, can be embedded in a suitable matrix material. For example, the matrix material may comprise a resin or poly mer composition such as a silicone or an epoxy resin. The size of the phosphor particles can be in the micrometer or nanometer range, for example.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfas sen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sintern des Glases, beispielsweise Si0 mit weiteren Zusätzen und Leuchtstoffpul- ver gebildet werden, unter Bildung eines Leuchtstoffs im Glas (PiG). Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst un ter Ausbildung einer Keramik gesintert werden. Beispielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der keramische Leuchtstoff eine po lykristalline Struktur haben. According to further embodiments, the matrix material can comprise a glass. For example, the converter material can be formed by sintering the glass, for example SiO with further additives and phosphor powder, with the formation of a phosphor in the glass (PiG). According to further embodiments, the phosphor material itself can be sintered to form a ceramic. For example, as a result of the sintering process, the ceramic phosphor can have a polycrystalline structure.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial unter Aus bildung eines einkristallinen Leuchtstoffs gewachsen werden, bei spielsweise unter Verwendung des Czochralski (Cz-) Verfahrens. According to further embodiments, the phosphor material may be grown to form a single crystal phosphor, for example using the Czochralski (Cz) method.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine ge eignete Bandlücke zur Absorption des von der LED emittierten Lichtes und zur und der Emission der gewünschten Konversionswellenlänge auf weist. Insbesondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewach senes Halbleitermaterial handeln. Beispielsweise kann das epitak tisch gewachsene Halbleitermaterial eine Bandlücke haben, die einer geringeren Energie als der des primär emittierten Lichts entspricht. Weiterhin können mehrere geeignete Halbleiterschichten, die jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, übereinander gesta pelt sein. Ein oder mehrere Quantentröge bzw. Quantentöpfe, Quanten punkte oder Quantendrähte können in dem Halbleitermaterial gebildet sein. According to further embodiments, the phosphor material itself can be a semiconductor material which has a suitable band gap for absorption of the light emitted by the LED and for emission of the desired conversion wavelength in the volume or in layers. In particular, this can be an epitaxially grown semiconductor material. For example, the epitaxially grown semiconductor material can have a band gap that corresponds to a lower energy than that of the primarily emitted light. Furthermore, several suitable semiconductor layers, each of which emits light of different wavelengths, can be stacked one on top of the other. One or more quantum wells, quantum dots, or quantum wires may be formed in the semiconductor material.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers 10 ge mäß Ausführungsformen. Der Halbleiterlaser weist eine Halbleiter schichtanordnung 112 auf, die eine aktive Zone 115 zur Strahlungser zeugung enthält. Beispielsweise kann die Halbleiterschichtanordnung eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ sowie eine zweite Halbleiterschicht 120 von ei nem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend aufweisen. Die aktive Zone 115 ist zwischen der ersten und der zweiten Halb leiterschicht 110, 120 angeordnet. Die Halbleiterschichten, bei spielsweise die erste und/oder die zweite Halbleiterschicht 110, 120 sowie Halbleiterschichten der aktiven Zone 115 können aus dem GaN- Materialsystem ausgewählt sein und beispielsweise über einem GaN- Substrat 100 ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Emissions- weilenlänge des Halbleiterlasers in einem Bereich von 400 bis 470 nm liegen. 1 shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 10 according to embodiments. The semiconductor laser has a semiconductor layer arrangement 112, which contains an active zone 115 for the generation of radiation. For example, the semiconductor layer arrangement can have a first semiconductor layer 110 of a first conductivity type, for example n-type, and a second semiconductor layer 120 of a second conductivity type, for example p-conducting. The active zone 115 is between the first and the second semiconductor layer 110, 120 is arranged. The semiconductor layers, for example the first and/or the second semiconductor layer 110, 120 and semiconductor layers of the active zone 115 can be selected from the GaN material system and can be formed over a GaN substrate 100, for example. For example, an emission wavelength of the semiconductor laser are in a range from 400 to 470 nm.
Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppel heterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quan- tum well) oder eine Mehrtach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quan- tum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quan- tentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. The active zone can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation. The term “quantum well structure” has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
Der Halbleiterlaser weist ferner einen ersten Resonatorspiegel 125, und einen zweiten Resonatorspiegel 130 auf. Ein optischer Resonator 105 ist in dem Strahlengang zwischen dem ersten Resonatorspiegel 125 und dem zweiten Resonatorspiegel 130 ausgebildet. Wie in Fig. 1 dar gestellt, weist die Halbleiterschichtanordnung 112 eine schräge Sei tenfläche 103 auf, die üblicherweise unter einem Winkel von 45° zu einer horizontalen Oberfläche verläuft. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht als Spiegelschicht 107 auf der schrägen Sei tenfläche 103 angeordnet sein. Aufgrund des Brechungsindexunter schieds zwischen der Seitenfläche 103 der Halbleiterschichtanordnung 112 und dem angrenzenden Medium wird in der aktiven Zone 115 erzeug te elektromagnetische Strahlung durch die Seitenfläche 103 jeweils nach oben reflektiert. Der erste Resonatorspiegel 125 und der zweite Resonatorspiegel 130 sind jeweils als Bragg-Spiegel ausgebildet und enthalten jeweils Teile eines Schichtstapels aus geeigneten die lektrischen oder Halbleiterschichten. The semiconductor laser also has a first resonator mirror 125 and a second resonator mirror 130 . An optical resonator 105 is formed in the optical path between the first resonator mirror 125 and the second resonator mirror 130 . As shown in FIG. 1, the semiconductor layer arrangement 112 has an inclined side surface 103, which usually runs at an angle of 45° to a horizontal surface. For example, a dielectric layer can be arranged as a mirror layer 107 on the oblique side face 103 . Because of the difference in refractive index between the side surface 103 of the semiconductor layer arrangement 112 and the adjacent medium, electromagnetic radiation generated in the active zone 115 is reflected upwards through the side surface 103 in each case. The first resonator mirror 125 and the second resonator mirror 130 are each formed as a Bragg mirror and each contain parts of a layer stack made of suitable electrical or semiconductor layers.
Generell umfasst der Begriff Bragg-Spiegel jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (bei spielsweise >90%) reflektiert und einen Schichtstapel dünner Schich ten enthält. Beispielsweise kann ein Bragg-Spiegel durch eine Abfol ge von sehr dünnen dielektrischen oder Halbleiterschichten mit je weils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Bei spielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungs index (n>l,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<l,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektie renden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, bei spielsweise 3l/4 haben. Ein Bragg-Spiegel kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische oder Halbleiterschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, bei spielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind. In general, the term Bragg mirror includes any arrangement that reflects incident electromagnetic radiation to a large degree (e.g. >90%) and contains a layer stack of thin layers. For example, a Bragg mirror can be formed by a sequence of very thin dielectric or semiconductor layers, each with different refractive indices. For example, the layers can alternately have a high refractive index (n>1.7) and a low refractive index (n<1.7) and be designed as a Bragg reflector. For example, the layer thickness can be l/4, where l indicates the wavelength of the light to be reflected in the respective medium. The layer viewed from the incident light can have a greater layer thickness, for example 3l/4. A Bragg mirror can have, for example, 2 to 50 dielectric or semiconductor layers. A typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm. The layer stack can also contain one or two or more layers that are thicker than about 180 nm, for example thicker than 200 nm.
Beispielsweise weist der erste Resonatorspiegel 125 eine geringere Anzahl an Schichten als der zweite Resonatorspiegel 130 auf. Der erste Resonatorspiegel 125 kann beispielsweise epitaktisch aufge wachsene Halbleiterschichten, die beispielsweise AlN/GaN- oder A- UnN/GaN-Schichtenfolgen enthalten, aufweisen. Der zweite Resona torspiegel 130 kann die Schichten des ersten Resonatorspiegels 125 und eine zweite Schichtenfolge 126, die zusätzlich aufgebrachte di elektrische Schichten aufweist, enthalten. Als Folge ist das Refle xionsvermögen des zweiten Resonatorspiegels 130 größer als das des ersten Resonatorspiegels 125. Als Ergebnis wird die Strahlung von dem zweiten Resonatorspiegel 130 wieder zurück in den Resonator 105 reflektiert, während ein Teil der erzeugen elektromagnetischen Strahlung von dem ersten Resonatorspiegel 125 durchgelassen wird und nach außen emittiert wird. For example, the first resonator mirror 125 has a smaller number of layers than the second resonator mirror 130 . The first resonator mirror 125 can have, for example, epitaxially grown semiconductor layers, which contain, for example, AlN/GaN or A-UnN/GaN layer sequences. The second resonator mirror 130 can contain the layers of the first resonator mirror 125 and a second layer sequence 126, which has additionally applied dielectric layers. As a result, the reflectivity of the second resonator mirror 130 is greater than that of the first resonator mirror 125. As a result, the radiation from the second resonator mirror 130 is reflected back into the resonator 105, while part of the generated electromagnetic radiation is transmitted by the first resonator mirror 125 and emitted to the outside.
Der in Fig. 1 gezeigte Halbleiterlaser weist ferner ein Konver terelement 135 auf, welches über eine von der Halbleiterschichtan ordnung 112 abgewandten Seite des ersten Resonatorspiegels 125 ange ordnet ist. Die von der aktiven Zone 115 erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 wird somit in Richtung des Konverterelements 135 gelei tet. Durch das Konverterelement 135 wird die Wellenlänge der von dem Halbleiterlaser 110 elektromagnetischen Strahlung 10 verändert. The semiconductor laser shown in FIG. 1 also has a converter element 135 which is arranged on a side of the first resonator mirror 125 which is remote from the semiconductor layer arrangement 112 . The electromagnetic radiation 15 generated by the active zone 115 is thus guided in the direction of the converter element 135 . The wavelength of the electromagnetic radiation 10 emitted by the semiconductor laser 110 is changed by the converter element 135 .
Beispielsweise kann ein Teil der elektromagnetischen Strahlung zu einer gelben Wellenlänge verändert werden, so dass durch Kombination mit der von der aktiven Zone 115 emittierten Strahlung, die bei spielsweise blau sein kann, im Ergebnis weißes Licht erzeugt wird. For example, part of the electromagnetic radiation can be changed to a yellow wavelength, so that by combination with the radiation emitted by the active zone 115, which can be blue for example, white light is generated as a result.
Gemäß Ausführungsformen können die Halbleiterschichten des ersten Resonatorspiegels 125 mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeits typs dotiert sein. In diesem Fall kann eine Kontaktierung der akti ven Zone über den ersten Resonatorspiegel 125 erfolgen. According to embodiments, the semiconductor layers of the first resonator mirror 125 can be doped with dopants of the first conductivity type. In this case, the active zone can be contacted via the first resonator mirror 125 .
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Halbleiterschichtanordnung 112 sowie der erste und mindestens Teile des zweiten Resonatorspiegels 130 über einem Substrat angeordnet sein. Beispielsweise können die Halbleiterschichtanordnung 112 sowie der erste und mindestens Teile des zweiten Resonatorspiegels 130 als Halbleiterschichten über einem Wachstumssubstrat 100 aufgewachsen sein. Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat 100 ein GaN-Substrat sein. Die weiteren Schichten des Halbleiterlasers 10 können ebenfalls auf dem GaN-Materialsystem basieren. Das Substrat 100 und der erste Resonatorspiegel 125 können mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert sein. Ein erstes Kontaktelement 140 kann auf einer von der Halbleiterschicht anordnung 112 abgewandten Seite des Substrats 100 angeordnet sein. Ein zweites Kontaktelement 145 kann auf einer zweiten Hauptoberflä che 102 auf einer von dem Substrat 100 abgewandten Seite der Halb leiterschichtanordnung 112 angeordnet sein. As illustrated in FIG. 1 , the semiconductor layer arrangement 112 and the first and at least parts of the second resonator mirror 130 can be arranged over a substrate. For example, the semiconductor layer arrangement 112 and the first and at least parts of the second resonator mirror 130 can be grown as semiconductor layers over a growth substrate 100 . For example, the growth substrate 100 can be a GaN substrate. The further layers of the semiconductor laser 10 can also be based on the GaN material system. The substrate 100 and the first resonator mirror 125 can be doped with dopants of the first conductivity type. A first contact element 140 can be arranged on a side of the substrate 100 which is remote from the semiconductor layer arrangement 112 . A second contact element 145 can be arranged on a second main surface 102 on a side of the semiconductor layer arrangement 112 which is remote from the substrate 100 .
Der optische Resonator 105 erstreckt sich in einer Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung 112. Bei spielsweise kann eine Länge s des optischen Resonators 105 in einem Bereich von mehreren mm liegen. Beispielsweise kann die Resonator länge mehr als 1 mm und weniger als 10 mm betragen. Der Strompfad zwischen dem ersten Kontaktelement 140 und dem zweiten Kontaktele ment 145 ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. The optical resonator 105 extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor stack 112. For example, a length s of the optical resonator 105 may be in a range of several mm. For example, the resonator length can be more than 1 mm and less than 10 mm. The current path between the first contact element 140 and the second Kontaktele element 145 is indicated in Fig. 1 by dashed lines.
Der Halbleiterlaser 10 kann weiterhin einen dritten Spiegel 136 auf weisen. Beispielsweise kann der dritte Spiegel 136 als Bragg-Spiegel ausgeführt sein und zwischen dem ersten Resonatorspiegel 125 und dem Konverterelement 135 angeordnet sein. Der dritte Spiegel 136 kann zwischen dem Substrat 100 und dem Konverterelement 135 angeordnet sein. Beispielsweise kann der dritte Spiegel 136 einen Schichtaufbau mit Schichten geeigneter Zusammensetzung und Schichtdicke aufweisen, so dass von der Halbleiterschichtanordnung 112 erzeugte Laserstrah lung durchgelassen und elektromagnetische Strahlung mit größerer Wellenlänge reflektiert wird. Auf diese Weise kann von dem Konver terelement 135 konvertierte Laserstrahlung daran gehindert werden, wieder in das Substrat und in den optischen Resonator 105 zurückzu kehren. The semiconductor laser 10 can also have a third mirror 136 . For example, the third mirror 136 can be designed as a Bragg mirror and can be arranged between the first resonator mirror 125 and the converter element 135 . The third mirror 136 can be arranged between the substrate 100 and the converter element 135 be. For example, the third mirror 136 can have a layer structure with layers of suitable composition and layer thickness, so that laser radiation generated by the semiconductor layer arrangement 112 is transmitted and electromagnetic radiation with a longer wavelength is reflected. In this way, the laser radiation converted by the converter element 135 can be prevented from returning to the substrate and the optical resonator 105 again.
Gemäß Ausführungsformen kann eine weitere reflexionsvermindernde Schicht (nicht dargestellt in Fig. 1) über dem Konverterelement an geordnet sein. Beispielsweise kann eine laterale Ausdehnung f des Konverterelements 135 mehr als 50 gm, beispielsweise 100 bis 200 gm betragen. According to embodiments, a further anti-reflective layer (not shown in FIG. 1 ) can be arranged over the converter element. For example, a lateral extent f of the converter element 135 can be more than 50 gm, for example 100 to 200 gm.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Großteil der Hauptoberfläche 104 des Substrats 100 mit einer metallischen Schicht 141 belegt. Auf diese Weise kann in dem Konverterelement 135 erzeugte Hitze sehr gut durch die metallische Schicht 141 abgeleitet werden. Aufgrund des Aufbaus, der in Fig. 1 dargestellt ist, findet eine gute thermische Ankopplung der Halbleiterschichtanordnung 112 an das Substrat 100 statt. Als Ergebnis kann eine hohe Leuchtdichte des Halbleiterlasers erreicht werden. Dadurch, dass das Konverterelement 135 seitlich an die metallische Schicht 141 angrenzt, kann erzeugte Wärme weiterhin sehr gut abgeführt werden. Beispielsweise grenzen die metallische Schicht 141 und der ersten Resonatorspiegel direkt an das Substrat 100 an. As shown in FIG. 1 , a major part of the main surface 104 of the substrate 100 is covered with a metallic layer 141 . In this way, heat generated in the converter element 135 can be dissipated very well through the metallic layer 141 . Due to the structure shown in FIG. 1, there is good thermal coupling of the semiconductor layer arrangement 112 to the substrate 100. FIG. As a result, high luminance of the semiconductor laser can be achieved. Due to the fact that the converter element 135 is laterally adjacent to the metallic layer 141, generated heat can continue to be dissipated very well. For example, the metallic layer 141 and the first resonator mirror are directly adjacent to the substrate 100 .
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Wärmeableitung durch ein metallisches Gehäuse weiter verbessert werden. Fig. 2A zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers 10 gemäß weiteren Ausfüh rungsformen. Die Querschnittsansicht der Fig. 2A ist in einer Rich tung entlang der y-Richtung genommen, d.h. senkrecht zu der Richtung des Querschnitts von Fig. 1. Zusätzlich zu den Elementen, die in Fig. 1 dargestellt sind, weist der in Fig. 2A gezeigte Laser 10 zu sätzlich ein metallisches Gehäuse 117 auf, welches das Substrat 100 entlang der y- und der z-Richtung umschließt. Das metallische Gehäu- se 117 kann direkt an mindestens zwei Seitenflächen des Substrats 100 angrenzen. Auf diese Weise kann Wärme, die in dem Laser 10, bei spielsweise in dem Konverterelement 135 erzeugt wird, besser abge leitet werden, wodurch die Effizienz des Halbleiterlasers erhöht wird. Beispielsweise können weitere Teile der Halbleiterschichtan ordnung 112 sowie das Kontaktelement 145 unterhalb von Teilen des Gehäuses 117 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann dieser Teil aber auch durch andere Komponenten ersetzt sein. According to further embodiments, the heat dissipation can be further improved by a metallic housing. FIG. 2A shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 10 according to further embodiments. The cross-sectional view of FIG. 2A is taken in a direction along the y-direction, ie, perpendicular to the direction of the cross-section of FIG. 1. In addition to the elements shown in FIG. 1, that shown in FIG Laser 10 to an additional metallic housing 117 which encloses the substrate 100 along the y and z direction. The metallic housing se 117 can directly adjoin at least two side faces of the substrate 100 . In this way, heat that is generated in the laser 10, for example in the converter element 135, can be better dissipated, thereby increasing the efficiency of the semiconductor laser. For example, further parts of the semiconductor layer arrangement 112 and the contact element 145 can be arranged below parts of the housing 117 . According to further embodiments, however, this part can also be replaced by other components.
Die Resonatorbreite d des optischen Resonators 105 entlang der y- Richtung kann beispielsweise kleiner als 200 pm sein. Das Metall des metallischen Gehäuses 117 kann beispielsweise Gold oder jedes andere denkbare Metall sein. The resonator width d of the optical resonator 105 along the y direction can be less than 200 pm, for example. The metal of the metallic housing 117 can be gold, for example, or any other conceivable metal.
Fig. 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers gemäß weiteren Ausführungsformen, bei denen sich das metallische Gehäuse 117 bis zu einer Ebene der zweiten Hauptoberfläche 102 der Halb leiterschichtanordnung 112 erstreckt. Auf diese Weise kann die Wärme noch besser abgeleitet werden. Weiterhin stellt der Teil des metal lischen Gehäuses 117, der sich bis zur zweiten Hauptoberfläche 102 der Halbleiterschichtanordnung 112 erstreckt, auch ein erstes Kon taktelement 140 dar. Entsprechend können das erste und das zweite Kontaktelement des Halbleiterlasers der Fig. 2B jeweils von einer Seite kontaktiert werden. FIG. 2B shows a cross-sectional view of a semiconductor laser according to further embodiments, in which the metallic housing 117 extends up to a plane of the second main surface 102 of the semiconductor layer arrangement 112 . In this way, the heat can be dissipated even better. Furthermore, the part of the metallic housing 117 that extends to the second main surface 102 of the semiconductor layer arrangement 112 also represents a first contact element 140. Accordingly, the first and the second contact element of the semiconductor laser of FIG. 2B can each be contacted from one side .
Wie in den vorstehenden Beispielen gezeigt wurde, können das Sub strat 100 und der erste Resonatorspiegel 125 jeweils dotiert sein, um eine elektrische Anbindung über diese Schichten zu ermöglichen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können das Substrat und der erste Resonatorspiegel 125 aber auch undotiert sein. In diesem Fall kann eine zusätzliche dotierte Halbleiterschicht 138 vom ersten Leitfä higkeitstyp, beispielsweise eine n-dotierte GaN-Schicht vorgesehen sein, um einen elektrischen Kontakt zu bewirken. As shown in the examples above, the substrate 100 and the first resonator mirror 125 can each be doped to enable electrical connection via these layers. According to further embodiments, however, the substrate and the first resonator mirror 125 can also be undoped. In this case, an additional doped semiconductor layer 138 of the first conductivity type, for example an n-doped GaN layer, can be provided in order to effect electrical contact.
Fig. 2C zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halb leiterlasers mit einer zusätzlichen dotierten Halbleiterschicht 138 gemäß weiteren Ausführungsformen. Fig. 2C zeigt weiterhin einen Stromleitungspfad 139 von der Unterseite des ersten Kontaktelements 140 in Richtung der dotierten Halbleiterschicht 138 und schließlich in die Halbleiterschichtanordnung 112. Die weiteren Komponenten sind ähnlich wie bei Fig. 2B. FIG. 2C shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser with an additional doped semiconductor layer 138 according to further embodiments. 2C further shows a Current conduction path 139 from the underside of the first contact element 140 in the direction of the doped semiconductor layer 138 and finally into the semiconductor layer arrangement 112. The other components are similar to FIG. 2B.
Aufgrund der speziellen Konstruktion der Halbleiterschichtanordnung 112 zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung findet bei den hier beschriebenen Ausführungsformen nur eine geringe Lichtaufwei tung statt. Daher kann eine laterale Ausdehnung des Konverterele ments 135 auch vergleichsweise klein sein. Als Folge kann der Halb leiterlaser 10 gemäß allen Ausführungsformen mit einem optischen Element 122 kombiniert werden. Beispielsweise kann das optische Ele ment 122 eine Kollimationslinse oder ein anderes optisches Element zur Parallelrichtung der emittierten Laserstrahlung 16 sein. Das op tische Element 122 kann über dem Konverterelement 135 angeordnet sein. Beispielsweise kann das optische Element direkt an eine Ober seite des metallischen Gehäuses 117 angrenzen. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann auch ein Luftspalt zwischen dem optischen Ele ment 122 und dem metallischen Gehäuse 117 angeordnet sein. Due to the special construction of the semiconductor layer arrangement 112 for generating the electromagnetic radiation, only a small light expansion takes place in the embodiments described here. A lateral extent of the converter element 135 can therefore also be comparatively small. As a result, the semiconductor laser 10 can be combined with an optical element 122 according to all embodiments. For example, the optical element 122 can be a collimating lens or another optical element for the parallel direction of the emitted laser radiation 16 . The optical element 122 can be arranged over the converter element 135 . For example, the optical element can be directly adjacent to an upper side of the metallic housing 117 . According to further embodiments, an air gap can also be arranged between the optical element 122 and the metallic housing 117 .
Wie in Fig. 2D weiterhin gezeigt ist, ist eine dotierte Halbleiter schicht 138 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtan ordnung 112 vorgesehen. Es ist selbstverständlich, dass das optische Element 132 auch mit Ausführungsformen kombiniert werden kann, bei denen keine dotierte Halbleiterschicht 138 zur elektrischen Kontak tierung der Halbleiterschichtanordnung 112 vorgesehen ist. As is further shown in FIG. 2D, a doped semiconductor layer 138 is provided for electrically contacting the semiconductor layer arrangement 112 . It goes without saying that the optical element 132 can also be combined with embodiments in which no doped semiconductor layer 138 for electrical contacting of the semiconductor layer arrangement 112 is provided.
Das in den Fig. 1 und 2A bis 2D gezeigte Konverterelement kann bei spielsweise ein keramisches Konverterelement sein. Dieses kann bei spielsweise in einem separaten Fertigungsschritt in der benötigten Größe und Dicke erstellt und dann mit einem wenigstens für die von der Halbleiterschichtanordnung 112 erzeugte Wellenlänge transparen ten Verbindungsmaterial auf dem Bauteil, beispielsweise auf dem Wachstumssubstrat 100 befestigt werden. Als transparentes Verbin dungsmaterial eignen sich beispielsweise Silikon, transparente Glas lote oder eine dielektrische Schicht. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Leuchtstoff auch auf dem Wafer flächenhaft abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufsprü hen, Siebdrucken oder Sedimentieren. Bei dieser Ausgestaltung ist kein Verbindungsmaterial erforderlich. Wird der Leuchtstoff flächen haft abgeschieden, so ist die Kantenqualität wichtig dafür, wie die thermische Anbindung zwischen dem Konverterelement 135 und der an grenzenden Metallschicht, beispielsweise dem metallischen Gehäuse 117 oder der metallischen Schicht 141 realisiert wird. The converter element shown in FIGS. 1 and 2A to 2D can be a ceramic converter element, for example. This can be created, for example, in a separate manufacturing step in the required size and thickness and then attached to the component, for example to the growth substrate 100, using a connecting material that is transparent at least for the wavelength generated by the semiconductor layer arrangement 112. Silicone, transparent glass solder or a dielectric layer, for example, are suitable as transparent connecting material. According to further embodiments, a phosphor can also be deposited areally on the wafer, for example by spraying, screen printing or sedimentation. In this configuration, no connecting material is required. If the phosphor is deposited over an area, the edge quality is important for how the thermal connection between the converter element 135 and the adjoining metal layer, for example the metal housing 117 or the metal layer 141, is implemented.
Bei der Auswahl der Bemessung f der lateralen Ausdehnung des Konver terelements ist zu berücksichtigen, dass eine große Fläche dazu führt, dass divergente emittierte Strahlung 15 besonders gut ausge nutzt werden kann. Allerdings tritt hier der Nachteil auf, dass die seitliche thermische Anbindung bei größerer Ausdehnung schlechter wird, da sich die größte Wärmequelle im Zentrum befindet. Eine typi sche Größe des Konverterelements f entspricht beispielsweise der Strahldivergenz (1/e2) oder der Strahlausdehnung bis zu einem 5- fachen der Strahlausdehnung („beam warst"). When selecting the dimension f of the lateral extent of the converter element, it must be taken into account that a large area means that divergent emitted radiation 15 can be used particularly well. However, the disadvantage here is that the lateral thermal connection becomes worse with greater expansion, since the largest heat source is in the center. A typical size of the converter element f corresponds, for example, to the beam divergence (1/e 2 ) or the beam expansion up to 5 times the beam expansion (“beam wars”).
Generell ist die Aufweitung der erzeugten elektromagnetischen Strah lung 15 innerhalb des GaN-Substrats (mit einem Brechungsindex von n « 2,46) nur sehr gering, d.h. beträgt etwa wenige Grad. Das Ergebnis ergibt sich trotz eines Substrats, das dicker als 300 pm ist, ein relativ kleiner Laser-Spot, der sehr gut thermisch angebunden ist, einerseits über das Substrat 100, andererseits über die Wärmeabfuhr in der Wärmesenke sowie über metallische Kontakte. In general, the widening of the generated electromagnetic radiation 15 within the GaN substrate (with a refractive index of n<<2.46) is only very small, i.e. it is about a few degrees. Despite a substrate that is thicker than 300 μm, the result is a relatively small laser spot that is very well thermally connected, on the one hand via the substrate 100 and on the other hand via the heat dissipation in the heat sink and via metallic contacts.
Zur Herstellung des Halbleiterlasers, der in den Fig. 1 und 2A bis 2D gezeigt worden ist, werden über einem Wachstumssubstrat 100, bei spielsweise einem GaN-Substrat, zunächst ein Halbleiterschichtstapel zur Ausbildung eines ersten und zweiten Resonatorspiegels 125, 130 sowie die Halbleiterschichtanordnung 112 epitaktisch ausgebildet. Fig. 3A zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 25. To produce the semiconductor laser shown in FIGS. 1 and 2A to 2D, a semiconductor layer stack for forming a first and second resonator mirror 125, 130 and the semiconductor layer arrangement 112 are first epitaxially grown over a growth substrate 100, for example a GaN substrate educated. 3A shows an example of a resulting workpiece 25.
Anschließend wird ein Teil des Substrats 100 entfernt, so dass ein Teil einer Oberfläche des Halbleiterschichtstapels zur Ausbildung des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 125, 130 freiliegt. Über diesem freiliegenden Teil wird sodann eine weitere Schichten folge 126 zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 130 aufge wachsen. Beispielsweise kann die weitere Schichtenfolge 126 beliebi ge dielektrische Schichten wie beispielsweise SiO, SiN, NbO, TiO,A part of the substrate 100 is then removed, so that part of a surface of the semiconductor layer stack for forming the first and the second resonator mirror 125, 130 is exposed. A further layer sequence 126 for forming the second resonator mirror 130 is then grown over this exposed part. For example, the further layer sequence 126 can have any desired dielectric layers such as SiO, SiN, NbO, TiO,
TaO und weitere enthalten. Die dielektrischen Schichten können bei spielsweise durch Abscheideverfahren wie Sputtern und andere aufge bracht werden. TaO and others included. The dielectric layers can be applied, for example, by deposition methods such as sputtering and others.
Fig. 3B zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werk stücks 25. 3B shows a cross-sectional view of a resulting workpiece 25.
Fig. 3C fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers umfasst das Ausbil den (S100) eines ersten Resonatorspiegels sowie einer Halbleiter schichtanordnung, die eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung auf weist, über einem Wachstumssubstrat. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden eines zweiten Resonatorspiegel (S110), so dass zwi schen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel ein optischer Re sonator ausgebildet wird, der sich in einer Richtung parallel zu ei ner Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung erstreckt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Definieren (S120) seitlicher Begren zungen der Halbleiterschichtanordnung, so dass diese schräg verlau fen und eine Reflexion von erzeugter elektromagnetischer Strahlung in Richtung der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanord nung erfolgt und der erste und der zweite Resonatorspiegel über der ersten Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung angeordnet sind. Das Verfahren umfasst weiterhin das Aufbringen (S130) eines Konverterelements über einer von der Halbleiterschichtanordnung ab gewandten Seite des ersten Resonatorspiegels. Das Definieren (S120) seitlicher Begrenzungen der Halbleiterschichtanordnung kann bei spielsweise ein Ätzverfahren umfassen, durch welches schräge Seiten wände, beispielsweise mit einem Winkel von 45° gegenüber einer hori zontalen Richtung erzeugt werden. 3C summarizes a method according to embodiments. A method for producing a semiconductor laser includes the formation (S100) of a first resonator mirror and a semiconductor layer arrangement, which has an active zone for generating radiation, over a growth substrate. The method further includes forming a second resonator mirror (S110) such that an optical resonator is formed between the first and second resonator mirrors, which optical resonator extends in a direction parallel to a main surface of the semiconductor layer arrangement. The method further includes defining (S120) lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement so that they run obliquely and a reflection of generated electromagnetic radiation takes place in the direction of the first main surface of the semiconductor layer arrangement and the first and the second resonator mirror over the first main surface of the semiconductor layer arrangement are arranged. The method also includes the application (S130) of a converter element over a side of the first resonator mirror that faces away from the semiconductor layer arrangement. Defining (S120) lateral boundaries of the semiconductor layer arrangement can include, for example, an etching process by which sloping side walls are produced, for example at an angle of 45° with respect to a horizontal direction.
Wie beschrieben worden ist, lässt sich mit dem Halbleiterlaser eine weiße Leuchtquelle mit sehr hoher Leuchtdichte bereitstellen. Die emittierte elektromagnetische Strahlung 15 ist stark kollimiert. Fig. 4A zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterkonverterelements 20 gemäß Ausführungsformen. Das Halb leiterkonverterelement 20 umfasst ein GaN-Substrat 200 sowie eine poröse GaN-Schicht 210, die über dem GaN-Substrat 200 angeordnet ist. In dem mittleren Bereich der porösen GaN-Schicht 210 sind Teil chen eines Konverter- oder Leuchtstoffmaterials eingelagert. Insbe sondere ist vorgesehen, dass die Teilchen des Leuchtstoffmaterials Quantendot-Teilchen sind. Genauer gesagt liegt das Leuchtstoffmate rial in Form von Nanoteilchen oder Mikrokristallen vor, die als Quantendots realisiert sind. As has been described, the semiconductor laser can provide a white luminous source with a very high luminance. The emitted electromagnetic radiation 15 is strongly collimated. 4A shows a cross-sectional view of a semiconductor optoelectronic converter element 20 according to embodiments. The semiconductor converter element 20 comprises a GaN substrate 200 and a porous GaN layer 210 which is arranged over the GaN substrate 200 . In the central region of the porous GaN layer 210, parts of a converter or phosphor material are embedded. In particular, it is envisaged that the particles of the phosphor material are quantum dot particles. More specifically, the phosphor material is in the form of nanoparticles or microcrystals implemented as quantum dots.
Quantendots („QDs" oder Quantenpunkte, auch als Halbleiter- Nanokristalle bekannt) sind kleine Kristalle aus II-VI-, III-V-, IV- V-Materialien, die typischerweise einen Durchmesser von 1 nm bis 20 nm haben, was im Bereich der de-Broglie Wellenlänge der Ladungsträ ger liegt. Der Energieunterschied der Ladungsträger-Zustände eines Quantendots ist eine Funktion von sowohl der Zusammensetzung als auch der physikalischen Größe der Quantendots. Das heißt, bei vorge gebenem Material kann durch Variation der Größe das Emissionsspekt rum der Quantendots variiert werden. Entsprechend kann unter Verwen dung von Quantendots ein großer Wellenlängenbereich erzeugt werden. Quantum dots ("QDs" or quantum dots, also known as semiconductor nanocrystals) are small crystals of II-VI, III-V, IV-V materials, typically 1 nm to 20 nm in diameter, which ranges in The de Broglie wavelength of the charge carriers lies.The energy difference of the charge carrier states of a quantum dot is a function of both the composition and the physical size of the quantum dots.This means that for a given material, the emission spectrum of the quantum dots can be varied by varying the size Accordingly, a large wavelength range can be generated using quantum dots.
Beispielsweise können die Quantendots ein Kernmaterial enthalten, welches von einem Schalenmaterial umgeben ist. Die Bandlücke des Halbleiter-Kernmaterials kann kleiner sein als die Bandlücke des Halbleiter-Schalenmaterials. Beispielsweise kann der Kern aus CdSe aufgebaut sein, und die Schale kann CdS sowie gegebenenfalls weitere Schichten enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Kern aus InP aufgebaut sein, und die Schale enthält ZnS und gegebenen falls weitere Schichten. Pulver aus derartigen Quantendot- Nanoteilchen sind kommerziell erhältlich. Prinzipiell können Quan tendots eines oder mehrere der folgenden Materialien enthalten: CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs, CuInS2, CdSi_xSe, BaTiQ3, PbZr03, PbZrxTii_x03, BaxSri_x, SrTi03, LaMnQ3, CaMnQ3 und La3- For example, the quantum dots can contain a core material surrounded by a shell material. The band gap of the semiconductor core material can be smaller than the band gap of the semiconductor shell material. For example, the core can be composed of CdSe, and the shell can contain CdS and optionally further layers. According to further embodiments, the core can be constructed from InP, and the shell contains ZnS and, if appropriate, further layers. Powders made from such quantum dot nanoparticles are commercially available. In principle, quantum dots can contain one or more of the following materials: CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs, CuInS 2 , CdSi_ x Se, BaTiQ 3 , PbZr0 3 , PbZr x Tii_ x 0 3 , Ba x Sri_ x , SrTi0 3 , LaMnQ 3 , CaMnQ 3 and La 3-
;CaxMnO 3 Die in die Poren eingelagerten Quantendots sind in der Lage, ein treffende elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektro magnetische Strahlung mit größerer Wellenlänge zu emittieren. Ent sprechend wird durch den Bereich der porösen GaN-Schicht 210, in den Quantendots eingelagert sind, ein Konverterelement 225 bereitge stellt, der geeignet ist, die Wellenlänge von eintreffendem Licht zu verändern. ; Approximately MnO3 The quantum dots embedded in the pores are able to absorb incoming electromagnetic radiation and emit electromagnetic radiation with longer wavelengths. Correspondingly, the region of the porous GaN layer 210 in which the quantum dots are embedded provides a converter element 225 which is suitable for changing the wavelength of incident light.
Die poröse GaN-Schicht 210 kann beispielsweise durch einen elektro chemischen Prozess erzeugt werden, bei dem eine Spannung zwischen einer dotierten GaN-Schicht und einer Gegenelektrode angelegt wird. Beispielsweise werden die Poren in einer n-dotierten GaN-Schicht, die beispielsweise mit Si dotiert ist, ausgebildet. Die Entstehung der Nanoporen ist dabei von einem Dotierniveau abhängig. Gemäß Aus führungsformen kann die Erzeugung der Poren durch Einstrahlung von Licht beschleunigt werden. Gemäß Ausführungsformen kann die dotierte GaN-Schicht zur Ausbildung der porösen GaN-Schicht ein entsprechend dotierter Teil des Wachstumssubstrats sein. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen wird über einem GaN-Substrat eine Si-dotierte GaN- Schicht aufgewachsen. Gemäß Ausführungsformen kann eine transparente Zwischenschicht als Ätzstoppschicht 215 zwischen dem GaN-Substrat und der Si-dotierten GaN-Schicht ausgebildet werden. Die transparen te Schicht oder Ätzstoppschicht 215 kann beispielsweise AlGaN oder GaN/InGaN mit einer Ge-Dotierung oder undotiertes GaN enthalten.The porous GaN layer 210 can be produced, for example, by an electrochemical process in which a voltage is applied between a doped GaN layer and a counter-electrode. For example, the pores are formed in an n-doped GaN layer, which is doped with Si, for example. The formation of the nanopores is dependent on a doping level. According to embodiments, the generation of the pores can be accelerated by irradiation with light. According to embodiments, the doped GaN layer for forming the porous GaN layer can be a correspondingly doped part of the growth substrate. According to further embodiments, a Si-doped GaN layer is grown over a GaN substrate. According to embodiments, a transparent intermediate layer can be formed as an etch stop layer 215 between the GaN substrate and the Si-doped GaN layer. The transparent layer or etch stop layer 215 can contain, for example, AlGaN or GaN/InGaN with a Ge doping or undoped GaN.
Wird eine Spannung zwischen der n-dotierten GaN-Schicht und einer Gegenelektrode angelegt, so bilden sich die Poren lediglich in der n-dotierten GaN-Schicht aus. Nach Ausbildung der Poren können geeig nete Quantendots in die Poren eingefüllt werden. Auf diese Weise ergibt sich ein optoelektronisches Halbleiterkonverterelement, wel ches einstückig oder integral mit einem GaN-Substrat ausgebildet ist. Als Ergebnis kann somit ein optoelektronischer Konverter be reitgestellt werden, der integral mit dem Bauteil verbunden ist und nicht von diesem gelöst werden kann, wodurch beispielsweise die Au gensicherheit verbessert wird. Weiterhin wird, da es keine Luftumge bung gibt, das Konverterelement ideal in Richtung Wärmesenke ange- bunden. Als Ergebnis kann erzeugte Wärme sehr gut abgeführt werden, wodurch die Effizienz des Bauelements verbessert wird. If a voltage is applied between the n-doped GaN layer and a counter-electrode, the pores only form in the n-doped GaN layer. After formation of the pores, suitable quantum dots can be filled into the pores. This results in an optoelectronic semiconductor converter element which is formed in one piece or integrally with a GaN substrate. As a result, an optoelectronic converter can be provided that is integrally connected to the component and cannot be detached therefrom, thereby improving eye safety, for example. Furthermore, since there is no air environment, the converter element is ideally positioned in the direction of the heat sink. tied. As a result, generated heat can be dissipated very well, thereby improving the efficiency of the device.
Gemäß Ausführungsformen kann ein einziges Quantendotmaterial in die erzeugten Poren eingefüllt werden, wodurch ein Konverterelement be reitgestellt wird, das zu einer Wellenlänge konvertiert. According to embodiments, a single quantum dot material can be filled into the created pores, thereby providing a converter element that converts to a wavelength.
Wie in Fig. 4B gezeigt ist, ist es gemäß weiteren Ausführungsformen aber auch möglich, unterschiedliche Bereiche der porösen Schicht 210 mit unterschiedlichen Quantendotmaterialien zu befüllen, so dass verschiedene Konverterelementbereiche 2254, 2252, 2253 und 2254 be reitgestellt werden. Die unterschiedlichen Konverterelementbereiche 225c, ..., 2254 können dabei jeweils eine Konversion zu unterschiedli chen Wellenlängen bewirken. As shown in FIG. 4B , according to further embodiments it is also possible to fill different regions of the porous layer 210 with different quantum dot materials, so that different converter element regions 225 4 , 225 2 , 225 3 and 225 4 are provided. The different converter element areas 225c, . . . , 225 4 can each cause a conversion to different wavelengths.
Gemäß Ausführungsformen kann eine Versiegelungsschicht 220 über der Oberfläche der porösen GaN-Schicht angeordnet sein. Ein Material der Versiegelungsschicht 220 kann beispielsweise SiO oder SiN enthalten. Durch die Versiegelungsschicht 220 kann eine Reflexion in das Sub strat verhindert oder unterdrückt werden. According to embodiments, a sealing layer 220 may be arranged over the surface of the porous GaN layer. A material of the sealing layer 220 can contain SiO or SiN, for example. A reflection into the substrate can be prevented or suppressed by the sealing layer 220 .
Wie nachfolgend beschrieben werden wird, lässt sich das optoelektro nische Halbleiterkonverterelement 20 mit einem Halbleiterlaser kom binieren, wodurch eine eine Lichtquelle mit hoher Leuchtdichte zur Emission stark kollimierter Strahlung bereitgestellt wird. Bei In tegration mit einem GaN-basierten Laser lässt sich das Wachstumssub strat zur Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge, die den Laser ausbildet, gleichzeitig zur Ausbildung des Halbleiterkonverterele- ments 20 verwenden. As will be described below, the semiconductor optoelectronic converter element 20 can be combined with a semiconductor laser to provide a high luminance light source for emitting highly collimated radiation. In the case of integration with a GaN-based laser, the growth substrate for forming the semiconductor layer sequence that forms the laser can be used simultaneously for forming the semiconductor converter element 20 .
Das optoelektronische Halbleiterkonverterelement, das unter Bezug nahme auf die Fig. 4A und 4B beschrieben worden ist, kann beispiels weise mit einem VCSEL ( "Vertical Cavity Surface Emitting Laser") kombiniert werden. The optoelectronic semiconductor converter element that has been described with reference to FIGS. 4A and 4B can, for example, be combined with a VCSEL ("Vertical Cavity Surface Emitting Laser").
Fig. 5A zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers 30, welcher eine Kombination aus einem VCSEL und dem beschriebenen opto- elektronischen Halbleiterkonverterelement 20 umfasst. Der Halb leiterlaser 30 umfasst einen ersten Resonatorspiegel 125, einen zweiten Resonatorspiegel 130 sowie einen optischen Resonator 205, der zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 125, 130 angeordnet ist, umfasst. Die Schichten zur Ausbildung des optischen Resonators 205 umfassen eine erste Halbleiterschicht 110 vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, eine zweite Halbleiter schicht 120 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ so wie eine aktive Zone 115, die zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet ist. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 sowie die aktive Zone 115 und die Schichten des ersten Resonatorspiegels 125 bilden den Halb leiterschichtstapel 212. Der optische Resonator 205 erstreckt sich senkrecht zu einer ersten Hauptoberfläche 110 der Halbleiterschicht anordnung 212. Der erste Resonatorspiegel 125 kann beispielsweise AlN/GaN- oder AlInN/GaN-Schichtenfolgen aufweisen, die epitaktisch aufgewachsen sein können. Der zweite Resonatorspiegel 130 kann bei spielsweise dielektrische Schichten, beispielsweise SiO, SiN, NbO, TiO, TaO umfassen. Fig. 5A shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 30, which is a combination of a VCSEL and the described opto- electronic semiconductor converter element 20 includes. The semiconductor laser 30 includes a first resonator mirror 125, a second resonator mirror 130 and an optical resonator 205 which is arranged between the first and the second resonator mirror 125, 130 includes. The layers for forming the optical resonator 205 include a first semiconductor layer 110 of the first conductivity type, e.g. n-type, a second semiconductor layer 120 of the second conductivity type, e.g. p-type, and an active region 115 between the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120 is arranged. The first and second semiconductor layers 110, 120 and the active zone 115 and the layers of the first resonator mirror 125 form the semiconductor layer stack 212. The optical resonator 205 extends perpendicularly to a first main surface 110 of the semiconductor layer arrangement 212. The first resonator mirror 125 can, for example Have AlN / GaN or AlInN / GaN layer sequences that can be grown epitaxially. The second resonator mirror 130 can, for example, comprise dielectric layers, for example SiO, SiN, NbO, TiO, TaO.
Über der Halbleiterschichtanordnung 212 ist das optoelektronische Halbleiterkonverterelement wie vorstehend beschrieben angeordnet. Genauer gesagt, ist ein GaN-Substrat 200 sowie eine poröse Schicht 210 über der Halbleiterschichtanordnung 212 angeordnet. In einem Teil der porösen GaN-Schicht 210 sind Quantendots eingefüllt, wodurch ein Konverterelement 225 erzeugt wird. Weiterhin kann eine Versiegelungsschicht 220 über der porösen GaN-Schicht 210 angeordnet sein. The optoelectronic semiconductor converter element is arranged above the semiconductor layer arrangement 212 as described above. More specifically, a GaN substrate 200 and a porous layer 210 are arranged over the semiconductor layer assembly 212 . Quantum dots are filled in a part of the porous GaN layer 210, whereby a converter element 225 is produced. Furthermore, a sealing layer 220 can be arranged over the porous GaN layer 210 .
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann zusätzlich ein Farbfilter 218 über der Versiegelungsschicht 220 angeordnet sein. Der Farbfilter 218 kann aber auch direkt an die poröse GaN-Schicht 210 angrenzen und beispielsweise eine Versiegelungsschicht darstellen. Beispiels weise kann die Farbfilterschicht 218 geeignet sein, blaues Licht, wieder zurück zu reflektieren, so dass lediglich konvertiertes Licht durch den Halbleiterlaser 30 emittiert wird. Die Verwendung eines Farbfilters kann beispielsweise in Fällen günstig sein, in denen reine Farben emittiert werden sollen und nicht eine Farbmischung. According to further embodiments, a color filter 218 can additionally be arranged over the sealing layer 220 . However, the color filter 218 can also directly adjoin the porous GaN layer 210 and represent a sealing layer, for example. For example, the color filter layer 218 can be suitable for reflecting blue light back again, so that only converted light is emitted by the semiconductor laser 30 . The use of a Color filters can be beneficial, for example, in cases where pure colors are to be emitted and not a mixture of colors.
Fig. 5B zeigt einen Halbleiterlaser 30 gemäß weiteren Ausführungs formen. Der Halbleiterlaser 30 enthält beispielsweise zwei identi sche Halbleiterschichtanordnungen 212, die jeweils geeignet sind, Laserstrahlung 15 zu emittieren. Das Konverterelement 20 weist zwei unterschiedliche Konverterelementbereiche 225c, 2252 auf, die jeweils geeignet sind, Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge zu emit tieren. Auf diese Weise können in den unterschiedlichen Bereichen des Halbleiterlasers jeweils unterschiedliche Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise kann der Konverterelementbereich 225c geeignet sind, gelbes Licht zu emittieren, und der Konverterelementbereich 2252 kann geeignet sein, grünes Licht zu emittieren. Weiterhin ist es möglich, dass einer der Konverterelemente IR-Strahlung emittiert.FIG. 5B shows a semiconductor laser 30 according to further embodiments. The semiconductor laser 30 contains, for example, two identical semiconductor layer arrangements 212 which are each suitable for emitting laser radiation 15 . The converter element 20 has two different converter element regions 225c, 225 2 which are each suitable for emitting laser radiation of different wavelengths. In this way, different wavelengths can be emitted in the different regions of the semiconductor laser. For example, converter element area 225c may be adapted to emit yellow light and converter element area 225 2 may be adapted to emit green light. It is also possible for one of the converter elements to emit IR radiation.
Wie erwähnt kann die Halbleiterschichtanordnung 212 jeweils der Emissionsbereiche identisch sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Halbleiterschichtanordnung auch jeweils unterschiedlich sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Farbfilter über der Versiegelungsschicht 220 angeordnet sein. Auf diese Weise kann bei spielsweise nicht-konvertiertes Licht wieder zurückreflektiert wer den oder unterdrückt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Halbleiterlaser bereitzustellen, bei dem auf Pixel-Ebene eine unter schiedliche Konversion und damit eine unterschiedliche Emissionswel lenlänge erreicht wird. Fig. 5B zeigt ferner eine Ansteuerschaltung 211c, 2112, durch die es möglich ist, einzelne Laserelemente gezielt anzusteuern. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass bestimmte Pixel selektiv ein- und ausgeschaltet werden, wodurch eine farbige Darstellung oder eine Bilddarstellung ermöglicht wird. As mentioned, the semiconductor layer arrangement 212 of the emission regions can be identical in each case. In accordance with further embodiments, the semiconductor layer arrangement can also be different in each case. According to further embodiments, a color filter can be arranged over the sealing layer 220 . In this way, for example, non-converted light can be reflected back or suppressed. In this way it is possible to provide a semiconductor laser in which a different conversion and thus a different emission wavelength is achieved at the pixel level. FIG. 5B also shows a drive circuit 211c , 2112, which makes it possible to drive individual laser elements in a targeted manner. In this way, certain pixels can be allowed to be selectively switched on and off, thereby enabling a colored display or an image display.
Beispielsweise kann eine Breite f des Konverterelements 225 oder Apertur des Halbleiterlasers wenige pm betragen. Beispielsweise kann die Breite f kleiner als 10 pm oder auch kleiner als 5 pm sein. Die Breite f kann beispielsweise größer als 500 nm sein. Die Schichtdi cke des Substrats 100 kann beispielsweise in einem Bereich von 100 bis 300 pm liegen. Da GaN-basierte VCSEL eine sehr enge Abstrahlcha rakteristik haben, weitet sich aufgrund der dünnen Schichtdicke des Substrats der emittierte Strahl nur wenig auf. Als Ergebnis kann er reicht werden, dass sich die emittierte Strahlung 16 benachbarter Laserelemente oder Konverterelementbereiche 225c, 2252,...225i nicht überlagert. For example, a width f of the converter element 225 or aperture of the semiconductor laser can be a few pm. For example, the width f can be less than 10 pm or else less than 5 pm. The width f can be greater than 500 nm, for example. The layer thickness of the substrate 100 can be in a range from 100 to 300 μm, for example. Since GaN-based VCSELs have a very narrow radiation characteristic, the thin layer thickness causes the Substrate the emitted beam only slightly. As a result, it can be achieved that the emitted radiation 16 of adjacent laser elements or converter element regions 225c, 225 2 , . . . 225i does not overlap.
Fig. 5C zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers 30 ge mäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den Elementen, die in Fig. 5B dargestellt sind, weist der Halbleiterlaser 30 in Fig. 5C eine Anordnung optischer Elemente 122, beispielsweise eine Mikrolin- sen-Anordnung auf. Auf diese Weise kann beispielsweise emittiertes Licht besser kollimiert werden. Selbstverständlich können optische Elemente 122, beispielsweise eine Mikrolinsen-Anordnung auch mit weiteren Ausführungsformen des Halbleiterlasers, die im Rahmen die ser Anmeldung beschrieben sind, kombiniert werden. 5C shows a cross-sectional view of a semiconductor laser 30 according to further embodiments. In addition to the elements shown in FIG. 5B, the semiconductor laser 30 in FIG. 5C has an array of optical elements 122, for example a microlens array. In this way, for example, emitted light can be better collimated. Of course, optical elements 122, for example a microlens arrangement, can also be combined with other embodiments of the semiconductor laser that are described in the context of this application.
Fig. 5D zeigt ein Werkstück 25 bei der Herstellung des Halbleiterla sers, der in den Fig. 5A bis 5C beschrieben worden ist. Beispiels weise kann über einem GaN-Substrat 200 eine Halbleiterschichtenfolge 212 aufgebracht werden, die Schichten zur Ausbildung des ersten Re sonatorspiegels 125, der ersten Halbleiterschicht 110, der aktiven Zone 115 und der zweiten Halbleiterschicht 120 aufweist. Die Schich ten zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 130 können bereits in diesem Verfahrensstadium aufgebracht werden. Gemäß weiteren Aus führungsformen können die Schichten zur Ausbildung des zweiten Re sonatorspiegels 130 auch später aufgebracht werden. Sodann kann eine dotierte Schicht über der zweiten Hauptoberfläche 202 des GaN- Substrats ausgebildet werden. Die zweite Hauptoberfläche 202 ist der ersten Hauptoberfläche 201 entgegengesetzt. Beispielsweise kann die n-dotierte GaN-Schicht durch eine transparente Ätzstoppschicht 215 wie zuvor beschrieben von dem GaN-Substrat getrennt sein. Anschlie ßend können Poren in der Schicht 210 ausgebildet werden, beispiels weise durch elektrochemisches Ätzen, wodurch die poröse GaN-Schicht 210 entsteht. Obwohl beschrieben ist, dass eine Ätzstoppschicht vor gesehen ist, kann unter Umständen auf die Ätzstoppschicht auch ver zichtet werden. Beispielsweise kann ein Porenwachstum zeitgesteuert stattfinden, um sicherzustellen, dass nur ein bestimmter Oberflä chenbereich porös gemacht wird. Darauf folgend können wie zuvor beschrieben, Quantendots in Bereiche der porösen GaN-Schicht 120 eingebracht werden. Die Versiegelungs schicht 220 kann über der porösen GaN-Schicht 210 aufgebracht wer den. Weiterhin können Bearbeitungsschritte durchgeführt werden, um Komponenten des Halbleiterlasers fertigzustellen. Beispielsweise können die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 130 ausgebildet werden. Elektrische Kontakte, um in den Halbleiterlaser einen Strom einzuprägen, können ausgebildet werden. Fig. 5D shows a workpiece 25 in the manufacture of the semiconductor laser which has been described in FIGS. 5A to 5C. For example, a semiconductor layer sequence 212 can be applied over a GaN substrate 200, which has layers for forming the first resonator mirror 125, the first semiconductor layer 110, the active zone 115 and the second semiconductor layer 120. The layers for forming the second resonator mirror 130 can already be applied at this stage of the process. According to further embodiments, the layers for forming the second resonator mirror 130 can also be applied later. A doped layer can then be formed over the second main surface 202 of the GaN substrate. The second main surface 202 is opposite to the first main surface 201 . For example, the n-doped GaN layer may be separated from the GaN substrate by a transparent etch stop layer 215 as previously described. Subsequently, pores can be formed in the layer 210, for example by electrochemical etching, whereby the porous GaN layer 210 arises. Although it is described that an etch stop layer is provided, under certain circumstances the etch stop layer can also be dispensed with. For example, pore growth can be timed to ensure that only a specific surface area is rendered porous. Subsequently, quantum dots can be introduced into regions of the porous GaN layer 120 as previously described. The sealing layer 220 can be applied over the porous GaN layer 210 who the. Furthermore, processing steps can be carried out in order to finish components of the semiconductor laser. For example, the layers of the second resonator mirror 130 can be formed. Electrical contacts can be formed to inject a current into the semiconductor laser.
Wie beschrieben worden ist, ergibt sich bei Kombination des opto elektronischen Halbleiterkonverterelements 20 mit einem oberflächen emittierenden Halbleiterlaser eine Weißlichtquelle mit hoher Leucht dichte, der geeignet ist, stark kollimierte Laserstrahlung zu emit tieren. As has been described, the combination of the opto-electronic semiconductor converter element 20 with a surface-emitting semiconductor laser results in a white light source with high luminance which is suitable for emitting highly collimated laser radiation.
Das unter Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B beschriebene optoelekt ronische Halbleiterkonverterelement kann auch mit dem in den Fig. 1 und 2A bis 2D beschriebenen Halbleiterlaser, dessen Resonator paral lel zu einer Oberfläche der Halbleiterschichtanordnung 112 verläuft, kombiniert werden. The optoelectronic semiconductor converter element described with reference to FIGS. 4A and 4B can also be combined with the semiconductor laser described in FIGS. 1 and 2A to 2D, the resonator of which runs parallel to a surface of the semiconductor layer arrangement 112.
Fig. 6A zeigt einen entsprechenden Halbleiterlaser 10. Dabei ent sprechen die einzelnen Komponenten, die in Fig. 6A dargestellt sind, im Wesentlichen Komponenten, die in Fig. 1 dargestellt sind. Aller dings ist hier abweichend von Ausführungsformen, die in Fig. 1 dar gestellt sind, das Konverterelement 225 Teil des Halbleitersubstrats 100, bzw. in das Halbleitersubstrat 100 integriert. Entsprechend be findet sich ein Konverterelement 225 auf derselben Höhe wie eine erste Hauptoberfläche 111 des Halbleitersubstrats 100. Eine Versie gelungsschicht 220 ist über der ersten Hauptoberfläche 111 des GaN- Substrats 100 angeordnet und verkapselt den Bereich des Substrats 100, in dem die Quantendots eingebracht sind. Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Halbleiterlaser ist hier kein dritter Spiegel zwischen dem ersten Resonatorspiegel 125 und dem Konverterelement 225 angeordnet. Die Komponenten des Halbleiterlasers 10 in Fig. 6B entsprechen je weils den Komponenten des Halbleiterlasers in Fig. 2B, so dass auf eine ausführliche Diskussion hier verzichtet wird. Wiederum ist hier das Konverterelement 225 in das Substrat 100 integriert. Ein dritter Spiegel ist nicht vorgesehen. FIG. 6A shows a corresponding semiconductor laser 10. The individual components shown in FIG. 6A essentially correspond to components shown in FIG. However, in contrast to the embodiments shown in FIG. 1, the converter element 225 is part of the semiconductor substrate 100 or is integrated into the semiconductor substrate 100. Accordingly, there is a converter element 225 at the same height as a first main surface 111 of the semiconductor substrate 100. A sealing layer 220 is arranged over the first main surface 111 of the GaN substrate 100 and encapsulates the region of the substrate 100 in which the quantum dots are introduced. In contrast to the semiconductor laser shown in FIG. 1, no third mirror is arranged between the first resonator mirror 125 and the converter element 225 here. The components of the semiconductor laser 10 in FIG. 6B each correspond to the components of the semiconductor laser in FIG. 2B, so that a detailed discussion is omitted here. Again, the converter element 225 is integrated into the substrate 100 here. A third mirror is not provided.
Komponenten des Halbleiterlasers 10 aus Fig. 6C entsprechen jeweils den Komponenten des Halbleiterlasers 10 aus Fig. 2C. Abweichend ist hier das Konverterelement 225 in das Halbleitersubstrat 100 inte griert. Auch hier fehlt der dritte Spiegel. Entsprechend wird auf eine Diskussion der Elemente verzichtet. Components of the semiconductor laser 10 shown in FIG. 6C correspond to the components of the semiconductor laser 10 shown in FIG. 2C, respectively. Contrary to this, the converter element 225 is integrated into the semiconductor substrate 100 here. The third mirror is also missing here. Accordingly, a discussion of the elements is omitted.
Die Komponenten des Halbleiterlasers 10 in Fig. 6D entsprechen je weils den Komponenten des Halbleiterlasers 10 in Fig. 2D. abweichend von der Darstellung in Fig. 2D ist hier das Konverterelement 225 in das Halbleitersubstrat integriert. Weiterhin fehlt der dritte Spie gel. Das optische Element 122 ist bündig auf dem metallischen Gehäu se 117 aufgebracht. Auf diese Weise lässt sich ein Halbleiterlaser in kompakterer Weise mit optischen Elementen 122 integrieren. The components of the semiconductor laser 10 in FIG. 6D each correspond to the components of the semiconductor laser 10 in FIG. 2D. Deviating from the illustration in FIG. 2D, the converter element 225 is integrated into the semiconductor substrate here. Furthermore, the third mirror is missing. The optical element 122 is applied flush to the metal housing 117 . In this way, a semiconductor laser can be integrated with optical elements 122 in a more compact manner.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann nach Ausbilden der Konver terelemente 225 ein Teil der ersten Hauptoberfläche des Wachs tumssubstrats 100 zurückgeätzt werden, wodurch sich zurückgezogene Bereiche 113 der ersten Hauptoberfläche ergeben. Dies ist in Fig. 6E veranschaulicht. Hier ist ein Teil der Oberfläche des Substrats 100, in dem kein Konverterelement 225 ausgebildet ist, zurückgeätzt. Als Ergebnis steht das Konverterelement 225 gegenüber dem Substrat 100 hervor. Gleichwohl ist das Konverterelement 225 einstückig mit dem Substrat 100 ausgebildet. In diesem Fall kann beispielsweise das me tallische Gehäuse 117 derart ausgebildet werden, dass es seitlich das Konverterelement 225 umschließt. Auf diese Weise kann ein beson ders guter thermischer Kontakt zu dem Konverterelement 225 bereitge stellt werden und weiterhin der Halbleiterlaser 10 kompakter ausge führt werden. According to further embodiments, after the converter elements 225 have been formed, part of the first main surface of the growth substrate 100 can be etched back, resulting in recessed regions 113 of the first main surface. This is illustrated in Figure 6E. Here, a part of the surface of the substrate 100 in which no converter element 225 is formed is etched back. As a result, the converter element 225 protrudes from the substrate 100 . Nevertheless, the converter element 225 is formed in one piece with the substrate 100 . In this case, for example, the metallic housing 117 can be formed in such a way that it encloses the converter element 225 laterally. In this way, a particularly good thermal contact with the converter element 225 can be provided and, furthermore, the semiconductor laser 10 can be made more compact.
Fig. 6F zeigt einen Halbleiterlaser 10 gemäß weiteren Ausführungs formen. Hier weist das Substrat 100 zurückgezogene Bereiche 113 auf. Zusätzlich sind Diffusoren 222, beispielsweise aus Ti02 angrenzend an das Konverterelement 225 angeordnet. Die Diffusoren streuen Licht effizient zurück und bilden somit quasi eine Apertur. Dabei streuen die Diffusoren 222 das Licht breitbandig, also insbesondere den wei ßen Anteil, effizient zurück. FIG. 6F shows a semiconductor laser 10 according to further embodiments. Here the substrate 100 has recessed areas 113 . In addition, diffusers 222, for example made of Ti0 2 , are arranged adjacent to the converter element 225. The diffusers scatter light back efficiently and thus form a quasi-aperture. In this case, the diffusers 222 efficiently scatter the light back over a wide band, ie in particular the white portion.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann, beispielsweise ausgehend von der in Fig. 6E gezeigten Struktur ein Teil des metallischen Gehäuses 117 über dem zurückgezogenen Bereich 113 dünner ausgeführt sein, so dass das Konverterelement 225 über dem Gehäuse 117 hervorsteht. Bei spielsweise kann in diesem Fall die reflexionsvermindernde Schicht 220 gegenüber allen Seitenflächen des Konverterelements 225 angeord net sein, um eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung zurück in Richtung der aktiven Zone zu verringern. According to further embodiments, for example based on the structure shown in FIG. 6E , part of the metallic housing 117 above the recessed area 113 can be made thinner so that the converter element 225 protrudes above the housing 117 . In this case, for example, the anti-reflective layer 220 can be arranged opposite all side surfaces of the converter element 225 in order to reduce a reflection of the electromagnetic radiation back in the direction of the active zone.
Dies ist in Fig. 6G veranschaulicht. This is illustrated in Figure 6G.
Wie in Fig. 6H gezeigt ist, kann das Konverterelement 225 auch lin senartig ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine beliebige Ab strahlcharakteristik erzielt werden. As shown in FIG. 6H, the converter element 225 can also be formed like a lens. In this way, any radiation characteristic can be achieved.
Fig. 61 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Halbleiterlasers 10. Beispielsweise kann, wie in Fig. 61 veranschaulicht ist, der Konver ter großflächig ausgebildet werden, so dass er den kompletten Be reich des strukturierten Halbleiterschichtstapels 112 überlappt. Weiterhin können sowohl der erste als auch der zweite Resonatorspie gel 125, 130, aus einem einzigen Halbleiterschichtstapel, beispiels weise AlN/GaN- oder AlInN/GaN-Schichten aufgebaut sein. Als Ergebnis haben in diesem Fall der erste und der zweite Resonatorspiegel ein identisches Reflexionsvermögen. Entsprechend kann von beiden Seiten der aktiven Zone elektromagnetische Strahlung emittiert werden und anschließend durch das Konverterelement 225 konvertiert werden. Als Ergebnis kann ein Halbleiterlaser mit größerer Emissionsfläche be reitgestellt werden. Weitere Elemente des in Fig 61 gezeigten Halb leiterlasers sind unter Bezugnahme auf die Figuren 6A und 1 be schrieben worden. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es möglich, bei einer derarti gen Ausbildung von erstem und zweitem Resonatorspiegel 125, 130, je weils unterschiedliche Konverterelemente 225c, 2252 vorzusehen. Ent sprechend kann an den beiden Seiten der aktiven Zone 115 elektromag netische Strahlung jeweils unterschiedlicher Wellenlänge emittiert werden. Weitere Elemente des in Fig. 61 gezeigten Halbleiterlasers sind unter Bezugnahme auf die Figuren 6A und 1 beschrieben worden. FIG. 61 shows a further configuration of the semiconductor laser 10. For example, as illustrated in FIG. Furthermore, both the first and the second resonator mirror 125, 130 can be constructed from a single semiconductor layer stack, for example AlN/GaN or AlInN/GaN layers. As a result, in this case, the first and second resonator mirrors have an identical reflectivity. Correspondingly, electromagnetic radiation can be emitted from both sides of the active zone and then converted by the converter element 225 . As a result, a semiconductor laser with a larger emission area can be provided. Other elements of the semiconductor laser shown in FIG. 6I have been described with reference to FIGS. 6A and 1. FIG. According to further embodiments, it is possible to provide different converter elements 225c, 225 2 in each case with such an embodiment of the first and second resonator mirrors 125 , 130 . Accordingly, electromagnetic radiation of different wavelengths can be emitted on both sides of the active zone 115 . Other elements of the semiconductor laser shown in FIG. 6I have been described with reference to FIGS. 6A and 1. FIG.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es möglich, jeweils einen Farb filter 218 über dem Konverterelement 225 vorzusehen. Auf diese Weise kann blaues Restlicht unterdrückt werden oder zurückreflektiert wer den. According to further embodiments, it is possible to provide a color filter 218 above the converter element 225 in each case. In this way, residual blue light can be suppressed or reflected back.
Fig. 6K veranschaulicht einen Halbleiterschichtstapel bzw. ein Werk stück 25 zur Herstellung des Halbleiterlasers der unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6J beschrieben worden ist. Über einem GaN- Substrat 200 werden Schichten zur Ausbildung des ersten Resonator spiegels 125, der ersten Halbleiterschicht 110, der aktiven Zone 115 und der zweiten Halbleiterschicht 120 ausgebildet. Anschließend wird die poröse GaN-Schicht 210 in der Weise wie sie zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet. Gegebenenfalls kann eine transparente Ätz stoppschicht vorgesehen sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann aber auch auf diese Schicht verzichtet werden. Die Ätzstoppschicht kann beispielsweise AlGaN oder GaN(InGaN) mit einer Ge-Dotierung oder undotiertes GaN sein. Das Dotierniveau der porösen Schicht 210 kann beispielsweise größer als 5*1018/cm3 sein. Durch Einbringen von Quantentdots in die poröse Schicht 210 kann das Konverterelement 225 (nicht dargestellt in Fig. 6K) hergestellt werden, wie zuvor be schrieben worden ist. Nachfolgend können weitere Schritte zur Her stellung von Elementen des Halbleiterlasers durchgeführt werden. FIG. 6K illustrates a semiconductor stack or workpiece 25 for fabricating the semiconductor laser described with reference to FIGS. 6A through 6J. About a GaN substrate 200 layers for forming the first resonator mirror 125, the first semiconductor layer 110, the active region 115 and the second semiconductor layer 120 are formed. Subsequently, the porous GaN layer 210 is formed in the manner as described above. Optionally, a transparent etch stop layer can be provided. According to further embodiments, however, this layer can also be dispensed with. The etch stop layer can be, for example, AlGaN or GaN(InGaN) with a Ge doping or undoped GaN. The doping level of the porous layer 210 can be greater than 5*10 18 /cm 3 , for example. By introducing quantum dots into the porous layer 210, the converter element 225 (not shown in FIG. 6K) can be fabricated as previously described. Further steps for producing elements of the semiconductor laser can then be carried out.
Die hier beschriebenen Halbleiterlaser können beispielsweise als Leuchtquelle, beispielsweise als Weißlichtleuchtquelle oder als breitbandige mit hoher Luminanz eingesetzt werden. Weiterhin können insbesondere die beschriebenen Halbleiterlaseranordnungen als Anzei gevorrichtungen, beispielsweise als RGB-Anzeigevorrichtung verwendet werden. Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und be schrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt wer den können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin dis kutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt. The semiconductor lasers described here can be used, for example, as a light source, for example as a white light light source, or as a broadband light source with high luminance. Furthermore, in particular the semiconductor laser arrays described can be used as display devices, for example as an RGB display device. Although specific embodiments have been illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize that a variety of alternative and/or equivalent configurations may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the invention. The application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, the invention is to be limited only by the claims and their equivalents.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 Halbleiterlaser 10 semiconductor lasers
15 erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 generated electromagnetic radiation
16 konvertierte elektromagnetische Strahlung 16 converted electromagnetic radiation
20 Halbleiterkonverterelement 20 semiconductor converter element
25 Werkstück 25 workpiece
30 Halbleiterlaser 30 semiconductor lasers
100 Substrat 100 substrate
101 erste Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung101 first main surface of the semiconductor layer arrangement
102 zweite Hauptoberfläche der Halbleiterschichtanordnung102 second main surface of the semiconductor layer arrangement
103 seitliche Begrenzungsfläche 103 lateral boundary surface
104 erste Hauptoberfläche des Substrats 104 first major surface of the substrate
105 Resonator 105 cavity
107 Spiegelschicht 107 mirror layer
108 erster Teil der ersten Hauptoberfläche 108 first part of the first main surface
109 zweiter Teil der ersten Hauptoberfläche 109 second part of the first main surface
110 erste Halbleiterschicht 110 first semiconductor layer
111 erste Hauptoberfläche des Substrats 111 first major surface of the substrate
112 Halbleiterschichtanordnung 112 semiconductor layer arrangement
113 zurückgezogene Bereiche der ersten Hauptoberfläche113 recessed areas of the first major surface
115 aktive Zone 115 active zone
117 metallisches Gehäuse 117 metallic case
120 zweite Halbleiterschicht 120 second semiconductor layer
122 optisches Element 122 optical element
125 erster Resonatorspiegel 125 first resonator mirror
126 zweite Schichtenfolge 126 second layer sequence
130 zweiter Resonatorspiegel 130 second resonator mirror
135 Konverterelement 135 converter element
136 dritter Spiegel 136 third mirror
138 dotierte Halbleiterschicht 138 doped semiconductor layer
139 Stromleitungspfad 139 power line path
140 erstes Kontaktelement 140 first contact element
141 metallische Schicht 141 metallic layer
145 zweites Kontaktelement 145 second contact element
200 GaN-Substrat 200 GaN substrate
201 erste Hauptoberfläche des GaN-Substrats 202 zweite Hauptoberfläche des GaN-Substrats201 first main surface of the GaN substrate 202 second main surface of the GaN substrate
205 optischer Resonator 205 optical resonator
210 poröse GaN-Schicht 210 porous GaN layer
211c, 2112 Ansteuerschaltung 211c, 211 2 driving circuit
212 Halbleiterschichtanordnung 212 semiconductor layer arrangement
215 Ätzstoppschicht 215 etch stop layer
218 Farbfilter 218 color filters
220 Versiegelungsschicht 220 sealing layer
222 TiO-Diffusor 222 TiO diffuser
225 Konverterelement 225 converter element
225c, 2252 Konverterelementbereich 225c, 225 2 converter element area

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Halbleiterlaser (10) mit einer Halbleiterschichtanordnung (112), die eine aktive Zone (115) zur Strahlungserzeugung aufweist, einem ersten Resonatorspiegel (125), einem zweiten Resona torspiegel (130) und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Re sonatorspiegel (125, 130) angeordneten optischen Resonator (105), der sich in einer Richtung parallel zu einer Hauptoberfläche (101) der Halbleiterschichtanordnung (112) erstreckt, wobei seitliche Begrenzungsflächen (103) der Halbleiter schichtanordnung (112) schräg verlaufen, so dass eine Reflexion von erzeugter elektromagnetischer Strahlung (15) in Richtung der ersten Hauptoberfläche (101) der Halbleiterschichtanordnung (112) erfolgt und der erste und der zweite Resonatorspiegel (125, 130) über der ersten Hauptoberfläche (101) der Halbleiterschichtanordnung (112) angeordnet sind, und der Halbleiterlaser (10) ferner ein Konverterelement (135, 225) über einer von der Halbleiter schichtanordnung (112) abgewandten Seite des ersten Resonatorspie gels (125) aufweist. 1. Semiconductor laser (10) with a semiconductor layer arrangement (112), which has an active zone (115) for generating radiation, a first resonator mirror (125), a second resonator mirror (130) and a resonator mirror (125 , 130) arranged optical resonator (105), which extends in a direction parallel to a main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112), lateral boundary surfaces (103) of the semiconductor layer arrangement (112) running obliquely, so that a reflection of generated electromagnetic radiation (15) takes place in the direction of the first main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112) and the first and the second resonator mirror (125, 130) are arranged over the first main surface (101) of the semiconductor layer arrangement (112), and the semiconductor laser ( 10) also a converter element (135, 225) on a layer arrangement (112) facing away from the semiconductor side of the first resonator has mirrors (125).
2. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem drit ten Spiegel (136), der als Bragg-Spiegel ausgeführt ist und zwischen dem ersten Resonatorspiegel (125) und dem Konverterelement (135,2. Semiconductor laser (10) according to claim 1, further having a third mirror (136), which is designed as a Bragg mirror and between the first resonator mirror (125) and the converter element (135,
225) angeordnet ist und der geeignet ist, von der Halbleiterschicht anordnung (112) erzeugte Laserstrahlung (15) durchzulassen und elektromagnetische Strahlung (16) mit größerer Wellenlänge zu re flektieren. 225) is arranged and which is suitable for the semiconductor layer arrangement (112) to transmit laser radiation (15) generated and to reflect electromagnetic radiation (16) with longer wavelengths.
3. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit ei nem Substrat (100) zwischen dem Konverterelement (135, 225) und der Halbleiterschichtanordnung (112). 3. Semiconductor laser (10) according to claim 1 or 2, further comprising a substrate (100) between the converter element (135, 225) and the semiconductor layer arrangement (112).
4. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 3, ferner mit einer me tallischen Schicht (141) über einer ersten Hauptoberfläche (104) des Substrats (100), wobei das Konverterelement (135) über einem ersten Teil der ersten Hauptoberfläche (104) und die metallische Schicht (141) über einem zweiten Teil der ersten Hauptoberfläche (104) des Substrats (100) angeordnet ist. 4. Semiconductor laser (10) according to claim 3, further comprising a me-metallic layer (141) over a first main surface (104) of the substrate (100), wherein the converter element (135) over a first Part of the first main surface (104) and the metallic layer (141) is arranged over a second part of the first main surface (104) of the substrate (100).
5. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 4, wobei die metallische Schicht (141) und der erste Resonatorspiegel (125) direkt an das Substrat (100) angrenzen. 5. Semiconductor laser (10) according to claim 4, wherein the metallic layer (141) and the first resonator mirror (125) directly adjoin the substrate (100).
6. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit ei nem metallischen Gehäuse (117), das an mindestens zwei Seitenflächen des Substrats (100) angrenzt. 6. The semiconductor laser (10) according to claim 3 or 4, further comprising a metal housing (117) adjoining at least two side faces of the substrate (100).
7. Halbleiterlaser (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei das Substrat (100) und der erste Resonatorspiegel (125) dotiert sind. 7. Semiconductor laser (10) according to any preceding Ansprü surface, wherein the substrate (100) and the first resonator mirror (125) are doped.
8. Halbleiterlaser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (100) und der erste Resonatorspiegel (125) undotiert sind, ferner mit einer leitenden Halbleiterschicht (138) auf einer der aktiven Zone (115) zugewandten Seite des ersten Resonatorspie gels (125), die geeignet ist, die aktive Zone (115) mit einem ersten Kontaktelement (140) zu verbinden. The semiconductor laser (10) of any one of claims 1 to 7, wherein the substrate (100) and the first resonator mirror (125) are undoped, further comprising a conductive semiconductor layer (138) on a side of the first one facing the active region (115). Resonator mirror (125) which is suitable for connecting the active zone (115) to a first contact element (140).
9. Halbleiterlaser (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, ferner mit einem optischen Element (122) auf einer von der Halbleiterschichtanordnung (112) abgewandten Seite des Konverterele ments (135, 225). 9. Semiconductor laser (10) according to any one of the preceding claims, further comprising an optical element (122) on one of the semiconductor layer arrangement (112) facing away from the converter element (135, 225).
10. Halbleiterlaser (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem das Substrat (100) ein Wachstumssubstrat für die Halbleiter schichtanordnung (112) ist. 10. Semiconductor laser (10) according to any one of claims 3 to 9, wherein the substrate (100) is a growth substrate for the semiconductor layer arrangement (112).
11. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Kon verterelement (135, 225) in das Wachstumssubstrat (200) integriert ist. 11. Semiconductor laser (10) according to claim 9 or 10, wherein the converter element (135, 225) is integrated into the growth substrate (200).
12. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 11, wobei ein erster Teil (210) des Wachstumssubstrats (200) porös ist und Quantendots in den porösen Teil (210) des Wachstumssubstrats eingebracht sind. 12. The semiconductor laser (10) according to claim 11, wherein a first part (210) of the growth substrate (200) is porous and quantum dots are introduced into the porous part (210) of the growth substrate.
13. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 12, wobei ein zweiter Teil des Wachstumssubstrats (200) entfernt ist, so dass ein erster Teil des Wachstumssubstrats (200), in den die Quantendots einge bracht sind, gegenüber dem Wachstumssubstrat (200) hervorsteht. 13. The semiconductor laser (10) according to claim 12, wherein a second part of the growth substrate (200) is removed so that a first part of the growth substrate (200) into which the quantum dots are introduced protrudes from the growth substrate (200).
14. Halbleiterlaser (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei ver schiedene Quantendots, die jeweils eine Konversion zu unterschiedli chen Wellenlängen bewirken, in verschiedene poröse Bereiche des Wachstumssubstrats (200) eingebracht sind. 14. Semiconductor laser (10) according to claim 12 or 13, wherein ver different quantum dots, each causing a conversion to different wavelengths Chen, are introduced into different porous areas of the growth substrate (200).
15. Halbleiterlaser (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei die Halbleiterschichtanordnung (112) GaN enthält. 15. Semiconductor laser (10) according to any one of the preceding claims, wherein the semiconductor layer arrangement (112) contains GaN.
16. Optoelektronisches Halbleiterkonverterelement (20), umfas send: ein GaN-Substrat (200); eine poröse GaN-Schicht (210), die über dem GaN-Substrat (200) angeordnet ist, 16. A semiconductor optoelectronic converter element (20), comprising: a GaN substrate (200); a porous GaN layer (210) arranged over the GaN substrate (200),
Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht (210) ein gelagert sind. Quantum dots stored in pores of the porous GaN layer (210).
17. Optoelektronisches Halbleiterkonverterelement (20) nach An spruch 16, bei dem die poröse GaN-Schicht (210) jeweils unterschied liche Bereiche aufweist, in denen jeweils unterschiedliche Quan tendots angeordnet sind. 17. Optoelectronic semiconductor converter element (20) according to claim 16, wherein the porous GaN layer (210) has different Liche areas in each of which different quantum dots are arranged.
18. Halbleiterlaser (30) mit: einer Halbleiterschichtanordnung (112), die eine aktive Zone (115) zur Strahlungserzeugung aufweist, einem ersten Resonatorspiegel (125), einem zweiten Resona torspiegel (130) und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Re sonatorspiegel (125, 130) angeordneten optischen Resonator (105), der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche (101) der Halbleiterschichtanordnung (112) erstreckt, einem GaN-Substrat (200); einer porösen GaN-Schicht (210), die über dem GaN-Substrat (200) angeordnet ist, und 18. Semiconductor laser (30) with: a semiconductor layer arrangement (112) having an active zone (115) for generating radiation, a first resonator mirror (125), a second resonator mirror (130) and a resonator mirror between the first and the second resonator mirror ( 125, 130) arranged optical resonator (105), extending in a direction perpendicular to a main surface (101) of the semiconductor stack (112), a GaN substrate (200); a porous GaN layer (210) disposed over the GaN substrate (200), and
Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht (210) ein gelagert sind, wobei die in den Poren der porösen GaN-Schicht einge lagerten Quantendots ein Konverterelement (20) darstellen. Quantum dots, which are stored in pores of the porous GaN layer (210), the quantum dots stored in the pores of the porous GaN layer representing a converter element (20).
19. Halbleiterlaser (30) nach Anspruch 18, wobei die Halbleiter schichtanordnung (112) GaN enthält. 19. Semiconductor laser (30) according to claim 18, wherein the semiconductor layer arrangement (112) contains GaN.
20. Halbleiterlaseranordnung (30) mit mehreren Laserelementen, die jeweils: eine Halbleiterschichtanordnung (112), die eine aktive Zone (115) zur Strahlungserzeugung aufweist, einen ersten Resonatorspiegel (125), einen zweiten Resona torspiegel (130) und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Re sonatorspiegel (125, 130) angeordneten optischen Resonator (105), der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche (101) der Halbleiterschichtanordnung (112) erstreckt, umfassen, ferner mit einem GaN-Substrat (200); einer porösen GaN-Schicht (210), die über dem GaN-Substrat (200) angeordnet ist, und 20. Semiconductor laser arrangement (30) with a plurality of laser elements, each of which has: a semiconductor layer arrangement (112) which has an active zone (115) for generating radiation, a first resonator mirror (125), a second resonator mirror (130) and one between the first and the second resonator mirror (125, 130) arranged optical resonator (105) extending in a direction perpendicular to a main surface (101) of the semiconductor layer assembly (112), further comprising a GaN substrate (200); a porous GaN layer (210) disposed over the GaN substrate (200), and
Quantendots, die in Poren der porösen GaN-Schicht eingela gert sind, wobei die in den Poren der porösen GaN-Schicht eingela gerten Quantendots jeweils Konverterelemente darstellen. Quantum dots which are embedded in pores of the porous GaN layer, the quantum dots embedded in the pores of the porous GaN layer each representing converter elements.
21. Halbleiterlaseranordnung (30) nach Anspruch 20, bei der je weils unterschiedliche Konverterelementbereiche (225c, 2252) unter schiedlichen Laserelementen zugeordnet sind. 21. The semiconductor laser arrangement (30) as claimed in claim 20, in which different converter element regions (225c, 2252 ) are assigned to different laser elements in each case.
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