WO2023052053A1 - Kantenemittierende halbleiterlaserdioden und verfahren zur herstellung einer vielzahl kantenemittierender halbleiterlaserdioden - Google Patents

Kantenemittierende halbleiterlaserdioden und verfahren zur herstellung einer vielzahl kantenemittierender halbleiterlaserdioden Download PDF

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Alfred Lell
Christoph Eichler
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Definitions

  • An edge-emitting semiconductor laser diode and methods for producing a multiplicity of edge-emitting semiconductor laser diodes are specified.
  • the semiconductor laser diode should have a beam quality that is as homogeneous as possible, increased efficiency and high reliability. Furthermore, simplified methods for producing such a semiconductor laser diode, in particular at wafer level, are to be specified.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode has an epitaxial semiconductor layer stack with an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation.
  • the semiconductor layer stack has, in particular, a multiplicity of semiconductor layers which have grown epitaxially on top of one another or is formed from a plurality of semiconductor layers epitaxially grown one on top of the other.
  • the epitaxial semiconductor layer stack has a stacking direction to which the epitaxially grown semiconductor layers of the epitaxial semiconductor layer stack are perpendicular.
  • the semiconductor layer stack has at least one facet which laterally delimits the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the facet is in particular part of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the facet completely or partially forms a side face of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the facet is formed in particular from the semiconductor material of the semiconductor layer stack.
  • the semiconductor layer stack has a further facet.
  • the two facets are preferably located opposite one another and completely or partially form the side surfaces of the epitaxial semiconductor layer stack. All of the embodiments and features that are described here in connection with one facet can also be embodied in both facets.
  • the facet has at least one first partial area and at least one second partial area, which have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • the semiconductor laser diode an epitaxial Semiconductor layer stack comprising an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation.
  • the semiconductor layer stack has at least one facet that laterally delimits the epitaxial semiconductor layer stack, and the facet has at least one first partial area and at least one second partial area, which have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • the facets form a resonator for the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • a standing wave of the electromagnetic radiation generally forms in the resonator.
  • the active zone serves as a laser medium in which a population inversion is generated during operation within the resonator. Due to the population inversion, the electromagnetic radiation in the active zone is generated by stimulated emission, which leads to the formation of electromagnetic laser radiation in the resonator. Due to the generation of the electromagnetic laser radiation by stimulated emission, the electromagnetic laser radiation, in contrast to electromagnetic radiation that is generated by spontaneous emission, usually has a very long coherence length, a very narrow emission spectrum and/or a high degree of polarization.
  • the electromagnetic laser radiation has different modes.
  • the modes of the laser radiation differ in wavelength, phase and/or amplitude.
  • electromagnetic laser radiation hits different modes usually on different sub-areas of the facets forming the resonator.
  • the facet has different partial areas with different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone, then in particular different modes of the electromagnetic laser radiation can be influenced in a targeted manner. Desired modes can be intensified by increased reflectivity, and undesired modes can be less intensified or weakened by reduced reflectivity. For example, a partial area with a reduced reflectivity for the electromagnetic radiation of the active zone has a reflectivity of at most 17%.
  • the first partial area has a greater reflectivity for the electromagnetic radiation of the active zone than the second partial area. Furthermore, the first partial area promotes the amplification of a desired mode of the electromagnetic laser radiation in a resonator and the second partial area promotes the weakening of an undesired mode of the electromagnetic laser radiation in the resonator. In particular, the first partial area amplifies a desired mode of the electromagnetic laser radiation in the resonator, and the second partial area at least weakens an undesired mode of the electromagnetic laser radiation in the resonator. The second partial area preferably extinguishes the undesired mode of the electromagnetic laser radiation in the resonator.
  • no undesired mode emerges from the resonator.
  • a plurality of different sub-areas to be arranged on the facet, which at least partially have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone. All of the features and embodiments that are described here in connection with the first partial area and the second partial area can also be implemented in all or some of the further partial areas.
  • one or more reflective coating layers are applied to the facet, particularly preferably over the entire surface.
  • the reflecting coating layers at least partially reflect the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • the electromagnetic radiation generated in the active zone is formed in a resonator to form electromagnetic laser radiation which comprises a plurality of modes.
  • the resonator is formed by two opposite facets of the semiconductor layer stack.
  • the present edge-emitting semiconductor laser diode has the advantage that only desired modes of the electromagnetic laser radiation can be amplified by the first partial area and the second partial area, which have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone, while undesired modes of the electromagnetic laser radiation when hitting a partial area lower reflectivity is less amplified or weakened.
  • a locally high intensity of electromagnetic laser radiation on a facet (filamentation) can be at least reduced. In this way, efficiency, reliability and beam quality can be positively influenced.
  • the first partial area has a greater reflectivity than the second partial area and the first partial area amplifies one mode of the laser radiation during operation more than the second partial area a further mode of the laser radiation.
  • the first partial area and the second partial area have different roughnesses.
  • roughness means in particular the geometric mean roughness value R a .
  • the geometric mean roughness value specifies a mean distance from a measuring point on a surface whose roughness is to be determined to a center line.
  • the respective partial area is scanned on a measuring section and all height and depth differences are recorded as a roughness curve. After determining the specific integral of the roughness profile on the measurement section, the result is divided by the length of the measurement section.
  • a difference between the roughness of the first partial area and the roughness of the second partial area has a value ⁇ R a of between 5 nanometers and 20 nanometers inclusive.
  • the roughness of the respective partial surface usually determines its reflectivity.
  • a sub-area with high roughness generally has a lower reflectivity for electromagnetic radiation of the active zone than a sub-area with low roughness.
  • the reflectivity of the sub-areas can be adjusted in a targeted manner via their roughness.
  • the first partial area is tilted by a first vertical angle relative to a vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the vertical main surface is perpendicular to a longitudinal direction that runs from one facet to the other facet.
  • the longitudinal direction thus runs parallel to an optical axis of the resonator.
  • the longitudinal direction is perpendicular to the stacking direction of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the first partial area and the second partial area have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone in the longitudinal direction.
  • the second partial area is tilted by a second vertical angle relative to the vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • a line of intersection of the partial surface tilted by the respective vertical angle and the vertical main surface is perpendicular to the stacking direction and to the longitudinal direction.
  • the vertical angles are in particular different from one another.
  • one vertical angle has a value of no greater than +/- 6°, preferably no greater than +/- 2°, while the other angle has a value of at least +/- 8°, preferably at least +/- 10° having.
  • the first partial area is tilted by a first vertical angle and the second partial area is tilted by a second vertical angle, the first vertical angle and the second vertical angle being different from one another.
  • the partial surface with the larger vertical angle preferably has a higher roughness than the partial surface with the smaller vertical angle.
  • the first partial area is tilted by a first lateral angle to the vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack and/or the second partial area is tilted by a second lateral angle to the vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the semiconductor laser diode has a plurality of partial areas which are formed tilted at different lateral angles with respect to the vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack, recesses and projections can be formed in the facets. In this case, in particular, a number of sub-areas with different lateral angles directly adjoin one another.
  • the facet has a radiation exit area.
  • the facet emits electromagnetic laser radiation from the radiation exit area, which radiation is generated inside the resonator.
  • the entire area of the facet is generally not intended to emit electromagnetic laser radiation. Rather, the facet only emits electromagnetic laser radiation from the radiation exit area during operation.
  • only a single facet of the semiconductor laser diode has a radiation exit area.
  • the exit of electromagnetic laser radiation from the radiation exit area is usually generated by one or more reflective coating layers on the facet, which are designed to be partially transparent to the electromagnetic laser radiation. If the facet has recesses and projections, these are particularly preferably formed in the radiation exit area.
  • the first partial area particularly preferably covers the radiation exit area of the facet and the first Sub-area has a greater reflectivity for the electromagnetic radiation of the active zone than the second sub-area.
  • the second partial area with a lower reflectivity for electromagnetic radiation does not cover the radiation exit area of the facet, for example due to greater roughness.
  • the first sub-area preferably amplifies an incident mode of the electromagnetic laser radiation, while the second sub-area attenuates one or more modes of the electromagnetic laser radiation.
  • the first partial area covers a radiation exit region of the facet and the first partial area is arranged between two second partial areas which have a lower reflectivity for the electromagnetic radiation of the active zone than the first partial area.
  • the first sub-area preferably amplifies an incident mode of the electromagnetic laser radiation, while the second sub-areas attenuates one or more modes of the electromagnetic laser radiation.
  • the semiconductor laser diode has a ridge waveguide.
  • the electromagnetic laser radiation generated in the resonator generally has a number of modes.
  • a selection of the modes by a facet with different reflectivities is therefore particularly expedient, particularly in the case of an edge-emitting semiconductor laser diode with a wide ridge waveguide.
  • the ridge waveguide has a width of between 1 micron and 100 microns inclusive, preferably between 2 microns inclusive and 50 microns inclusive.
  • the ridge waveguide is generally intended to guide the electromagnetic laser radiation within the epitaxial semiconductor layer stack. As a rule, therefore, the radiation exit area of the facet is also arranged below the ridge waveguide along the stacking direction.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode is an index-guided semiconductor laser diode which is free of a ridge waveguide.
  • the electromagnetic laser radiation is guided into the active zone in the epitaxial semiconductor layer stack by current injection, which occurs through two electrical contacts on a first main area and a second main area opposite the first main area.
  • the facet has further sub-areas with at least partially different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • the facet has a plurality of partial areas which are each formed tilted at a lateral angle to the vertical main area of the epitaxial semiconductor layer stack and form at least one recess and/or one projection in the facet.
  • the recess and/or the projection has, for example, a polygonal, rectangular, triangular, round or oval cross-sectional area.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode is particularly suitable for being used in an array with at least two edge-emitting semiconductor laser diodes. Features and embodiments disclosed herein only in connection with the semiconductor laser diode may also be embodied in the array and vice versa.
  • the semiconductor laser diodes of an array can be designed differently from one another or identically.
  • the semiconductor laser diodes of an array emit electromagnetic laser radiation that is at least partially different from one another.
  • the electromagnetic laser radiation of the semiconductor laser diodes can have different wavelengths.
  • edge-emitting semiconductor laser diodes can be manufactured using the methods described below. Features and embodiments that are described herein only in connection with the edge-emitting semiconductor laser diode can also be formed in the method and vice versa.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence having an active region is provided, which generates electromagnetic radiation during operation.
  • one or more trenches are produced in the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • At least one first partial area and at least one second partial area are produced on the side surface of the trench, the first partial area and the second partial area having different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active region.
  • a method for producing a multiplicity of edge-emitting semiconductor laser diodes has the following steps:
  • the specified steps are preferably carried out in the specified order.
  • the method for producing a large number of edge-emitting semiconductor laser diodes is preferably carried out at the wafer level. This means that the epitaxial semiconductor layer sequence is part of a wafer and the Variety of semiconductor laser diodes is produced simultaneously. This simplifies the manufacturing process.
  • the edge-emitting semiconductor laser diodes are separated, for example by scratching and breaking, stealth dicing or laser cutting of the wafer.
  • the trenches in the epitaxial semiconductor layer sequence specify separating lines along which the semiconductor laser diodes are isolated.
  • the edge-emitting semiconductor laser diodes with the semiconductor layer stacks and the active zone are formed during the singulation.
  • the epitaxial semiconductor layer stacks of the various edge-emitting semiconductor laser diodes are part of the active semiconductor layer sequence at the wafer level, and the active zones are part of the active region at the wafer level.
  • Features and embodiments that are described here in connection with the epitaxial semiconductor layer stack and the active zone can consequently also be formed in the epitaxial semiconductor layer sequence and the active area and vice versa.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence like the epitaxial semiconductor layer stack, has a stacking direction to which the epitaxially grown semiconductor layers of the epitaxial semiconductor layer sequence are perpendicular.
  • a vertical main area of the epitaxial semiconductor layer sequence is perpendicular to a longitudinal direction, which runs along a main direction of extension of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the longitudinal direction is perpendicular to the stacking direction of the epitaxial semiconductor layer stacks.
  • the trenches are produced using a dry etching method, so that the side surfaces of the trenches have a vertical angle tilted to the vertical main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the dry etching process can be, for example, a plasma etching process or reactive ion etching (RIE, short for “reactive ion etching”).
  • the partial surface produced by the wet-chemical method has a lower roughness than the other partial surface.
  • the first partial area or the second partial area is produced with a wet-chemical method using a mask, the first partial area and the second partial area having different roughnesses.
  • a wet-chemical method using a mask, the first partial area and the second partial area having different roughnesses.
  • one or more of the following materials can be used as the etching medium in the wet-chemical method: KOH, TMAH (tetramethylammonium hydroxide), NH 3 , NaOH.
  • the partial area that is wet-chemically etched is smoothed, so that after the wet-chemical etching it has less roughness than before the wet-chemical etching.
  • the trenches are preferably initially produced using a dry etching method such as plasma etching, the side faces of the trenches generally being formed tilted at a vertical angle with respect to the vertical main face of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • a comparatively rough surface is usually formed in the dry etching process.
  • a mask that is resistant to the material of the subsequent wet-chemical process is applied to the partial area of the side area of the trenches that is to have greater roughness in the finished semiconductor laser diode.
  • the mask has a metal, an oxide such as TaO and/or HfO, and/or a nitride such as SiN.
  • the uncovered part of the side surface of the trenches is smoothed by the wet-chemical method, so that another partial surface is created that has less roughness than the partial surface covered by the mask.
  • a further material removal preferably takes place, so that the regions of the side surfaces of the trenches not covered by the mask are formed perpendicularly and thus parallel to the vertical main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the trenches are produced with a dry etching process, such as plasma etching, using at least one mask, so that the first partial area has a first vertical angle with the vertical main surface and/or the second partial surface encloses a second vertical angle with the vertical main surface.
  • the first partial area and the second partial area are produced at different vertical angles at the same time as the trenches are produced.
  • the mask is applied to a main area of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the trenches are produced with a dry etching method using at least one mask, so that the first partial area encloses a first lateral angle with the vertical main surface and/or the second partial area encloses a second lateral angle with the vertical main surface.
  • the first partial area and the second partial area are produced at the same time as the trenches are produced.
  • the mask is applied to the main area of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the mask has at least two mask layers which have different selectivities for the dry etching method.
  • the two mask layers are generally formed differently from one another and cover different areas of the main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • a first partial surface and/or a second partial surface can be generated at the same time, which enclose different lateral and/or different vertical angles with the vertical main surface.
  • partial surfaces which enclose different lateral angles and/or different vertical angles with the vertical main surface are treated with a further wet-chemical method.
  • partial surfaces that enclose a larger vertical and/or lateral angle with the vertical main surface can be smoothed less well with a wet-chemical process and thus have a greater roughness than partial surfaces that enclose a smaller angle with the vertical main surface.
  • sub-areas that form an angle of less than or equal to +/- 6° with the vertical main surface can be smoothed comparatively well by a wet-chemical process, while sub-areas that have an angle of greater than or equal to +/- 8°, preferably +/- 10 ° enclose with the vertical main surface, can be smoothed comparatively poorly.
  • the partial surface that encloses an angle of less than or equal to +/- 6° with the vertical main surface before the wet-chemical smoothing preferably encloses an angle of less than or equal to +/- 2° with the vertical main surface.
  • the vertical angle is usually reduced during wet chemical straightening.
  • the vertical angle of a partial surface of a finished semiconductor laser diode with the vertical main surface encloses an angle of less than or equal to +/-2° if the partial surface is intended to amplify a main mode of a laser radiation.
  • a further method for producing a multiplicity of edge-emitting semiconductor laser diodes is described below.
  • Features and embodiments described herein in connection with the semiconductor laser diode were, can also be formed in the process and vice versa.
  • features and embodiments that are configured in connection with the method already described can also be implemented in the method described below and vice versa.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence which includes an active region which generates electromagnetic radiation during operation.
  • a multiplicity of structure elements are produced in the epitaxial semiconductor layer sequence, a side surface of a structure element at least partially forming a first partial surface of a facet of a finished semiconductor laser diode.
  • the structural elements are recesses in the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is singulated to form a multiplicity of edge-emitting semiconductor laser diodes, so that at least a second partial area of the facet of the finished semiconductor laser diode is produced.
  • the second partial area is produced when the semiconductor laser diodes are separated.
  • the first partial area and the second partial area have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active region.
  • the procedure includes the following steps: - providing an epitaxial semiconductor layer sequence with an active region which generates electromagnetic radiation during operation,
  • the first partial area and the second partial area have different reflectivities for the electromagnetic radiation generated in the active region.
  • the first partial area has a greater roughness than the second partial area.
  • the structural elements are produced, for example, by wet-chemical etching in a main area of the epitaxial semiconductor layer sequence, for example using one of the etching media already specified. Furthermore, it is also possible for the structural elements to be produced in the main area of the epitaxial semiconductor layer sequence by a dry etching method, for example plasma etching.
  • a dry etching process for the structural elements results in structural elements with side surfaces which, as a rule, form a vertical angle with the vertical main surface of the epitaxial semiconductor layer sequence. Furthermore, the side surfaces generally have a comparatively high level of roughness when they are produced by the dry etching process.
  • the semiconductor laser diodes are separated into the multiplicity of semiconductor laser diodes by scratching and breaking. Furthermore, the other separation methods already mentioned are also possible.
  • the facets of the semiconductor layer stack are completed by the singulation.
  • the partial surface of the facet which is produced by scribing and breaking, generally has a comparatively low level of roughness and furthermore generally runs parallel to the vertical main surface of the epitaxial semiconductor layer stack.
  • the partial area of the facet that is produced by the dry etching method of the structure elements generally has a higher roughness than the partial area of the facet that is produced by scoring and breaking for singulation.
  • the partial surface of the facet, which is produced by the dry etching process of the structural elements in the semiconductor layer sequence generally has a vertical angle with the vertical main surface of the epitaxial semiconductor layer stack, while the partial surface of the facet, which is produced by scribing and breaking, is in the Rule runs parallel to the vertical main surface.
  • FIGS. 1 to 5 show different stages of a method for producing a multiplicity of semiconductor laser diodes according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a facet of an edge-emitting semiconductor laser diode according to an exemplary embodiment.
  • the schematic sectional illustration in FIG. 10 shows one stage of a method for producing a multiplicity of semiconductor laser diodes according to a further exemplary embodiment.
  • FIG. 11 shows one stage of a method for producing a multiplicity of semiconductor laser diodes according to a further exemplary embodiment.
  • FIGS. 12 and 13 show different stages of a method for producing a multiplicity of semiconductor laser diodes according to a further exemplary embodiment.
  • FIGS. 14 to 32 show schematic representations of edge-emitting semiconductor laser diodes according to various exemplary embodiments.
  • FIG. 33 shows an example of a scanning electron micrograph of a facet of a semiconductor laser diode.
  • FIGS. 34 to 36 show schematic representations of edge-emitting semiconductor laser diodes according to further exemplary embodiments.
  • FIGS. 37 and 38 show schematic representations of an array with a multiplicity of edge-emitting semiconductor laser diodes according to an exemplary embodiment.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence 1 is first provided which has an active region 2 which is suitable for generating electromagnetic radiation during operation (not shown).
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 1 is provided in the form of a wafer and has a main area 3 .
  • a multiplicity of trenches 4 are formed in the epitaxial semiconductor layer sequence 1 .
  • FIG. 1 shows only a section of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 with a single trench 4.
  • the trenches 4 are preferably formed in the same way.
  • the trenches 4 are particularly preferably arranged parallel to one another in the epitaxial semiconductor layer sequence 1 .
  • the trench 4 does not completely penetrate the epitaxial semiconductor layer sequence 1, but breaks through the active region 2.
  • the wafer continues to be formed in a completely cohesive manner.
  • the trench 4 has two opposite side faces 5 .
  • the trenches 4 are produced in the epitaxial semiconductor layer sequence 1 by a plasma etching process.
  • the side areas 5 of the trenches 4 are formed at an angle to a vertical main area 6 of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 .
  • the side surfaces 5 of the trenches 4 have a comparatively high level of roughness due to the plasma etching process.
  • a mask 7 is applied to the side surfaces 5 of the trenches 4 (FIGS. 2 and 3).
  • the mask 7 is applied only in places to the side surface 5 of the trench 4, so that a region 8 of the side surface 5 is freely accessible.
  • projections 8 are already arranged in the main surface 3 of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 and serve as ridge waveguides 9 in the finished semiconductor laser diodes.
  • regions 8 of the side surfaces 5 that are arranged below the ridge waveguide 9 as seen from the main surface 3 are not covered with the mask 7 .
  • the mask 7 can be produced, for example, using a structured photoresist mask and a subsequent lift-off method.
  • the material of the mask is initially applied over the full area to a structured photoresist mask on the side surface 5 of the trench 44 .
  • the photoresist mask is removed so that the inverse structure of the photoresist mask is transferred to the material of the mask.
  • first partial surfaces 10 are formed on the side surfaces 5 of the trenches 4, which have less roughness than second partial surfaces 11.
  • FIG. 5 shows a section through a partial surface with increased roughness.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a facet 12 of an edge-emitting semiconductor laser diode as can be produced using the method according to the exemplary embodiment in FIGS.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIG. 6 has a facet 12 with a first partial area 10 and two second partial areas 11, the first partial area 10 being arranged between the second partial areas 11.
  • the first partial surface 10 has a lower roughness than the two second partial surfaces 11, which have the same roughness in the present case.
  • the first partial surface 10 covers a radiation exit region 13 of the facet, from which electromagnetic laser radiation generated during operation exits from the semiconductor laser diode.
  • the edge-emitting semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIG. 6 has a ridge waveguide 9, under which the radiation exit region 13 of the facet 12 is arranged.
  • the semiconductor laser diode according to FIG. 7 has an epitaxial semiconductor layer stack 14 with an active zone 15 .
  • the epitaxial semiconductor layer stack 14 has a multiplicity of epitaxial semiconductor layers 16 which are stacked on top of one another in a stacking direction R S .
  • the epitaxial semiconductor layer stack 14 is delimited by two facets 12 which form a resonator 17 .
  • a longitudinal direction R L extends from one facet 12 to the opposite other facet 12 parallel to an optical axis 18 of the resonator 17.
  • the two facets 12 are further connected to one another by side surfaces 19 of the epitaxial semiconductor layer stack 16, which run parallel to the longitudinal direction R L . Furthermore, a ridge waveguide 9 extends along the longitudinal direction R L between the two facets 12.
  • a vertical main surface 6 of the epitaxial semiconductor layer stack runs parallel to the stacking direction R S and is perpendicular to the longitudinal direction R L .
  • Figure 8 shows a plan view of a main surface 3 'of the epitaxial semiconductor layer stack 14 with the ridge waveguide 9.
  • a second partial surface 11 of the facet 12 encloses a lateral angle ⁇ L with the vertical main surface 6, while a first partial surface 10 of the facet 12 parallel to the vertical Main surface 6 runs.
  • FIG. 9 shows a plan view of a side surface 19 of the epitaxial semiconductor layer stack 14.
  • a second partial surface 11 of the facet 12 encloses a vertical angle ⁇ W with the vertical main surface 6.
  • a mask 7 is applied to a main area 3 of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 .
  • the mask 7 comprises two different mask layers 7 ′, 7 ′′, which are arranged laterally next to one another and cover different areas of the main area 3 of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 .
  • the mask is structured.
  • the mask layers 7', 7'' are formed from different materials, for example.
  • metals, oxides or photoresist are suitable materials for the mask layers 7', 7''.
  • the two mask layers 7', 7'' of the mask 7 can have different selectivities for a subsequent dry etching process.
  • a multiplicity of trenches 4 are now produced in the epitaxial semiconductor layer sequence 3 using a dry etching method, such as plasma etching. Due to the structuring of the mask 7, trenches 4 with side areas 5 with different lateral angles ⁇ L are formed with a vertical main area 6 in the dry etching process.
  • the areas of the side surfaces 5 that enclose different lateral angles ⁇ L with the vertical main surface 6 are wet-chemically etched, so that areas that have a smaller lateral angle ⁇ L with include the vertical main surface 6, have a lower roughness, since they are smoothed more than areas that enclose a larger lateral angle ⁇ L with the vertical main surface 6, in particular when the epitaxial semiconductor layer sequence 1 is based on GaN.
  • the reason for this is the deviation of the tilted plane from an m-plane of the GaN crystal.
  • areas of the side surface 5 that are strongly smoothed have a lateral angle ⁇ L with the vertical main surface 6 of no greater than +/- 6°
  • areas that are poorly smoothed have a lateral angle ⁇ L of at least +/- 8°, preferably at least +/- 10°, with the vertical main surface 6 .
  • a mask 7 with two different mask layers 7', 7'', which have different selectivities for a dry etching method is used.
  • the two mask layers 7', 7'' are not only arranged laterally next to one another, but also one above the other in a stacking direction R S of the epitaxial semiconductor layer sequence 1.
  • trenches 4 are produced, the side faces 5 of which have partial faces 10, 11 which enclose different vertical angles ⁇ W with a vertical main face 6.
  • the side surfaces 5 of the trenches 4 are smoothed by a wet-chemical process in which partial surfaces 10, 11 that enclose a vertical angle ⁇ W of no greater than +/- 6° with the vertical main surface 6 are strongly smoothed and partial surfaces 10, 11, which enclose a vertical angle ⁇ W greater than +/- 8°, preferably greater than +/- 10° with the vertical main surface 6, are smoothed weakly or not at all.
  • FIGS. 12 and 13 a large number of structural elements 20 are first introduced into a main area 3 of the epitaxial semiconductor layer sequence 1, for example by plasma etching (FIG. 12).
  • FIGS. 12 and 13 only show a section of the epitaxial semiconductor layer sequence 1, which later forms two semiconductor laser diodes. Therefore, FIG. 12 in particular shows a single structural element.
  • the structure elements 20 are here arranged along a straight line G, which is perpendicular to a stacking direction R S of the epitaxial semiconductor layer sequence 1 and to a longitudinal direction R L .
  • the facets 12 are produced by separating the edge-emitting semiconductor laser diodes by scribing and breaking along dividing lines that run through the recesses 20 .
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIGS. 14 and 15 has a facet 12 with a first partial area 10 and two second partial areas 12 .
  • the first partial surface 10 is arranged between the two second partial surfaces 12 and covers a radiation exit region 13 of the facet 12.
  • the first partial surface 10 has a smaller first vertical angle ⁇ W1 with a vertical main surface 6 than the two second partial surfaces 12, each of which includes a larger second vertical angle ⁇ W2 with the vertical main surface 6.
  • the first partial area 10 has less roughness and thus greater reflectivity for the electromagnetic radiation generated in an active zone 15 of the edge-emitting semiconductor laser diode. Therefore, modes 21 of an electromagnetic laser radiation, which are generated within the active zone 15 in a resonator 17 of the semiconductor laser diode and impinge on the second partial surface 11, are weakened, while modes 21 of the electromagnetic laser radiation, which impinge on the first partial surface 10 of the facet 12, be reinforced.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIGS. 14 and 15 has a ridge waveguide 9 .
  • the second partial surfaces 11 partially also cover the ridge waveguide 9 at the facet 12 .
  • the first partial surface 10 is arranged completely in the area of the ridge waveguide 9 .
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in Figures 16 and 17 has a facet 12 which has three first partial areas 10 and two second partial areas 11, with the second partial areas 11 being arranged between the first partial areas 10 are.
  • the first partial areas 10 have a lower roughness and thus a higher reflectivity for electromagnetic laser radiation generated in a resonator 17 than the second partial areas 11.
  • the two second partial areas 11 are in the form of strips and extend along a stacking direction R S of the epitaxial semiconductor layer stack 14. Furthermore, the two second partial areas 11 lie completely below a ridge waveguide 9.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in Figures 18 and 19 has a plurality of sub-areas 10, 11, 11', 11'', 11''' which have different vertical angles ⁇ W1 , ⁇ W2 , ⁇ W3 , ⁇ W4 with a vertical main surface 6 an epitaxial semiconductor layer stack 14 have. Furthermore, the different partial surfaces 10, 11, 11', 11'', 11''' have different roughness depending on the vertical angle ⁇ W1 , ⁇ W2 , ⁇ W3 , ⁇ W4 .
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in Figures 20 and 21 has a first partial area 10 and two second partial areas 11, the second partial areas 11 each having a second lateral angle ⁇ L2 with a vertical main area 6 of the epitaxial semiconductor layer stack 14 form.
  • the first partial surface 10 runs parallel to the vertical main surface 6 .
  • the first partial surface 10 is arranged between the second partial surfaces 11 .
  • the first partial surface 10 is smoothed compared to the two second partial surfaces 11, so that the first partial surface 10 has a lower roughness than the two second partial surfaces 11.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in Figures 24 and 25 has a first partial area 10 and a second partial area 11, with the first partial area 10 forming a first lateral angle ⁇ L1 with a vertical main surface 6 and the second partial area 11 forming a second lateral angle ⁇ L2
  • the first partial surface 10 and the second partial surface 11 are here arranged directly adjacent to one another in a radiation exit region 13 of the facet 12 and form a recess 22 in the facet 12 .
  • the recess 22 has a triangular cross-sectional area in a plan view of the semiconductor laser diode.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIGS. 28 and 29 has a projection 23 on the facet 12 in the radiation exit region 13 .
  • the projection 23 is formed by a first partial surface and a second partial surface 11 on the facet 12, the first partial surface forming a first lateral angle and the second partial surface forming a second lateral angle with a vertical main surface.
  • Figures 30 and 31 has in contrast to the Semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment of FIGS. 28 and 29 has a projection 23 which has a semicircular cross-sectional area in plan view.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIG. 32 has two projections 23 arranged next to one another, which each have a semicircular cross-sectional area in plan view.
  • the two projections 23 are arranged in a radiation exit area 13 of the facet 12 .
  • FIG. 33 shows, by way of example, a scanning electron micrograph of an outer surface of a round projection 23, as is shown schematically in FIGS. 31 and 32, for example.
  • the illustrated epitaxial semiconductor layer stack 14 is based on a nitride compound semiconductor material.
  • the epitaxial semiconductor layer stack 14 is formed from gallium nitride.
  • Rounded projections 23 or recesses 22 in a facet 12 of the epitaxial semiconductor layer stack 14 can be produced by circular structuring (concave or convex) during plasma etching.
  • a smooth and vertical first partial surface 10 is produced at a vertex of the arc of a circle when the arc of a circle coincides with the m-face of the gallium nitride crystal.
  • a very rough second partial surface 12 is produced on the facet.
  • the semiconductor laser diode according to the embodiment of Figures 34 and 35 has in contrast to the Semiconductor laser diode according to the embodiment of Figures 30 and 31 has a facet 12 with a recess 22 which has a semicircular base area in plan view. Second partial surfaces 11 are arranged to the side of the recess 22 and have a comparatively high degree of roughness.
  • the semiconductor laser diode according to the exemplary embodiment in FIG. 36 has a facet 12 with three recesses 22, each of which has a semicircular base area in plan view.
  • the recesses 22 are arranged side by side in a radiation exit area 13 .
  • each semiconductor laser diode has two recesses 22 with a triangular base when viewed from above in a radiation exit region 13, which are arranged next to one another.

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Abstract

Es wird eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mit den folgenden Merkmalen angegeben: - einem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (14) umfassend eine aktive Zone (15), in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, wobei - der epitaktische Halbleiterschichtenstapel (14) zumindest eine Facette (12) aufweist, die den epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (14) lateral begrenzt, und - die Facette (12) zumindest eine erste Teilfläche (10) und zumindest eine zweite Teilfläche (11) aufweist, die voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone (15) erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen. Außerdem werden Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden angegeben.

Description

Beschreibung
KANTENEMITTIERENDE HALBLEITERLASERDIODEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL KANTENEMITTIERENDER HALBLEITERLASERDIODEN
Es werden eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode und Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden angegeben.
Es soll eine verbesserte kantenemittierende Halbleiterlaserdiode bereitgestellt werden. Insbesondere soll die Halbleiterlaserdiode eine möglichst homogene Strahlqualität, eine erhöhte Effizienz und eine große Zuverlässigkeit aufweisen. Weiterhin sollen vereinfachte Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterlaserdiode, insbesondere auf Waferlevel, angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch eine kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch die Verfahren mit den Schritten der Patentansprüche 12 und 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Halbleiterlaserdiode und der Verfahren sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel mit einer aktiven Zone auf, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Der Halbleiterschichtenstapel weist insbesondere eine Vielzahl aufeinander epitaktisch gewachsener Halbleiterschichten auf oder ist aus einer Vielzahl aufeinander epitaktisch gewachsener Halbleiterschichten gebildet. Der epitaktische Halbleiterschichtenstapel weist eine Stapelrichtung auf, auf der die epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels senkrecht stehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist der Halbleiterschichtenstapel zumindest eine Facette auf, die den epitaktischen Halbleiterschichtenstapel lateral begrenzt. Die Facette ist insbesondere Teil des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels. Insbesondere bildet die Facette ganz oder teilweise eine Seitenfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels aus. Mit anderen Worten ist die Facette insbesondere aus dem Halbleitermaterial des Halbleiterschichtenstapels gebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist der Halbleiterschichtenstapel eine weitere Facette auf. Die beiden Facetten liegen einander bevorzugt gegenüber und bilden ganz oder teilweise die Seitenflächen des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels aus. Alle Ausführungsformen und Merkmale, die vorliegend in Zusammenhang mit einer Facette beschrieben sind, können auch bei beiden Facetten ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Facette zumindest eine erste Teilfläche und zumindest eine zweite Teilfläche auf, die voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel umfassend eine aktive Zone auf, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Hierbei weist der Halbleiterschichtenstapel zumindest eine Facette auf, die den epitaktischen Halbleiterschichtenstapel lateral begrenzt, und die Facette weist zumindest eine erste Teilfläche und zumindest eine zweite Teilfläche auf, die voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode bilden die Facetten einen Resonator für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung aus. In dem Resonator bildet sich im Betrieb der Halbleiterlaserdiode in der Regel eine stehende Welle der elektromagnetischen Strahlung aus. Die aktive Zone dient hierbei als ein Lasermedium, in dem im Betrieb innerhalb des Resonators eine Besetzungsinversion erzeugt wird. Aufgrund der Besetzungsinversion wird die elektromagnetische Strahlung in der aktiven Zone durch stimulierte Emission erzeugt, die zur Ausbildung von elektromagnetischer Laserstrahlung in dem Resonator führt. Aufgrund der Erzeugung der elektromagnetischen Laserstrahlung durch stimulierte Emission weist die elektromagnetische Laserstrahlung im Unterschied zu elektromagnetischer Strahlung, die durch spontane Emission erzeugt wird, in der Regel eine sehr hohe Kohärenzlänge, ein sehr schmales Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die elektromagnetische Laserstrahlung verschiedene Moden auf. Insbesondere unterscheiden sich die Moden der Laserstrahlung in der Wellenlänge, der Phase und/oder der Amplitude. Weiterhin trifft elektromagnetische Laserstrahlung unterschiedlicher Moden in der Regel auf unterschiedliche Teilflächen der den Resonator bildenden Facetten auf.
Weist die Facette verschiedene Teilflächen mit unterschiedlichen Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung auf, so können insbesondere unterschiedliche Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung gezielt beeinflusst werden. Erwünschte Moden können durch eine erhöhte Reflektivität verstärkt und unerwünschte Moden durch eine erniedrigte Reflektivität weniger verstärkt oder abgeschwächt werden. Beispielsweise weist eine Teilfläche mit einer erniedrigten Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone eine Reflektivität von höchstens 17 % auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die erste Teilfläche eine größere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone als die zweite Teilfläche auf. Weiterhin begünstigt die erste Teilfläche die Verstärkung einer erwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung in einem Resonator und die zweite Teilfläche begünstigt die Abschwächung einer unerwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator. Insbesondere verstärkt die erste Teilfläche eine erwünschte Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung in dem Resonator, und die zweite Teilfläche schwächt eine unerwünschte Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator zumindest ab. Bevorzugt löscht die zweite Teilfläche die unerwünschte Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator. Bevorzugt tritt keine unerwünschte Mode aus dem Resonator aus. Bei der vorliegenden kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist es auch möglich, dass auf der Facette mehrere verschiedene Teilflächen angeordnet sind, die zumindest teilweise voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen. Sämtliche Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend in Verbindung mit der ersten Teilfläche und der zweiten Teilfläche beschrieben sind, können auch bei allen oder einigen der weiteren Teilflächen ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist auf der Facette eine oder mehrere spiegelnde Vergütungsschichten aufgebracht, besonders bevorzugt vollflächig. Insbesondere reflektieren die spiegelnden Vergütungsschichten die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode wird die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem Resonator zu elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet, die mehrere Moden umfasst. Insbesondere wird der Resonator durch zwei gegenüberliegende Facetten des Halbleiterschichtenstapels ausgebildet.
Die vorliegende kantenemittierende Halbleiterlaserdiode weist den Vorteil auf, dass durch die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche, die voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen, nur gewünschte Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung verstärkt werden können, während unerwünschte Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung beim Auftreffen an einer Teilfläche mit geringerer Reflektivität weniger verstärkt oder abgeschwächt wird. So können insbesondere eine lokal hohe Intensität von elektromagnetischer Laserstrahlung an eine Facette (Filamentierung) zumindest verringert werden. So kann die Effizienz, die Zuverlässigkeit und die Strahlqualität positiv beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weist die erste Teilfläche eine größere Reflektivität auf als die zweite Teilfläche und die erste Teilfläche verstärkt eine Mode der Laserstrahlung im Betrieb mehr als die zweite Teilfläche eine weitere Mode der LaserStrahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode weisen die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Rauigkeiten auf. Mit Rauigkeit ist vorliegend insbesondere der geometrische Mittenrauwert Ra gemeint. Der geometrische Mittenrauwert gibt einen mittleren Abstand eines Messpunkts auf einer Oberfläche, deren Rauigkeit bestimmt werden soll, zu einer Mittellinie an. Beispielsweise wird zur Ermittlung des geometrischen Mittenrauwerts die jeweilige Teilfläche auf einer Messstrecke abgetastet und sämtliche Höhen- und Tiefenunterschiede als ein Rauigkeitsverlauf aufgezeichnet. Nach der Bestimmung des bestimmten Integrals des Rauigkeitsverlaufs auf der Messstrecke wird das Ergebnis durch die Länge der Messstrecke dividiert. Beispielsweise weist ein Unterschied zwischen der Rauigkeit der ersten Teilfläche und der Rauigkeit der zweiten Teilfläche einen Wert ΔRa zwischen einschließlich 5 Nanometer und einschließlich 20 Nanometer auf. Die Rauigkeit der jeweiligen Teilfläche bestimmt in der Regel deren Reflektivität. Eine Teilfläche mit einer hohen Rauigkeit weist in der Regel eine geringere Reflektivität für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf als eine Teilfläche mit einer geringen Rauigkeit. Mit anderen Worten kann die Reflektivität der Teilflächen über deren Rauigkeit gezielt eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die erste Teilfläche um einen ersten vertikalen Winkel verkippt zu einer vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet. Hierbei steht die vertikale Hauptfläche senkrecht auf einer longitudinalen Richtung, die von der einen Facette zu der anderen Facette verläuft. Die longitudinale Richtung verläuft also parallel zu einer optischen Achse des Resonators. Weiterhin steht die longitudinale Richtung senkrecht auf der Stapelrichtung des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels. Insbesondere weisen die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung in longitudinaler Richtung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die zweite Teilfläche um einen zweiten vertikalen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet.
Eine Schnittgerade der um den jeweiligen vertikalen Winkel verkippten Teilfläche mit der vertikalen Hauptfläche steht senkrecht auf der Stapelrichtung und auf der longitudinalen Richtung. Sind die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche jeweils um einen vertikalen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet, so sind die vertikalen Winkel insbesondere verschieden voneinander. Beispielsweise weist der eine vertikale Winkel einen Wert nicht größer als +/- 6°, bevorzugt nicht größer als +/- 2° auf, während der andere Winkel einen Wert von mindestens +/- 8°, bevorzugt von mindestens +/- 10° aufweist. Insbesondere ist auch möglich, dass lediglich eine der beiden Teilflächen verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet ist, während die anderen Teilfläche parallel zu der vertikalen Hauptfläche verläuft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode ist die erste Teilfläche verkippt um einen ersten vertikalen Winkel und die zweite Teilfläche verkippt um einen zweiten vertikalen Winkel ausgebildet, wobei der erste vertikale Winkel und der zweite vertikale Winkel verschieden voneinander ausgebildet sind. Bevorzugt weist hierbei die Teilfläche mit dem größeren vertikalen Winkel eine höhere Rauigkeit auf als die Teilfläche mit dem geringeren vertikalen Winkel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode ist die erste Teilfläche um einen ersten lateralen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet und/oder die zweite Teilfläche ist um einen zweiten lateralen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet. Eine Schnittgerade der um den jeweiligen lateralen Winkel verkippten Teilfläche mit der vertikalen Hauptfläche verläuft parallel zu der Stapelrichtung.
Weist die Halbleiterlaserdiode mehrere Teilflächen auf, die um verschiedene laterale Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet sind, so können Ausnehmungen und Vorsprünge in der Facetten ausgebildet werden. Hierbei grenzen insbesondere mehrere Teilflächen mit unterschiedlichen lateralen Winkeln direkt aneinander an.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Facette einen Strahlungsaustrittsbereich auf. Insbesondere sendet die Facette von dem Strahlungsaustrittsbereich elektromagnetische Laserstrahlung aus, die innerhalb des Resonators erzeugt wird. Mit anderen Worten, ist in der Regel nicht die gesamte Fläche der Facette dazu vorgesehen, elektromagnetische Laserstrahlung auszusenden. Vielmehr sendet die Facette lediglich von dem Strahlungsaustrittsbereich elektromagnetische Laserstrahlung im Betrieb aus. In der Regel weist lediglich eine einzige Facette der Halbleiterlaserdiode einen Strahlungsaustrittsbereich auf. Der Austritt von elektromagnetischer Laserstrahlung aus dem Strahlungsaustrittsbereich wird in der Regel durch eine oder mehrere spiegelnde Vergütungsschichten auf der Facette erzeugt, die teildurchlässig für die elektromagnetische Laserstrahlung ausgebildet sind. Weist die Facette Ausnehmungen und Vorsprünge auf, so sind diese besonders bevorzugt in dem Strahlungsaustrittsbereich ausgebildet.
Besonders bevorzugt überdeckt die erste Teilfläche den Strahlungsaustrittsbereich der Facette und die erste Teilfläche weist eine größere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf als die zweite Teilfläche. Besonders bevorzugt überdeckt die zweite Teilfläche mit einer geringeren Reflektivität für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise aufgrund einer größeren Rauigkeit, den Strahlungsaustrittsbereich der Facette nicht. Bevorzugt verstärkt die erste Teilfläche eine auftreffende Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung während die zweite Teilfläche eine oder mehrere Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung abschwächt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode überdeckt die erste Teilfläche einen Strahlungsaustrittsbereich der Facette und die erste Teilfläche ist zwischen zwei zweiten Teilflächen angeordnet, die eine geringere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone aufweisen als die erste Teilfläche. Bevorzugt verstärkt die erste Teilfläche eine auftreffende Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung während die zweiten Teilflächen eine oder mehrere Moden der elektromagnetischen Laserstrahlung abschwächt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Halbleiterlaserdiode einen Stegwellenleiter auf. Insbesondere bei einer Halbleiterlaserdiode mit einem vergleichsweise breiten Stegwellenleiter weist die in dem Resonator erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung in der Regel mehrere Moden auf. Daher ist insbesondere bei einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode mit einem breiten Stegwellenleiter eine Selektion der Moden durch eine Facette mit verschiedenen Reflektivitäten besonders zweckmäßig. Beispielsweise weist der Stegwellenleiter eine Breite zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf, bevorzugt zwischen einschließlich 2 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer.
Der Stegwellenleiter ist in der Regel dazu vorgesehen, die elektromagnetische Laserstrahlung innerhalb des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels zu führen. In der Regel ist daher auch der Strahlungsaustrittsbereich der Facette entlang der Stapelrichtung unterhalb des Stegwellenleiters angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode eine indexgeführte Halbleiterlaserdiode, die frei von einem Stegwellenleiter ist. Bei der indexgeführten Halbleiterlaserdiode wird die elektromagnetische Laserstrahlung durch eine Stromeinprägung in die aktive Zone in dem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel geführt, die durch zwei elektrische Kontakte auf einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Facette weitere Teilflächen mit zumindest teilweise unterschiedlichen Reflektivitäten für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterlaserdiode weist die Facette mehrere Teilflächen auf, die jeweils um einen lateralen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels ausgebildet sind und zumindest eine Ausnehmung und/oder einen Vorsprung in der Facette bilden. Die Ausnehmung und/oder der Vorsprung weist in Draufsicht auf die Hauptfläche der Halbleiterlaserdiode beispielsweise eine polygonale, rechteckige, dreieckige, runde oder ovale Querschnittsfläche auf. Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ist insbesondere dazu geeignet, in einem Array mit zumindest zwei kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden eingesetzt zu werden. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit der Halbleiterlaserdiode offenbart sind, können auch bei dem Array ausgebildet sein und umgekehrt.
Insbesondere können die Halbleiterlaserdioden eines Arrays verschieden voneinander oder gleichartig ausgebildet sein. Beispielsweise senden die Halbleiterlaserdioden eines Arrays zumindest teilweise voneinander verschiedene elektromagnetische Laserstrahlung aus. Insbesondere kann die elektromagnetische Laserstrahlung der Halbleiterlaserdioden verschiedene Wellenlängen aufweisen.
Eine Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden können mit den im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode beschrieben sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich bereitgestellt, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein oder mehrere Gräben in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Insbesondere bildet eine Seitenfläche eines Grabens zumindest teilweise eine Facette einer fertigen Halbleiterlaserdiode aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest eine erste Teilfläche und zumindest eine zweite Teilfläche auf der Seitenfläche des Grabens erzeugt, wobei die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Reflektivitäten für die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen.
Insbesondere weist ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden die folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt,
- Erzeugen eines oder mehrerer Gräben in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge,
- Erzeugen zumindest einer ersten Teilfläche und zumindest einer zweiten Teilfläche auf einer Seitenfläche des Grabens, wobei die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen.
Bevorzugt werden die angegebenen Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Das Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden erfolgt bevorzugt auf Waferlevel. Dies bedeutet, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge Teil eines Wafers ist und die Vielzahl an Halbleiterlaserdioden gleichzeitig hergestellt wird. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess.
Am Ende des Verfahrens werden die kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden vereinzelt, beispielsweise durch Ritzen und Brechen, Stealth Dicing oder Lasertrennen des Wafers. Insbesondere geben die Gräben in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge Trennlinien vor, entlang derer die Halbleiterlaserdioden vereinzelt werden.
Bei der Vereinzelung entstehen die kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden mit den Halbleiterschichtenstapeln und der aktiven Zone. Die epitaktischen Halbleiterschichtenstapel der verschiedenen kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden sind auf Waferlevel Teil der aktiven Halbleiterschichtenfolge und die aktiven Zonen sind auf Waferlevel Teil des aktiven Bereichs. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend in Verbindung mit dem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel und der aktiven Zone beschrieben sind, können folglich auch bei der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und dem aktiven Bereich ausgebildet sein und umgekehrt.
Insbesondere weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge wie die epitaktischen Halbleiterschichtenstapel eine Stapelrichtung auf, auf der die epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichten der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge senkrecht stehen. Eine vertikale Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge steht senkrecht auf einer longitudinalen Richtung, die entlang einer Haupterstreckungsrichtung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge verläuft. Weiterhin steht die longitudinale Richtung senkrecht auf der Stapelrichtung der epitaktischen Halbleiterschichtenstapel. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass hier aus Gründen der Einfachheit häufig Merkmale und Elemente lediglich in der Einzahl beschrieben werden, wobei in der Regel eine Vielzahl der Merkmale und Elemente gleichzeitig erzeugt wird. So werden beispielsweise mehrere erste und zweite Teilflächen unterschiedlicher Reflektivität auf den Seitenflächen der Gräben erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben mit einem Trockenätzverfahren erzeugt, sodass die Seitenflächen der Gräben einen vertikalen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Bei dem Trockenätzverfahren kann es sich beispielsweise um ein Plasmaätzverfahren oder reaktives Ionenätzen (RIE, kurz für Englisch „reactive ion etching") handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die durch das nasschemische Verfahren erzeugte Teilfläche eine geringere Rauigkeit als die andere Teilfläche auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Teilfläche oder die zweite Teilfläche mit einem nasschemischen Verfahren unter Verwendung einer Maske erzeugt, wobei die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche verschiedene Rauigkeiten aufweisen. Bei dem nasschemischen Verfahren kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Materialien als ätzendes Medium verwendet werden: KOH, TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), NH3, NAOH. Insbesondere wird die Teilfläche, die nasschemisch geätzt wird, geglättet, so dass diese nach dem nasschemischen Ätzen eine geringere Rauigkeit aufweist als vor dem nasschemischen Ätzen. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben bevorzugt zunächst mit einem Trockenätzverfahren wie Plasmaätzen erzeugt, wobei die Seitenflächen der Gräben in der Regel um einen vertikalen Winkel verkippt zu der vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ausgebildet werden. Bei dem Trockenätzverfahren wird in der Regel eine vergleichsweise raue Oberfläche gebildet.
In einem nächsten Schritt wird auf die Teilfläche der Seitenfläche der Gräben, die bei der fertigen Halbleiterlaserdiode eine höhere Rauigkeit aufweisen soll, eine Maske aufgebracht, die gegen das Material des nachfolgenden nasschemischen Verfahrens beständig ist. Beispielsweise weist die Maske ein Metall, ein Oxid, wie TaO und/oder HfO, und/oder ein Nitrid, wie SiN, auf.
Nach dem Aufbringen der Maske wird der freiliegende Teil der Seitenfläche der Gräben durch das nasschemische Verfahren geglättet, sodass eine weitere Teilfläche entsteht, die eine geringere Rauigkeit aufweist als die durch die Maske abgedeckte Teilfläche. Zudem findet bei dem nasschemischen Verfahren bevorzugt ein weiterer Materialabtrag statt, sodass die von der Maske nicht bedeckten Bereiche der Seitenflächen der Gräben senkrecht und somit parallel zur vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ausgebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben mit einem Trockenätzverfahren, wie Plasmaätzen, unter Verwendung zumindest einer Maske erzeugt, sodass die erste Teilfläche einen ersten vertikalen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließt und/oder die zweite Teilfläche einen zweiten vertikalen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließt. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche mit unterschiedlichen vertikalen Winkeln gleichzeitig beim Erzeugen der Gräben erzeugt. Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens die Maske auf eine Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben mit einem Trockenätzverfahren unter Verwendung zumindest einer Maske erzeugt, sodass die erste Teilfläche einen ersten lateralen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließt und/oder die zweite Teilfläche einen zweiten lateralen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließt. Auch bei diesem Verfahren werden die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche zeitgleich mit dem Erzeugen der Gräben erzeugt. Insbesondere wird auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens die Maske auf die Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Maske zumindest zwei Maskenschichten auf, die unterschiedliche Selektivitäten für das Trockenätzverfahren haben. Die zwei Maskenschichten sind in der Regel voneinander verschieden ausgebildet und bedecken verschiedene Bereiche der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. So kann gleichzeitig beim Erzeugen der Gräben eine erste Teilfläche und/oder eine zweite Teilfläche erzeugt werden, die unterschiedliche laterale und/oder unterschiedliche vertikale Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden Teilflächen, die verschiedene laterale Winkel und/oder verschiedene vertikale Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließen, mit einem weiteren nasschemischen Verfahren behandelt. In der Regel können Teilflächen, die einen größeren vertikalen und/oder lateralen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließen, weniger gut mit einem nasschemischen Verfahren geglättet werden und weisen somit eine größere Rauigkeit auf als Teilflächen, die einen geringeren Winkel mit der vertikalen Hauptfläche einschließen. Insbesondere können Teilflächen, die einen Winkel kleiner oder gleich +/- 6° mit der vertikalen Hauptfläche einschließen, vergleichsweise gut durch ein nasschemisches Verfahren geglättet werden, während Teilflächen, die einen Winkel größer oder gleich +/- 8°, bevorzugt +/- 10° mit der vertikalen Hauptfläche einschließen, vergleichsweise schlecht geglättet werden können. Nach dem nasschemischen Glätten schließt die Teilfläche, die vor dem nasschemischen Glätten einen Winkel kleiner oder gleich +/- 6° mit der vertikalen Hauptfläche einschließt, bevorzugt einen Winkel kleiner oder gleich +/- 2° mit der vertikalen Hauptfläche ein. In anderen Worten wird der vertikale Winkel bei dem nasschemischen Glätten in der Regel verringert. Insbesondere schließt der vertikale Winkel einer Teilfläche einer fertigen Halbleiterlaserdiode mit der vertikalen Hauptfläche einen Winkel kleiner oder gleich +/- 2° ein, falls die Teilfläche eine Hauptmode einer Laserstrahlung verstärken soll.
Im Folgenden wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden beschrieben. Merkmale und Ausführungsformen, die vorliegend in Verbindung mit der Halbleiterlaserdiode beschrieben wurden, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt. Weiterhin können auch Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem bereits beschriebenen Verfahren bei dem im Folgenden beschriebenen Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden wird eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die einen aktiven Bereich umfasst, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl an Strukturelementen in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt, wobei eine Seitenfläche eines Strukturelements zumindest teilweise eine erste Teilfläche einer Facette einer fertigen Halbleiterlaserdiode ausbildet. Beispielsweise handelt es sich bei den Strukturelementen um Ausnehmungen in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Halbleiterschichtenfolge zu einer Vielzahl an kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden vereinzelt, sodass zumindest eine zweite Teilfläche der Facette der fertigen Halbleiterlaserdiode entsteht. Mit anderen Worten wird die zweite Teilfläche beim Vereinzeln der Halbleiterlaserdioden erzeugt. Hierbei weisen die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung auf.
Das Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt,
- Erzeugen einer Vielzahl an Strukturelementen in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, wobei eine Seitenfläche eines Strukturelements zumindest teilweise eine erste Teilfläche einer Facette einer fertigen Halbleiterlaserdiode ausbildet,
- Vereinzeln der Halbleiterschichtenfolge zu einer Vielzahl an kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden, so dass zumindest eine zweite Teilfläche der Facette der fertigen Halbleiterlaserdiode entsteht, wobei
- die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen.
Diese Schritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die erste Teilfläche eine größere Rauigkeit auf als die zweite Teilfläche.
Die Strukturelemente werden beispielsweise durch nasschemisches Ätzen in einer Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt, etwa mit einem der bereits angegebenen ätzenden Medien. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Strukturelemente durch ein Trockenätzverfahren, beispielsweise Plasmaätzen, in der Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden.
Bei einem Trockenätzverfahren der Strukturelemente ergeben sich Strukturelemente mit Seitenflächen, die in der Regel einen vertikalen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ausbilden. Weiterhin weisen die Seitenflächen in der Regel eine vergleichsweise hohe Rauigkeit auf, wenn sie durch das Trockenätzverfahren erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterlaserdioden durch Ritzen und Brechen in die Vielzahl an Halbleiterlaserdioden vereinzelt. Weiterhin sind auch die anderen bereits genannten Verfahren zur Vereinzelung möglich.
In der Regel werden durch die Vereinzelung die Facetten der Halbleiterschichtenstapel fertiggestellt.
Die Teilfläche der Facette, die durch Ritzen und Brechen erzeugt wird, weist in der Regel eine vergleichsweise geringe Rauigkeit auf und verläuft weiterhin in der Regel parallel zur vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenstapel. Mit anderen Worten weist die Teilfläche der Facette, die durch das Trockenätzverfahren der Strukturelemente erzeugt wird, in der Regel eine höhere Rauigkeit auf als die Teilfläche der Facette, die durch Ritzen und Brechen zur Vereinzelung erzeugt wird. Weiterhin weist die Teilfläche der Facette, die durch das Trockenätzverfahren der Strukturelemente in der Halbleiterschichtenfolge erzeugt werden, in der Regel einen vertikalen Winkel mit der vertikalen Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenstapel auf, während die Teilfläche der Facette, die durch Ritzen und Brechen erzeugt ist, in der Regel parallel zur vertikalen Hauptfläche verläuft. Im Folgenden werden Verfahren zur Herstellung von kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden und kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher erläutert.
Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1 bis 5 zeigen verschiedene Stadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterlaserdioden gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Facette einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 7 bis 9 werden Raumrichtungen und Flächen der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode näher erläutert.
Die schematische Schnittdarstellung der Figur 10 zeigt ein Stadium eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterlaserdioden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Die schematische Schnittdarstellung der Figur 11 zeigt ein Stadium eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterlaserdioden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Die schematischen Draufsichten der Figuren 12 und 13 zeigen verschiedene Stadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterlaserdioden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Figuren 14 bis 32 zeigen schematische Darstellungen kantenemittierender Halbleiterlaserdioden gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
Figur 33 zeigt exemplarisch eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Facette einer Halbleiterlaserdiode.
Die Figuren 34 bis 36 zeigen schematische Darstellungen kantenemittierender Halbleiterlaserdioden gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
Figuren 37 und 38 zeigen schematische Darstellungen eines Arrays mit einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 wird zunächst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 bereitgestellt, die einen aktiven Bereich 2 aufweist, der im Betrieb zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet ist (nicht dargestellt). Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 wird vorliegend in Form eines Wafers bereitgestellt und weist eine Hauptfläche 3 auf. In die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 wird eine Vielzahl an Gräben 4 angebracht. Figur 1 zeigt hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einen Ausschnitt der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 mit einem einzigen Graben 4.
Die Gräben 4 sind bevorzugt gleichartig ausgebildet. Die Gräben 4 sind in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 besonders bevorzugt parallel zueinander angeordnet.
Der Graben 4 durchdringt die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 vorliegend nicht vollständig, durchbricht aber den aktiven Bereich 2. Mit anderen Worten, ist der Wafer nach dem Erzeugen der Gräben 4 in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 weiterhin vollständig zusammenhängend ausgebildet.
Der Graben 4 weist zwei gegenüberliegende Seitenflächen 5 auf. Vorliegend werden die Gräben 4 in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 durch einen Plasmaätzprozess erzeugt. Hierbei werden die Seitenflächen 5 der Gräben 4 schräg zu einer vertikalen Hauptfläche 6 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet. Außerdem weisen die Seitenflächen 5 der Gräben 4 aufgrund des Plasmaätzprozesses eine vergleichsweise hohe Rauigkeit auf.
In einem nächsten Schritt wird eine Maske 7 auf die Seitenflächen 5 der Gräben 4 aufgebracht (Figuren 2 und 3). Wie die Draufsicht auf die Seitenfläche 5 des Grabens 4 der Figur 3 zeigt, wird die Maske 7 lediglich stellenweise auf die Seitenfläche 5 des Grabens 4 aufgebracht, so dass ein Bereich 8 der Seitenfläche 5 frei zugänglich ist. Vorliegend sind in der Hauptfläche 3 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 bereits Vorsprünge 8 angeordnet, die bei den fertigen Halbleiterlaserdioden als Stegwellenleiter 9 dienen. Insbesondere sind Bereiche 8 der Seitenflächen 5 nicht mit der Maske 7 bedeckt, die von der Hauptfläche 3 aus gesehen unterhalb des Stegwellenleiters 9 angeordnet sind.
Die Maske 7 kann beispielsweise unter Verwendung einer strukturierten Fotolackmaske und einem nachfolgenden Lift- Off-Verfahren erzeugt werden. Hierbei wird auf eine strukturierte Fotolackmaske auf der Seitenfläche 5 des Grabens 44 das Material der Maske zunächst vollflächig aufgebracht. Dann wird die Fotolackmaske entfernt, so dass sich die inverse Struktur der Fotolackmaske in das Material der Maske überträgt. Weiterhin ist es auch möglich, auf eine vollflächig auf die Seitenfläche 5 des Grabens 4 aufgebrachte Maskenschicht eine strukturierte Fotolackmaske aufzubringen und die Maskenschicht aktiv zu strukturieren, beispielsweise durch einen Ätzprozess.
In einem nächsten Schritt werden die Seitenflächen 5 der Gräben 4 mit einem nasschemischen Verfahren beispielsweise unter Verwendung von KOH, TMAH, NH3, NaOH als ätzendem Medium geglättet, wobei die von der Maske 7 nicht bedeckten Bereiche 8 der Seitenflächen 5 gleichzeitig parallel zu der vertikalen Hauptfläche 6 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet werden (Figur 4). So bilden sich auf den Seitenflächen 5 der Gräben 4 erste Teilflächen 10 aus, die eine geringere Rauigkeit aufweisen als zweite Teilflächen 11. Figur 5 zeigt hierbei einen Schnitt durch eine Teilfläche mit einer erhöhten Rauigkeit. Schließlich werden die Halbleiterlaserdioden entlang der Gräben vereinzelt, beispielsweise durch Brechen, so dass eine Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden entsteht.
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Facette 12 einer kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode wie sie mit dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 hergestellt werden kann.
Die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 weist eine Facette 12 mit einer ersten Teilfläche 10 und zwei zweiten Teilflächen 11 auf, wobei die erste Teilfläche 10 zwischen den zweiten Teilflächen 11 angeordnet ist. Vorliegend weist die erste Teilfläche 10 eine geringere Rauigkeit auf als die zwei zweiten Teilflächen 11, die vorliegend die gleiche Rauigkeit aufweisen.
Vorliegend überdeckt die erste Teilfläche 10 einen Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette, aus dem im Betrieb erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung aus der Halbleiterlaserdiode austritt. Insbesondere weist die kantenemittierende Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 einen Stegwellenleiter 9 auf, unter dem der Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette 12 angeordnet ist.
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 7 und 9 sollen insbesondere die Begriffe "vertikale Hauptfläche 6", "longitudinale Richtung RL", "Stapelrichtung RS" sowie "vertikaler Winkel αW" und "lateraler Winkel αL" näher erläutert werden. Die Halbleiterlaserdiode gemäß der Figur 7 weist einen epitaktischen Halbleiterschichtenstapel 14 mit einer aktiven Zone 15 auf. Der epitaktische Halbleiterschichtenstapel 14 weist eine Vielzahl an epitaktischen Halbleiterschichten 16 auf, die in einer Stapelrichtung RS aufeinander gestapelt sind.
Der epitaktische Halbleiterschichtenstapel 14 ist durch zwei Facetten 12 begrenzt, die einen Resonator 17 ausbilden. Eine longitudinale Richtung RL erstreckt sich von der einen Facette 12 zu der gegenüberliegenden anderen Facette 12 parallel zu einer optischen Achse 18 des Resonators 17.
Die beiden Facetten 12 werden weiterhin durch Seitenflächen 19 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 16 miteinander verbunden, die parallel zur longitudinalen Richtung RL verlaufen. Weiterhin erstreckt sich ein Stegwellenleiter 9 entlang der longitudinalen Richtung RL zwischen den beiden Facetten 12.
Eine vertikale Hauptfläche 6 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels verläuft parallel zur Stapelrichtung RS und steht senkrecht auf der longitudinalen Richtung RL.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine Hauptfläche 3' des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14 mit dem Stegwellenleiter 9. Eine zweite Teilfläche 11 der Facette 12 schließt einen lateralen Winkel αL mit der vertikalen Hauptfläche 6 ein, während eine erste Teilfläche 10 der Facette 12 parallel zur vertikalen Hauptfläche 6 verläuft. Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf eine Seitenfläche 19 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14. Hierbei schließt eine zweite Teilfläche 11 der Facette 12 einen vertikalen Winkel αW mit der vertikalen Hauptfläche 6 ein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 wird auf einer Hauptfläche 3 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 eine Maske 7 aufgebracht. Vorliegend umfasst die Maske 7 zwei verschiedene Maskenschichten 7', 7'', die lateral nebeneinander angeordnet sind und verschiedene Bereiche der Hauptfläche 3 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 bedecken. Mit anderen Worten ist die Maske strukturiert ausgebildet. Die Maskenschichten 7', 7'' sind beispielsweise aus verschiedenen Materialien gebildet. Beispielsweise sind Metalle, Oxide oder Fotolack geeignete Materialien für die Maskenschichten 7', 7''.Die beiden Maskenschichten 7', 7'' der Maske 7 können verschiedene Selektivitäten für ein nachfolgendes Trockenätzverfahren aufweisen.
In einem nachfolgenden Schritt, der vorliegend nicht dargestellt ist, wird nun mit einem Trockenätzverfahren, wie Plasmaätzen, eine Vielzahl an Gräben 4 in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 3 erzeugt. Aufgrund der Strukturierung der Maske 7 bilden sich Gräben 4 mit Seitenflächen 5 mit verschiedenen lateralen Winkeln αL mit einer vertikalen Hauptfläche 6 bei dem Trockenätzverfahren aus.
In einem nachfolgenden Schritt werden die Bereiche der Seitenflächen 5, die verschiedene laterale Winkel αL mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen, nasschemisch geätzt, so dass Bereiche, die einen kleineren lateralen Winkel αL mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen, eine geringere Rauigkeit aufweisen, da sie stärker geglättet werden, als Bereiche, die einen größeren lateralen Winkel αL mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen, insbesondere wenn die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 1 auf GaN beruht. Grund hierfür ist die Abweichung der verkippten Ebene von einer m- Ebene des GaN-Kristalls.
Beispielsweise weisen Bereiche der Seitenfläche 5, die stark geglättet werden, laterale Winkel αL mit der vertikalen Hauptfläche 6 nicht größer als +/- 6°, auf, während Bereiche, die schlecht geglättet werden, einen lateralen Winkel αL von mindestens +/- 8°, bevorzugt von mindestens +/- 10° mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 11 wird wie bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 eine Maske 7 mit zwei verschiedenen Maskenschichten 7', 7'', die unterschiedliche Selektivitäten für ein Trockenätzverfahren aufweisen, eingesetzt. Allerdings sind die beiden Maskenschichten 7', 7'' bei dem vorliegenden Verfahren nicht nur lateral nebeneinander angeordnet, sondern auch in einer Stapelrichtung RS der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 übereinander. So werden bei dem Trockenätzverfahren Gräben 4 erzeugt, deren Seitenflächen 5 Teilflächen 10, 11 aufweisen, die verschiedene vertikale Winkel αW mit einer vertikalen Hauptfläche 6 einschließen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Seitenflächen 5 der Gräben 4 durch ein nasschemisches Verfahren geglättet, bei dem Teilflächen 10, 11, die einen vertikalen Winkel αW nicht größer als +/- 6° mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen, stark geglättet werden und Teilflächen 10, 11, die einen vertikalen Winkel αW größer als +/- 8°, bevorzugt größer als +/- 10° mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen, schwach oder gar nicht geglättet werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 12 und 13 wird in eine Hauptfläche 3 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 zunächst eine Vielzahl an Strukturelementen 20 eingebracht, beispielsweise durch Plasmaätzen (Figur 12). Die Figuren 12 und 13 zeigen hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einen Ausschnitt der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1, die später zwei Halbleiterlaserdiode bildet. Daher zeigt insbesondere Figur 12 ein einziges Strukturelement.
Beispielsweise sind die Strukturelemente 20 hierbei entlang einer Geraden G angeordnet, die senkrecht auf einer Stapelrichtung RS der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 1 und auf einer longitudinalen Richtung RL steht.
In einem nächsten Schritt werden die Facetten 12 erzeugt, in dem entlang von Trennlinien, die durch die Ausnehmungen 20 verlaufen, die kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden durch Ritzen und Brechen vereinzelt werden.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 14 und 15 weist eine Facette 12 mit einer ersten Teilfläche 10 und zwei zweiten Teilflächen 12 auf. Die erste Teilfläche 10 ist zwischen den zwei zweiten Teilflächen 12 angeordnet und überdeckt einen Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette 12. Die erste Teilfläche 10 weist vorliegend einen geringeren ersten vertikalen Winkel αW1 mit einer vertikalen Hauptfläche 6 auf als die zwei zweiten Teilflächen 12, die jeweils einen größeren zweiten vertikalen Winkel αW2 mit der vertikalen Hauptfläche 6 einschließen.
Weiterhin weist die erste Teilfläche 10 eine geringere Rauigkeit und damit eine größere Reflektivität für die in einer aktiven Zone 15 der kantenemittierenden Halbleiterlaserdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf. Daher werden Moden 21 einer elektromagnetischen Laserstrahlung, die innerhalb der aktiven Zone 15 in einem Resonator 17 der Halbleiterlaserdiode erzeugt werden und auf der zweiten Teilfläche 11 auftreffen, abgeschwächt, während Moden 21 der elektromagnetischen Laserstrahlung, die auf die erste Teilfläche 10 der Facette 12 auftreffen, verstärkt werden.
Weiterhin weist die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 14 und 15 einen Stegwellenleiter 9 auf. Die zweiten Teilflächen 11 überdecken hierbei an der Facette 12 teilweise auch den Stegwellenleiter 9. Die erste Teilfläche 10 ist vollständig im Bereich des Stegwellenleiters 9 angeordnet.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 16 und 17 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel 14 und 15 eine Facette 12 auf, die drei erste Teilflächen 10 und zwei zweite Teilflächen 11 aufweist, wobei die zweiten Teilflächen 11 zwischen den ersten Teilflächen 10 angeordnet sind. Die ersten Teilflächen 10 weisen eine geringere Rauigkeit und damit eine höhere Reflektivität für in einem Resonator 17 erzeugte elektromagnetische Laserstrahlung auf als die zweiten Teilflächen 11. Die zwei zweiten Teilflächen 11 sind vorliegend streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich entlang einer Stapelrichtung RS des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14. Weiterhin liegen die zwei zweiten Teilflächen 11 vollständig unterhalb eines Stegwellenleiters 9.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 18 und 19 weist mehrere Teilflächen 10, 11, 11', 11'', 11''' auf, die unterschiedliche vertikale Winkel αW1, αW2, αW3, αW4 mit einer vertikalen Hauptfläche 6 eines epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14 aufweisen. Weiterhin weisen die unterschiedlichen Teilflächen 10, 11, 11', 11'', 11''' je nach vertikalem Winkel αW1, αW2, αW3, αW4 unterschiedliche Rauigkeiten auf.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 20 und 21 weist im Unterschied zu den bisher beschriebenen Halbleiterlaserdioden eine erste Teilfläche 10 und zwei zweite Teilflächen 11 auf, wobei die zweiten Teilflächen 11 jeweils einen zweiten lateralen Winkel αL2 mit einer vertikalen Hauptfläche 6 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14 ausbilden. Die erste Teilfläche 10 verläuft hingegen parallel zur vertikalen Hauptfläche 6. Außerdem ist die erste Teilfläche 10 zwischen den zweiten Teilflächen 11 angeordnet. Weiterhin ist die erste Teilfläche 10 gegenüber den zwei zweiten Teilflächen 11 geglättet, so dass die erste Teilfläche 10 eine geringere Rauigkeit aufweist als die zwei zweiten Teilflächen 11.
Bei der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 22 und 23 sind die zweiten Teilflächen 11 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figuren 20 und 21 durch ein nasschemisches Verfahren geglättet.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 24 und 25 weist eine erste Teilfläche 10 und eine zweite Teilfläche 11 auf, wobei die erste Teilfläche 10 einen ersten lateralen Winkel αL1 mit einer vertikalen Hauptfläche 6 ausbildet und die zweite Teilfläche 11 einen zweiten lateralen Winkel αL2 • Die erste Teilfläche 10 und die zweite Teilfläche 11 sind hierbei direkt angrenzend aneinander in einem Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette 12 angeordnet und bilden eine Ausnehmung 22 in der Facette 12 aus. Die Ausnehmung 22 weist in Draufsicht auf die Halbleiterlaserdiode eine dreieckige Querschnittsfläche auf.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 26 und 27 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 24 und 25 zwei Ausnehmungen 22 in einem Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette 12 auf.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 28 und 29 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode der Figuren 24 und 25 einen Vorsprung 23 an der Facette 12 im Strahlungsaustrittsbereich 13 auf. Der Vorsprung 23 ist durch eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche 11 an der Facette 12 gebildet, wobei die erste Teilfläche einen ersten lateralen Winkel und die zweite Teilfläche einen zweiten lateralen Winkel mit einer vertikalen Hauptfläche ausbilden.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Figuren 30 und 31 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 28 und 29 einen Vorsprung 23 auf, der in Draufsicht eine halbkreisförmige Querschnittsfläche aufweist.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 32 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 30 und 31 zwei nebeneinander angeordnete Vorsprünge 23 auf, die jeweils in Draufsicht eine halbkreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die beiden Vorsprünge 23 sind in einem Strahlungsaustrittsbereich 13 der Facette 12 angeordnet.
Figur 33 zeigt beispielhaft eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Außenfläche eines runden Vorsprungs 23, wie er beispielsweise in den Figuren 31 und 32 schematisch dargestellt ist. Der dargestellte epitaktische Halbleiterschichtenstapel 14 beruht auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Insbesondere ist der epitaktische Halbleiterschichtenstapel 14 aus Galliumnitrid gebildet.
Gerundete Vorsprünge 23 oder Ausnehmungen 22 in einer Facette 12 des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 14 können durch eine kreisförmige Strukturierung (konkav oder konvex) beim Plasmaätzen erzeugt werden. Insbesondere bei einem anschließenden nasschemischen Ätzen wird eine glatte und senkrechte erste Teilfläche 10 an einem Scheitel des Kreisbogens erzeugt, wenn der Kreisbogen mit der m-Fläche des Galliumnitridkristalls zusammenfällt. Daneben wird eine sehr raue zweite Teilfläche 12 an der Facette erzeugt.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 34 und 35 weist im Unterschied zu der Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 30 und 31 eine Facette 12 mit einer Ausnehmung 22 auf, die in Draufsicht eine halbkreisförmige Grundfläche aufweist. Seitlich der Ausnehmung 22 sind zweite Teilflächen 11 angeordnet, die eine vergleichsweise hohe Rauigkeiten aufweisen.
Die Halbleiterlaserdiode gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 36 weist eine Facette 12 mit drei Ausnehmungen 22 auf, die jeweils in Draufsicht eine halbkreisförmige Grundfläche aufweisen. Die Ausnehmungen 22 sind nebeneinander in einem Strahlungsaustrittsbereich 13 angeordnet.
Der Array gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 37 und 38 umfasst mehrere kantenemittierende Halbleiterlaserdioden, wie sie bereits beschrieben wurden. Insbesondere weist hierbei jede Halbleiterlaserdiode zwei Ausnehmungen 22 mit einer in Draufsicht dreieckig ausgebildeten Grundfläche in einem Strahlungsaustrittsbereich 13 auf, die nebeneinander angeordnet sind.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102021125119.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
1 epitaktische Halbleiterschichtenfolge
2 aktiver Bereich
3 Hauptfläche der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge
3' Hauptfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels
4 Graben
5 Seitenfläche
6 vertikale Hauptfläche
7 Maske 7', 7 " Maskenschichten
8 Vorsprung in der Hauptfläche
9 Stegwellenleiter
10 erste Teilfläche
11 zweite Teilfläche
11', 11 " , 11 " ' weitere Teilflächen
12 Facette
13 Strahlungsaustrittsbereich
14 epitaktischer Halbleiterschichtenstapel
15 aktive Zone
16 epitaktische Halbleiterschichten
17 Resonator
18 optische Achse
19 Seitenfläche des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels
20 Strukturelement
21 Mode
22 Ausnehmung
23 Vorsprung RL longitudinale Richtung
RS Stapelrichtung αW, αW1 , αW2, αW3, αW4 vertikaler Winkel αL, αL1,αL2 lateraler Winkel G Gerade

Claims

Patentansprüche
1. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode mit:
- einem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (14) umfassend eine aktive Zone (15), in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, wobei
- der epitaktische Halbleiterschichtenstapel (14) zumindest eine Facette (12) aufweist, die den epitaktischen Halbleiterschichtenstapel (14) lateral begrenzt,
- die Facette (12) zumindest eine erste Teilfläche (10) und zumindest eine zweite Teilfläche (11) aufweist, die voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in der aktiven Zone (15) erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen,
- die erste Teilfläche weist eine größere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone als die zweite Teilfläche auf,
- die erste Teilfläche begünstigt die Verstärkung einer erwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung in einem Resonator, und
- die zweite Teilfläche begünstigt die Abschwächung einer unerwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator.
2. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach dem vorherigen Anspruch, bei der die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone (15) erzeugt wird, in einem Resonator (17) zu elektromagnetischer Laserstrahlung ausgebildet wird, die mehrere Moden (21) umfasst.
3. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, bei der die erste Teilfläche (10) und die zweite Teilfläche (11) verschiedene Rauigkeiten aufweisen.
4. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, bei der
- die erste Teilfläche (10) um einen ersten vertikalen Winkel
(αW1 ) verkippt zu einer vertikalen Hauptfläche (6) des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (14) ausgebildet ist, wobei die vertikale Hauptfläche (6) senkrecht auf einer longitudinalen Richtung (RL) steht, und/oder
- die zweite Teilfläche (11) um einen zweiten vertikalen
Winkel (αW2) verkippt zu der vertikalen Hauptfläche (6) des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (14) ausgebildet ist.
5. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, bei der
- die erste Teilfläche (10) um einen ersten lateralen Winkel
(αL1) verkippt zu der vertikalen Hauptfläche (6) des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (14) ausgebildet ist, und/oder
- die zweite Teilfläche (11) um einen zweiten lateralen
Winkel (αL2) verkippt zu der vertikalen Hauptfläche (6) des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (14) ausgebildet ist.
6. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, wobei
- die erste Teilfläche (10) einen Strahlungsaustrittsbereich (13) der Facette (12) überdeckt.
7. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, wobei
- die erste Teilfläche (10) einen Strahlungsaustrittsbereich (13) der Facette (12) überdeckt, und
- die erste Teilfläche (10) zwischen zwei zweiten Teilflächen (11) angeordnet ist, die eine geringere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (15) aufweisen, als die erste Teilfläche (10).
8. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, die einen Stegwellenleiter (9) aufweist.
9. Kantenemittierende Halbleiterlaseriode nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Facette (12) weitere Teilflächen (11', 11'', 11''') mit zumindest teilweise unterschiedlichen Reflektivitäten für die in der aktiven Zone (15) erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweist.
10. Kantenemittierende Halbleiterlaserdiode nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Facette (12) mehrere Teilflächen (10, 11, 11', 11'', 11''') aufweist, die jeweils um einen lateralen Winkel (αL) verkippt zu der vertikalen Hauptfläche (6) des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels (14) ausgebildet sind und zumindest eine Ausnehmung (22) und/oder zumindest einen Vorsprung (23) in der Facette (12) bilden.
11. Array umfassend zumindest zwei kantenemittierende Halbleiterlaserdioden nach einem der obigen Ansprüche.
12. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge
(1) mit einem aktiven Bereich (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt,
- Erzeugen eines oder mehrerer Gräben (4) in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (1),
- Erzeugen zumindest einer ersten Teilfläche (10) und zumindest einer zweiten Teilfläche (11) auf einer Seitenfläche (5) des Grabens (4), wobei
- die erste Teilfläche (10) und die zweite Teilfläche (11) voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in dem aktiven Bereich (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen,
- die erste Teilfläche weist eine größere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone als die zweite Teilfläche auf,
- die erste Teilfläche begünstigt die Verstärkung einer erwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung in einem Resonator, und
- die zweite Teilfläche begünstigt die Abschwächung einer unerwünschten Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator.
13. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die Gräben (4) mit einem Trockenätzverfahren erzeugt werden, so dass die Seitenflächen (5) der Gräben (4) einen vertikalen Winkel (αW) verkippt zu einer vertikalen Hauptfläche (6) der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist, wobei die vertikale Hauptfläche (6) senkrecht auf einer longitudinalen Richtung (RL) steht, und - die erste Teilfläche (10) oder die zweite Teilfläche (11) mit einem nasschemischen Verfahren unter Verwendung einer Maske (7) erzeugt wird, wobei die erste Teilfläche (10) und die zweite Teilfläche (11) verschiedene Rauigkeiten aufweisen.
14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die durch das nasschemische Verfahren erzeugte Teilfläche (10, 11) eine geringere Rauigkeit als die andere Teilfläche (10, 11) aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Gräben (4) mit einem Trockenätzverfahren unter Verwendung einer Maske (7) erzeugt werden, so dass die erste Teilfläche (10) einen ersten vertikalen Winkel (αW1) mit der vertikalen Hauptfläche (6) einschließt und/oder die zweite Teilfläche (11) einen zweiten vertikalen Winkel (αW2) mit der vertikalen Hauptfläche (6) einschließt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 15, bei dem die Gräben (4) mit einem Trockenätzverfahren unter Verwendung zumindest einer Maske (7) erzeugt werden, so dass die erste Teilfläche (10) einen ersten lateralen Winkel (αL1) mit der vertikalen Hauptfläche (6) einschließt und/oder die zweite Teilfläche (11) einen zweiten lateralen Winkel (αL2) mit der vertikalen Hauptfläche (6) einschließt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem die Maske (7) zumindest zwei Maskenschichten (7', 7'') aufweist, die unterschiedliche Selektivitäten für das Trockenätzverfahren aufweisen.
18. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl kantenemittierender Halbleiterlaserdioden mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt,
- Erzeugen einer Vielzahl an Strukturelementen (20) in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (1), wobei eine Seitenfläche eines Strukturelements (20) zumindest teilweise eine erste Teilfläche (10) einer Facette (12) einer fertigen Halbleiterlaserdiode ausbildet,
- Vereinzeln der Halbleiterschichtenfolge (1) zu einer Vielzahl an kantenemittierenden Halbleiterlaserdioden, so dass zumindest eine zweite Teilfläche (11) der Facette (12) der fertigen Halbleiterlaserdiode entsteht, wobei
- die erste Teilfläche (10) und die zweite Teilfläche (11) voneinander verschiedene Reflektivitäten für die in dem aktiven Bereich (2) erzeugte elektromagnetische Strahlung aufweisen,
- die erste Teilfläche (10) eine größere Reflektivität für die elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (15) als die zweite Teilfläche (11) aufweist,
- die erste Teilfläche (10) eine erwünschte Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung in einem Resonator (17) verstärkt, und
- die zweite Teilfläche (11) eine unerwünschte Mode der elektromagnetischen Laserstrahlung im Resonator (17) zumindest abschwächt.
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die erste Teilfläche (10) eine größere Rauigkeit aufweist als die zweite Teilfläche (11).
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