WO2023213710A1 - Optoelektronisches halbleiterlaserbauelement, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterlaserbauelements und optoelektronisches modul - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterlaserbauelement, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterlaserbauelements und optoelektronisches modul Download PDF

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laser component
optoelectronic semiconductor
optoelectronic
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Christoph Eichler
Damir Borovac
Jörg Erich SORG
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • An optoelectronic semiconductor laser component a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component and an optoelectronic module are specified.
  • the optoelectronic semiconductor laser component is designed in particular to generate coherent electromagnetic radiation, for example light that can be perceived by the human eye.
  • One task to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor laser component that has a particularly high level of efficiency.
  • Another task to be solved is to specify a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component that has a particularly high level of efficiency.
  • Another task to be solved is to provide an optoelectronic module that has a particularly high level of efficiency.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a semiconductor body with an n-conducting region, a p-conducting region and an active region designed to generate electromagnetic radiation.
  • the active region is arranged between the n-type region and the p-type region.
  • the semiconductor body in particular comprises a monolithically grown semiconductor layer sequence.
  • the p-type region comprises at least one semiconductor layer that is p-doped
  • the n-type region includes at least one semiconductor layer that is n-doped.
  • p-doped refers to semiconductor materials with dopant atoms that act as electron acceptors
  • n-doped refers to semiconductor materials with dopant atoms that act as electron donors.
  • the active region may include a double heterostructure, a single quantum well structure, a multi-quantum well structure or one or more quantum dot structures.
  • a multi-quantum well structure includes a large number of quantum well layers that are separated by barrier layers.
  • the barrier layers preferably have a larger band gap than the quantum well layers.
  • the arrangement of quantum well layers and barrier layers leads to confinement of electrical charges in the quantum well layers, creating discrete energy values for the trapped electrical charges.
  • the multi-quantum well structure preferably consists of at least two and at most five quantum well layers.
  • the active region is configured to emit electromagnetic radiation in a spectral range between infrared light and ultraviolet light.
  • the active region is configured to emit electromagnetic radiation in a spectral range between green light and ultraviolet light.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises a current stop structure with an insulation region and a contact region.
  • the insulation area is an area with a particularly low electrical conductivity.
  • the contact area is preferably formed with a material that has good electrical conductivity, for example a metal or a transparent, conductive material.
  • the lateral direction here and below means a direction transverse, in particular perpendicular to a stacking direction of the semiconductor body.
  • the stacking direction of the semiconductor body is to be understood as the direction in which the individual layers and regions of the semiconductor body are grown and/or deposited on one another.
  • the semiconductor body is designed as an edge emitter, with a resonator axis being aligned transversely to a stacking direction of the semiconductor body.
  • the stacking direction is transverse to the lateral direction and parallel to a vertical direction.
  • the resonator axis is in particular aligned parallel to a main lateral extension direction of the semiconductor body.
  • An at least partially reflecting side surface of the semiconductor body is preferably arranged at each end of the resonator axis.
  • Electromagnetic radiation generated during operation in the active region preferably propagates along the resonator axis, which results in a predominantly stimulated emission of electromagnetic radiation.
  • One of the side surfaces of the semiconductor body is provided as a decoupling surface.
  • a main emission direction of the semiconductor body is preferably aligned transversely to the stacking direction of the semiconductor body.
  • the current stop structure is arranged on a side of the active region facing away from the n-conducting region.
  • the current diaphragm structure limits a lateral extent of a current, particularly in the p-conducting region. Since the p-type region has a lower charge carrier mobility compared to the n-type region, a lateral limitation of the current flow in the p-type region is facilitated.
  • the current diaphragm structure is on arranged on a side of the p-type region facing away from the active region.
  • the p-type region comprises a spacing region and a doping region.
  • the spacing region is formed in particular with a lightly doped or a nominally undoped semiconductor material.
  • the distance range is referred to here and below in particular as the intrinsic distance range.
  • the spacing region consists of a nominally undoped semiconductor material.
  • No doping atoms are intentionally introduced into the semiconductor material of the spacing region.
  • the spacing region can contain impurity atoms that are unintentionally introduced into the spacing region, for example during the epitaxial growth of the spacing region. These impurity atoms can act as dopants in the semiconductor material of the spacing region.
  • the concentration of the impurity atoms is preferably low, so that the concentration of free charge carriers in the distance region does not exceed, for example, 10 17 per cm 3 without an applied electrical voltage.
  • the spacing region is formed, for example, with a semiconductor material that includes aluminum.
  • a semiconductor layer formed with aluminum can advantageously have a particularly high band gap and thus exhibit an advantageously low optical absorption.
  • the spacing region extends from the active region to the doping region.
  • the doping region is designed in particular for external electrical contacting of the semiconductor body.
  • a solder metal may be in direct contact with the doping region.
  • the doping region preferably has p-doping.
  • the doping region includes an electron blocking layer.
  • the electron blocking layer in particular increases the inclusion time of charge carriers in the active region.
  • the electron blocking layer is preferably formed with an AlGaN, since a relatively high band gap is advantageous for the function of the electron blocking layer.
  • the distance region extends from the active region to the electron blocking layer.
  • the doping region has a smaller vertical extent than the spacing region.
  • a small vertical extent of the doping region relative to the spacing region can advantageously result in a particularly low optical absorption in the semiconductor laser component. Consequently, a laser threshold of the semiconductor laser component can advantageously shift downward and a steepness can advantageously increase.
  • a voltage drop in the p-type region can be greatly reduced since a series resistance of the p-type region is reduced.
  • the optoelectronic semiconductor laser component comprises
  • the semiconductor body is designed as an edge emitter, with a resonator axis aligned transversely to a stacking direction of the semiconductor body,
  • the current diaphragm structure is arranged on a side of the active region facing away from the n-conducting region
  • the p-type region comprises a spacing region and a doping region
  • the doping region has a smaller vertical extent than the spacing region.
  • An optoelectronic semiconductor laser component described here is based, among other things, on the following considerations: High efficiency and low operating currents and voltages are decisive advantages of semiconductor laser components. These properties are particularly desirable for miniaturized devices in mobile usage scenarios such as virtual reality and augmented reality applications. Particularly for the latter, a very good beam quality is also advantageous, as can be achieved, for example, by semiconductor laser components with single-mode operation.
  • the optoelectronic semiconductor laser component described here makes use, among other things, of the idea of implementing the optical and electrical guidance in separate elements.
  • a guide structure is thus realized on an n-conducting side of the semiconductor body.
  • a current diaphragm structure can be arranged on the side of the semiconductor body opposite the n-conducting side, which in particular causes a constriction of an operating current.
  • a spacing region is also arranged in the p-type region.
  • a semiconductor laser component designed in this way can have high efficiency with very good beam quality.
  • the n-conducting region comprises an optical guide structure, wherein the guide structure is set up to guide electromagnetic radiation generated in the active region during operation along the resonator axis of the semiconductor body.
  • the guide structure in particular has a higher refractive index than a material that laterally surrounds it.
  • lateral guidance of an optical mode can be achieved due to the partial reflection at the boundary surfaces of the guide structure.
  • the guide structure defines an alignment of the resonator axis of the semiconductor body.
  • the resonator axis is preferably aligned parallel to a main extension direction of the guide structure.
  • the guide structure has a smaller lateral extent compared to the n-conducting region.
  • a laterally limited extent of the guide structure also limits, in particular, a lateral extent of the optical mode propagating in the semiconductor body.
  • a particularly efficient generation of coherent electromagnetic radiation can take place in this way.
  • the p-type region comprises an optical guide structure, wherein the guide structure is set up to guide electromagnetic radiation generated in the active region during operation along the resonator axis of the semiconductor body.
  • the guide structure in particular has a higher refractive index than a material that laterally surrounds it.
  • lateral guidance of an optical mode can be achieved due to the partial reflection at the boundary surfaces of the guide structure.
  • the guide structure defines an alignment of the resonator axis of the semiconductor body.
  • the resonator axis is preferably aligned parallel to a main extension direction of the guide structure.
  • the guide structure has a smaller lateral extent compared to the p-type region.
  • a laterally limited extent of the guide structure also limits, in particular, a lateral extent of the optical mode propagating in the semiconductor body.
  • a particularly ef fi cient one can be advantageous Generation of coherent electromagnetic radiation takes place.
  • the optical guide structure comprises a plurality of optical guide elements.
  • the guide structure comprises a plurality of guide elements arranged one above the other, which bring about lateral mode guidance.
  • the management structure can be adapted particularly well to a desired fashion shape.
  • the guide structure is designed in such a way that only a basic mode oscillates and higher modes are at least partially suppressed.
  • the optical guide elements have different lateral and/or vertical extensions. A particularly targeted guidance of a desired mode shape can be achieved through different lateral and vertical dimensions of the guide elements.
  • the guide structure is formed with one of the following materials: InGaN, Al InN, highly doped GaN.
  • the semiconductor body is formed with a II IV compound semiconductor material, in particular a nitride compound semiconductor material.
  • a III/V compound semiconductor material has at least one element from the third main group, such as B, Al, Ga, In, and an element from the fifth main group, such as N, P, As, on.
  • I I I /V compound semiconductor material means the group of binary, ternary or quaternary compounds that contain at least one element from the third main group and at least one element from the fifth main group, for example nitride and phosphide compound semiconductors. Such a binary, ternary or quaternary compound can also have, for example, one or more dopants and additional components.
  • nitride compound semiconductor material in the present context means that the semiconductor body or at least a part thereof, particularly preferably at least the active region and/or a growth substrate wafer, has a nitride compound semiconductor material, preferably Al n Ga m Inin nm N or made of this consists of , where
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can, for example, have one or more dopants and additional components. However, for the sake of simplicity, the above formula only includes the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these are partially represented by small ones
  • Amounts of other substances can be replaced and/or supplemented.
  • the current gate structure is arranged within the p-type region.
  • the current gate structure is formed in the doping region.
  • the current gate structure is on a side facing the active area and on a The side facing away from the active region is at least partially covered by the material of the doping region.
  • the current stop structure is arranged within the distance region.
  • the current diaphragm structure is at least partially covered by the material of the spacing region on a side facing the active region and on a side facing away from the active region.
  • the current diaphragm structure moves closer to the active area, making it easier to achieve a current constriction.
  • a close arrangement to the active area is also advantageous in order to form a guide structure by means of the current diaphragm structure.
  • the current stop structure is designed as an optical guide structure.
  • the contact region is preferably formed with a material which has a higher optical refractive index than the insulation region for electromagnetic radiation generated in the active region during operation. This results in at least partial reflection of electromagnetic radiation at the interface between the contact area and the insulation area.
  • a vertical extent of the current diaphragm structure is selected such that optical guidance of an optical mode is achieved.
  • the current stop structure has a vertical extent of at least 0.1 nm, preferably at least 10 nm and particularly preferably at least 100 nm.
  • the current gate structure is preferred in the p-type region, particularly preferably in the spacing region arranged to form a guide structure by means of the current diaphragm structure.
  • a vertical extent of the doping region corresponds to at most one third, preferably at most one fifth, particularly preferably at most one eighth of the vertical extent of the spacing region.
  • the smallest possible vertical extent of the doping region relative to the spacing region can advantageously result in a particularly low optical absorption in the semiconductor laser component.
  • a lateral extent of the contact region deviates from a lateral extent of the guide structure.
  • the lateral extent of the contact region is selected such that a fundamental optical mode is excited particularly well.
  • the independent selection of the lateral extents of the contact area and the guide structure enables an advantageously large degree of design freedom.
  • the current stop structure comprises a plurality of contact areas and isolation areas.
  • a current distribution in the semiconductor body can be influenced in a targeted manner.
  • the contact area and isolation area can be arranged in such a way that a desired optical mode is specifically excited.
  • Asymmetrical arrangements are also conceivable, in which a lateral orientation of the Contact area is asymmetrical relative to the leadership structure.
  • the contact region is formed with a transparent conductive oxide.
  • the contact area is formed with an indium tin oxide.
  • the material of the contact area has, in particular, an influence on a vertical distribution of an optical intensity of the electromagnetic radiation generated in the active area during operation.
  • the material and a vertical extent of the contact area are selected such that a particularly large overlap of the optical intensity with an electrically excited area of the active area results. This makes it possible to generate electromagnetic radiation in an advantageously efficient manner.
  • the n-conducting region is electrically contacted via a connection layer which is formed with a transparent conductive oxide.
  • the connection layer is formed with an indium tin oxide.
  • the material of the connection layer has, in particular, an influence on a vertical distribution of an optical intensity of the electromagnetic radiation generated in the active region during operation.
  • the material and a vertical extent of the connection layer are selected such that a particularly large overlap of the optical intensity with an electrically excited region of the active region results. This makes it possible to generate electromagnetic radiation in an advantageously efficient manner.
  • the n-conducting region comprises an etch stop layer.
  • the etch stop layer is formed with a material that can easily be etched selectively compared to the material of the n-type region.
  • the etch stop layer is completely or at least partially insensitive to an etching process that can be used to etch the n-conducting region.
  • an etching in the n-conducting region can advantageously be controlled particularly precisely.
  • a vertical extension of a guide structure in the n-conducting region can be set particularly precisely. This is advantageous, for example, to produce a single-mode semiconductor laser component in which essentially only one basic mode of the electromagnetic radiation generated in the active region during operation oscillates and is amplified.
  • the etch stop layer is formed with a semiconductor material containing aluminum.
  • the etching stop layer is formed with a material according to one of the following molecular formulas: Al x Gai- x N or Alylni-yN, where 0.01 ⁇ x ⁇ 0.4, preferably 0.05 ⁇ x ⁇ 0.2 and 0. 7 ⁇ y ⁇ 0.95, preferably 0.8 ⁇ y ⁇ 0.84.
  • a carrier is arranged downstream of the n-conducting region on a side facing away from the active region.
  • the carrier is poorly electrically conductive or electrically insulating.
  • the n-conducting region can be followed by an electrically poorly conductive or in particular insulating carrier.
  • the spacing region is formed with AlGaN.
  • the standoff area contains aluminum.
  • the distance range has the following molecular formula: Al ⁇ y ⁇ 0.01, preferably 0 ⁇ y ⁇ 0.05 applies.
  • a mean dopant concentration is considered to be a dopant concentration averaged over the entire distance range.
  • a low n-dopant concentration enables an advantageously particularly low optical absorption in the distance region.
  • an average p-dopant concentration in the distance region is less than 10 19 cur 3 , preferably less than 10 18 cur 3 , particularly preferably less than 10 17 cnr 3 .
  • a low p-dopant concentration enables an advantageously particularly low optical absorption in the distance region.
  • the first spacing region is doped with p-dopants and n-dopants at the same time and an added dopant concentration is less than 10 19 cnr 3 , preferably less than 10 18 cnr 3 , particularly preferably less than 10 17 cm 3 .
  • the distance range has a average dopant concentration that is less than 10 17 cm- 3 .
  • the insulation region is formed with an electrically insulating material.
  • the insulation region is formed with a nitride, an oxide or an oxynitride. These materials are particularly easy to produce and have an advantageously low electrical conductivity.
  • the isolation region is formed by a defect region at a boundary surface to the doping region.
  • the defect region is formed in that a part of the doping region is completely or partially removed, for example by an etching process.
  • the defect region can be formed in that the interface to the doping region is damaged, for example by means of a plasma process or a sputtering process, in such a way that electrical conductivity is locally reduced.
  • the optoelectronic module includes at least one optoelectronic semiconductor laser component described here. This means that all features disclosed in connection with the optoelectronic semiconductor laser component are also disclosed for the optoelectronic module and vice versa.
  • the optoelectronic module includes a plurality of optoelectronic semiconductor laser components described here.
  • the optoelectronic module preferably comprises at least four, particularly preferably at least eight, semiconductor laser components described here. Combinations of semiconductor laser components according to different exemplary embodiments described here are also conceivable.
  • the semiconductor laser components of an optoelectronic module differ in their main emission wavelength.
  • all semiconductor components of an optoelectronic module can have an identical main emission wavelength.
  • the main emission wavelength here and below is a wavelength of electromagnetic radiation emitted by a semiconductor laser component in normal operation, at which an intensity spectrum of the emitted radiation has a global maximum.
  • the main emission wavelengths of all semiconductor laser components of an optoelectronic module differ from each other by at least 2 nm, preferably by at least 5 nm. If several emission spectra with different main emission wavelengths are superimposed on one another, a broadened overall emission spectrum results. In particular, this results in a quasi-continuous, broadened emission spectrum of the optoelectronic module.
  • An emission spectrum with a larger spectral bandwidth advantageously results in fewer disturbing interference effects.
  • the optoelectronic module has a width that is at least 10 nm wider
  • the p-conducting regions of all optoelectronic semiconductor laser components are connected to a common electrical contact, and the n-conducting regions can each be controlled separately from one another.
  • the first electrode connects the p-type regions of all semiconductor laser components to one another, while the second electrodes can each be controlled electrically separately.
  • the p-conducting regions of all semiconductor laser components of an optoelectronic module are advantageously at the same electrical potential. Electrical control of the semiconductor laser components is thereby advantageously facilitated.
  • the module includes a low-side driver.
  • a low-side driver is an electronic component that is set up for the electrical operation of at least one optoelectronic semiconductor laser component and is based on NMOS transistor circuits.
  • Driver elements constructed with NMOS transistors advantageously have a particularly high level of efficiency.
  • the optoelectronic semiconductor laser component can in particular be produced using one of the methods described here. This means that all of the features disclosed in connection with the optoelectronic semiconductor laser component are also disclosed for the methods for producing an optoelectronic semiconductor laser component and vice versa.
  • a semiconductor body with an n-conducting region, a p-conducting region and an active region set up to generate electromagnetic radiation is provided on a growth substrate, the n-conducting region has at least one sacrificial layer.
  • the areas and layers of the semiconductor body are deposited on the growth substrate in an epitaxial growth process.
  • the sacrificial layer is characterized in particular by the fact that it is completely or at least partially removed from the semiconductor body in a later process step.
  • the sacrificial layer is at least partially removed or converted in such a way that an optical guide structure is formed.
  • a jump in refractive index can be generated at interfaces between the sacrificial layer and a surrounding material, for example air.
  • the refractive index jump can advantageously be used as an optical guide structure.
  • a particularly precise guide structure can be produced using the sacrificial layer.
  • a vertical extension of the leadership structure can therefore be adjusted particularly precisely. This results in a very reproducible far field width.
  • the method includes the following steps:
  • n-conducting region Providing a semiconductor body with an n-conducting region, a p-conducting region and an active region designed to generate electromagnetic radiation on a growth substrate, the n-conducting region having at least one sacrificial layer, and
  • a pore region is formed in a partial region of the sacrificial layer.
  • nanopores are introduced into the partial area of the sacrificial layer.
  • the term nanopores generally refers to media with pore sizes of 100 nm or less.
  • nanoporous media are further divided into the classes microporous d ⁇ 2 nm, mesoporous 2 nm ⁇ d ⁇ 50 nm and macroporous d > 50 nm.
  • the pore area includes a large number of pores with a length between 2 nm and 50 nm.
  • a porous medium is a special type of material that creates voids in a solid medium.
  • the introduction of pores into a solid can profoundly influence its physical properties.
  • the pore area of the sacrificial layer has a lower refractive index than the unchanged material the victim class. This advantageously results in a jump in refractive index at the interface between the sacrificial layer and the pore area.
  • the pore region is preferably designed in such a way that an optical guide structure is created in the n-type region.
  • an oxide region is formed in a partial region of the sacrificial layer.
  • the oxidation of the portion of the sacrificial layer takes place in an oxygen-containing atmosphere at temperatures of more than 800 ° C.
  • the oxide region has a lower refractive index than the unchanged material of the sacrificial layer. This advantageously results in a jump in refractive index at the interface between the sacrificial layer and the oxide region.
  • the oxide region is preferably formed in such a way that an optical guide structure is created in the n-type region.
  • a plurality of sacrificial layers are at least partially removed or converted in such a way that an optical guide structure is formed.
  • a plurality of sacrificial layers advantageously results in greater design freedom in the production of the guide structure.
  • the individual sacrificial layers are removed in a common process step or alternatively individually in successive process steps.
  • the sacrificial layer is completely removed to remove the growth substrate. This advantageously results in a particularly gentle removal of the growth substrate, which can enable the growth substrate to be reused.
  • the sacrificial layer is removed, for example, using one of the following methods: selective etching, electrochemical etching, photoelectrochemical etching, thermal oxidation or polarization-assisted electrochemical etching.
  • an n-conducting region and a growth mask with an opening on the n-conducting region are provided.
  • the growth mask is preferably formed with a dielectric material.
  • the growth mask is at least partially overgrown with material of the n-conducting region through the opening of the growth mask.
  • the growth of the material of the n-type region begins selectively in the opening of the growth mask and runs laterally across the growth mask.
  • an active region set up to generate electromagnetic radiation and a p-conducting region are applied to the n-conducting region.
  • an optical guide structure is formed in the area of the opening of the growth mask, the material of the growth mask having a lower refractive index for electromagnetic radiation generated in the active area during operation than the material of the n-type region.
  • the method comprises the following steps:
  • the n-conducting region is produced in an epitaxial lateral overgrowth process, or ELOG process for short.
  • a semiconductor body having an n-conducting region, an active region set up to generate electromagnetic radiation and a p-conducting region in a stacking direction is grown on a growth substrate.
  • the growth is preferably carried out in an epitaxial growth process.
  • a carrier is arranged on the side of the semiconductor body facing away from the n-conducting region.
  • the carrier serves in particular to mechanically stabilize the semiconductor body.
  • the carrier is preferably designed to be mechanically self-supporting.
  • the carrier has a sufficiently high thermal conductivity to also serve as a heat sink for the semiconductor body.
  • the carrier preferably has at least one of the following materials: GaN, AlN, Ge, Si, sapphire.
  • the growth substrate is detached from the semiconductor body.
  • the growth substrate is removed, for example, by means of dry chemical etching, electrochemical etching, photoelectrochemical etching, grinding, laser lifting or by completely removing a sacrificial layer between the growth substrate and the semiconductor body.
  • the n-conducting region is structured in such a way that an optical guide structure is formed.
  • the n-conducting region is structured, for example, using conventional etching processes.
  • the method comprises the following steps:
  • a current gate structure is applied to the p-conducting region before the growth substrate is detached.
  • the methods described here for producing an optoelectronic semiconductor laser component can also be carried out simultaneously on a plurality of components in a wafer composite. Consequently, all of the methods described here are also suitable for the parallel production of a plurality of semiconductor laser components.
  • An optoelectronic semiconductor laser component described here is particularly suitable for use as a light source in compact portable devices, for example for virtual reality and augmented reality applications, projection applications, in automotive applications, for example as a headlight or in a head-up display or as a high-performance light source in lighting or material processing.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a first exemplary embodiment
  • Figures 2A to 2D show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to the first Execution example in different stages of a
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a fifth exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a sixth exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a seventh exemplary embodiment
  • 9 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to an eighth exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a ninth exemplary embodiment
  • FIGS. 11A to 11C show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a tenth exemplary embodiment in various stages of a method for its production
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to an eleventh exemplary embodiment
  • FIG. 13 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a twelfth exemplary embodiment
  • Figure 15 is a schematic sectional view of an optoelectronic device described here Semiconductor laser component according to a 14th From exemplary embodiment,
  • FIG. 16 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 15. From exemplary embodiment,
  • FIG. 17 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 16.
  • FIG. 19 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 18th. From exemplary embodiment,
  • FIG. 20 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 19th. From exemplary embodiment,
  • 21 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 20.
  • 22 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 21.
  • 21 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 20.
  • 22 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 21.
  • FIG. 23 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a 22. From exemplary embodiment,
  • 24A and 24B show a schematic sectional view and a schematic top view of an optoelectronic module described here according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 25 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a second exemplary embodiment
  • 26 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 27 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a fourth exemplary embodiment
  • 28 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a fifth exemplary embodiment
  • 29 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a sixth exemplary embodiment
  • FIG. 30 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to a seventh exemplary embodiment
  • FIG. 31 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module described here according to an eighth exemplary embodiment
  • Figures 32A to 32C show schematic sectional views and a schematic top view of an optoelectronic module described here according to an eleventh exemplary embodiment
  • Figures 33A to 33C show schematic sectional views and a schematic top view of an optoelectronic module described here according to a twelfth exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic Semiconductor laser component 1 comprises a semiconductor body 10 with an n-conducting region 101, a p-conducting region 102 and an active region 103 designed to generate electromagnetic radiation.
  • the active region 103 is arranged between the n-type region 101 and the p-type region 102.
  • the semiconductor body 10 in particular comprises a monolithically grown semiconductor layer sequence.
  • the p-type region 102 includes at least one semiconductor layer that is p-doped, and the n-type region 102 includes at least one semiconductor layer that is n-doped.
  • p-doped refers to semiconductor materials with dopant atoms that act as electron acceptors
  • n-doped refers to semiconductor materials with dopant atoms that act as electron donors.
  • the active region 103 may include a double heterostructure, a single quantum well structure, a multi-quantum well structure or a quantum dot structure.
  • a multi-quantum well structure includes a large number of quantum well layers separated by barrier layers.
  • the barrier layers preferably have a larger band gap than the quantum well layers.
  • the arrangement of quantum well layers and barrier layers leads to confinement of electrical charges in the quantum well layers, creating discrete energy values for the trapped electrical charges.
  • the multi-quantum well structure preferably consists of at least two and at most five quantum well layers.
  • the active region 103 is configured to emit electromagnetic radiation in a spectral range between infrared light and ultraviolet light emitted.
  • the active region 103 is configured to emit electromagnetic radiation in a spectral range between green light and ultraviolet light.
  • the optoelectronic semiconductor laser component 1 further comprises a current stop structure 200 with an insulation region 2001 and a contact region 2002.
  • the insulation region 2001 is formed in particular with an electrically insulating material, for example a nitride, oxide or oxynitride.
  • the contact area 2002 is preferably formed with a material that has good electrical conductivity, for example a metal or a transparent, conductive material.
  • the current gate structure 200 limits a lateral extent of a current, particularly in the p-type region 102. Since the p-type region 102 has a lower charge carrier mobility compared to the n-type region 101, a lateral limitation of the current flow in the p-type region 102 is facilitated.
  • the current gate structure 200 is arranged on a side of the p-type region 102 facing away from the active region 103.
  • a first electrode 31 is arranged on the side of the current diaphragm structure 200 facing away from the active region 103 . Furthermore, a second electrode 32 is arranged on the side of the n-conducting region 101 facing away from the active region 103. The first electrode 31 and the second electrode 32 are formed with a metal. By means of the first and second electrodes 31, 32, electrical charge carriers are injected into the semiconductor body 10 during operation of the optoelectronic semiconductor laser component 1. The first electrode 31 electrically contacts the p-type region 102. The second electrode 32 electrically contacts the n-type region 101.
  • the lateral direction X here and below means a direction transverse, in particular perpendicular to a vertical stacking direction of the semiconductor body 10.
  • the vertical stacking direction of the semiconductor body 10 is to be understood as the direction in which the individual layers and regions of the semiconductor body 10 are grown and/or deposited on one another.
  • the current gate structure 200 is preferably designed such that an excited region of the active region 103 has a maximum overlap with an optical mode generated in the semiconductor body 10 during operation. This results in an advantageously particularly efficient generation of electromagnetic radiation.
  • the semiconductor body 10 is designed as an edge emitter, with a resonator axis R aligned transversely to the vertical stacking direction of the semiconductor body 10.
  • the vertical stacking direction is transverse to the lateral direction X and parallel to a vertical direction Y.
  • the resonator axis R is in particular aligned parallel to a main lateral extension direction of the semiconductor body 10.
  • R is preferred at the ends of the resonator axis in each case an at least partially reflective side surface of the semiconductor body 10 is arranged.
  • Electromagnetic radiation generated during operation in the active region preferably propagates along the resonator axis R, which results in a predominantly stimulated emission of electromagnetic radiation.
  • One of the side surfaces of the semiconductor body 10 is provided as a decoupling surface.
  • a main emission direction of the semiconductor body 10 is preferably aligned transversely to the stacking direction of the semiconductor body 10.
  • the p-type region 102 includes a spacing region 1021, 1023 and a doping region 1022.
  • the spacing region 1021, 1023 preferably consists of an unintentionally doped semiconductor material.
  • the distance area 1021 is therefore designed as an intrinsic distance area 1023.
  • No doping atoms are intentionally introduced into the semiconductor material of the spacing region 1021, 1023.
  • the spacer region 1021, 1023 may contain impurity atoms that are inadvertently introduced into the spacer region 1021, 1023, for example during the epitaxial growth of the spacer region 1021, 1023. These impurity atoms can act as dopants in the semiconductor material of the spacing region 1021, 1023.
  • the concentration of the impurity atoms is low, so that the concentration of free charge carriers in the unintentionally doped semiconductor material does not exceed, for example, 10 17 per cm 3 without an applied electrical voltage.
  • the spacer region 1021, 1023 is formed, for example, with a semiconductor material that includes aluminum.
  • One formed with aluminum can be advantageous Semiconductor layer has a particularly high band gap and thus shows an advantageously low optical absorption.
  • the doping region 1022 has a p-doping and is designed in particular for external electrical contacting of the semiconductor body 10.
  • a solder may be in direct contact with the doping region 1022.
  • the doping region 1022 has a smaller vertical extent than the spacing region 1021, 1023.
  • a small vertical extent of the doping region 1022 relative to the spacing region 1021, 1023 can advantageously result in a particularly low optical absorption in the semiconductor laser component 1.
  • the n-conducting region 101 comprises an optical guide structure 300, wherein the guide structure 300 is set up to guide electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation along the resonator axis R of the semiconductor body 10.
  • the guide structure 300 in particular has a higher refractive index than a material that laterally surrounds it.
  • lateral guidance of an optical mode can be achieved due to the partial reflection at the boundary surfaces of the guide structure 300.
  • the guide structure 300 defines an orientation of the resonator axis R of the semiconductor body 10.
  • the resonator axis R is preferably aligned parallel to a main extension direction of the guide structure 300.
  • the guide structure 300 has a smaller lateral extent than the n-conducting region 101.
  • a laterally limited extent of the management structure 300 in particular also limits a lateral extent of the optical mode propagating in the semiconductor body 10.
  • a particularly efficient generation of coherent electromagnetic radiation can take place in this way.
  • Side surfaces and top surfaces of the n-type region 101 are provided with a passivation 40.
  • the passivation 40 protects the n-type region 101 from external environmental influences.
  • Figures 2A to 2D show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to the first exemplary embodiment in various stages of a method for its production.
  • Figure 2A shows a first step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • a semiconductor body 10 is grown, having in a stacking direction an n-conducting region 101, an active region 103 set up to generate electromagnetic radiation and a p-conducting region 102 on a growth substrate 50.
  • the growth is preferably carried out in an epitaxial growth process.
  • the growth substrate 50 is formed, for example, with GaN.
  • Figure 2B shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • a current gate structure 200 is arranged on the p-type region 102.
  • the current shutter structure 200 includes an insulation region 2001 and a contact region 2002.
  • a first electrode 31 is then arranged on current diaphragm structure 200.
  • Figure 2C shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • a carrier 60 is arranged on the side of the semiconductor body 10 facing away from the n-conducting region 101.
  • the carrier 60 serves in particular to mechanically stabilize the semiconductor body 10.
  • the carrier 60 is preferably designed to be mechanically self-supporting.
  • the carrier 60 has a sufficiently high thermal conductivity to also serve as a heat sink for the semiconductor body 10.
  • the carrier 60 preferably has at least one of the following materials: GaN, AlN, Ge, Si, sapphire.
  • the growth substrate 50 is detached from the semiconductor body 10.
  • the growth substrate 50 is detached, for example, by means of dry chemical etching, electrochemical etching, photoelectrochemical etching, grinding, laser lifting or by completely removing a sacrificial layer 1011 between the growth substrate 50 and the semiconductor body 10.
  • Figure 2D shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • the n-conducting region 101 is structured in such a way that an optical guide structure 300 is formed.
  • the n-conducting region 101 is structured and partially removed, for example, using conventional etching processes.
  • the side surfaces and top surfaces of the n-type region 101 are then coated with a passivation 40 Mistake.
  • the passivation 40 protects the n-type region 101 from external environmental influences.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component described here according to a second exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the second embodiment includes an etch stop layer 1010.
  • the etch stop layer 1010 is formed in the n-type region 101.
  • the etch stop layer 1010 is formed with a material that is easily selectively etched relative to the material of the n-type region 101.
  • the etch stop layer 1010 is completely or at least partially insensitive to an etching process that can be used to etch the n-type region 101.
  • an etching in the n-conducting region 101 can advantageously be controlled particularly precisely.
  • the etch stop layer 1010 is formed with a semiconductor material containing aluminum.
  • the etch stop layer 1010 is formed with a material according to one of the following molecular formulas: Al x Gai- x N or Alylni-yN, where 0.01 ⁇ x ⁇ 0.4, preferably 0.05 ⁇ x ⁇ 0.2 and 0 .7 ⁇ y ⁇ 0.95, preferably 0.8 ⁇ y ⁇ 0.84.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG. Additionally
  • the n-type region 101 includes a sacrificial layer 1011.
  • the sacrificial layer 1011 has a higher dopant concentration than the remaining material of the n-conducting region 101.
  • the sacrificial layer 1011 is partially removed from the sides using electrochemical etching. Consequently, the partially removed sacrificial layer 1011 results in a guide structure 300 for electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation.
  • the remaining part of the sacrificial layer 1011 and thus also the guide structure 300 are laterally surrounded by air.
  • the sacrificial layer 1011 allows both an optical guide structure 300 and a lateral constriction of an electrical current to be generated.
  • the isolation region 2001 is formed by a defect region at an interface to the doping region 1022.
  • the defect region is formed in that the interface to the doping region 1022 is damaged, for example by means of a plasma process or a sputtering process, in such a way that electrical conductivity is locally reduced.
  • Figure 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a fourth exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 4.
  • the guide structure 300 is at least partially surrounded laterally by a passivation 40.
  • the area laterally next to the remaining sacrificial layer 1011 is at least partially filled with a passivation 40.
  • the Passivation 40 has a lower refractive index than the material of the sacrificial layer 1011. Mechanical stability of the semiconductor body 10 is advantageously increased by the passivation 40.
  • the passivation 40 is formed, for example, with silicon dioxide or aluminum oxide.
  • the passivation 40 is preferably designed to be electrically insulating.
  • the sacrificial layer 1011 allows both an optical guide structure 300 and a lateral constriction of an electrical current to be generated.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a fifth exemplary embodiment.
  • the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the sacrificial layer 1011 is not partially removed, but rather a pore region 1012 is formed in a partial region of the sacrificial layer 1011.
  • nanopores are introduced into the portion of the sacrificial layer 1011.
  • the term nanopores generally refers to media with pore sizes of 100 nm or less.
  • nanoporous media are further divided into the classes microporous d ⁇ 2 nm, mesoporous 2 nm ⁇ d ⁇ 50 nm and macroporous d > 50 nm.
  • the pore region 1012 includes a large number of pores with a length between 2 nm and 50 nm.
  • a porous medium is a special type of material that creates voids in a solid medium.
  • the introduction of pores into a solid can profoundly influence its physical properties.
  • the pore area 1012 of the sacrificial layer 1011 has a lower refractive index than the unchanged material of the sacrificial layer 1011. This advantageously results in a jump in refractive index at the interface between the sacrificial layer 1011 and the pore region 1012.
  • the pore region 1012 is preferably formed in such a way that an optical guide structure 300 is created in the n-conducting region 101. Through the pore area 1012, both an optical guide structure 300 and a lateral constriction of an electrical current can be generated.
  • Figure 7 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a sixth exemplary embodiment.
  • the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the sacrificial layer 1011 is formed with an InGaN. InGaN can advantageously be removed particularly easily and selectively using a photoelectrochemical process.
  • the sacrificial layer 1011 is removed in such a way that a guide structure 300 results.
  • the guide structure 300 is laterally at least partially surrounded by air.
  • the sacrificial layer 1011 allows both an optical guide structure 300 and a lateral constriction of an electrical current to be generated.
  • Figure 8 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a seventh exemplary embodiment.
  • the seventh exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the sacrificial layer 1011 is not partially removed, but rather an oxide region 1013 is formed in a partial region of the sacrificial layer 1011.
  • the Sacrificial layer 1011 is formed with an Al InN.
  • the sacrificial layer 1011 can be oxidized laterally in a targeted manner using a thermal oxidation process.
  • the oxide region 1013 is preferably formed in such a way that an optical guide structure 300 is created in the n-type region 101. Through the oxide region 1013, both an optical guide structure 300 and a lateral constriction of an electrical current can be generated.
  • the guide structure 300 is laterally at least partially surrounded by the oxide region 1013.
  • Figure 9 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to an eighth exemplary embodiment.
  • the eighth exemplary embodiment essentially corresponds to the seventh exemplary embodiment shown in FIG.
  • a carrier 60 is arranged downstream of the n-conducting region 101 and the sacrificial layer 1011.
  • an electrically insulating or poorly electrically conductive carrier 60 is arranged downstream of the n-conducting region 101 on a side facing away from the active region 103.
  • the sacrificial layer 1011 or one of the associated layers is, for example, poorly electrically conductive.
  • the sacrificial layer 1011 is formed with Al InN. Consequently, electrical contacting through the carrier 60 is made more difficult.
  • the n-type region 101 projects laterally relative to the active region 103 and the p-type region 102.
  • a second electrode 32 for electrically contacting the n-conducting region 101 can thus be arranged on a side of the protruding n-conducting region 101 facing the active region 103. Attaching the second one Electrode 32 on a side of the semiconductor body 10 facing the first electrodes 31 advantageously saves one level in a photolithographic production process.
  • Figure 10 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a ninth exemplary embodiment.
  • the ninth exemplary embodiment essentially corresponds to the fifth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the n-conducting region 101 is followed by a carrier 60 and the sacrificial layer 1011 is formed in the carrier 60.
  • the n-type region 101 projects laterally relative to the active region 103 and the p-type region 102.
  • a second electrode 32 for electrically contacting the n-conducting region 101 can thus be arranged on a side of the protruding n-conducting region 101 facing the active region 103.
  • Figures 11A to 11C show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a tenth exemplary embodiment in various stages of a method for its production.
  • Figure 11A shows a first step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • an n-type region 101 and a growth mask 70 with an opening 701 on the n-type region 101 are provided.
  • the growth mask 70 is preferably formed with a dielectric material.
  • the growth mask 70 includes a plurality of openings 701.
  • Figure 11B shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • the growth mask 70 is at least partially overgrown with material from the n-conducting region 101 through the opening 701 of the growth mask 70.
  • the growth of the material of the n-type region 101 begins selectively in the opening 701 of the growth mask 70 and extends laterally across the growth mask 70.
  • the n-conducting region 101 is produced in an epitaxial lateral overgrowth process, or ELOG process for short.
  • Figure 11C shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • an active region 103 set up to generate electromagnetic radiation and a p-conducting region 102 are applied to the n-conducting region 101.
  • an optical guide structure 300 is also formed in the area of the opening 701 of the growth mask 70, the material of the growth mask 70 having a lower refractive index for electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation than the material of the n-type Area 101 has.
  • Figure 12 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to an eleventh exemplary embodiment.
  • the eleventh exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • a lateral extent of the guide structure 300 corresponds exactly to a lateral extent of the contact area 2002 of the current diaphragm structure 200.
  • Figure 13 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a twelfth exemplary embodiment.
  • the twelfth exemplary embodiment essentially corresponds to the eleventh exemplary embodiment shown in FIG. 12.
  • the lateral extent of the guide structure 300 differs from the lateral extent of the contact area 2002.
  • the lateral extent of the contact area 2002 is greater than the lateral extent of the guide structure 300. This can advantageously result in a particularly low forward voltage during operation of the optoelectronic semiconductor laser component 1.
  • the lateral extent of the contact region 2002 is selected such that an optical fundamental mode is excited particularly well.
  • the independent selection of the lateral extents of the contact area 2002 and the guide structure 300 enables an advantageously large degree of design freedom.
  • Figure 14 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 13.
  • the 13th The exemplary embodiment essentially corresponds to the eleventh exemplary embodiment shown in FIG. 12.
  • the lateral extent of the guide structure 300 differs from that lateral extent of the contact area 2002.
  • the lateral extent of the contact area 2002 is smaller than the lateral extent of the guide structure 300. This can advantageously result in a particularly good beam quality during operation of the optoelectronic semiconductor laser component 1, since an optical basic mode is excited better than higher optical modes.
  • the current diaphragm structure 200 includes a plurality of contact areas 2002 and insulation areas 2001.
  • a current distribution in the semiconductor body 10 can be specifically influenced.
  • the contact areas 2002 and isolation areas 2001 can be arranged in such a way that a desired optical mode is specifically excited.
  • Asymmetrical arrangements are also conceivable, in which a lateral orientation of the contact area 2002 is asymmetrical relative to the guide structure 300.
  • the current diaphragm structure 200 can also be structured along the resonator axis R of the semiconductor body 10 in order to achieve a desired optical mode distribution.
  • the current gate structure 200 is arranged within the p-type region 102.
  • the current diaphragm structure 200 is formed in the distance region 1021, 1023.
  • the current diaphragm structure 200 is at least partially covered by the material of the spacing region 1021, 1023 on a side facing the active region 103 and on a side facing away from the active region 103.
  • the current diaphragm structure 200 moves closer to the active area 103, whereby a current constriction can be achieved more easily.
  • a close arrangement to the active area 103 is also advantageous in order to form a guide structure 300 by means of the current diaphragm structure 200.
  • the current gate structure 200 can also be arranged within the doping region 1022.
  • the current gate structure 200 can be at least partially covered by the material of the doping region 1022 on a side facing the active region 103 and on a side facing away from the active region 103.
  • Figure 17 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 16.
  • the 16th The exemplary embodiment essentially corresponds to that shown in FIG. 16.
  • the optoelectronic semiconductor laser component 1 does not include a sacrificial layer 1011 with an oxide region 1013.
  • the current diaphragm structure 200 is designed as an optical guide structure 300.
  • the contact region 2002 is formed with a material that has a higher optical refractive index than the isolation region 2001 for electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation. This results in an at least partial reflection of electromagnetic radiation at the interface between the contact area 2002 and the insulation area 2001.
  • a vertical extent of the current diaphragm structure 200 is selected such that optical guidance of an optical mode is achieved.
  • the current diaphragm structure 200 is preferably produced using one of the previously described methods for structuring a sacrificial layer 1011.
  • the current gate structure 200 is formed, for example, with Al InN, which is oxidized in a partial area.
  • the contact region 2002 is formed with Al InN and the isolation region 2001 is formed with the oxidized Al InN, which has a lower electrical conductivity and a lower refractive index than Al InN.
  • the contact region 2002 can be formed with InGaN, with the insulation region 2001 having an air gap or a passivation 40.
  • the current stop structure 200 has a vertical extent of at least 0.1 nm, preferably at least 10 nm and particularly preferably at least 100 nm.
  • the current gate structure 200 is preferably arranged in the p-type region 102, particularly preferably in the spacing region 1021, 1023, in order to form a guide structure 300 by means of the current gate structure 200.
  • the current shutter structure 200 thus fulfills two tasks. On the one hand, the current diaphragm structure 200 causes a lateral constriction of an electrical current and on the other hand On the other hand, the current diaphragm structure 200 acts as an optical guide structure 300 for electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation.
  • the contact area 2002 of the current diaphragm structure 200 is formed with a metal.
  • the contact area 2002 is formed with the same metal as the first electrode 31.
  • the first electrode 31 and the contact region 2002 are formed with several metals in a multi-layer stack, for example Ni, Pd, Au, Ti, Pt. This advantageously facilitates production of the optoelectronic semiconductor laser component 1 .
  • the contact area 2002 of the current diaphragm structure 200 is formed with a transparent, conductive material.
  • the contact region 2002 is formed with an indium tin oxide.
  • the material of the contact area 2002 has a particular influence on a vertical distribution of an optical intensity of the electromagnetic radiation generated in the active area 103 during operation.
  • the material and a vertical extent of the contact area 2002 are preferably selected such that a particularly large overlap of the optical intensity with an electrically excited area of the active area 103 results. This makes it possible to generate electromagnetic radiation in an advantageously efficient manner.
  • Figure 20 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 19.
  • the 19th The exemplary embodiment essentially corresponds to that shown in FIG. 19.
  • the n-conducting region 101 is electrically contacted via a connection layer 80, which is formed with a transparent conductive oxide.
  • the connection layer 80 is formed with an indium tin oxide.
  • the material of the connection layer 80 has a particular influence on a vertical distribution of an optical intensity of the electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation.
  • the material and a vertical extent of the connection layer 80 are preferably selected such that a particularly large overlap of the optical intensity with an electrically excited region of the active region 103 results. This makes it possible to generate electromagnetic radiation in an advantageously efficient manner.
  • Figure 21 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 20.
  • the 20th The exemplary embodiment essentially corresponds to the sixth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the sacrificial layer 1011 is formed with InGaN. A portion of the sacrificial layer 1011 is removed using photoelectrochemical etching. The remaining remainder of the sacrificial layer 1011 forms an optical guide structure 300 for electromagnetic radiation generated in the active area 103 during operation.
  • Figure 22 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 21.
  • the 21st The exemplary embodiment essentially corresponds to that shown in FIG. 21.
  • the optical guide structure 300 includes a plurality of optical guide elements 3001.
  • a plurality of sacrificial layers 1011 are arranged one above the other. Each sacrificial layer 1011 is at least partially removed.
  • the guide structure 300 has a plurality of guide elements 3001 arranged one above the other, which bring about lateral mode guidance.
  • the guide structure 300 can be adapted particularly well to a desired mode shape.
  • the guide structure 300 is designed in such a way that only a basic mode oscillates and higher modes are at least partially suppressed.
  • Figure 23 shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor laser component 1 described here according to a 22.
  • the 22nd The exemplary embodiment essentially corresponds to that shown in FIG. 22.
  • the optical guide elements 3001 have different lateral and/or vertical extensions. Through different lateral and vertical dimensions of the guide elements 3001, one can Particularly targeted guidance of a desired mode shape can be achieved by the leadership structure 300. For example, the lateral extent of the individual guide elements 3001 is adjusted by specifically selecting the vertical extent of the respective sacrificial layers 1011.
  • Figures 24A and 24B show a schematic sectional view and a schematic top view of an optoelectronic module 2 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic module 2 comprises three optoelectronic semiconductor laser components 1 according to the first exemplary embodiment.
  • the resonator axes R of the semiconductor laser components 1 are aligned parallel to one another and are at a distance RX from one another.
  • the distance between the resonator axes RX is between 2 pm and 100 pm, preferably between 2 pm and 30 pm for applications with low optical output power and between 100 pm and 500 pm, preferably between 150 pm and 300 pm for applications with high optical output power.
  • the first electrodes 31 of all semiconductor laser components 1 are connected to one another. In other words, the first electrodes 31 of all semiconductor laser components 1 of the optoelectronic module 2 are at a common electrical potential.
  • the semiconductor laser components 1 are arranged on a common carrier 60.
  • the carrier 60 is designed to be mechanically self-supporting.
  • the carrier 60 is formed with an electrically conductive material, for example a metal or a metal alloy.
  • the carrier 60 preferably comprises at least one of the following materials: Si, Ge, sapphire, SiC, AlN, Cu.
  • the optoelectronic module 2 further comprises a shaped body 90 which is formed with an electrically insulating material.
  • the shaped body 90 is arranged on a side of the semiconductor laser components 1 facing away from the carrier 60 .
  • the shaped body 90 can bring about mechanical stabilization of the optoelectronic module 2. Furthermore, a side of the optoelectronic module 2 facing away from the carrier 60 is planarized by the shaped body 90. This advantageously facilitates a further arrangement of electrical contact elements on the shaped body 90.
  • the second electrode 32 of each semiconductor laser component 1 is followed by a via 321 and a connection region 322.
  • the through-contact 321 of the semiconductor laser component 1 arranged on the left side is visible.
  • the sectional view of Figure 24A corresponds to a section along section line AA of the top view of Figure 24B.
  • the via 321 extends from the second electrode 32 to the connection area 322 and completely penetrates the shaped body 90.
  • FIG. 24B shows a schematic top view of the optoelectronic module 2 according to the first exemplary embodiment.
  • the lateral extent of the second electrode 32 as well as the associated plated-through holes 321 and the connection areas 322 can be seen.
  • Each semiconductor laser component 1 of the optoelectronic module 2 each includes a separate connection area 322.
  • Each connection area 322 has a rectangular shape that is sufficiently large to accommodate a Bond connection to wear. For example, the
  • Connection areas 322 electrically connected with bonding wires.
  • Figure 25 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a second exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG. 24.
  • the optoelectronic semiconductor laser components 1 are not embedded in a shaped body 90 and the second electrodes 32 are exposed on the side facing away from the carrier 60.
  • a separating trench 20 is formed between each semiconductor laser component 1 .
  • the separation trench 20 extends from the side of the optoelectronic module 2 facing away from the carrier 60 to the first electrode 31.
  • the separation trench 20 is at least partially filled with the passivation 40. Side surfaces of the separating trenches 20 are advantageously covered with the passivation 40.
  • Figure 26 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment essentially corresponds to the second exemplary embodiment shown in FIG. 25.
  • the p-type region 102 comprises an optical guide structure 300, wherein the guide structure 300 is set up to guide electromagnetic radiation generated in the active region 103 during operation along the resonator axis R of the semiconductor body 10.
  • the guide structure 300 has a smaller lateral extent than the p-type region 102.
  • the distance region 1021 sets a vertical distance between the first electrode 31 and the active region 103 .
  • the distance region 1021 overlaps at least partially with the optical guide structure 300.
  • Each optoelectronic semiconductor laser component 1 further comprises a first internal passivation 111.
  • the first internal passivation 111 is at least partially arranged in the p-type region 102.
  • the first internal passivation 111 is preferably arranged completely within the p-type region 102.
  • the first internal passivation 111 is designed to be electrically insulating, for example.
  • the first internal passivation is formed with a dielectric material.
  • the first internal passivation 111 is formed, for example, with one of the following materials: silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium nitride.
  • the first internal passivation 111 preferably has a lower optical refractive index than the material of the p-type region 102. Furthermore, the separating trenches 20 extend from a side of the optoelectronic semiconductor laser components 1 facing away from the carrier 60 to the first electrode 31. The separating trenches 20 are filled with air.
  • Figure 27 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a fourth exemplary embodiment.
  • the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG. 26.
  • the separating trenches 20 extend from a side of the optoelectronic semiconductor laser components 1 facing away from the carrier 60 to the doping region 1022 and end within the doping region 1022.
  • the first internal passivation 111 is not penetrated by the separating trenches 20.
  • the separating trenches 20 in particular completely penetrate at least the n-type region 101 and the active region 103.
  • Figure 28 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a fifth exemplary embodiment.
  • the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 27.
  • the separating trenches 20 extend from a side of the optoelectronic semiconductor laser components 1 facing away from the carrier 60 to the first internal passivation 111 and end within the first internal passivation 111.
  • the first internal passivation 111 is not completely penetrated by the separating trenches 20.
  • the doping region 1022 is completely penetrated by the separating trenches 20.
  • the separating trenches 20 are formed in a dry chemical etching process.
  • the separation trenches 20 are manufactured using CI.
  • Figure 29 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a sixth exemplary embodiment.
  • the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG. 26.
  • side surfaces of the separating trenches 20 are covered with a second internal passivation 112.
  • the second internal passivation 112 is formed, for example, with aluminum oxide.
  • the second internal passivation 112 with the material of the first internal passivation 111 is advantageous educated .
  • the first internal passivation 111 and the second internal passivation 112 are formed with different materials.
  • the second internal passivation 112 is arranged on the side of the semiconductor laser components 1 facing away from the carrier 60.
  • the second internal passivation 112 is applied using a CVD process or an ALD process.
  • Figure 30 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to a seventh exemplary embodiment.
  • the seventh exemplary embodiment essentially corresponds to the sixth exemplary embodiment shown in FIG. 29.
  • the separating trenches 20 are completely filled with the material of the first internal passivation 111 and the second internal passivation 112.
  • Figure 31 shows a schematic sectional view of an optoelectronic module 2 described here according to an eighth exemplary embodiment.
  • the eighth exemplary embodiment essentially corresponds to the second exemplary embodiment shown in FIG. 25.
  • the optoelectronic module 2 includes a growth mask 70.
  • An undoped region 1014 is arranged in an opening of the growth mask 70 .
  • an undoped substrate can be used as carrier 60.
  • An optoelectronic module 2 according to the eighth exemplary embodiment advantageously has a particularly compact design.
  • an overgrowth process is preferably used, as outlined, for example, in FIGS. 11A to 11C.
  • sacrificial layers 1011 according to the embodiment described in connection with FIG. 4 or a method for partially oxidizing a sacrificial layer 1011 according to the embodiment described in FIG. 8 can also be used.
  • Figures 32A to 32C show schematic sectional views and a schematic top view of an optoelectronic module 2 described here according to a ninth exemplary embodiment.
  • the ninth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG. 26.
  • the separating trenches 20 are partially filled with the first internal passivation 111.
  • the separating trenches 20 are additionally filled with material from the first electrode 31.
  • a side of the optoelectronic module 2 facing away from the carrier 60 is planarized by means of the first electrode 31.
  • the n-type region 101 further includes a functional region 1015.
  • the functional area 1015 is highly n-doped and thus enables an effective electrical connection of the n-conducting area 101.
  • Figure 32B shows a top view of the optoelectronic module 2. The lateral extent of the first and second electrodes 31, 32 is visible. The first electrode 31 extends over all semiconductor laser components 1.
  • 32C shows a sectional view along the section line AA marked in FIGS. 32A and 32B.
  • an output mirror is arranged downstream of the side surface of the semiconductor laser component 1 opposite the second electrode 32, at which the electromagnetic radiation is emitted.
  • Semiconductor laser component 1 has a highly reflective rearview mirror arranged. An etching process is particularly suitable for producing such side surfaces for semiconductor laser components 1.
  • Figures 33A to 33C show schematic sectional views and a schematic top view of an optoelectronic module 2 described here according to a tenth exemplary embodiment.
  • the tenth exemplary embodiment essentially corresponds to the ninth exemplary embodiment shown in FIG. 32.
  • the semiconductor laser components 1 are arranged at a greater distance from one another.
  • the separation trench 20 is essentially filled with air.
  • the first electrode 31 extends over both semiconductor laser components 1 on the side surfaces and the bottom surface of the separation trench 20.
  • connection layer 90 molded bodies

Landscapes

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) umfassend einen Halbleiterkörper (10) mit einem n-leitenden Bereich (101), einem p-leitenden Bereich (102) und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) angegeben. Ferner umfasst das Halbleiterlaserbauelement (1) eine Stromblendenstruktur (200) mit einem Isolationsbereich (2001) und einem Kontaktbereich (2002). Der Halbleiterkörper (10) ist als ein Kantenemitter ausgebildet, wobei eine Resonatorachse (R) quer zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers (10) ausgerichtet ist. Die Stromblendenstruktur (200) ist auf einer dem n-leitenden Bereich (101) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (103) angeordnet. Der p-leitende Bereich (102) umfasst einen Abstandsbereich (1021, 1023) und einen Dotierbereich (1022). Der Dotierbereich (1022) weist eine geringere vertikale Erstreckung als der Abstandsbereich (1021, 1023) auf. Ferner werden Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) sowie ein optoelektronisches Modul (2) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERLASERBAUELEMENT , VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN
HALBLEITERLASERBAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES MODUL
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement , ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements und ein optoelektronisches Modul angegeben . Das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement ist insbesondere zur Erzeugung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement anzugeben, das eine besonders hohe Ef fi zienz aufweist .
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements anzugeben, das eine besonders hohe Ef fi zienz aufweist .
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Modul anzugeben, das eine besonders hohe Ef fi zienz aufweist .
Diese Aufgaben werden durch die Vorrichtung und die Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Vorrichtung und der Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement einen Halbleiterkörper mit einem n-leitenden Bereich, einem p- leitenden Bereich und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich . Insbesondere ist der aktive Bereich zwischen dem n-leitenden Bereich und dem p-leitenden Bereich angeordnet . Der Halbleiterkörper umfasst insbesondere eine monolithisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge .
Beispielsweise umfasst der p-leitende Bereich mindestens eine Halbleiterschicht , die p-dotiert ist , und der n-leitende Bereich mindestens eine Halbleiterschicht , die n-dotiert ist . Hier und im Folgenden bezieht sich "p-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen, die als Elektronenakzeptoren wirken, während sich "n-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen bezieht , die als Elektronendonatoren wirken .
Der aktive Bereich kann eine Doppel-Heterostruktur, eine Einzel-Quantentopfstruktur, eine Multi-Quantentopfstruktur oder eine oder mehrere Quantenpunkt-Strukturen umfassen . Eine Multi-Quantentopfstruktur umfasst eine Viel zahl von Quantentopfschichten, die durch Barriereschichten getrennt sind . Die Barriereschichten weisen vorzugsweise eine größere Bandlücke auf als die Quantentopfschichten . Die Anordnung von Quantentopfschichten und Barriereschichten führt zu einem Einschluss elektrischer Ladungen in den Quantentopfschichten, wodurch diskrete Energiewerte für die eingeschlossenen elektrischen Ladungen entstehen . Vorzugsweise besteht die Multi-Quantentopfstruktur aus mindestens zwei und höchstens fünf Quantentopfschichten . Der aktive Bereich ist so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen Infrarotlicht und ultraviolettem Licht emittiert . Vorzugsweise ist der aktive Bereich so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen grünem Licht und ultraviolettem Licht emittiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement eine Stromblendenstruktur mit einem I solationsbereich und einem Kontaktbereich . Der I solationsbereich ist ein Bereich mit einer besonders niedrigen elektrischen Leitfähigkeit . Der Kontaktbereich ist bevorzugt mit einem elektrisch gut leitfähigen Material gebildet , beispielsweise einem Metall oder einem transparenten, leitfähigen Material . Mittels der Stromblendenstruktur kann eine laterale Begrenzung eines elektrischen Stromflusses in dem Halbleiterkörper erzwungen werden .
Die laterale Richtung meint hier und im Folgenden eine Richtung quer, insbesondere senkrecht zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers . Als Stapelrichtung des Halbleiterkörpers ist die Richtung zu verstehen, in der die einzelnen Schichten und Bereiche des Halbleiterkörpers aufeinander auf gewachsen und/oder abgeschieden werden . Durch eine Begrenzung einer lateralen Erstreckung des Stromflusses in dem Halbleiterkörper durch die Stromblendenstruktur kann ein begrenzter lateraler Bereich des aktiven Bereichs elektrisch angeregt werden . Bevorzugt ist die Stromblendenstruktur derart ausgelegt , dass ein angeregter Bereich des aktiven Bereichs einen maximalen Überlapp mit einer im Betrieb in dem Halbleiterkörper erzeugten optischen Mode aufweist . So ergibt sich eine vorteilhaft besonders ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Halbleiterkörper als ein Kantenemitter ausgebildet , wobei eine Resonatorachse quer zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers ausgerichtet ist . Die Stapelrichtung verläuft quer zur lateralen Richtung und parallel zu einer vertikalen Richtung . Die Resonatorachse ist insbesondere parallel zu einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterkörpers ausgerichtet . Bevorzugt ist an den Enden der Resonatorachse j eweils eine zumindest teilweise reflektierende Seitenfläche des Halbleiterkörpers angeordnet . Eine im Betrieb in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung propagiert bevorzugt entlang der Resonatorachse , wodurch sich eine überwiegend stimulierte Emission von elektromagnetischer Strahlung einstellt . Eine der Seitenflächen des Halbleiterkörpers ist als eine Auskoppel fläche vorgesehen . Eine Hauptemissionsrichtung des Halbleiterkörpers ist bevorzugt quer zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers ausgerichtet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist die Stromblendenstruktur auf einer dem n-leitenden Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet . Die Stromblendenstruktur begrenzt eine laterale Erstreckung eines Stromes insbesondere in dem p- leitenden Bereich . Da der p-leitende Bereich verglichen mit dem n-leitenden Bereich eine geringere Ladungsträgerbeweglichkeit aufweist , ist eine laterale Begrenzung des Stromflusses in dem p-leitenden Bereich erleichtert . Beispielsweise ist die Stromblendenstruktur auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst der p-leitende Bereich einen Abstandsbereich und einen Dotierbereich .
Der Abstandsbereich ist insbesondere mit einem niedrig dotierten oder einem nominell undotierten Halbleitermaterial gebildet . In diesem Fall wird der Abstandsbereich hier und im Folgenden insbesondere als intrinsischer Abstandsbereich bezeichnet . Vorzugsweise besteht der Abstandsbereich aus einem nominell undotierten Halbleitermaterial . Mit anderen Worten : Es werden keine Dotieratome absichtlich in das Halbleitermaterial des Abstandsbereichs eingebracht . Der Abstandsbereich kann Verunreinigungsatome enthalten, die beispielsweise während des epitaktischen Wachstums des Abstandsbereichs unbeabsichtigt in den Abstandsbereich eingebracht werden . Diese Verunreinigungsatome können im Halbleitermaterial des Abstandsbereichs als Dotierstof fe wirken . Vorzugsweise ist die Konzentration der Verunreinigungsatome gering, so dass die Konzentration freier Ladungsträger in dem Abstandsbereich ohne eine angelegte elektrische Spannung beispielsweise 1017 pro cm3 nicht übersteigt . Der Abstandsbereich ist beispielsweise mit einem Halbleitermaterial gebildet , das Aluminium aufweist . Vorteilhaft kann eine mit Aluminium gebildete Halbleiterschicht eine besonders hohe Bandlücke aufweisen und so eine vorteilhaft niedrige optische Absorption zeigen .
Insbesondere erstreckt sich der Abstandsbereich ausgehend von dem aktiven Bereich bis zu dem Dotierbereich . Der Dotierbereich ist insbesondere für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers ausgelegt . Zum Beispiel kann ein Lötmetall in direktem Kontakt mit dem Dotierbereich stehen . Bevorzugt weist der Dotierbereich eine p-Dotierung auf . Insbesondere umfasst der Dotierbereich eine Elektronenblockierschicht . Die Elektronenblockierschicht erhöht insbesondere eine Einschlussdauer von Ladungsträgern in dem aktiven Bereich . Bevorzugt ist die Elektronenblockierschicht mit einem AlGaN gebildet , da eine relativ hohe Bandlücke für die Funktion der Elektronenblockierschicht vorteilhaft ist . Insbesondere erstreckt sich der Abstandsbereich ausgehend von dem aktiven Bereich bis zu der Elektronenblockierschicht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weist der Dotierbereich eine geringere vertikale Erstreckung als der Abstandsbereich auf . Eine geringe vertikale Erstreckung des Dotierbereichs relativ zu dem Abstandsbereich kann eine vorteilhaft besonders niedrige optische Absorption in dem Halbleiterlaserbauelement ergeben . Folglich kann sich eine Laserschwelle des Halbleiterlaserbauelements vorteilhaft nach unten verschieben und eine Steilheit vorteilhaft zunehmen . Zudem kann ein Spannungsabfall in dem p-leitenden Bereich stark verringert werden, da ein Serienwiderstand des p-leitenden Bereichs reduziert ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement
- einen Halbleiterkörper mit einem n-leitenden Bereich, einem p-leitenden Bereich und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich, und - einer Stromblendenstruktur mit einem I solationsbereich und einem Kontaktbereich, wobei
- der Halbleiterkörper als ein Kantenemitter ausgebildet ist , wobei eine Resonatorachse quer zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers ausgerichtet ist ,
- die Stromblendenstruktur auf einer dem n-leitenden Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet ist ,
- der p-leitende Bereich einen Abstandsbereich und einen Dotierbereich umfasst , und
- der Dotierbereich eine geringere vertikale Erstreckung als der Abstandsbereich aufweist .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : Hohe Ef fi zienz sowie geringe Operationsströme und -Spannungen sind entscheidende Vorteile von Halbleiterlaserbauelementen . Insbesondere sind diese Eigenschaften wünschenswert für miniaturisierte Geräte in mobilen Einsatzs zenarien wie beispielsweise in Virtual Reality- und Augmented Reality-Anwendungen . Gerade für letztere ist darüber hinaus eine sehr gute Strahlqualität vorteilhaft , wie sie beispielsweise Halbleiterlaserbauelemente mit einem Singlemodebetrieb bieten können .
Bei klassischen Singlemode-Halbleiterlaserbauelementen wird häufig ein Kompromiss zwischen einer guten Wellenführung zum Erreichen einer hohen Strahlqualität auf der einen und Ef fi zienz auf der anderen Seite gemacht . Dies schränkt die Freiheitsgrade bei der Optimierung stark ein und wirkt sich häufig in einer im Vergleich zu Hochleistungshalbleiterlaserbauelementen eher mäßigen
Ef fi zienz zugunsten einer hohen Strahlqualität aus . Herkömmliche Halbleiterlaserbauelemente weisen eine Führungsstruktur auf einer p-leitenden Seite eines Halbleiterkörpers auf , der meist eine optische Führung und eine elektrische Einschnürung eines Betriebsstromes bewirkt .
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterlaserbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, die optische und die elektrische Führung in getrennten Elementen zu realisieren . So wird eine Führungsstruktur auf einer n-leitenden Seite des Halbleiterkörpers realisiert . Zudem kann auf der der n- leitenden Seite gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers eine Stromblendenstruktur angeordnet sein, die insbesondere eine Einschnürung eines Betriebsstromes bewirkt . Für eine besonders hohe Ef fi zienz ist zudem ein Abstandsbereich in dem p-leitenden Bereich angeordnet . Ein derart ausgebildetes Halbleiterlaserbauelement kann eine hohe Ef fi zienz bei einer sehr guten Strahlqualität aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst der n-leitende Bereich eine optische Führungsstruktur, wobei die Führungsstruktur zum Führen einer in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse des Halbleiterkörpers eingerichtet ist . Die Führungsstruktur weist insbesondere einen höheren Brechungsindex auf als ein sie lateral umgebendes Material . Mittels der Führungsstruktur kann eine laterale Führung einer optischen Mode aufgrund der teilweisen Reflexion an den Grenz flächen der Führungsstruktur erzielt werden . Insbesondere definiert die Führungsstruktur eine Ausrichtung der Resonatorachse des Halbleiterkörpers .
Die Resonatorachse ist bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Führungsstruktur ausgerichtet . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weist die Führungsstruktur gegenüber dem n-leitenden Bereich eine geringere laterale Erstreckung auf . Eine lateral begrenzte Erstreckung der Führungsstruktur begrenzt insbesondere auch eine laterale Erstreckung der in dem Halbleiterkörper propagierenden optischen Mode . Vorteilhaft kann so eine besonders ef fi ziente Erzeugung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung erfolgen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst der p-leitende Bereich eine optische Führungsstruktur, wobei die Führungsstruktur zum Führen einer in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse des Halbleiterkörpers eingerichtet ist . Die Führungsstruktur weist insbesondere einen höheren Brechungsindex auf als ein sie lateral umgebendes Material . Mittels der Führungsstruktur kann eine laterale Führung einer optischen Mode aufgrund der teilweisen Reflexion an den Grenz flächen der Führungsstruktur erzielt werden . Insbesondere definiert die Führungsstruktur eine Ausrichtung der Resonatorachse des Halbleiterkörpers . Die Resonatorachse ist bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Führungsstruktur ausgerichtet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weist die Führungsstruktur gegenüber dem p-leitenden Bereich eine geringere laterale Erstreckung auf . Eine lateral begrenzte Erstreckung der Führungsstruktur begrenzt insbesondere auch eine laterale Erstreckung der in dem Halbleiterkörper propagierenden optischen Mode . Vorteilhaft kann so eine besonders ef fi ziente Erzeugung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung erfolgen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst die optische Führungsstruktur eine Mehrzahl von optischen Führungselementen . Beispielsweise umfasst die Führungsstruktur mehrere übereinander angeordnete Führungselemente , die eine laterale Modenführung bewirken . Vorteilhaft kann so die Führungsstruktur besonders gut auf eine gewünschte Modenform angepasst werden . Beispielsweise ist die Führungsstruktur derart ausgebildet , dass nur ein Anschwingen einer Grundmode erfolgt und höhere Moden zumindest teilweise unterdrückt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weisen die optischen Führungselemente unterschiedliche laterale und/oder vertikale Erstreckungen auf . Durch verschiedene laterale und vertikale Abmessungen der Führungselemente kann eine besonders gezielte Führung einer gewünschten Modenform erzielt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist die Führungsstruktur mit einem der folgenden Materialien gebildet : InGaN, Al InN, hoch dotiertes GaN .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Halbleiterkörper mit einem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial , gebildet . Ein I I I /V- Verbindungs-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe , wie beispielsweise B, Al , Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe , wie beispielsweise N, P, As , auf . Insbesondere umfasst der
Begri f f " I I I /V-Verbindungs-Halbleitermaterial" die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter . Eine solche binäre , ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen .
"Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich und/oder ein Aufwachssubstratwafer, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlnGamIni-n-mN aufweist oder aus diesem besteht , wobei
0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al , Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe
Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist die Stromblendenstruktur innerhalb des p-leitenden Bereichs angeordnet . Beispielsweise ist die Stromblendenstruktur in dem Dotierbereich ausgebildet . Mit anderen Worten, die Stromblendenstruktur ist auf einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite und auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite zumindest teilweise von dem Material des Dotierbereichs bedeckt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist die Stromblendenstruktur innerhalb des Abstandsbereichs angeordnet . Mit anderen Worten, die Stromblendenstruktur ist auf einer dem aktiven Bereich zugewandten Seite und auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite zumindest teilweise von dem Material des Abstandsbereichs bedeckt . Vorteilhaft rückt die Stromblendenstruktur so näher an den aktiven Bereich heran, wodurch sich eine Stromeinschnürung leichter erreichen lässt . Ferner ist eine nahe Anordnung an dem aktiven Bereich auch vorteilhaft , um eine Führungsstruktur mittels der Stromblendenstruktur aus zubilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist die Stromblendenstruktur als eine optische Führungsstruktur ausgebildet . Bevorzugt ist der Kontaktbereich mit einem Material gebildet , das für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung einen höheren optischen Brechungsindex aufweist als der I solationsbereich . So ergibt sich eine zumindest teilweise Reflexion von elektromagnetischer Strahlung an der Grenz fläche zwischen dem Kontaktbereich und dem I solationsbereich . Insbesondere ist eine vertikale Erstreckung der Stromblendenstruktur derart gewählt , dass eine optische Führung einer optischen Mode erzielt wird . Beispielsweise weist die Stromblendenstruktur eine vertikale Erstreckung von mindestens 0 , 1 nm, bevorzugt von mindestens 10 nm und besonders bevorzugt von mindestens 100 nm auf . Bevorzugt ist die Stromblendenstruktur in dem p-leitenden Bereich, besonders bevorzugt in dem Abstandsbereich angeordnet , um eine Führungsstruktur mittels der Stromblendenstruktur aus zubilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements entspricht eine vertikale Erstreckung des Dotierbereichs höchstens einem Drittel , bevorzugt höchstens einem Fünftel , besonders bevorzugt höchstens einem Achtel der vertikalen Erstreckung des Abstandsbereichs . Eine möglichst geringe vertikale Erstreckung des Dotierbereichs relativ zu dem Abstandsbereich kann eine vorteilhaft besonders niedrige optische Absorption in dem Halbleiterlaserbauelement ergeben .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements weicht eine laterale Erstreckung des Kontaktbereichs von einer lateralen Erstreckung der Führungsstruktur ab . Beispielsweise ist die laterale Erstreckung des Kontaktbereichs derart gewählt , dass eine optische Grundmode besonders gut angeregt wird . Die unabhängige Auswahl der lateralen Erstreckungen des Kontaktbereichs und der Führungsstruktur ermöglicht eine vorteilhaft große Designfreiheit .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst die Stromblendenstruktur eine Mehrzahl von Kontaktbereichen und I solationsbereichen . Durch eine derartige Strukturierung kann eine Stromverteilung in dem Halbleiterkörper gezielt beeinflusst werden . Beispielsweise können Kontaktbereich und I solationsbereich derart angeordnet sein, dass eine gewünschte optische Mode gezielt angeregt wird . Auch asymmetrische Anordnungen sind denkbar, in denen eine laterale Ausrichtung des Kontaktbereichs relativ zu der Führungsstruktur asymmetrisch ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Kontaktbereich mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet . Beispielsweise ist der Kontaktbereich mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Das Material des Kontaktbereichs hat insbesondere einen Einfluss auf eine vertikale Verteilung einer optischen Intensität der in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung . Bevorzugt sind das Material und eine vertikale Erstreckung des Kontaktbereichs derart gewählt , dass sich ein besonders großer Überlapp der optischen Intensität mit einem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs ergibt . So ist eine vorteilhaft ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung möglich .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der n-leitende Bereich über eine Anschlussschicht elektrisch kontaktiert , die mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet ist . Beispielsweise ist die Anschlussschicht mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Das Material der Anschlussschicht hat insbesondere einen Einfluss auf eine vertikale Verteilung einer optischen Intensität der in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung . Bevorzugt sind das Material und eine vertikale Erstreckung der Anschlussschicht derart gewählt , dass sich ein besonders großer Überlapp der optischen Intensität mit einem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs ergibt . So ist eine vorteilhaft ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung möglich . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst der n-leitende Bereich eine Ätzstoppschicht . Insbesondere ist die Ätzstoppschicht mit einem Material gebildet , der gegenüber dem Material des n-leitenden Bereichs einfach selektiv ätzbar ist . Beispielsweise ist die Ätzstoppschicht vollständig oder zumindest teilweise unempfindlich gegenüber einem Ätzverfahren, das zur Ätzung des n-leitenden Bereichs eingesetzt werden kann . Mittels der Ätzstoppschicht kann eine vorteilhaft besonders genaue Kontrolle einer Ätzung in dem n- leitenden Bereich erfolgen . Beispielsweise kann so eine vertikale Erstreckung einer Führungsstruktur in dem n- leitenden Bereich besonders genau eingestellt werden . Dies ist vorteilhaft , um beispielsweise ein Singlemode- Halbleiterlaserbauelement herzustellen, in dem im Wesentlichen nur eine Grundmode der in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung anschwingt und verstärkt wird . Beispielsweise ist die Ätzstoppschicht mit einem Halbleitermaterial gebildet , das Aluminium enthält . Insbesondere ist die Ätzstoppschicht mit einem Material gemäß einer der folgenden Summenformeln gebildet : AlxGai-xN oder Alylni-yN gebildet , wobei 0 , 01 < x < 0 , 4 , bevorzugt 0 , 05 < x < 0 , 2 und 0 , 7 < y < 0 , 95 , bevorzugt 0 , 8 < y < 0 , 84 .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist dem n-leitenden Bereich auf einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite ein Träger nachgeordnet . Beispielsweise ist der Träger schlecht elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend . Mit anderen Worten, dem n-leitenden Bereich kann ein elektrisch schlecht leitfähiger oder insbesondere isolierender Träger nachgeordnet sein . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der Abstandsbereich mit AlGaN gebildet . Mit anderen Worten, der Abstandsbereich enthält Aluminium . Insbesondere weist der Abstandsbereich folgende Summenformel auf : AlxInyGai-x-yN, wobei 0 < x < 0 , 15 , bevorzugt 0 , 01 < x < 0 , 1 , besonders bevorzugt 0 , 03 < x < 0 , 08 und 0 < y < 0 , 01 , bevorzugt 0 < y < 0 , 05 gilt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist eine mittlere n-
Dotierstof f konzentration in dem Abstandsbereich geringer als 1020 cur3, bevorzugt geringer als 1019 cur3, besonders bevorzugt geringer als 1018 cnr3 . Als eine mittlere Dotierstof fkonzentration gilt hier und im Folgenden eine Dotierstof fkonzentration gemittelt über den gesamten Abstandsbereich hinweg . Eine geringe n- Dotierstof f konzentration ermöglicht eine vorteilhaft besonders geringe optische Absorption in dem Abstandsbereich .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist eine mittlere p- Dotierstof f konzentration in dem Abstandsbereich geringer als 1019 cur3, bevorzugt geringer als 1018 cur3, besonders bevorzugt geringer als 1017 cnr3. Eine geringe p- Dotierstof f konzentration ermöglicht eine vorteilhaft besonders geringe optische Absorption in dem Abstandsbereich .
Beispielsweise ist der erste Abstandsbereich mit p- Dotierstof f en und n-Dotierstof f en zugleich dotiert und eine addierte Dotierstof fkonzentration ist geringer als 1019 cnr3, bevorzugt geringer als 1018 cnr3, besonders bevorzugt geringer als 1017 cm 3. Insbesondere weist der Abstandsbereich eine mittlere Dotierstof fkonzentration auf , die geringer als 1017 cm-3 ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der I solationsbereich mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet . Beispielsweise ist der I solationsbereich mit einem Nitrid, einem Oxid oder einem Oxinitrid gebildet . Diese Materialien sind besonders einfach herstellbar und weisen eine vorteilhaft geringe elektrische Leitfähigkeit auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ist der I solationsbereich durch einen Defektbereich an einer Grenz fläche zu dem Dotierbereich gebildet . Insbesondere ist der Defektbereich dadurch ausgebildet , dass ein Teil des Dotierbereichs ganz oder teilweise entfernt ist , beispielsweise durch einen Ätzprozess . Alternativ kann der Defektbereich dadurch ausgebildet sein, dass die Grenz fläche zu dem Dotierbereich beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses oder eines Sputterprozesses derart geschädigt ist , dass eine elektrische Leitfähigkeit lokal vermindert ist .
Es wird weiter ein optoelektronisches Modul angegeben . Das optoelektronische Modul umfasst zumindest ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement . Das heißt , sämtliche im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement of fenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Modul of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen
Moduls umfasst das optoelektronische Modul eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelementen . Bevorzugt umfasst das optoelektronische Modul mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens acht hier beschriebene Halbleiterlaserbauelemente . Dabei sind auch Kombinationen von Halbleiterlaserbauelementen gemäß unterschiedlichen hier beschriebenen Aus führungsbeispielen denkbar . Insbesondere unterscheiden sich die Halbleiterlaserbauelemente eines optoelektronischen Moduls in ihrer Hauptemissionswellenlänge . Alternativ können alle Halbleiterbauelemente eines optoelektronischen Moduls eine identische Hauptemissionswellenlänge aufweisen . Als Hauptemissionswellenlänge gilt hier und im Folgenden eine Wellenlänge einer von einem Halbleiterlaserbauelement in bestimmungsgemäß em Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung, bei der ein Intensitätsspektrum der emittierten Strahlung ein globales Maximum aufweist .
Beispielsweise unterscheiden sich die Hauptemissionswellenlängen von allen Halbleiterlaserbauelementen eines optoelektronischen Moduls um mindestens 2 nm, bevorzugt um mindestens 5 nm voneinander . Wenn mehrere Emissionsspektren mit unterschiedlichen Hauptemissionswellenlängen miteinander überlagert werden, ergibt sich ein verbreitertes Gesamtemissionsspektrum . Insbesondere ergibt sich so ein quasikontinuierliches verbreitertes Emissionsspektrum des optoelektronischen Moduls . Vorteilhaft ergibt ein Emissionsspektrum mit einer größeren spektralen Bandbreite weniger störende Interferenzef fekte . Beispielsweise weist das optoelektronische Modul ein um mindestens 10 nm breiteres
Emissionsspektrum gegenüber einem einzelnen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement auf . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls sind die p-leitenden Bereiche aller optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente mit einem gemeinsamen elektrischen Kontakt verbunden, und die n-leitenden Bereiche sind j eweils getrennt voneinander ansteuerbar . Mit anderen Worten verbindet die erste Elektrode die p-leitenden Bereiche aller Halbleiterlaserbauelemente miteinander, während die zweiten Elektroden j eweils elektrisch separat ansteuerbar sind . Vorteilhaft liegen die p-leitenden Bereiche aller Halbleiterlaserbauelemente eines optoelektronischen Moduls auf dem gleichen elektrischen Potential . Eine elektrische Ansteuerung der Halbleiterlaserbauelemente ist dadurch vorteilhaft erleichtert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Moduls umfasst das Modul einen Low-Side-Treiber . Als Low- Side-Treiber gilt hier und im Folgenden ein elektronisches Bauelement , das zum elektrischen Betrieb von zumindest einem optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement eingerichtet ist und auf NMOS-Transistorschaltungen basiert . Mit NMOS- Transistoren aufgebaute Treiberelemente weisen eine vorteilhaft besonders hohe Ef fi zienz auf .
Es werden weiter Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements angegeben . Das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement kann insbesondere mittels einem der hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden . Das heißt , sämtliche im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterlaserbauelement of fenbarten Merkmale sind auch für die Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements of fenbart und umgekehrt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einem n-leitenden Bereich, einem p- leitenden Bereich und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich auf einem Aufwachssubstrat , wobei der n-leitende Bereich zumindest eine Opferschicht aufweist . Beispielsweise werden die Bereiche und Schichten des Halbleiterkörpers in einem epitaktischen Aufwachsprozess auf dem Aufwachssubstrat abgeschieden . Die Opferschicht zeichnet sich insbesondere dadurch aus , dass sie in einem späteren Verfahrensschritt ganz oder zumindest teilweise aus dem Halbleiterkörper entfernt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein zumindest teilweises Entfernen oder Umwandeln der Opferschicht derart , dass eine optische Führungsstruktur ausgebildet wird . Durch ein zumindest teilweises Entfernen der Opferschicht kann an Grenz flächen der Opferschicht zu einem umgebenden Material , beispielsweise Luft , ein Brechungsindexsprung erzeugt werden . Vorteilhaft kann der Brechungsindexsprung als eine optische Führungsstruktur genutzt werden . Mittels der Opferschicht kann eine besonders präzise Führungsstruktur hergestellt werden . Eine vertikale Erstreckung der Führungsstruktur ist damit besonders genau einstellbar . Folglich ergibt sich eine sehr reproduzierbare Fernfeldbreite .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einem n-leitenden Bereich, einem p-leitenden Bereich und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich auf einem Aufwachssubstrat , wobei der n-leitende Bereich zumindest eine Opferschicht aufweist , und
- zumindest teilweises Entfernen oder Umwandeln der Opferschicht derart , dass eine optische Führungsstruktur ausgebildet wird .
Insbesondere werden die Verfahrensschritte in der hier angegebenen Reihenfolge ausgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements wird in einem Teilbereich der Opferschicht ein Porenbereich ausgebildet . Beispielsweise werden Nanoporen in den Teilbereich der Opferschicht eingebracht . Der Begri f f Nanoporen bezieht sich im Allgemeinen auf Medien mit Porengrößen von 100 nm oder weniger . Je nach der charakteristischen Länge d der Poren werden nanoporöse Medien weiter in die Klassen mikroporös d < 2 nm, mesoporös 2 nm < d < 50 nm und makroporös d > 50 nm eingeteilt . Insbesondere umfasst der Porenbereich eine Viel zahl von Poren mit einer Länge zwischen 2 nm und 50 nm .
Ein poröses Medium ist eine besondere Art von Material , bei dem Hohlräume in einem festen Medium entstehen . Die Einführung von Poren in einen Festkörper kann dessen physikalische Eigenschaften tiefgrei fend beeinflussen . Insbesondere weist der Porenbereich der Opferschicht einen geringeren Brechungsindex auf als das unveränderte Material der Opferschicht . Vorteilhaft ergibt sich so ein Brechungsindexsprung an der Grenz fläche zwischen der Opferschicht und dem Porenbereich . Bevorzugt wird der Porenbereich derart ausgebildet , dass eine optische Führungsstruktur in dem n-leitenden Bereich entsteht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements wird in einem Teilbereich der Opferschicht ein Oxidbereich ausgebildet . Beispielsweise erfolgt die Oxidation des Teilbereichs der Opferschicht in einer sauerstof fhaltigen Atmosphäre bei Temperaturen von mehr als 800 ° C . Insbesondere weist der Oxidbereich einen geringeren Brechungsindex auf als das unveränderte Material der Opferschicht . Vorteilhaft ergibt sich so ein Brechungsindexsprung an der Grenz fläche zwischen der Opferschicht und dem Oxidbereich . Bevorzugt wird der Oxidbereich derart ausgebildet , dass eine optische Führungsstruktur in dem n-leitenden Bereich entsteht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements wird eine Mehrzahl von Opferschichten derart zumindest teilweise entfernt oder umgewandelt , dass eine optische Führungsstruktur ausgebildet wird . Durch eine Mehrzahl von Opferschichten ergibt sich vorteilhaft eine größere Designfreiheit in der Herstellung der Führungsstruktur . Die einzelnen Opferschichten werden in einem gemeinsamen Verfahrensschritt oder alternativ einzeln in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten entfernt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements wird die Opferschicht zur Entfernung des Aufwachssubstrates vollständig entfernt . Vorteilhaft ergibt sich so eine besonders schonende Entfernung des Aufwachssubstrates , was eine Wiederverwendbarkeit des Aufwachssubstrates ermöglichen kann . Die Entfernung der Opferschicht erfolgt beispielsweise mittels einem der folgenden Verfahren : selektives Ätzen, elektrochemisches Ätzen, photoelektrochemisches Ätzen, thermische Oxidation oder polarisationsunterstütztes elektrochemisches Ätzen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Bereitstellen eines n- leitenden Bereichs und einer Wachstumsmaske mit einer Öf fnung auf dem n-leitenden Bereich . Die Wachstumsmaske ist bevorzugt mit einem dielektrischen Material gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein zumindest teilweises Überwachsen der Wachstumsmaske mit Material des n-leitenden Bereichs durch die Öf fnung der Wachstumsmaske . Das Wachstum des Materials des n-leitenden Bereichs beginnt selektiv in der Öf fnung der Wachstumsmaske und verläuft lateral über die Wachstumsmaske .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Aufbringen eines zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereichs und eines p-leitenden Bereichs auf dem n- leitenden Bereich . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Ausbilden einer optischen Führungsstruktur in dem Bereich der Öf fnung der Wachstumsmaske , wobei das Material der Wachstumsmaske einen niedrigeren Brechungsindex für eine in dem aktiven Bereich im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung als das Material des n-leitenden Bereichs aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :
- Bereitstellen eines n-leitenden Bereichs und einer Wachstumsmaske mit einer Öf fnung auf dem n-leitenden Bereich,
- zumindest teilweises Überwachsen der Wachstumsmaske mit Material des n-leitenden Bereichs durch die Öf fnung der Wachstumsmaske ,
- Aufbringen eines zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereichs und eines p- leitenden Bereichs auf dem n-leitenden Bereich, und
- Ausbilden einer optischen Führungsstruktur in dem Bereich der Öf fnung der Wachstumsmaske , wobei das Material der Wachstumsmaske einen niedrigeren Brechungsindex als das Material des n-leitenden Bereichs aufweist .
Insbesondere werden die Verfahrensschritte in der hier angegebenen Reihenfolge ausgeführt .
Beispielsweise wird der n-leitende Bereich in einem Epitaxial Lateral Overgrowth Verfahren, kurz ELOG-Verf ahren, hergestellt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Aufwachsen eines Halbleiterkörpers aufweisend in einer Stapelrichtung einen n- leitenden Bereich, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einen p-leitenden Bereich auf einem Aufwachssubstrat . Das Aufwachsen erfolgt bevorzugt in einem epitaktischen Aufwachsverfahren .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Anordnen eines Trägers auf der dem n-leitenden Bereich abgewandten Seite des Halbleiterkörpers . Der Träger dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers . Bevorzugt ist der Träger mechanisch selbsttragend ausgebildet . Beispielsweise weist der Träger eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit auf , um auch als Wärmesenke für den Halbleiterkörper zu dienen . Bevorzugt weist der Träger zumindest eines der folgenden Materialien auf : GaN, AIN, Ge , Si , Saphir .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Ablösen des Aufwachssubstrates von dem Halbleiterkörper . Das Ablösen des Aufwachssubstrates erfolgt beispielsweise mittels trockenchemischem Ätzen, elektrochemischem Ätzen, photoelektrochemischem Ätzen, Schlei fen, Laserli ftof f oder durch eine vollständige Entfernung einer Opferschicht zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Halbleiterkörper . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements erfolgt ein Strukturieren des n- leitenden Bereichs derart , dass eine optische Führungsstruktur ausgebildet wird . Der n-leitende Bereich wird beispielsweise mit herkömmlichen Ätzverfahren strukturiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :
- Aufwachsen eines Halbleiterkörpers aufweisend in einer Stapelrichtung einen n-leitenden Bereich, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einen p-leitenden Bereich auf einem
Auf wachs subs trat ,
- Anordnen eines Trägers auf der dem n-leitenden Bereich abgewandten Seite des Halbleiterkörpers ,
- Ablösen des Aufwachssubstrates von dem Halbleiterkörper, und
- Strukturieren des n-leitenden Bereichs derart , dass eine optische Führungsstruktur ausgebildet wird .
Insbesondere werden die Verfahrensschritte in der hier angegebenen Reihenfolge ausgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements wird vor dem Ablösen des Aufwachssubstrates eine Stromblendenstruktur auf dem p- leitenden Bereich aufgebracht . Die hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements können ferner auch simultan an einer Mehrzahl von Bauelementen in einem Waferverbund ausgeführt werden . Folglich sind alle hier beschriebenen Verfahren auch für eine parallele Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen geeignet .
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Lichtquelle in kompakten tragbaren Geräten, beispielsweise für Virtual-Reality- und Augmented-Reality- Anwendungen, Proj ektionsanwendungen, in Automotive-Anwendung, beispielsweise als Scheinwerfer oder in einem Head-Up-Display oder als Hochleistungslichtquelle in Beleuchtungen oder der Materialbearbeitung .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figuren 2A bis 2D schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel in verschiedenen Stadien eines
Verfahrens zu seiner Herstellung,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,
Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel ,
Figur 8 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel , Figur 9 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem achten Aus führungsbeispiel ,
Figur 10 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel ,
Figuren 11A bis 11C schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel in verschiedenen Stadien eines Verfahrens zu seiner Herstellung,
Figur 12 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel ,
Figur 13 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem zwöl ften Aus führungsbeispiel ,
Figur 14 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 13 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 15 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 14 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 16 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 15 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 17 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 16 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 18 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 17 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 19 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 18 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 20 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 19 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 21 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 20 . Aus führungsbeispiel , Figur 22 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 21 . Aus führungsbeispiel ,
Figur 23 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem 22 . Aus führungsbeispiel ,
Figuren 24A und 24B eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 25 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,
Figur 26 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,
Figur 27 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,
Figur 28 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel , Figur 29 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel ,
Figur 30 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel ,
Figur 31 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem achten Aus führungsbeispiel ,
Figuren 32A bis 32C schematische Schnittansichten sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel und
Figuren 33A bis 33C schematische Schnittansichten sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls gemäß einem zwöl ften Aus führungsbeispiel .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem n-leitenden Bereich 101 , einem p-leitenden Bereich 102 und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 103 . Der aktive Bereich 103 ist zwischen dem n-leitenden Bereich 101 und dem p-leitenden Bereich 102 angeordnet . Der Halbleiterkörper 10 umfasst insbesondere eine monolithisch gewachsene Haiblei ter schichtenfolge .
Der p-leitende Bereich 102 umfasst mindestens eine Halbleiterschicht , die p-dotiert ist , und der n-leitende Bereich 102 umfasst mindestens eine Halbleiterschicht , die n- dotiert ist . Hier und im Folgenden bezieht sich "p-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen, die als Elektronenakzeptoren wirken, während sich "n-dotiert" auf Halbleitermaterialien mit Dotieratomen bezieht , die als Elektronendonatoren wirken .
Der aktive Bereich 103 kann eine Doppel-Heterostruktur, eine Einzel-Quantentopfstruktur, eine Multi-Quantentopfstruktur oder eine Quantenpunktstruktur umfassen . Eine Multi- Quantentopfstruktur umfasst eine Viel zahl von Quantentopfschichten, die durch Barriereschichten getrennt sind . Die Barriereschichten weisen vorzugsweise eine größere Bandlücke auf als die Quantentopfschichten . Die Anordnung von Quantentopfschichten und Barriereschichten führt zu einem Einschluss elektrischer Ladungen in den Quantentopfschichten, wodurch diskrete Energiewerte für die eingeschlossenen elektrischen Ladungen entstehen . Vorzugsweise besteht die Multi-Quantentopfstruktur aus mindestens zwei und höchstens fünf Quantentopfschichten . Der aktive Bereich 103 ist so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen Infrarotlicht und ultraviolettem Licht emittiert . Vorzugsweise ist der aktive Bereich 103 so konfiguriert , dass er elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen grünem Licht und ultraviolettem Licht emittiert .
Weiter umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 eine Stromblendenstruktur 200 mit einem I solationsbereich 2001 und einem Kontaktbereich 2002 . Der I solationsbereich 2001 ist insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Material , beispielsweise einem Nitrid, Oxid oder Oxinitrid, gebildet . Der Kontaktbereich 2002 ist bevorzugt mit einem elektrisch gut leitfähigen Material gebildet , beispielsweise einem Metall oder einem transparenten, leitfähigen Material . Mittels der Stromblendenstruktur 200 kann eine laterale Begrenzung eines elektrischen Stromflusses in dem Halbleiterkörper 10 erzwungen werden . Die Stromblendenstruktur 200 ist auf einer dem n-leitenden Bereich 101 abgewandten Seite des aktiven Bereichs 103 angeordnet . Die Stromblendenstruktur 200 begrenzt eine laterale Erstreckung eines Stromes insbesondere in dem p-leitenden Bereich 102 . Da der p-leitende Bereich 102 verglichen mit dem n-leitenden Bereich 101 eine geringere Ladungsträgerbeweglichkeit aufweist , ist eine laterale Begrenzung des Stromflusses in dem p-leitenden Bereich 102 erleichtert . Die Stromblendenstruktur 200 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des p-leitenden Bereichs 102 angeordnet .
Auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der Stromblendenstruktur 200 ist eine erste Elektrode 31 angeordnet . Weiter ist auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des n-leitenden Bereichs 101 eine zweite Elektrode 32 angeordnet . Die erste Elektrode 31 und die zweite Elektrode 32 sind mit einem Metall gebildet . Mittels der ersten und zweiten Elektrode 31 , 32 erfolgt im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 eine Inj ektion von elektrischen Ladungsträgern in den Halbleiterkörper 10 . Die erste Elektrode 31 kontaktiert den p-leitenden Bereich 102 elektrisch . Die zweite Elektrode 32 kontaktiert den n-leitenden Bereich 101 elektrisch .
Die laterale Richtung X meint hier und im Folgenden eine Richtung quer, insbesondere senkrecht zu einer vertikalen Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 . Als vertikale Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 ist die Richtung zu verstehen, in der die einzelnen Schichten und Bereiche des Halbleiterkörpers 10 aufeinander aufgewachsen und/oder abgeschieden werden . Durch eine Begrenzung einer lateralen Erstreckung des Stromflusses in dem Halbleiterkörper 10 durch die Stromblendenstruktur 200 kann ein begrenzter lateraler Bereich des aktiven Bereichs 103 elektrisch angeregt werden . Bevorzugt ist die Stromblendenstruktur 200 derart ausgelegt , dass ein angeregter Bereich des aktiven Bereichs 103 einen maximalen Überlapp mit einer im Betrieb in dem Halbleiterkörper 10 erzeugten optischen Mode aufweist . So ergibt sich eine vorteilhaft besonders ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung .
Der Halbleiterkörper 10 ist als ein Kantenemitter ausgebildet , wobei eine Resonatorachse R quer zur vertikalen Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 ausgerichtet ist . Die vertikale Stapelrichtung verläuft quer zur lateralen Richtung X und parallel zu einer vertikalen Richtung Y . Die Resonatorachse R ist insbesondere parallel zu einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterkörpers 10 ausgerichtet . Bevorzugt ist an den Enden der Resonatorachse R j eweils eine zumindest teilweise reflektierende Seitenfläche des Halbleiterkörpers 10 angeordnet . Eine im Betrieb in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung propagiert bevorzugt entlang der Resonatorachse R, wodurch sich eine überwiegend stimulierte Emission von elektromagnetischer Strahlung einstellt . Eine der Seitenflächen des Halbleiterkörpers 10 ist als eine Auskoppel fläche vorgesehen . Eine Hauptemissionsrichtung des Halbleiterkörpers 10 ist bevorzugt quer zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers 10 ausgerichtet .
Der p-leitende Bereich 102 umfasst einen Abstandsbereich 1021 , 1023 und einen Dotierbereich 1022 . Vorzugsweise besteht der Abstandsbereich 1021 , 1023 aus einem ungewollt dotierten Halbleitermaterial . Der Abstandsbereich 1021 ist folglich als intrinsischer Abstandsbereich 1023 ausgeführt . Mit anderen Worten : Es werden keine Dotieratome absichtlich in das Halbleitermaterial des Abstandsbereichs 1021 , 1023 eingebracht . Der Abstandsbereich 1021 , 1023 kann Verunreinigungsatome enthalten, die beispielsweise während des epitaktischen Wachstums des Abstandsbereichs 1021 , 1023 unbeabsichtigt in den Abstandsbereich 1021 , 1023 eingebracht werden . Diese Verunreinigungsatome können im Halbleitermaterial des Abstandsbereichs 1021 , 1023 als Dotierstof fe wirken . Vorzugsweise ist die Konzentration der Verunreinigungsatome gering, so dass die Konzentration freier Ladungsträger in dem unbeabsichtigt dotierten Halbleitermaterial ohne eine angelegte elektrische Spannung beispielsweise 1017 pro cm3 nicht übersteigt . Der Abstandsbereich 1021 , 1023 ist beispielsweise mit einem Halbleitermaterial gebildet , das Aluminium aufweist . Vorteilhaft kann eine mit Aluminium gebildete Halbleiterschicht eine besonders hohe Bandlücke aufweisen und so eine vorteilhaft niedrige optische Absorption zeigen .
Der Dotierbereich 1022 weist eine p-Dotierung auf und ist insbesondere für eine externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 10 ausgelegt . Zum Beispiel kann ein Lötmetall in direktem Kontakt mit dem Dotierbereich 1022 stehen .
Ferner weist der Dotierbereich 1022 eine geringere vertikale Erstreckung als der Abstandsbereich 1021 , 1023 auf . Eine geringe vertikale Erstreckung des Dotierbereichs 1022 relativ zu dem Abstandsbereich 1021 , 1023 kann eine vorteilhaft besonders niedrige optische Absorption in dem Halbleiterlaserbauelement 1 ergeben .
Der n-leitende Bereich 101 umfasst eine optische Führungsstruktur 300 , wobei die Führungsstruktur 300 zum Führen einer in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse R des Halbleiterkörpers 10 eingerichtet ist . Die Führungsstruktur 300 weist insbesondere einen höheren Brechungsindex auf als ein sie lateral umgebendes Material . Mittels der Führungsstruktur 300 kann eine laterale Führung einer optischen Mode aufgrund der teilweisen Reflexion an den Grenz flächen der Führungsstruktur 300 erzielt werden . Insbesondere definiert die Führungsstruktur 300 eine Ausrichtung der Resonatorachse R des Halbleiterkörpers 10 . Die Resonatorachse R ist bevorzugt parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Führungsstruktur 300 ausgerichtet . Die Führungsstruktur 300 weist gegenüber dem n- leitenden Bereich 101 eine geringere laterale Erstreckung auf . Eine lateral begrenzte Erstreckung der Führungsstruktur 300 begrenzt insbesondere auch eine laterale Erstreckung der in dem Halbleiterkörper 10 propagierenden optischen Mode . Vorteilhaft kann so eine besonders ef fi ziente Erzeugung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung erfolgen . Seitenflächen und Deckflächen des n-leitenden Bereichs 101 sind mit einer Passivierung 40 versehen . Die Passivierung 40 schützt den n-leitenden Bereich 101 vor äußeren Umwelteinflüssen .
Figuren 2A bis 2D zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel in verschiedenen Stadien eines Verfahrens zu seiner Herstellung .
Die Figur 2A zeigt einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Aufwachsen eines Halbleiterkörpers 10 , aufweisend in einer Stapelrichtung einen n-leitenden Bereich 101 , einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 103 und einen p-leitenden Bereich 102 auf einem Aufwachssubstrat 50 . Das Aufwachsen erfolgt bevorzugt in einem epitaktischen Aufwachsverfahren . Das Aufwachssubstrat 50 ist beispielsweise mit GaN gebildet .
Die Figur 2B zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Anordnen einer Stromblendenstruktur 200 auf dem p-leitenden Bereich 102 . Die Stromblendenstruktur 200 umfasst einen I solationsbereich 2001 und einen Kontaktbereich 2002 . Auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite der Stromblendenstruktur 200 wird anschließend eine erste Elektrode 31 auf der Stromblendenstruktur 200 angeordnet .
Die Figur 2C zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Anordnen eines Trägers 60 auf der dem n-leitenden Bereich 101 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 . Der Träger 60 dient insbesondere der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers 10 . Bevorzugt ist der Träger 60 mechanisch selbsttragend ausgebildet . Beispielsweise weist der Träger 60 eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit auf , um auch als Wärmesenke für den Halbleiterkörper 10 zu dienen . Bevorzugt weist der Träger 60 zumindest eines der folgenden Materialien auf : GaN, AIN, Ge , Si , Saphir .
Zudem erfolgt ein Ablösen des Aufwachssubstrates 50 von dem Halbleiterkörper 10 . Das Ablösen des Aufwachssubstrates 50 erfolgt beispielsweise mittels trockenchemischem Ätzen, elektrochemischem Ätzen, photoelektrochemischem Ätzen, Schlei fen, Laserli ftof f oder durch eine vollständige Entfernung einer Opferschicht 1011 zwischen dem Aufwachssubstrat 50 und dem Halbleiterkörper 10 .
Die Figur 2D zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Strukturieren des n-leitenden Bereichs 101 derart , dass eine optische Führungsstruktur 300 ausgebildet wird . Der n-leitende Bereich 101 wird beispielsweise mit herkömmlichen Ätzverfahren strukturiert und teilweise entfernt . Anschließend werden Seitenflächen und Deckflächen des n-leitenden Bereichs 101 mit einer Passivierung 40 versehen. Die Passivierung 40 schützt den n-leitenden Bereich 101 vor äußeren Umwelteinflüssen.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich umfasst das zweite Ausführungsbeispiel eine Ätzstoppschicht 1010. Die Ätzstoppschicht 1010 ist in dem n-leitenden Bereich 101 ausgebildet. Insbesondere ist die Ätzstoppschicht 1010 mit einem Material gebildet, der gegenüber dem Material des n-leitenden Bereichs 101 einfach selektiv ätzbar ist. Beispielsweise ist die Ätzstoppschicht 1010 vollständig oder zumindest teilweise unempfindlich gegenüber einem Ätzverfahren, das zur Ätzung des n-leitenden Bereichs 101 eingesetzt werden kann. Mittels der Ätzstoppschicht 1010 kann eine vorteilhaft besonders genaue Kontrolle einer Ätzung in dem n-leitenden Bereich 101 erfolgen. Beispielsweise kann so eine vertikale Erstreckung einer Führungsstruktur 300 in dem n-leitenden Bereich 101 besonders genau eingestellt werden. Beispielsweise ist die Ätzstoppschicht 1010 mit einem Halbleitermaterial gebildet, das Aluminium enthält. Insbesondere ist die Ätzstoppschicht 1010 mit einem Material gemäß einer der folgenden Summenformeln gebildet: AlxGai-xN oder Alylni-yN gebildet, wobei 0,01 < x < 0,4, bevorzugt 0,05 < x < 0,2 und 0,7 < y < 0,95, bevorzugt 0,8 < y < 0,84.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich umfasst der n-leitende Bereich 101 eine Opferschicht 1011 . Die Opferschicht 1011 weist gegenüber dem übrigen Material des n-leitenden Bereichs 101 eine höhere Dotierstof fkonzentration auf . Die Opferschicht 1011 ist mittels elektrochemischem Ätzen von den Seiten teilweise entfernt . Folglich ergibt sich durch die teilweise entfernte Opferschicht 1011 eine Führungsstruktur 300 für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung . Der verbleibende Rest der Opferschicht 1011 und somit auch die Führungsstruktur 300 sind lateral von Luft umgeben . Somit ergibt sich vorteilhaft ein besonders großer Brechungsindexsprung an der Grenz fläche zwischen der Opferschicht 1011 zur Luft . Durch die Opferschicht 1011 lässt sich sowohl eine optische Führungsstruktur 300 als auch eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stromes erzeugen .
Ferner ist der I solationsbereich 2001 durch einen Defektbereich an einer Grenz fläche zu dem Dotierbereich 1022 gebildet . Insbesondere ist der Defektbereich dadurch ausgebildet , dass die Grenz fläche zu dem Dotierbereich 1022 beispielsweise mittels eines Plasmaprozesses oder eines Sputterprozesses derart geschädigt ist , dass eine elektrische Leitfähigkeit lokal vermindert ist .
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Zusätzlich ist die Führungsstruktur 300 lateral zumindest teilweise von einer Passivierung 40 umgeben . Mit anderen Worten, der Bereich lateral neben der verbleibenden Opferschicht 1011 ist zumindest teilweise mit einer Passivierung 40 aufgefüllt . Die Passivierung 40 weist einen geringeren Brechungsindex als das Material der Opferschicht 1011 auf . Vorteilhaft ist eine mechanische Stabilität des Halbleiterkörpers 10 durch die Passivierung 40 erhöht . Die Passivierung 40 ist beispielsweise mit Sili ziumdioxid oder Aluminiumoxid gebildet . Die Passivierung 40 ist bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet . Durch die Opferschicht 1011 lässt sich sowohl eine optische Führungsstruktur 300 als auch eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stromes erzeugen .
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist die Opferschicht 1011 nicht teilweise entfernt , sondern in einem Teilbereich der Opferschicht 1011 ist ein Porenbereich 1012 ausgebildet . Beispielsweise werden Nanoporen in den Teilbereich der Opferschicht 1011 eingebracht . Der Begri f f Nanoporen bezieht sich im Allgemeinen auf Medien mit Porengrößen von 100 nm oder weniger . Je nach der charakteristischen Länge d der Poren werden nanoporöse Medien weiter in die Klassen mikroporös d < 2 nm, mesoporös 2 nm < d < 50 nm und makroporös d > 50 nm eingeteilt . Insbesondere umfasst der Porenbereich 1012 eine Viel zahl von Poren mit einer Länge zwischen 2 nm und 50 nm .
Ein poröses Medium ist eine besondere Art von Material , bei dem Hohlräume in einem festen Medium entstehen . Die Einführung von Poren in einen Festkörper kann dessen physikalische Eigenschaften tiefgrei fend beeinflussen . Insbesondere weist der Porenbereich 1012 der Opferschicht 1011 einen geringeren Brechungsindex auf als das unveränderte Material der Opferschicht 1011 . Vorteilhaft ergibt sich so ein Brechungsindexsprung an der Grenz fläche zwischen der Opferschicht 1011 und dem Porenbereich 1012 . Bevorzugt wird der Porenbereich 1012 derart ausgebildet , dass eine optische Führungsstruktur 300 in dem n-leitenden Bereich 101 entsteht . Durch den Porenbereich 1012 lässt sich sowohl eine optische Führungsstruktur 300 als auch eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stromes erzeugen .
Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist die Opferschicht 1011 mit einem InGaN gebildet . InGaN lässt sich vorteilhaft besonders einfach und selektiv mittels eines photoelektrochemischen Verfahrens entfernen . Die Opferschicht 1011 ist derart entfernt , dass sich eine Führungsstruktur 300 ergibt . Die Führungsstruktur 300 ist lateral zumindest teilweise von Luft umgeben . Durch die Opferschicht 1011 lässt sich sowohl eine optische Führungsstruktur 300 als auch eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stromes erzeugen .
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist die Opferschicht 1011 nicht teilweise entfernt , sondern in einem Teilbereich der Opferschicht 1011 ist ein Oxidbereich 1013 ausgebildet . Die Opferschicht 1011 ist mit einem Al InN gebildet . Die Opferschicht 1011 kann mittels eines thermischen Oxidationsverfahrens gezielt lateral aufoxidiert werden . Bevorzugt wird der Oxidbereich 1013 derart ausgebildet , dass eine optische Führungsstruktur 300 in dem n-leitenden Bereich 101 entsteht . Durch den Oxidbereich 1013 lässt sich damit sowohl eine optische Führungsstruktur 300 als auch eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stromes erzeugen . Die Führungsstruktur 300 ist lateral zumindest teilweise von dem Oxidbereich 1013 umgeben .
Figur 9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem achten Aus führungsbeispiel . Das achte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 8 gezeigten siebten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem siebten Aus führungsbeispiel ist dem n-leitenden Bereich 101 und der Opferschicht 1011 ein Träger 60 nachgeordnet . Mit anderen Worten, dem n-leitenden Bereich 101 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite ein elektrisch isolierender oder elektrisch schlecht leitfähiger Träger 60 nachgeordnet . Die Opferschicht 1011 oder eine der dazu gehörenden Schichten sind beispielsweise schlecht elektrische leitfähig . Beispielsweise ist die Opferschicht 1011 mit Al InN gebildet . Folglich ist eine elektrische Kontaktierung durch den Träger 60 erschwert .
Der n-leitende Bereich 101 steht lateral gegenüber dem aktiven Bereich 103 und dem p-leitenden Bereich 102 hervor . So kann auf einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Seite des hervorstehenden n-leitenden Bereichs 101 eine zweite Elektrode 32 zur elektrischen Kontaktierung des n-leitenden Bereichs 101 angeordnet sein . Das Anbringen der zweiten Elektrode 32 auf einer den ersten Elektroden 31 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 spart vorteilhaft eine Ebene in einem Photolithographischen Herstellungsverfahren ein .
Figur 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel . Das neunte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 6 gezeigten fünften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem fünften Aus führungsbeispiel ist dem n-leitenden Bereich 101 ein Träger 60 nachgeordnet und die Opferschicht 1011 ist in dem Träger 60 ausgebildet . Der n-leitende Bereich 101 steht lateral gegenüber dem aktiven Bereich 103 und dem p-leitenden Bereich 102 hervor . So kann auf einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Seite des hervorstehenden n-leitenden Bereichs 101 eine zweite Elektrode 32 zur elektrischen Kontaktierung des n-leitenden Bereichs 101 angeordnet sein .
Figuren 11A bis 11C zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel in verschiedenen Stadien eines Verfahrens zu seiner Herstellung .
Die Figur 11A zeigt einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Bereitstellen eines n-leitenden Bereichs 101 und einer Wachstumsmaske 70 mit einer Öf fnung 701 auf dem n- leitenden Bereich 101 . Die Wachstumsmaske 70 ist bevorzugt mit einem dielektrischen Material gebildet . Beispielsweise umfasst die Wachstumsmaske 70 eine Mehrzahl von Öf fnungen 701 . Die Figur 11B zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein zumindest teilweises Überwachsen der Wachstumsmaske 70 mit Material des n-leitenden Bereichs 101 durch die Öf fnung 701 der Wachstumsmaske 70 . Das Wachstum des Materials des n-leitenden Bereichs 101 beginnt selektiv in der Öf fnung 701 der Wachstumsmaske 70 und verläuft lateral über die Wachstumsmaske 70 . Beispielsweise wird der n- leitende Bereich 101 in einem Epitaxial Lateral Overgrowth Verfahren, kurz ELOG-Verf ahren, hergestellt .
Die Figur 11C zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 . In dem Verfahrensschritt erfolgt ein Aufbringen eines zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereichs 103 und eines p-leitenden Bereichs 102 auf dem n-leitenden Bereich 101 .
In dem Verfahrensschritt erfolgt ferner ein Ausbilden einer optischen Führungsstruktur 300 in dem Bereich der Öf fnung 701 der Wachstumsmaske 70 , wobei das Material der Wachstumsmaske 70 einen niedrigeren Brechungsindex für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung als das Material des n-leitenden Bereichs 101 aufweist .
Figur 12 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel . Das el fte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel entspricht eine laterale Erstreckung der Führungsstruktur 300 genau einer lateralen Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 der Stromblendenstruktur 200 .
Figur 13 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem zwöl ften Aus führungsbeispiel . Das zwöl fte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 gezeigten el ften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem el ften Aus führungsbeispiel unterscheidet sich die laterale Erstreckung der Führungsstruktur 300 von der lateralen Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 . Insbesondere ist die laterale Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 größer als die laterale Erstreckung der Führungsstruktur 300 . Vorteilhaft kann sich so eine besonders geringe Vorwärtsspannung im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 ergeben .
Beispielsweise ist die laterale Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 derart gewählt , dass eine optische Grundmode besonders gut angeregt wird . Die unabhängige Auswahl der lateralen Erstreckungen des Kontaktbereichs 2002 und der Führungsstruktur 300 ermöglicht eine vorteilhaft große Designfreiheit .
Figur 14 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 13 . Aus führungsbeispiel . Das 13 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 gezeigten el ften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem el ften Aus führungsbeispiel unterscheidet sich die laterale Erstreckung der Führungsstruktur 300 von der lateralen Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 . Insbesondere ist die laterale Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 kleiner als die laterale Erstreckung der Führungsstruktur 300 . Vorteilhaft kann sich so eine besonders gute Strahlqualität im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 ergeben, da eine optische Grundmode besser angeregt wird als höhere optische Moden .
Figur 15 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 14 . Aus führungsbeispiel . Das 14 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 12 gezeigten el ften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem el ften Aus führungsbeispiel umfasst die Stromblendenstruktur 200 eine Mehrzahl von Kontaktbereichen 2002 und I solationsbereichen 2001 . Durch eine derartige Strukturierung der Stromblendenstruktur 200 kann eine Stromverteilung in dem Halbleiterkörper 10 gezielt beeinflusst werden . Beispielsweise können die Kontaktbereiche 2002 und I solationsbereiche 2001 derart angeordnet sein, dass eine gewünschte optische Mode gezielt angeregt wird . Auch asymmetrische Anordnungen sind denkbar, in denen eine laterale Ausrichtung des Kontaktbereichs 2002 relativ zu der Führungsstruktur 300 asymmetrisch ist .
Zusätzlich kann auch eine Strukturierung der Stromblendenstruktur 200 entlang der Resonatorachse R des Halbleiterkörpers 10 erfolgen, um eine gewünschte optische Modenverteilung zu erzielen .
Figur 16 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 15 . Aus führungsbeispiel . Das 15 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 8 gezeigten siebten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem siebten Aus führungsbeispiel ist die Stromblendenstruktur 200 innerhalb des p-leitenden Bereichs 102 angeordnet . Die Stromblendenstruktur 200 ist in dem Abstandsbereich 1021 , 1023 ausgebildet . Mit anderen Worten, die Stromblendenstruktur 200 ist auf einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Seite und auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite zumindest teilweise von dem Material des Abstandsbereichs 1021 , 1023 bedeckt . Vorteilhaft rückt die Stromblendenstruktur 200 so näher an den aktiven Bereich 103 heran, wodurch sich eine Stromeinschnürung leichter erreichen lässt . Ferner ist eine nahe Anordnung an dem aktiven Bereich 103 auch vorteilhaft , um eine Führungsstruktur 300 mittels der Stromblendenstruktur 200 aus zubilden .
Alternativ kann die Stromblendenstruktur 200 auch innerhalb des Dotierbereichs 1022 angeordnet sein . Mit anderen Worten, die Stromblendenstruktur 200 kann auf einer dem aktiven Bereich 103 zugewandten Seite und auf einer dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite zumindest teilweise von dem Material des Dotierbereichs 1022 bedeckt sein .
Figur 17 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 16 . Aus führungsbeispiel . Das 16 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 16 gezeigten 15 . Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem 15 . Aus führungsbeispiel umfasst das optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 keine Opferschicht 1011 mit einem Oxidbereich 1013 . Ferner ist die Stromblendenstruktur 200 als eine optische Führungsstruktur 300 ausgebildet . Bevorzugt ist der Kontaktbereich 2002 mit einem Material gebildet , das für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung einen höheren optischen Brechungsindex aufweist als der I solationsbereich 2001 . So ergibt sich eine zumindest teilweise Reflexion von elektromagnetischer Strahlung an der Grenz fläche zwischen dem Kontaktbereich 2002 und dem I solationsbereich 2001 .
Insbesondere ist eine vertikale Erstreckung der Stromblendenstruktur 200 derart gewählt , dass eine optische Führung einer optischen Mode erzielt wird . Bevorzugt wird die Stromblendenstruktur 200 mit einem der vorab beschriebenen Verfahren zur Strukturierung einer Opferschicht 1011 hergestellt . Die Stromblendenstruktur 200 ist beispielsweise mit Al InN gebildet , das in einem Teilbereich oxidiert wird . Insbesondere ist der Kontaktbereich 2002 mit Al InN gebildet und der I solationsbereich 2001 ist mit dem oxidierten Al InN gebildet , das eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit und einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als Al InN . Alternativ kann der Kontaktbereich 2002 mit InGaN gebildet sein, wobei der I solationsbereich 2001 einen Luftspalt oder eine Passivierung 40 aufweist .
Beispielsweise weist die Stromblendenstruktur 200 eine vertikale Erstreckung von mindestens 0 , 1 nm, bevorzugt von mindestens 10 nm und besonders bevorzugt von mindestens 100 nm auf . Bevorzugt ist die Stromblendenstruktur 200 in dem p-leitenden Bereich 102 , besonders bevorzugt in dem Abstandsbereich 1021 , 1023 angeordnet , um eine Führungsstruktur 300 mittels der Stromblendenstruktur 200 aus zubilden . Die Stromblendenstruktur 200 erfüllt somit zwei Aufgaben . Zum einen bewirkt die Stromblendenstruktur 200 eine laterale Einschnürung eines elektrischen Stroms und zum anderen wirkt die Stromblendenstruktur 200 als eine optische Führungsstruktur 300 für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung .
Figur 18 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 17 . Aus führungsbeispiel . Das 17 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist der Kontaktbereich 2002 der Stromblendenstruktur 200 mit einem Metall gebildet . Insbesondere ist der Kontaktbereich 2002 mit dem gleichen Metall gebildet wie die erste Elektrode 31 . Beispielsweise sind die erste Elektrode 31 und der Kontaktbereich 2002 mit mehreren Metallen in einem mehrlagigen Schichtenstapel ausgebildet , beispielsweise Ni , Pd, Au, Ti , Pt . So ist eine Herstellung des optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 vorteilhaft erleichtert .
Figur 19 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 18 . Aus führungsbeispiel . Das 18 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 18 gezeigten 17 . Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem 17 . Aus führungsbeispiel ist der Kontaktbereich 2002 der Stromblendenstruktur 200 mit einem transparenten, leitfähigen Material gebildet . Insbesondere ist der Kontaktbereich 2002 mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Das Material des Kontaktbereichs 2002 hat insbesondere einen Einfluss auf eine vertikale Verteilung einer optischen Intensität der in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung . Bevorzugt sind das Material und eine vertikale Erstreckung des Kontaktbereichs 2002 derart gewählt , dass sich ein besonders großer Überlapp der optischen Intensität mit einem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs 103 ergibt . So ist eine vorteilhaft ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung möglich .
Figur 20 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 19 . Aus führungsbeispiel . Das 19 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 19 gezeigten 18 . Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem 18 . Aus führungsbeispiel ist der n-leitende Bereich 101 über eine Anschlussschicht 80 elektrisch kontaktiert , die mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet ist . Beispielsweise ist die Anschlussschicht 80 mit einem Indiumzinnoxid gebildet . Das Material der Anschlussschicht 80 hat insbesondere einen Einfluss auf eine vertikale Verteilung einer optischen Intensität der in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung . Bevorzugt sind das Material und eine vertikale Erstreckung der Anschlussschicht 80 derart gewählt , dass sich ein besonders großer Überlapp der optischen Intensität mit einem elektrisch angeregten Bereich des aktiven Bereichs 103 ergibt . So ist eine vorteilhaft ef fi ziente Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung möglich .
Figur 21 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 20 . Aus führungsbeispiel . Das 20 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 7 gezeigten sechsten Aus führungsbeispiel . Die Opferschicht 1011 ist mit InGaN gebildet . Ein Teil der Opferschicht 1011 ist mittels photoelektrochemischem Ätzen entfernt . Der verbleibende Rest der Opferschicht 1011 bildet eine optische Führungsstruktur 300 für eine in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung .
Figur 22 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 21 . Aus führungsbeispiel . Das 21 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 21 gezeigten 20 . Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem 20 . Aus führungsbeispiel umfasst die optische Führungsstruktur 300 eine Mehrzahl von optischen Führungselementen 3001 . In dem n-leitenden Bereich 101 ist eine Mehrzahl von Opferschichten 1011 übereinander angeordnet . Jede Opferschicht 1011 ist zumindest teilweise entfernt .
Die Führungsstruktur 300 weist mehrere übereinander angeordnete Führungselemente 3001 auf , die eine laterale Modenführung bewirken . Vorteilhaft kann so die Führungsstruktur 300 besonders gut auf eine gewünschte Modenform angepasst werden . Beispielsweise ist die Führungsstruktur 300 derart ausgebildet , dass nur ein Anschwingen einer Grundmode erfolgt und höhere Moden zumindest teilweise unterdrückt werden .
Figur 23 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements 1 gemäß einem 22 . Aus führungsbeispiel . Das 22 . Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 22 gezeigten 21 . Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem 21 . Aus führungsbeispiel weisen die optischen Führungselemente 3001 unterschiedliche laterale und/oder vertikale Erstreckungen auf . Durch verschiedene laterale und vertikale Abmessungen der Führungselemente 3001 kann eine besonders gezielte Führung einer gewünschten Modenform durch die Führungsstruktur 300 erreicht werden . Beispielsweise erfolgt eine Einstellung einer lateralen Erstreckung der einzelnen Führungselemente 3001 durch eine gezielte Wahl einer vertikalen Erstreckung der j eweiligen Opferschichten 1011 .
Figuren 24A und 24B zeigen eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das optoelektronische Modul 2 umfasst drei optoelektronische Halbleiterlaserbauelemente 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . Die Resonatorachsen R der Halbleiterlaserbauelemente 1 sind parallel zueinander ausgerichtet und weisen einen Abstand RX zueinander auf . Der Abstand der Resonatorachsen RX beträgt zwischen 2 pm und 100 pm, bevorzugt zwischen 2 pm und 30 pm für Anwendungen mit wenig optischer Ausgangsleistung und zwischen 100 pm und 500 pm, bevorzugt zwischen 150 pm und 300 pm für Anwendungen mit hoher optischer Ausgangsleistung .
Die ersten Elektroden 31 aller Halbleiterlaserbauelemente 1 sind miteinander verbunden . Mit anderen Worten liegen die ersten Elektroden 31 aller Halbleiterlaserbauelemente 1 des optoelektronischen Moduls 2 auf einem gemeinsamen elektrischen Potential . Die Halbleiterlaserbauelemente 1 sind auf einem gemeinsamen Träger 60 angeordnet . Der Träger 60 ist mechanisch selbsttragend ausgeführt . Insbesondere ist der Träger 60 mit einem elektrisch leitenden Material , beispielsweise einem Metall oder einer Metalllegierung, ausgebildet . Bevorzugt umfasst der Träger 60 zumindest eines der nachfolgenden Materialien : Si , Ge , Saphir, SiC, AIN, Cu . Das optoelektronische Modul 2 umfasst ferner einen Formkörper 90 , der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist . Der Formkörper 90 ist auf einer dem Träger 60 abgewandten Seite der Halbleiterlaserbauelemente 1 angeordnet . Der Formkörper 90 kann eine mechanische Stabilisierung des optoelektronischen Moduls 2 bewirken . Ferner ist eine dem Träger 60 abgewandte Seite des optoelektronischen Moduls 2 durch den Formkörper 90 planarisiert . Dadurch ist eine weitere Anordnung von elektrischen Kontaktelementen auf dem Formkörper 90 vorteilhaft erleichtert .
Der zweiten Elektrode 32 j edes Halbleiterlaserbauelements 1 sind j eweils eine Durchkontaktierung 321 und ein Anschlussbereich 322 nachgeordnet . In der in der Figur 24A dargestellten Schnittansicht ist die Durchkontaktierung 321 des auf der linken Seite angeordneten Halbleiterlaserbauelements 1 sichtbar . Die Schnittansicht der Figur 24A entspricht einem Schnitt entlang der Schnittlinie AA der Draufsicht der Figur 24B . Die Durchkontaktierung 321 erstreckt sich von der zweiten Elektrode 32 bis zu dem Anschlussbereich 322 und durchdringt den Formkörper 90 vollständig .
Figur 24B zeigt eine schematische Draufsicht auf das optoelektronische Modul 2 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . In der Draufsicht sind die laterale Erstreckung der zweiten Elektrode 32 sowie der zugehörigen Durchkontaktierungen 321 und der Anschlussbereiche 322 zu erkennen . Jedes Halbleiterlaserbauelement 1 des optoelektronischen Moduls 2 umfasst j eweils einen separaten Anschlussbereich 322 . Jeder Anschlussbereich 322 weist eine rechteckige Form auf , die ausreichend groß ist , um eine Bondverbindung zu tragen . Beispielsweise werden die
Anschlussbereiche 322 mit Bonddrähten elektrisch angeschlossen .
Figur 25 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 24 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel sind die optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente 1 nicht in einem Formkörper 90 eingebettet und die zweiten Elektroden 32 liegen auf der dem Träger 60 abgewandten Seite frei . Zwischen den Halbleiterlaserbauelementen 1 ist j eweils ein Trenngraben 20 ausgebildet . Der Trenngraben 20 erstreckt sich ausgehend von der dem Träger 60 abgewandten Seite des optoelektronischen Moduls 2 bis zur ersten Elektrode 31 . Beispielsweise ist der Trenngraben 20 zumindest teilweise mit der Passivierung 40 befüllt . Vorteilhaft sind Seitenflächen der Trenngräben 20 mit der Passivierung 40 bedeckt .
Figur 26 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 25 gezeigten zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem zweiten Aus führungsbeispiel umfasst der p-leitende Bereich 102 eine optische Führungsstruktur 300 , wobei die Führungsstruktur 300 zum Führen einer in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse R des Halbleiterkörpers 10 eingerichtet ist . Die Führungsstruktur 300 weist gegenüber dem p-leitenden Bereich 102 eine geringere laterale Erstreckung auf . Der Abstandsbereich 1021 stellt einen vertikalen Abstand zwischen der ersten Elektrode 31 und dem aktiven Bereich 103 ein . Der Abstandsbereich 1021 überlappt zumindest teilweise mit der optischen Führungsstruktur 300 . Weiter umfasst j edes optoelektronische Halbleiterlaserbauelement 1 eine erste interne Passivierung 111 . Die erste interne Passivierung 111 ist zumindest teilweise in dem p-leitenden Bereich 102 angeordnet . Bevorzugt ist die erste interne Passivierung 111 vollständig innerhalb des p-leitenden Bereichs 102 angeordnet . Die erste interne Passivierung 111 ist beispielsweise elektrisch isolierend ausgebildet . Insbesondere ist die erste interne Passivierung mit einem dielektrischen Material gebildet . Die erste interne Passivierung 111 ist beispielsweise mit einem der folgenden Materialien gebildet : Sili ziumoxid, Sili ziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Hafniumoxid, Hafniumnitrid .
Bevorzugt weist die erste interne Passivierung 111 einen geringeren optischen Brechungsindex auf als das Material des p-leitenden Bereichs 102 . Ferner erstrecken sich die Trenngräben 20 von einer dem Träger 60 abgewandten Seite der optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente 1 bis zu der ersten Elektrode 31 . Die Trenngräben 20 sind mit Luft gefüllt .
Figur 27 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 26 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel erstrecken sich die Trenngräben 20 von einer dem Träger 60 abgewandten Seite der optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente 1 bis zu dem Dotierbereich 1022 und enden innerhalb des Dotierbereichs 1022 . Die erste interne Passivierung 111 wird von den Trenngräben 20 nicht durchdrungen . Die Trenngräben 20 durchdringen insbesondere zumindest den n-leitenden Bereich 101 und den aktiven Bereich 103 vollständig .
Figur 28 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 27 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel erstrecken sich die Trenngräben 20 von einer dem Träger 60 abgewandten Seite der optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente 1 bis zu der ersten internen Passivierung 111 und enden innerhalb der ersten internen Passivierung 111 . Die erste interne Passivierung 111 wird von den Trenngräben 20 nicht vollständig durchdrungen . Der Dotierbereich 1022 wird j edoch vollständig von den Trenngräben 20 durchdrungen . Beispielsweise werden die Trenngräben 20 in einem trockenchemischen Ätzprozess ausgebildet . Insbesondere werden die Trenngräben 20 unter Verwendung von CI hergestellt .
Figur 29 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 26 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel sind Seitenflächen der Trenngräben 20 mit einer zweiten internen Passivierung 112 bedeckt . Die zweite interne Passivierung 112 ist beispielsweise mit Aluminiumoxid gebildet . Vorteilhaft ist die zweite interne Passivierung 112 mit dem Material der ersten internen Passivierung 111 gebildet . Insbesondere sind die erste interne Passivierung 111 und die zweite interne Passivierung 112 mit unterschiedlichen Materialien gebildet . Die zweite interne Passivierung 112 ist auf der dem Träger 60 abgewandten Seite der Halbleiterlaserbauelemente 1 angeordnet . Insbesondere wird die zweite interne Passivierung 112 mit einem CVD- Verfahren oder einem ALD Verfahren aufgebracht .
Figur 30 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 29 gezeigten sechsten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem sechsten Aus führungsbeispiel sind die Trenngräben 20 vollständig mit dem Material der ersten internen Passivierung 111 und der zweiten internen Passivierung 112 gefüllt .
Figur 31 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem achten Aus führungsbeispiel . Das achte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 25 gezeigten zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem zweiten Aus führungsbeispiel umfasst das optoelektronische Modul 2 eine Wachstumsmaske 70 . In einer Öf fnung der Wachstumsmaske 70 ist ein undotierter Bereich 1014 angeordnet . Alternativ kann als Träger 60 ein undotiertes Substrat verwendet werden . Ein optoelektronisches Modul 2 gemäß dem achten Aus führungsbeispiel weist eine vorteilhaft besonders kompakte Bauform auf .
Zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Moduls 2 wird bevorzugt ein Verfahren durch Überwachsen verwendet , wie es beispielsweise in den Figuren 11A bis 11C ski z ziert ist . Zur Herstellung der optischen Führungsstruktur 300 können auch Opferschichten 1011 gemäß der in Verbindung mit Figur 4 beschriebenen Aus führungs form oder ein Verfahren zur teilweisen Oxidation einer Opferschicht 1011 gemäß der in der Figur 8 beschriebenen Aus führungs form verwendet werden .
Figuren 32A bis 32C zeigen schematische Schnittansichten sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel . Das neunte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 26 gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel sind die Trenngräben 20 teilweise mit der ersten internen Passivierung 111 befüllt . Alternativ sind die Trenngräben 20 zusätzlich mit Material der ersten Elektrode 31 befüllt . Eine dem Träger 60 abgewandte Seite des optoelektronischen Moduls 2 ist mittels der ersten Elektrode 31 planarisiert . Weiter umfasst der n-leitende Bereich 101 einen Funktionsbereich 1015 . Der Funktionsbereich 1015 ist hoch n-dotiert und ermöglicht so einen ef fektiven elektrischen Anschluss des n-leitenden Bereichs 101 .
Die Figur 32B zeigt eine Draufsicht auf das optoelektronische Modul 2 . Dabei ist die laterale Ausdehnung der ersten und zweiten Elektroden 31 , 32 sichtbar . Die erste Elektrode 31 erstreckt sich über alle Halbleiterlaserbauelemente 1 hinweg .
In der Figur 32C ist eine Schnittansicht entlang der in den Figuren 32A und 32B markierten Schnittlinie AA dargestellt . Beispielsweise ist der Seitenfläche des Halbleiterlaserbauelements 1 gegenüber der zweiten Elektrode 32 , an der die elektromagnetische Strahlung emittiert wird, ein Auskoppelspiegel nachgeordnet . Weiter ist an der der zweiten Elektrode 32 zugewandten Seitenfläche des Halbleiterlaserbauelements 1 ein hoch reflektiver Rückspiegel angeordnet . Zur Herstellung derartiger Seitenflächen für Halbleiterlaserbauelemente 1 eignet sich insbesondere ein Ätz verfahr en .
Figuren 33A bis 33C zeigen schematische Schnittansichten sowie eine schematische Draufsicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Moduls 2 gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel . Das zehnte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 32 gezeigten neunten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem neunten Aus führungsbeispiel sind die Halbleiterlaserbauelemente 1 in einem größeren Abstand zueinander angeordnet . Der Trenngraben 20 ist im Wesentlichen mit Luft gefüllt . Die erste Elektrode 31 erstreckt sich auf den Seitenflächen und der Bodenfläche des Trenngrabens 20 über beide Halbleiterlaserbauelemente 1 hinweg .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022110694 . 2 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterlaserbauelement
2 Modul
20 Trenngraben
10 Halbleiterkörper
101 n-leitender Bereich
1010 Ätzstoppschicht
1011 Opferschicht
1012 Porenbereich
1013 Oxidbereich
1014 undotierter Bereich
1015 Funktionsbereich
102 p-leitender Bereich
103 aktiver Bereich
1021 Abstandsbereich
1022 Dotierbereich
1023 intrinsischer Abstandsbereich
200 Stromblendenstruktur
2001 I solationsbereich
2002 Kontaktbereich
300 optische Führungsstruktur
3001 optisches Führungselement
31 erste Elektrode
32 zweite Elektrode
321 Durchkontaktierung
322 Anschlussbereich
40 Passivierung
50 Aufwachssubstrat
60 Träger
70 Wachstumsmaske
701 Öf fnung
80 Anschlussschicht 90 Formkörper
111 erste interne Passivierung
112 zweite interne Passivierung
X laterale Richtung Y vertikale Richtung
R Resonatorachse
RX Abstand der Resonatorachsen
AA Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) umfassend :
- einen Halbleiterkörper (10) mit einem n-leitenden Bereich (101) , einem p-leitenden Bereich (102) und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und
- eine Stromblendenstruktur (200) mit einem Isolationsbereich (2001) und einem Kontaktbereich (2002) , wobei
- der Halbleiterkörper (10) als ein Kantenemitter ausgebildet ist, wobei eine Resonatorachse (R) quer zu einer Stapelrichtung des Halbleiterkörpers (10) ausgerichtet ist,
- die Stromblendenstruktur (200) auf einer dem n-leitenden Bereich (101) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (103) angeordnet ist,
- der p-leitende Bereich (102) einen Abstandsbereich (1021, 1023) und einen Dotierbereich (1022) umfasst und
- der Dotierbereich (1022) eine geringere vertikale Erstreckung als der Abstandsbereich (1021, 1023) aufweist.
2. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- der n-leitende Bereich (101) eine optische Führungsstruktur (300) umfasst, wobei die Führungsstruktur (300) zum Führen einer in dem aktiven Bereich (103) im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse (R) des Halbleiterkörpers (10) eingerichtet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- die Führungsstruktur (300) gegenüber dem n-leitenden Bereich (101) eine geringere laterale Erstreckung aufweist. 4. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem
- der p-leitende Bereich (102) eine optische Führungsstruktur (300) umfasst, wobei die Führungsstruktur (300) zum Führen einer in dem aktiven Bereich (103) im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Resonatorachse (R) des Halbleiterkörpers (10) eingerichtet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- die Führungsstruktur (300) gegenüber dem p-leitenden Bereich (102) eine geringere laterale Erstreckung aufweist.
6. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem
- die optische Führungsstruktur (300) eine Mehrzahl von optischen Führungselementen (3001) umfasst.
7. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- die optischen Führungselemente (3001) unterschiedliche laterale und/oder vertikale Erstreckungen aufweisen.
8. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem
- die Führungsstruktur (300) mit einem der folgenden Materialien gebildet ist: InGaN, AlInN, hoch dotiertes GaN.
9. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Halbleiterkörper (10) mit einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere einem Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial, gebildet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Stromblendenstruktur (200) innerhalb des p-leitenden Bereichs (102) angeordnet ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- die Stromblendenstruktur (200) innerhalb des Abstandsbereichs (1021, 1023) angeordnet ist.
12. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Stromblendenstruktur (200) als eine optische Führungsstruktur (300) ausgebildet ist.
13. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine vertikale Erstreckung des Dotierbereichs (1022) höchstens einem Drittel, bevorzugt höchstens einem Fünftel, besonders bevorzugt höchstens einem Achtel der vertikalen Erstreckung des Abstandsbereichs (1021, 1023) entspricht.
14. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine laterale Erstreckung des Kontaktbereichs (2002) von einer lateralen Erstreckung der Führungsstruktur (300) abweicht .
15. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Stromblendenstruktur (200) eine Mehrzahl von
Kontaktbereichen (2002) und Isolationsbereichen (2001) umfasst .
16. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Kontaktbereich (2002) mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet ist.
17. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der n-leitende Bereich (101) über eine Anschlussschicht
(80) elektrisch kontaktiert ist, die mit einem transparenten leitfähigen Oxid gebildet ist.
18. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der n-leitende Bereich (101) eine Ätzstoppschicht (1010) umfasst .
19. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- dem n-leitenden Bereich (101) auf einer dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite ein Träger (60) nachgeordnet ist.
20. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Abstandsbereich (1021, 1023) mit AlGaN gebildet ist.
21. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine mittlere n-Dotierstof f konzentration in dem
Abstandsbereich (1021, 1023) geringer als 1020 cur3, bevorzugt geringer als 1019 cm 3, besonders bevorzugt geringer als 1018 cm-3 ist.
22. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- eine mittlere p-Dotierstof f konzentration in dem Abstandsbereich (1021, 1023) geringer als 1019 cm-3, bevorzugt geringer als 1018 cm-3, besonders bevorzugt geringer als
1017 cur3 ist.
23. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Isolationsbereich (2001) mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
24. Optoelektronisches Halbleiterlaserbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem
- der Isolationsbereich (2001) durch einen Defektbereich an einer Grenzfläche zu dem Dotierbereich (1022) gebildet ist.
25. Optoelektronisches Modul (2) , umfassend eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterlaserbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
26. Optoelektronisches Modul (2) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- die p-leitenden Bereiche (102) aller optoelektronischen Halbleiterlaserbauelemente (1) mit einem gemeinsamen elektrischen Kontakt verbunden sind und die n-leitenden Bereiche (101) jeweils getrennt voneinander ansteuerbar sind.
27. Optoelektronisches Modul (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
- das einen Low-Side-Treiber umfasst.
28. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte :
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einem n- leitenden Bereich (101) , einem p-leitenden Bereich (102) und einem zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) auf einem Aufwachssubstrat (50) , wobei der n-leitende Bereich (101) zumindest eine Opferschicht (1011) aufweist, und
- zumindest teilweises Entfernen oder Umwandeln der Opferschicht (1011) derart, dass eine optische Führungsstruktur (300) ausgebildet wird, wobei die Führungsstruktur (300) gegenüber dem n-leitenden Bereich (101) eine geringere laterale Erstreckung aufweist.
29. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- in einem Teilbereich der Opferschicht (1011) ein Porenbereich (1012) ausgebildet wird.
30. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) gemäß Anspruch 25, wobei
- in einem Teilbereich der Opferschicht (1011) ein Oxidbereich (1013) ausgebildet wird.
31. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine Mehrzahl von Opferschichten (1011) derart zumindest teilweise entfernt oder umgewandelt werden, dass eine optische Führungsstruktur (300) ausgebildet wird.
32. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Opferschicht (1011) zur Entfernung des Aufwachssubstrates (50) vollständig entfernt wird.
33. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte :
- Bereitstellen eines n-leitenden Bereichs (101) und einer Wachstumsmaske (70) mit einer Öffnung (701) auf dem n- leitenden Bereich (101) ,
- zumindest teilweises Überwachsen der Wachstumsmaske (70) mit Material des n-leitenden Bereichs (101) durch die Öffnung (701) der Wachstumsmaske (70) ,
- Aufbringen eines zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereichs (103) und eines p- leitenden Bereichs (102) auf dem n-leitenden Bereich (101) und
- Ausbilden einer optischen Führungsstruktur (300) in dem Bereich der Öffnung (701) der Wachstumsmaske (70) , wobei das Material der Wachstumsmaske (70) einen niedrigeren Brechungsindex als das Material des n-leitenden Bereichs
(101) aufweist.
34. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte : - Aufwachsen eines Halbleiterkörpers (10) aufweisend in einer Stapelrichtung einen n-leitenden Bereich (101) , einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und einen p-leitenden Bereich (102) auf einem Aufwachssubstrat (50) ,
- Anordnen eines Trägers (60) auf der dem n-leitenden Bereich
(101) abgewandten Seite des Halbleiterkörpers (10) ,
- Ablösen des Aufwachssubstrates (50) von dem Halbleiterkörper (10) , und - Strukturieren des n-leitenden Bereichs (101) derart, dass eine optische Führungsstruktur (300) ausgebildet wird.
35. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterlaserbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- vor dem Ablösen des Aufwachssubstrates (50) eine
Stromblendenstruktur (200) auf dem p-leitenden Bereich (102) aufgebracht wird.
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