WO2024012895A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

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WO2024012895A1
WO2024012895A1 PCT/EP2023/068009 EP2023068009W WO2024012895A1 WO 2024012895 A1 WO2024012895 A1 WO 2024012895A1 EP 2023068009 W EP2023068009 W EP 2023068009W WO 2024012895 A1 WO2024012895 A1 WO 2024012895A1
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trench
shading
semiconductor component
optoelectronic semiconductor
segment
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Martin Rudolf Behringer
Lars Nähle
Sönke TAUTZ
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • One task to be solved is, among other things, to provide an optoelectronic semiconductor component that has improved beam quality.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor body with an active zone and segments.
  • the active zone is arranged, for example, between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer of the semiconductor body.
  • the first semiconductor layer has charge carriers of a first type, for example p-charge carriers or n-charge carriers.
  • the second semiconductor layer has, for example, charge carriers of a second type, in particular of a type opposite to the first type.
  • the first semiconductor layer is p-doped and the second semiconductor layer is n-doped.
  • the first and second semiconductor layers can each also comprise two or more sublayers and can therefore each be designed as semiconductor layer sequences.
  • the semiconductor body is based on a nitride compound semiconductor material, such as Al n Inj___ n _ m Ga m N, or on a phosphide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m P, or on an arsenide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m As or Al n In]__ nm Ga m AsP, where respectively 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1.
  • the semiconductor body can have dopants and additional components. For the sake of simplicity, however, only the essential components of the crystal lattice of the semiconductor body, i.e. Al, As, Ga, In, N and P, are given, even if these can be partially replaced and/or supplemented by small amounts of other substances.
  • the semiconductor body is preferably based on a III/V compound semiconductor material such as GaN.
  • the semiconductor body is formed in one piece, for example.
  • the semiconductor body is produced in a common growth process.
  • the semiconductor body is preferably divided into segments after the growth process has been completed.
  • the active zone is set up, for example, to generate electromagnetic radiation from a wavelength range between and including the IR range and including the UV range. Radiation in the visible wavelength range is preferably generated in the active zone during normal operation.
  • the active zone includes in particular at least one
  • Quantum well structure for example in the form of a quantum dot, a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short, for generating radiation.
  • the active zone contains one, preferably several, secondary well structures.
  • the optoelectronic component comprises a shading structure.
  • the shading structure includes, for example, one or more shading elements.
  • the shading structure comprises one or more absorption elements.
  • two adjacent segments are separated by a trench.
  • the trench Starting from an upper side of the semiconductor body, the trench completely penetrates the active zone.
  • the trench provides electrical and/or optical separation of the segments.
  • the segments can preferably be controlled and operated independently of one another.
  • the segments form independent optoelectronic components with preferably different functions.
  • the trench is, for example, introduced into the semiconductor body after the growth process, for example by means of an etching process.
  • the segments are in particular monolithically connected to one another.
  • the top side of the semiconductor body is formed, for example, on the first semiconductor layer.
  • the top side is in particular a surface of the first semiconductor layer that lies opposite the active zone.
  • the trench completely penetrates the first semiconductor layer.
  • the trench projects into the second semiconductor layer.
  • the trench serves as a recess in the
  • Semiconductor body is formed.
  • the trench is completely surrounded by the semiconductor body.
  • the first semiconductor layer and the active zone are formed contiguously.
  • the trench it is possible for the trench to completely cut through the first semiconductor layer and possibly the active zone.
  • the trench runs over the entire width of the semiconductor body, seen in plan view.
  • the first semiconductor layer and possibly the active zone are not formed contiguously.
  • the active zone and the first semiconductor layer each comprise at least two sections that are not in direct contact with one another.
  • At least one of the segments is designed to generate electromagnetic radiation, for example the first segment.
  • the radiation is, for example, laser radiation.
  • the first segment is designed in particular for coupling out radiation into the trench.
  • a second segment is set up, for example, to couple in this radiation from the trench.
  • the first segment and the second segment are in particular adjacent.
  • the second segment is, for example, a modulator that modulates, for example amplifies, the radiation of the first segment.
  • a main radiation surface of the optoelectronic component is arranged on a side opposite the trench in the area of the second segment.
  • a main radiation direction of the optoelectronic component is in particular perpendicular to the main radiation surface.
  • Further segments may also be present which follow the second segment.
  • the segments are each separated and spaced apart by a trench.
  • the segments can, for example, be arranged one after the other parallel to a main radiation direction of the semiconductor component, with a trench being arranged between each two adjacent segments.
  • the shading structure is arranged on the top and/or within the trench.
  • the shading structure is set up to shade radiation that spreads within the trench during normal operation and leaves it as scattered radiation, for example due to coupling losses.
  • the shading is preferably carried out in such a way that portions of the scattered radiation that propagate in the direction of the main radiation direction of the optoelectronic semiconductor component and/or at least partially in the direction of the semiconductor body are suppressed.
  • the shading structure is impermeable and/or at least partially absorbent for radiation generated in the active zone, for example radiation that propagates within the trench during normal operation.
  • the shading structure is impermeable and/or at least partially absorbent for scattered radiation.
  • impermeable means in particular that a transmittance of the shading structure is less than 20% or less than 15% or less than 10% or preferably less than 5%.
  • a material of the shading structure a high degree of absorption, which is, for example, more than 50% or more than 60% or more than 70%.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active zone and segments, and a shading structure. Two adjacent segments are separated by a trench that penetrates the active zone starting from an upper side of the semiconductor body.
  • the shading structure is arranged at the top and/or within the trench and is opaque to the radiation generated in the active zone.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is based, among other things, on the following technical features.
  • a segmented semiconductor component several components with different functions can be generated monolithically on one chip.
  • a laser element can be combined with a detection element, such as a photodiode, or with an optical modulator, such as an amplifier or controllable absorber.
  • an optical modulator such as an amplifier or controllable absorber.
  • the active zone between the segments is removed by forming a trench. Independent electrical contacting of these segments occurs, for example, via separate metallizations on an upper side of the semiconductor body.
  • Coupling radiation from one segment to the other across the trench always involves a loss due to the general divergence of the radiation.
  • the loss is determined, for example, by the non-coupling of radiation from one segment to the other. This can cause losses due to radiation leaking out of the trench in the form of result in scattered radiation.
  • Coupling radiation into undesired areas of the semiconductor component, for example a substrate, is also possible.
  • the semiconductor component described here makes use, among other things, of the idea of providing a shading structure.
  • the shading structure is arranged in such a way that portions of unwanted scattered radiation that propagate in the direction of a main radiation direction of the semiconductor component are suppressed. This means that the scattered light can be kept away from an application downstream of the semiconductor component, thereby increasing the overall beam quality of the optoelectronic semiconductor component and achieving improved image quality.
  • the semiconductor component is particularly suitable as a light source in projection applications.
  • augmented reality also known from English as “augmented reality”, or AR for short
  • virtual reality also known from English as “virtual reality”, or VR for short.
  • laser radiation is coupled from the first segment directly into the trench via a first flank of the trench. Over a The opposite second flank of the trench is coupled into the second segment. The radiation is subsequently coupled out in a main radiation direction in the direction of the application via a facet of the semiconductor component in the area of the second segment.
  • Such projection applications often require a high dynamic range.
  • This high dynamic range can preferably be achieved via amplification within the second segment.
  • An at least partial population inversion is brought about in the active zone in the area of the second segment without a laser threshold being exceeded.
  • radiation with a low intensity is preferably coupled into the second segment from the trench during operation.
  • the trench can be specifically designed in such a way that an increased radiation loss occurs within the trench and only radiation of low intensity is coupled into the second segment.
  • a shading structure described here is therefore particularly advantageous in applications that require a high dynamic range.
  • Semiconductor component includes the shading structure
  • Shading element which is in top view on the top at least the second segment is at least partially covered.
  • the shading structure comprises several shading elements
  • the shading element of this embodiment is, for example, a first shading element.
  • the shading element is structured, for example, as a layer on the top.
  • the shading element comprises, for example, a metal and/or a semiconductor material that reflects and/or absorbs scattered radiation.
  • the shading element comprises a dielectric which is designed to reflect and/or preferably absorb this radiation.
  • the shading element comprises one of the following materials or a combination of the following materials: gold, silver, aluminum, copper, platinum, silicon nitride, silicon, germanium, photoresists, mold materials, carbon-filled varnishes, organic coatings.
  • the shading element at least partially covers the first segment, the second segment and the trench in a plan view.
  • the shading element is, for example, the first shading element, as explained in connection with the previously described embodiment.
  • the material of the shading element is preferably designed to be electrically insulating.
  • the shading structure comprises a shading element that is arranged directly on the top. If the shading structure already has a first shading element, the shading element of this embodiment is in particular a second shading element.
  • the shading element is, for example, in direct contact with the top. In particular, the shading element is in direct contact with the first semiconductor layer.
  • the shading element can comprise the same structure and in particular the same materials as the previously explained shading element.
  • the top side is at most partially covered by the shading structure.
  • other sides of the semiconductor body in particular side surfaces and/or facets, are also free of the shading structure.
  • the shading structure does not form a housing or potting or similar for the semiconductor body and/or the optoelectronic semiconductor component.
  • the shading structure is not part of a housing or a potting.
  • the shading structure comprises an absorption element which is arranged within the trench. If the shading structure comprises several absorption elements, the absorption element is in particular a first absorption element.
  • the absorption element is designed to absorb radiation that propagates within the trench.
  • the absorption element has preferably an absorption level of at least 75% or at least 80% or at least 90% for this radiation.
  • the absorption element can be formed from a suitable material, which are mentioned above in connection with the shading element. Such an absorption element can advantageously be used to shade portions of the scattered radiation which, during operation, spread in the direction of the semiconductor body and/or, for example, in the direction of a substrate of the semiconductor body.
  • the absorption element at least partially covers a bottom region of the trench.
  • the absorption element completely covers the floor area.
  • the trench preferably extends into the second semiconductor layer.
  • flanks of the trench are partially covered by the absorption element.
  • Flanks of the trench in particular connect the bottom area of the trench with the top. Starting from the bottom area of the trench, the absorption element, for example, reaches at most as far as the active zone.
  • the trench is at least partially filled with a filling material.
  • the filling material is permeable to the radiation that spreads within the trench during normal operation. This means in particular that a transmittance of the filling material is, for example, at least 70% or at least 80% or at least 90%.
  • the filling material is, for example, silicon dioxide.
  • the transmittance is at most 50% or at most 40% or at most 30% amounts .
  • the intensity of radiation that is coupled into the second segment during operation can be reduced. If the second segment acts as an amplifier, a particularly large dynamic range of the optoelectronic semiconductor component can advantageously be achieved.
  • the trench is preferably completely filled with the filling material.
  • shading elements such as the first or second shading element
  • a shading element can be arranged on the filling material, in particular to be arranged directly thereon.
  • a shading element can be arranged essentially exclusively on the filling material. In this case, the top side can be free of the shading element in the area of the first and/or the second segment. In a top view of the top, only the trench is partially or completely covered by this shading element.
  • a distance between the shading structure and an upper edge of the trench is at most 50 pm.
  • the distance is at most 30 pm or at most 10 pm.
  • the distance can be an average distance between the top edge and the shading structure in the lateral direction.
  • the top edge is defined, for example, by a line where the flanks of the trench and the top meet.
  • the top edge can be seen as the contour of the trench in a top view of the top.
  • the lateral direction runs, for example, parallel to the main radiation direction. Is preferred the shading structure or at least one shading element is arranged directly on the upper edge.
  • the distance between all shading elements and/or absorption elements of the shading structure is each at most 50 pm or at most 30 pm or at most 10 pm.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a first contact structure with a first metallization and a second metallization, as well as a second contact structure.
  • the second contact structure is arranged, for example, directly on a side of the semiconductor body opposite the top side.
  • the second contact structure is in direct contact with the second semiconductor layer.
  • the second contact structure is set up for energizing and/or driving the second semiconductor layer.
  • the first metallization is, for example, arranged directly on the top in the area of the first segment and the second metallization is arranged directly on the top in the area of the second segment.
  • the first contact structure is set up to energize and/or drive the first semiconductor layer.
  • the first metallization and the second metallization are preferably electrically separated from one another.
  • the first segment and the second segment can be operated independently of one another.
  • the first and second contact structures each comprise, for example, one or more of the following metals: gold, titanium, AuGe, Ni, ITO, palladium, aluminum, silver, copper, platinum.
  • the shading structure comprises a shading element that is arranged directly on the second metallization.
  • the shading element of this embodiment is, for example, a second or a third shading element.
  • the shading element has, for example, the same materials as the metallization. It is possible for the shading element and the second metallization to be formed in one piece. Alternatively, the shading element has the same materials and/or composition as one of the above shading elements. It is possible for the shading element to also be arranged on the first metallization, for example directly on the first metallization. In this case, the shading element is designed to be electrically insulating.
  • the second metallization has a coverage area that partially covers the trench in a plan view of the top side.
  • the coverage area is part of the shading structure.
  • the coverage area is in particular part of the second metallization and is preferably formed in one piece with it.
  • the trench is preferably filled with the filling material. This means that the second metallization in the coverage area can be pulled over the trench particularly easily.
  • the coverage area extends to the first metallization and/or the first segment without coming into mechanical and/or electrical contact with it.
  • the optoelectronic component it comprises a carrier with a first contact point and a second contact point.
  • the first contact point is, for example, electrically conductively connected to the first metallization and the second contact point is electrically conductively connected to the second metallization, in particular directly connected.
  • the carrier is, for example, a circuit board or a submount.
  • the contact points are arranged, for example, on a main side of the carrier facing the semiconductor body. An independent control of the first and second metallization and thus of the first and second segment is advantageously possible via the carrier. Furthermore, the carrier can advantageously increase the mechanical stability of the optoelectronic semiconductor component.
  • the shading structure has an absorption element which is arranged between the first contact point and the second contact point of the carrier. If the shading structure already includes an absorption element, the absorption element of this embodiment is in particular a second absorption element.
  • the absorption element can advantageously be used to absorb scattered radiation that spreads out of the trench in the direction of the carrier. This means that reflection of this scattered radiation on the carrier can be prevented.
  • the absorbent element may have the same physical properties and the same materials as the absorbent element described above.
  • the optoelectronic semiconductor component is an edge emitter.
  • the semiconductor body comprises on the top a waveguide.
  • the shading structure comprises at least one lateral shading element, which is arranged next to the waveguide in a plan view of the top side.
  • the waveguide defines, for example, a resonator axis for a laser resonator of the edge emitter.
  • the waveguide can in particular be a ridge waveguide. These are also known in English, for example, as “ridges”.
  • the waveguide is, for example, part of the first semiconductor layer.
  • the waveguide protrudes from the first semiconductor layer.
  • the trench extends through the active zone or to where the optical wave is guided. Furthermore, it is possible for the trench to completely penetrate the waveguide. This means in particular that the waveguide is completely removed in the area of the trench.
  • a main radiation surface is formed by a facet which runs perpendicular to the top side. This facet is, for example, parallel to a main direction of extension of the trench.
  • the top side has a step in the case of a ridge waveguide.
  • the at least one lateral shading element is arranged in particular next to the trench.
  • the side shading element can comprise one or more layers, which can be formed from one of the above-mentioned materials of the above shading elements.
  • the lateral shading element is in particular on, for example, arranged directly on the top.
  • the lateral shading element comprises at least one recess, which is filled, for example, with an absorbent material.
  • the absorbent material can be a material of the absorption element.
  • the first segment is a laser element and the second segment is an optical modulator or a detection element.
  • the first segment preferably comprises at least one laser resonator, in which laser radiation is generated during normal operation. During operation, this laser radiation is preferably coupled from the first segment into the trench. At least part of this radiation is coupled into the second segment, where it is optically modulated, for example.
  • the optoelectronic component comprises a first facet and a second facet.
  • the first facet has a reflectance of at least 50%, in particular at least 80%, preferably at least 95%.
  • a first section of the active zone is delimited by the first facet and a first flank of the trench in the main radiation direction. The first section is assigned in particular to the first segment.
  • the second facet has a reflectance of at most 50%, in particular at most 20%, preferably at most 5%.
  • a second section of the active zone, which is assigned in particular to the second segment, is delimited in the radiation direction by the second facet and a second flank of the trench. The degree of reflection indicates in particular what proportion of the incident intensity corresponding facet or edge is reflected.
  • a degree of reflection of the reflection structure formed with at least one trench is between 10% and 90% inclusive, in particular 99% inclusive.
  • the first section preferably forms a laser oscillator.
  • laser radiation in particular is coupled into the trench on the first flank of the trench.
  • at the second flank of the trench during normal operation at least part of this laser radiation is coupled into the second section.
  • the first edge is opposite the second edge.
  • the radiation is finally coupled out of the semiconductor component during normal operation at a main radiation surface of the semiconductor body opposite the trench in the area of the second segment.
  • the second section in particular forms an amplifier for the laser radiation.
  • no laser resonator is formed in the second section due to the selected degree of reflection of the second facet. Due to the amplification, it is possible to realize a semiconductor component with a high dynamic range.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a modification of an optoelectronic semiconductor component
  • Figures 2 to 9 show schematic sectional views of various exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor component described here and
  • Figure 10 shows a schematic top view of an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component described here.
  • the modification 100 of the optoelectronic semiconductor component according to FIG. 1 has a semiconductor body 2.
  • the semiconductor body 2 includes a first semiconductor layer 21, a second semiconductor layer 22 and an active zone 23, which is arranged between the first and second semiconductor layers 21, 22.
  • the first semiconductor layer 21 is, for example, p-doped and the second semiconductor layer 22 is, for example, n-doped or vice versa.
  • the semiconductor body 2 is formed with an I I I /V compound semiconductor material, in particular with GaN.
  • the semiconductor body 2 is, for example, formed in one piece and produced in a single growth process.
  • a trench 6 penetrates the first semiconductor layer 21 and the active zone 23 starting from an upper side 26 of the Semiconductor body 2 completely.
  • the semiconductor body 2 is divided into a first segment 3 and a second segment 4 by the trench 6 .
  • the segments 3, 4 are electrically and/or optically separated from one another.
  • the modification 100 further comprises a second contact structure 30 and a first contact structure 31, 32.
  • the second contact structure 30 is designed to energize the second semiconductor layer 22 during normal operation.
  • the second contact structure 30 is arranged on a side of the semiconductor body 2 opposite the top 26 and is in direct contact with the second semiconductor layer 22.
  • the first contact structure 31 , 32 is designed to energize the first semiconductor layer 21 during normal operation.
  • the first contact structure 31, 32 includes a first metallization 31 and a second metallization 32.
  • the first metallization 31 is arranged in direct contact with the top 26 in the area of the first segment 3.
  • the second metallization 32 is arranged in direct contact with the top in the area of the second segment 4.
  • the segments 3, 4 can be operated independently of one another via the first metallization 31 and the second metallization 32.
  • the second contact structure 30 and the first contact structure 31, 32 each include one or more metals, such as gold, titanium, AuGe, Ni, ITO, palladium, aluminum, silver, copper, platinum.
  • the active zone 23 includes a first section 24 and a second section 25.
  • the first section 24 is assigned to the first segment 3 and the second section 25 is assigned to the second segment 4.
  • the first section will be 24 limited in the direction of a main radiation direction 9 by a first facet 28 and a first flank 61 of the trench 6.
  • the active zone 23 is set up in the first section 24 to produce laser radiation in the visible spectral range.
  • a laser resonator is formed in the first section 24.
  • the first facet 28 has a high degree of reflection, for example over 90%, preferably over 95%.
  • the first edge 61 has a reflectance between 10% and 90%, for example 50%.
  • the first flank 61 serves as a decoupling surface for laser radiation generated in the first section 24. During normal operation, this radiation 7 spreads in the trench 6.
  • the second segment 4 forms an optical amplifier for radiation, which is coupled into the second section 25 via a second edge 62 during operation.
  • the second flank 62 lies opposite the first flank 61 of the trench 6.
  • the second section 25 is delimited by the second flank 62 of the trench 6 and a second facet 29 in the radiation direction 9.
  • a degree of reflection of the second edge 62 is, for example, between 10% and 90% and a degree of reflection of the second facet 29 is, for example, at most 5% or at most 10%.
  • no laser resonator is formed in the second segment 4.
  • an at least partial population inversion is brought about during operation in the second section 25 without a laser threshold being exceeded.
  • the second facet 29 forms a main radiation surface of the modification 100.
  • the modification 100 is an edge emitter whose main radiation direction 9 is vertical to the second facet 29 is.
  • the dynamic range of the modification 100 can be increased.
  • Radiation that is emitted by the semiconductor component in the main radiation direction 9 can be superimposed on the scattered radiation 71 during operation. This lowers the beam quality and the image quality of the modification 100. Unwanted interference signals caused by the scattered radiation 71 are particularly problematic in applications that require a high dynamic range.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1 described here, in which these disadvantages are at least partially overcome.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 comprises a filling material 60 with which the trench 6 is completely filled.
  • the metallization 32 has a larger extent, so that it extends over the trench 6 in an overlap area 53.
  • the trench 6 is at least partially covered by the overlap area 53.
  • the filling material 60 is preferably transparent to the radiation 7 which propagates within the trench during operation.
  • the filling material 60 is formed, for example, with or from silicon dioxide. Due to the filling material 60, the second metallization 32 can be pulled over the trench 6 particularly easily.
  • the overlap area 53 shades or at least partially absorbs scattered radiation 71 , which propagates in the direction of the top 26 and the main radiation direction 9 .
  • the overlap area 53 is therefore part of a shading structure 5. This advantageously allows some of the scattered radiation 71 to be suppressed. In particular, those portions of the scattered radiation 71 that would propagate in the direction of the main radiation direction 9 are suppressed.
  • FIG. 3 shows an optoelectronic semiconductor component 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the semiconductor component 1 essentially has the same features as the semiconductor component of FIG. 2, with the difference that the shading structure 5 is not formed with an overlap region 53 of the second metallization 32, but rather comprises a shading element 51. Furthermore, the trench 6 is free of filling material.
  • the shading element 51 is arranged on the top 26. The shading element 51 is arranged in direct contact with the second metallization 32. The shading element 51 forms a shading structure 5 for scattered radiation 71.
  • the shading element 51 is designed to be impermeable to radiation 7 , which propagates within the trench 6 during operation, and in particular to scattered radiation 71 .
  • a transmittance of the shading element 51 is, for example, a maximum of 10% for this radiation 7.
  • the shading element 51 is structured, for example, as a layer, formed with a dielectric and has an absorption level for the scattered radiation 71 of, for example, more than 70%.
  • the shading element 51 is formed, for example, with silicon nitride, an inorganic coating or a photoresist. In a top view of the top 26, the shading element 51 partially covers the second segment 4.
  • Portions of the scattered radiation 71 that propagate in the direction of the main radiation direction 9 can be suppressed with this shading element 51, as illustrated in connection with the arrows 71 in Figure 3. In this way, interference signals in the application due to the scattered radiation 71 can be reduced and the beam quality of the optoelectronic semiconductor component 1 can be increased.
  • the exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor component 1 according to FIG. 4 differs from the exemplary embodiment of FIG. 3 in that the shading element 51 partially covers the first segment 3, the second segment 4 and the trench 6 in a plan view of the top side 26. It is also possible for the shading element 51 to completely cover the trench 6.
  • the shading element 51 is arranged in direct contact with the first metallization 31 and the second metallization 32.
  • the shading element 51 is preferably designed to be electrically insulating. With a shading element 51 arranged in this way, scattered radiation 71 can be effectively shaded. This allows not only portions of the scattered radiation 71 that propagate in the direction of the main radiation direction 9, but also portions of the scattered radiation 71 that reach the trench 6 in another direction exit, suppress as illustrated with the arrows in Figure 4.
  • the exemplary embodiment of FIG. 5 differs from the exemplary embodiment of FIG. 3 in that the trench 6 is filled with the filling material 60. Furthermore, the shading element 51 is arranged directly on the top 26. The shading element 51 is therefore in direct contact with the first semiconductor layer 21. The shading element 51 is arranged directly on an upper edge of the trench 6. The upper edge of the trench is defined by a line where the top 26 meets the flanks 61 , 62 of the trench 6 . A particularly close arrangement of the shading element 51 or the shading structure 5 to the upper edge of the trench 6 allows the scattered radiation 71 to be shaded particularly effectively.
  • the exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor component 1 in FIG. 6 differs from the exemplary embodiment in FIG. 4 only in that the trench 6 is filled with the filling material 60.
  • an absorption element 52 is additionally arranged within the trench 6.
  • the absorption element 52 and the shading element 51 together form the shading structure 5.
  • the shading structure 5 it is also possible for the shading structure 5 to have only one absorption element 52. It is also possible that the shading structures 5 of all others Exemplary embodiments also have an absorption element 52.
  • the absorption element 52 is preferably formed with a dielectric and has an absorption level of at least 80% or at least 90% for the scattered radiation 71.
  • the absorption element 52 completely covers a bottom region of the trench 6 and partially covers flanks 61 , 62 of the trench 6 . Measured from the bottom of the trench 6, the absorption element 52 preferably does not reach the active zone 23.
  • the absorption element 52 can be used to shade scattered radiation 71 that would propagate in the direction of the semiconductor body 2 . A particularly large proportion of scattered radiation 71 can thus be suppressed with a shading structure 5.
  • the scattered radiation 71 also includes, for example, unwanted and/or unused laser radiation, which although it couples into the following segment, but which couples in too deeply and would therefore not reach the active zone, but rather into non-leading layers.
  • FIG. 8 differs from the exemplary embodiment of FIG for example, in connection with Figure 4 is explained.
  • Figure 9 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1 described here.
  • the semiconductor component 1 of FIG. 9 in particular has all the features of the semiconductor component of FIG. 3, with the difference that no shading element 51 is present.
  • the semiconductor body 2 is on a carrier 11 appropriate .
  • the carrier 11 has a first contact point 12 and a second contact point 13 on a main side facing the semiconductor body 2.
  • the first contact point 12 and the first metallization 31 are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the second contact point 13 and the second metallization 32 are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the carrier 11 is, for example, a printed circuit board with which the segments 3, 4 of the semiconductor body 2 can be controlled independently of one another via the contact points 12, 13.
  • a shading structure 5 is arranged on the top side 26 between the first contact point 12 and the second contact point 13 .
  • the shading structure 5 includes an absorption element 52. With the absorption element 52, scattered radiation 71, which would emerge from the trench 6 in the direction of the carrier 11 during normal operation, can be absorbed and suppressed. This allows reflections of the scattered radiation 71 on the carrier 11 to be reduced, whereby the beam quality of the optoelectronic semiconductor component 1 can be increased.
  • the optoelectronic component 1 has a waveguide 20.
  • the waveguide 20 extends from a first facet 28 to a second facet 29, which forms a main radiation surface of the optoelectronic semiconductor component 1.
  • the first facet 28 and the second facet 29 each run perpendicular to the top 26.
  • the waveguide 20 is interrupted by a trench 6. This means that the waveguide 20 is completely severed in the area of the trench 6 .
  • a first section of the waveguide 20 runs from the first facet 28 to a first edge 61 of the trench 6 and a second section runs from a second edge 62 of the trench 6 to the second facet 29.
  • the first section is assigned to a first segment 3 and the second section to a second segment 4 of the semiconductor body 2.
  • the waveguide 20 defines a resonator axis for a laser resonator at least in the area of the first segment 3.
  • Lateral shading elements 54 are arranged to the side of the waveguide 20 and next to the trench 6 .
  • the two lateral shading elements 54 form a shading structure 5.
  • the lateral shading elements 54 are, for example, each designed as recesses into which an absorption material is introduced.
  • the absorption material is the same material with which the absorption element 52 is formed.
  • At least one of the lateral shading elements is designed in the form of an additional layer.
  • the additional layer is formed like a shading element 51 according to one of the other exemplary embodiments, in particular with the same material.
  • a waveguide according to FIG. 10 is formed.
  • cutting planes of the Sectional views of Figures 2 to 9 run perpendicular to the top 26 through a waveguide.
  • Lateral shading elements 54 can also be attached to all other exemplary embodiments.
  • the shading structure 5 of FIG. 10 can comprise further shading elements 51 and/or absorption elements 52 according to one of the other exemplary embodiments.
  • Such lateral shading elements 54 can be used to shade portions of the scattered radiation 71 that leave the trench 6 in lateral directions, as illustrated by the arrows 71 in Figure 10.

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Abstract

Das optoelektronisches Bauelement (1) umfasst einen Halbleiterköper (2) mit einer aktiven Zone (23) und Segmenten (3, 4) sowie eine Abschattungsstruktur (5). Zwei benachbarte Segmente (3,4) sind durch einen Graben (6) getrennt, der ausgehend von einer Oberseite (26) des Halbleiterkörpers (5) die aktive Zone (23) durchdringt. Die Abschattungsstruktur (5) ist an der Oberseite (26) und/oder innerhalb des Grabens (5) angeordnet und ist undurchlässig für in der aktiven Zone (23) erzeugte Strahlung (7).

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte Strahlqualität aufweist .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Zone und Segmenten . Die aktive Zone ist beispielweise zwischen einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers angeordnet . Beispielsweise weist die erste Halbleiterschicht Ladungsträger eines ersten Typs , zum Beispiel p-Ladungsträger oder n-Ladungsträger , auf . Die zweite Halbleiterschicht weist zum Beispiel Ladungsträger eines zweiten Typs auf , insbesondere eines dem ersten Typ entgegengesetzten Typs . Zum Beispiel ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und die zweite Halbleiterschicht n-dotiert . Die erste und die zweite Halbleiterschicht können j eweils auch zwei oder mehr Unterschichten umfassen und somit j eweils als Halbleiterschichtenfolgen ausgebildet sein . Beispielsweise basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial , wie zum Beispiel AlnInj__n_ mGamN, oder auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamP, oder auf einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder AlnIn]__n-mGamAsP, wobei j eweils 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und m + n < 1 ist . Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber sind j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters des Halbleiterkörpers , also Al , As , Ga, In, N und P angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können . Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf einem I I I /V- Verbindungshalbleitermaterial wie beispielsweise GaN .
Der Halbleiterkörper ist beispielsweise einstückig ausgebildet . Insbesondere ist der Halbleiterkörper in einem gemeinsamen Wachstumsprozess hergestellt . Eine Aufteilung des Halbleiterkörpers in Segmente erfolgt bevorzugt nach dem Fertigstellen des Wachstumsprozesses .
Die aktive Zone ist beispielsweise zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung aus einem Wellenlängenbereich zwischen einschließlich dem IR-Bereich und einschließlich dem UV-Bereich eingerichtet . Bevorzugt wird in der aktiven Zone im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt .
Die aktive Zone beinhaltet insbesondere wenigstens eine
Quantentopfstruktur zum Beispiel in Form eines Quantenpunkts , eines einzelnen Quantentopfs , kurz SQW, oder in Form einer Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, zur Strahlungserzeugung . Zusätzlich beinhaltet die aktive Zone eine , bevorzugt mehrere , Nebentopfstrukturen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement eine Abschattungsstruktur . Die Abschattungsstruktur umfasst beispielsweise ein oder mehrere Abschattungselemente . Alternativ oder zusätzlich umfasst die Abschattungsstruktur ein oder mehrere Absorptionselemente .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind zwei benachbarte Segmente durch einen Graben getrennt . Der Graben durchdringt , ausgehend von einer Oberseite des Halbleiterkörpers , die aktive Zone vollständig . Insbesondere erfolgt durch den Graben eine elektrische und/oder optische Trennung der Segmente . Vorzugsweise sind die Segmente unabhängig voneinander ansteuerbar und betreibbar . Die Segmente bilden insbesondere unabhängige optoelektronische Komponenten mit bevorzugt unterschiedlichen Funktionen . Der Graben ist beispielsweise in den Halbleiterkörper nach dem Wachstumsprozess eingebracht , zum Beispiel mittels einem Ätzprozess . Die Segmente sind insbesondere monolithisch miteinander verbunden .
Die Oberseite des Halbleiterkörpers ist beispielsweise an der ersten Halbleiterschicht ausgebildet . Die Oberseite ist insbesondere eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht , die der aktiven Zone gegenüberliegt . Vorzugsweise durchdringt der Graben die erste Halbleiterschicht vollständig . Beispielsweise ragt der Graben in die zweite Halbleiterschicht hinein .
Es ist möglich, dass der Graben als Ausnehmung des
Halbleiterkörpers ausgebildet ist . In diesem Fall ist in Draufsicht auf die Oberseite des Halbleiterkörpers der Graben vollständig von dem Halbleiterkörper umgeben . Insbesondere sind in diesem Fall die erste Halbleiterschicht und die aktive Zone zusammenhängend ausgebildet .
Alternativ ist es möglich, dass der Graben die erste Halbleiterschicht und gegebenenfalls die aktive Zone vollständig durchtrennt . Beispielsweise verläuft der Graben über die gesamte Breite des Halbleiterkörpers , gesehen in Draufsicht . In diesem Fall sind die erste Halbleiterschicht und gegebenenfalls die aktive Zone nicht zusammenhängend ausgebildet . Damit ist insbesondere gemeint , dass die aktive Zone und die erste Halbleiterschicht j e mindestens zwei Abschnitte umfassen, die nicht in direkten Kontakt miteinander stehen .
Beispielsweise ist zumindest eines der Segmente zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet , zum Beispiel das erste Segment . Bei der Strahlung handelt es sich zum Beispiel um eine Laserstrahlung . Das erste Segment ist insbesondere zur Auskopplung von Strahlung in den Graben eingerichtet .
Ein zweites Segment ist beispielsweise zur Einkopplung dieser Strahlung aus dem Graben eingerichtet . Das erste Segment und das zweite Segment sind insbesondere benachbart . Bei dem zweiten Segment handelt es sich beispielsweise um einen Modulator, der die Strahlung des ersten Segments moduliert , zum Beispiel verstärkt . Beispielsweise ist an einer dem Graben gegenüberliegenden Seite im Bereich des zweiten Segments eine Hauptabstrahl fläche des optoelektronischen Bauelements angeordnet . Eine Hauptabstrahlrichtung des optoelektronischen Bauelements ist insbesondere senkrecht zu der Hauptabstrahl fläche . Ferner können weitere Segmente vorhanden sein, die dem zweiten Segment nachfolgen . Die Segmente sind j eweils durch einen Graben voneinander getrennt und beabstandet . Die Segmente können zum Beispiel parallel zu einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauelements aufeinanderfolgend angeordnet sein, wobei zwischen j e zwei benachbarten Segmenten ein Graben angeordnet ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Abschattungsstruktur an der Oberseite und/oder innerhalb des Grabens angeordnet . Beispielsweise ist die Abschattungsstruktur dazu eingerichtet , Strahlung, die sich im bestimmungsgemäßen Betrieb innerhalb des Grabens ausbreitet und diesen, zum Beispiel aufgrund von Kopplungsverlusten, als Streustrahlung verlässt , abzuschatten . Die Abschattung erfolgt vorzugsweise derart , dass Anteile der Streustrahlung, die sich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung des optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder zumindest teilweise in Richtung des Halbleiterkörpers ausbreiten, unterdrückt sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Abschattungsstruktur undurchlässig und/oder zumindest teilweise absorbierend für in der aktiven Zone erzeugte Strahlung, also zum Beispiel Strahlung, die sich im bestimmungsgemäßen Betrieb innerhalb des Grabens ausbreitet . Insbesondere ist die Abschattungsstruktur undurchlässig und/oder zumindest teilweise absorbierend für Streustrahlung . Undurchlässig meint hier und im Folgenden insbesondere , dass ein Transmissionsgrad der Abschattungsstruktur kleiner 20 % oder kleiner 15 % oder kleiner 10 % oder bevorzugt kleiner 5 % ist . Bevorzugt weist ein Material der Abschattungsstruktur einen hohen Absorptionsgrad auf , der beispielsweise mehr als 50 % oder mehr als 60 % oder mehr als 70 % beträgt .
In mindestens einer Aus führungs form umfasst das optoelektronisches Bauelement einen Halbleiterköper mit einer aktiven Zone und Segmenten, und eine Abschattungsstruktur . Zwei benachbarte Segmente sind durch einen Graben getrennt , der ausgehend von einer Oberseite des Halbleiterkörpers die aktive Zone durchdringt . Die Abschattungsstruktur ist an der Oberseite und/oder innerhalb des Grabens angeordnet und ist undurchlässig für die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem folgende technische Besonderheiten zugrunde . Durch ein segmentiertes Halbleiterbauelement lassen sich auf einem Chip monolithisch mehrere Bauteile mit unterschiedlichen Funktionen generieren . So lässt sich beispielsweise ein Laserelement mit einem Detektionselement , wie eine Fotodiode , oder mit einem optischen Modulator, wie zum Beispiel einem Verstärker oder regelbaren Absorber kombinieren . Zur elektrischen und optischen Trennung solcher Segmente wird die aktive Zone zwischen den Segmenten durch Bilden eines Grabens entfernt . Eine unabhängige elektrische Kontaktierung dieser Segmente erfolgt beispielsweise über getrennte Metallisierungen an einer Oberseite des Halbleiterkörpers .
Eine Kopplung von Strahlung aus einem Segment in das andere über den Graben ist durch die allgemeine Divergenz der Strahlung immer mit einem Verlust behaftet . Der Verlust bestimmt sich beispielsweise durch eine Nichteinkopplung von Strahlung von einem Segment in das andere . Dies kann Verluste durch Hinausstrahlen von Strahlung aus dem Graben in Form von Streustrahlung zur Folge haben . Auch Einkoppeln von Strahlung in ungewünschte Bereiche des Halbleiterbauelements , zum Beispiel eines Substrats , ist möglich .
Dabei wird versucht , die Kopplung von Strahlung von einem Segment in das andere so ef fi zient wie möglich zu gestalten, um die gesamte Ef fi zienz des Halbleiterbauelements zu erhöhen . Ein vollständiges Überkoppeln des Grabens kann j edoch typischerweise nicht erreicht werden .
Das hier beschriebene Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Abschattungsstruktur vorzusehen . Die Abschattungsstruktur wird derart angeordnet , dass Anteile von unerwünschter Streustrahlung, die sich in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauelements ausbreiten, unterdrückt werden . Somit lässt sich das Streulicht von einer dem Halbleiterbauelement nachgeordneten Anwendung fern halten, womit die Strahlqualität des optoelektronischen Halbleiterbauelements insgesamt erhöht wird und eine verbesserte Bildqualität erreicht wird .
Wird beispielsweise als erstes Segment ein Laserelement verwendet und das zweite Element bildet einen optischen Verstärker, eignet sich das Halbleiterbauelement insbesondere als Lichtquelle in Proj ektionsanwendungen . Beispiele für solche Anwendungen finden sich im Bereich der sogenannten erweiterten Realität , aus dem Englischen auch als „augmented reality" , kurz AR, bekannt , und im Bereich der sogenannten virtuellen Realität , aus dem Englischen auch als „virtual reality" , kurz VR bekannt . Dabei wird Laserstrahlung im Betrieb von dem ersten Segment direkt in den Graben über eine erste Flanke des Grabens eingekoppelt . Über eine gegenüberliegende zweite Flanke des Grabens erfolgt eine Einkopplung in das zweite Segment . Über eine Facette des Halbleiterbauelements im Bereich des zweiten Segments wird die Strahlung nachfolgend in einer Hauptabstrahlrichtung in Richtung der Anwendung ausgekoppelt .
Solche Proj ektionsanwendungen erfordern häufig einen hohen Dynamikbereich . Dieser hohe Dynamikbereich lässt sich vorzugsweise über eine Verstärkung innerhalb des zweiten Segments erzielen . Dabei wird in der aktiven Zone im Bereich des zweiten Segments eine zumindest teilweise Besetzungsinversion herbeigeführt , ohne dass eine Laserschwelle überschritten wird .
Um einen besonders großen Dynamikbereich zu erzielen, wird im Betrieb bevorzugt Strahlung mit einer geringen Intensität in das zweite Segment aus dem Graben eingekoppelt . Beispielsweise lässt sich der Graben gezielt derart gestalten, dass ein erhöhter Strahlungsverlust innerhalb des Grabens auftritt und nur Strahlung einer geringen Intensität in das zweite Segment eingekoppelt wird .
Gleichzeitig ist eine Unterdrückung von Streustrahlung bei solchen Anwendungen besonders wichtig, da diese sich mit der verstärkten Strahlung aus dem zweiten Segment überlagern und damit Störsignale in der Anwendung erzeugen kann . Eine hier beschriebene Abschattungsstruktur ist daher bei solchen Anwendungen, die einen hohen Dynamikbereich erfordern, besonders vorteilhaft .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen
Halbleiterbauelements umfasst die Abschattungsstruktur ein
Abschattungselement , das in Draufsicht auf die Oberseite zumindest das zweite Segment zumindest teilweise überdeckt . Umfasst die Abschattungsstruktur mehrere Abschattungselemente so handelt es sich bei dem Abschattungselement dieser Aus führungs form beispielsweise um ein erstes Abschattungselement . Das Abschattungselement ist beispielsweise als Schicht an der Oberseite strukturiert . Das Abschattungselement umfasst beispielsweise ein Metall und/oder ein Halbleitermaterial , das Streustrahlung reflektiert und/oder absorbiert . Alternativ oder zusätzlich umfasst das Abschattungselement ein Dielektrikum, welches für diese Strahlung reflektierend und/oder vorzugsweise absorbierend ausgebildet ist . Beispielsweise umfasst das Abschattungselement eines der folgenden Materialien oder eine Kombination der folgenden Materialien : Gold, Silber, Aluminium, Kupfer, Platin, Sili ziumnitrid, Sili zium, Germanium, Fotolacke , Mold-Materialien, kohlenstof f gefüllte Lacke , organische Coatings .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements überdeckt das Abschattungselement in Draufsicht j eweils das erste Segment , das zweite Segment und den Graben zumindest teilweise . Beispielsweise wird der Graben vollständig überdeckt . Bei dem Abschattungselement handelt es sich beispielsweise um das erste Abschattungselement , wie es in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Aus führungs form erläutert ist . Bevorzugt ist das Material des Abschattungselements bei dieser Aus führungs form elektrisch isolierend ausgebildet . Durch eine teilweise oder vollständige Uberdeckung des Grabens mit einem Abschattungselement lässt sich vorteilhafterweise ein besonders großer Teil der aus dem Graben austretenden Streustrahlung abschatten . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die Abschattungsstruktur ein Abschattungselement , das direkt an der Oberseite angeordnet ist . Weist die Abschattungsstruktur bereits ein erstes Abschattungselement auf , so handelt es sich bei dem Abschattungselement dieser Aus führungs form insbesondere um ein zweites Abschattungselement . Das Abschattungselement ist beispielsweise in direktem Kontakt mit der Oberseite . Insbesondere ist das Abschattungselement in direktem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht . Das Abschattungselement kann den gleichen Aufbau und insbesondere die gleichen Materialien umfassen wie das zuvor erläuterte Abschattungselement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oberseite in Draufsicht gesehen höchstens teilweise von der Abschattungsstruktur überdeckt . Vorzugsweise sind auch andere Seiten des Halbleiterkörpers , insbesondere Seitenflächen und/oder Facetten, frei von der Abschattungsstruktur . Das heißt , die Abschattungsstruktur bildet kein Gehäuse oder Verguss oder ähnliches für den Halbleiterkörper und/oder das optoelektronische Halbleiterbauelement . Insbesondere ist die Abschattungsstruktur auch nicht Teil eines Gehäuses oder eines Vergusses .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Abschattungsstruktur ein Absorptionselement , das innerhalb des Grabens angeordnet ist . Umfasst die Abschattungsstruktur mehrere Absorptionselemente , so handelt es sich bei dem Absorptionselement insbesondere um ein erstes Absorptionselement . Das Absorptionselement ist dazu eingerichtet , Strahlung, die sich innerhalb des Grabens ausbreitet , zu absorbieren . Das Absorptionselement weist bevorzugt ein Absorptionsgrad von mindestens 75 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % für diese Strahlung auf . Das Absorptionselement kann aus einem geeigneten Material gebildet sein, die oben in Verbindung mit dem Abschattungselement genannt sind . Vorteilhafterweise lassen sich mit einem solchen Absorptionselement Anteile der Streustrahlung abschatten, die sich im Betrieb in Richtung des Halbleiterkörpers und/oder beispielsweise in Richtung eines Substrats des Halbleiterkörpers ausbreiten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form bedeckt das Absorptionselement einen Bodenbereich des Grabens zumindest teilweise . Insbesondere bedeckt das Absorptionselement den Bodenbereich vollständig . Vorzugsweise reicht der Graben bis in die zweite Halbleiterschicht hinein . Insbesondere sind Flanken des Grabens teilweise von dem Absorptionselement bedeckt . Flanken des Grabens verbinden insbesondere den Bodenbereich des Grabens mit der Oberseite . Ausgehend vom Bodenbodenbereich des Grabens reicht das Absorptionselement beispielsweise höchstens bis an die aktive Zone heran .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Graben mit einem Füllmaterial zumindest teilweise gefüllt . Insbesondere ist das Füllmaterial für die Strahlung, die sich im bestimmungsgemäßen Betrieb innerhalb des Grabens ausbreitet , durchlässig . Damit ist insbesondere gemeint , dass ein Transmissionsgrad des Füllmaterials zum Beispiel mindestens 70 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % beträgt . Bei dem Füllmaterial handelt es sich beispielsweise um Sili ziumdioxid .
Alternativ ist es möglich, dass der Transmissionsgrad höchstens 50 % oder höchstens 40 % oder höchstens 30 % beträgt . Mit einem solchen Füllmaterial lässt sich die Intensität von Strahlung verringern, die im Betrieb in das zweite Segment eingekoppelt wird . Wirkt das zweite Segment als Verstärker, lässt sich so vorteilhafterweise ein besonders großer Dynamikbereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements erreichen .
Bevorzugt ist der Graben vollständig mit dem Füllmaterial gefüllt . Durch eine Verfüllung des Grabens mit dem Füllmaterial ist insbesondere ein Aufbringen von Abschattungselementen erleichtert . Es ist möglich dass Abschattungselemente , wie beispielsweise das erste oder zweite Abschattungselement , auf dem Füllmaterial angeordnet sind, insbesondere direkt darauf angeordnet sind . Ebenso ist es möglich, dass ein Abschattungselement im Wesentlichen ausschließlich auf dem Füllmaterial angeordnet ist . In diesem Fall kann die Oberseite im Bereich des ersten und/oder des zweiten Segments frei von dem Abschattungselement sein . In Draufsicht auf die Oberseite ist dann lediglich der Graben teilweise oder vollständig von diesem Abschattungselement überdeckt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form beträgt ein Abstand der Abschattungsstruktur zu einer Oberkante des Grabens höchstens 50 pm . Der Abstand beträgt beispielsweise höchstens 30 pm oder höchstens 10 pm . Bei dem Abstand kann es sich um einen mittleren Abstand zwischen Oberkante und Abschattungsstruktur in lateraler Richtung handeln . Die Oberkante ist zum Beispiel durch eine Linie definiert , an der Flanken des Grabens und die Oberseite aufeinander tref fen . Die Oberkante ist beispielsweise in Draufsicht auf die Oberseite als Kontur des Grabens zu erkennen . Die laterale Richtung verläuft zum Beispiel parallel zur Hauptabstrahlrichtung . Bevorzugt ist die Abschattungsstruktur oder zumindest ein Abschattungselement direkt an der Oberkante angeordnet . Insbesondere beträgt der Abstand aller Abschattungselement und/oder Absorptionselemente der Abschattungsstruktur j eweils höchstens 50 pm oder höchstens 30 pm oder höchstens 10 pm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses eine erste Kontaktstruktur mit einer ersten Metallisierung und einer zweiten Metallisierung, sowie eine zweite Kontaktstruktur . Die zweite Kontaktstruktur ist beispielsweise direkt auf einer der Oberseite gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers angeordnet . Insbesondere ist die zweite Kontaktstruktur in direktem Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht . Zum Beispiel ist die zweite Kontaktstruktur zum Bestromen und/oder Ansteuern der zweiten Halbleiterschicht eingerichtet .
Die erste Metallisierung ist beispielsweise direkt auf der Oberseite im Bereich des ersten Segments und die zweite Metallisierung direkt auf der Oberseite im Bereich des zweiten Segments angeordnet . Die erste Kontaktstruktur ist zum Bestromen und/oder Ansteuern der ersten Halbleiterschicht eingerichtet . Bevorzugt sind die erste Metallisierung und die zweite Metallisierung elektrisch voneinander getrennt . Insbesondere lassen sich mit der ersten Metallisierung und der zweiten Metallisierung das erste Segment und das zweite Segment unabhängig voneinander betreiben . Die erste und die zweite Kontaktstruktur umfassen beispielsweise j eweils eines oder mehrere der folgenden Metalle : Gold, Titan, AuGe , Ni , ITO, Palladium, Aluminium, Silber, Kupfer, Platin . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die Abschattungsstruktur ein Abschattungselement , das direkt auf der zweiten Metallisierung angeordnet ist . Weist die Abschattungsstruktur bereits ein oder mehrere Abschattungselemente auf , so handelt es sich bei dem Abschattungselement dieser Aus führungs form beispielsweise um ein zweites oder ein drittes Abschattungselement . Das Abschattungselement weist beispielsweise gleiche Materialien auf wie die Metallisierung . Es ist möglich, dass das Abschattungselement und die zweite Metallisierung einstückig ausgebildet sind . Alternativ weist das Abschattungselement die gleichen Materialien und/oder Zusammensetzung auf , wie eines der obigen Abschattungselemente . Es ist möglich, dass das Abschattungselement ebenfalls auf der ersten Metallisierung, beispielsweise direkt auf der ersten Metallisierung angeordnet ist . In diesem Fall ist das Abschattungselement elektrisch isolierend ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die zweite Metallisierung einen Überdeckungsbereich auf , der den Graben in Draufsicht auf die Oberseite teilweise überdeckt . Der Überdeckungsbereich ist Teil der Abschattungsstruktur . Der Überdeckungsbereich ist insbesondere Teil der zweiten Metallisierung und bevorzugt einstückig mit dieser ausgebildet . Vorzugsweise ist bei dieser Aus führungs form der Graben mit dem Füllmaterial auf gefüllt . Damit kann die zweite Metallisierung im Überdeckungsbereich besonders einfach über den Graben gezogen werden . Beispielsweise reicht der Überdeckungsbereich in Draufsicht an die erste Metallisierung und/oder das erste Segment heran, ohne mit diesem in mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zu treten . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses einen Träger mit einer ersten Kontaktstelle und einer zweiten Kontaktstelle . Die erste Kontaktstelle ist beispielsweise elektrisch leitfähig mit der ersten Metallisierung und die zweite Kontaktstelle elektrisch leitfähig mit der zweiten Metallisierung verbunden, insbesondere direkt verbunden . Der Träger ist beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Submount . Die Kontaktstellen sind zum Beispiel an einer dem Halbleiterkörper zugewandten Hauptseite des Trägers angeordnet . Über den Träger ist vorteilhafterweise eine unabhängige Ansteuerung der ersten und zweiten Metallisierung und somit des ersten und des zweiten Segments möglich . Weiterhin vorteilhaft kann der Träger die mechanische Stabilität des optoelektronischen Halbleiterbauelements erhöhen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Abschattungsstruktur ein Absorptionselement auf , das zwischen der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle des Trägers angeordnet ist . Umfasst die Abschattungsstruktur bereits ein Absorptionselement , so handelt es sich bei dem Absorptionselement dieser Aus führungs form insbesondere um ein zweites Absorptionselement . Mit dem Absorptionselement lässt sich vorteilhafterweise Streustrahlung, die sich aus dem Graben in Richtung des Trägers ausbreitet , absorbieren . Damit kann eine Reflexion dieser Streustrahlung an dem Träger verhindert werden . Das Absorptionselement kann die gleichen physikalischen Eigenschaften und die gleichen Materialien aufweisen wie das oben beschriebene Absorptionselement .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Kantenemitter . Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper an der Oberseite einen Wellenleiter . Die Abschattungsstruktur umfasst zumindest ein seitliches Abschattungselement , das in Draufsicht auf die Oberseite neben dem Wellenleiter angeordnet ist . Der Wellenleiter definiert beispielsweise eine Resonatorachse für einen Laserresonator des Kantenemitters .
Bei dem Wellenleiter kann es sich insbesondere um einen Stegwellenleiter handeln . Diese sind im Englischen zum Beispiel auch als „Ridge" bekannt . Der Wellenleiter ist beispielsweise Teil der ersten Halbleiterschicht . Beispielsweise ragt der Wellenleiter im Falle eines Stegwelleiters aus der ersten Halbleiterschicht heraus .
Es ist möglich, dass der Graben durch die aktive Zone oder bis dahin, wo die optische Welle geführt wird, reicht . Ferner ist es möglich, dass der Graben den Wellenleiter vollständig durchdringt . Das heißt insbesondere , dass im Bereich des Grabens der Wellenleiter vollständig entfernt ist . Bei dem Halbleiterbauelement als Kantenemitter ist insbesondere eine Hauptabstrahl fläche durch eine Facette gebildet , die senkrecht zur Oberseite verläuft . Diese Facette ist beispielsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Grabens . In Sicht auf die Hauptabstrahl fläche des optoelektronischen Bauelements weist die Oberseite im Falle eines Stegwellenleiters eine Stufe auf .
In Draufsicht auf die Oberseite ist das zumindest eine seitliche Abschattungselement insbesondere neben dem Graben angeordnet . Das seitliche Abschattungselement kann eine oder mehrere Schichten umfassen, die aus einem der oben genannten Materialien der obigen Abschattungselemente gebildet sein können . Das seitliche Abschattungselement ist insbesondere auf , zum Beispiel direkt auf der Oberseite angeordnet . Alternativ oder zusätzlich umfasst das seitliche Abschattungselement zumindest eine Ausnehmung, die beispielsweise mit einem absorbierenden Material gefüllt ist . Bei dem absorbierenden Material kann es sich um ein Material des Absorptionselements handeln .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das erste Segment ein Laserelement und das zweite Segment ein optischer Modulator oder ein Detektionselement . Das erste Segment umfasst bevorzugt mindestens einen Laserresonator, indem im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Laserstrahlung erzeugt wird . Vorzugsweise wird im Betrieb diese Laserstrahlung aus dem ersten Segment in den Graben eingekoppelt . Zumindest ein Teil dieser Strahlung wird in das zweite Segment eingekoppelt , wo diese beispielsweise optisch moduliert wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement eine erste Facette und eine zweite Facette . Die erste Facette weist einen Reflexionsgrad von mindestens 50% , insbesondere mindestens 80% , bevorzugt wenigstens 95 % auf . Ein erster Abschnitt der aktiven Zone wird von der ersten Facette und einer ersten Flanke des Grabens in Hauptabstrahlrichtung begrenzt . Der erste Abschnitt ist insbesondere dem ersten Segment zugeordnet . Die zweite Facette weist einen Reflexionsgrad von höchstens 50% , insbesondere höchstes 20% , bevorzugt höchstens 5 % auf . Ein zweiter Abschnitt der aktiven Zone , der insbesondere dem zweiten Segment zugeordnet ist , wird in Abstrahlrichtung von der zweiten Facette und einer zweiten Flanke des Grabens begrenzt . Der Reflexionsgrad gibt insbesondere j eweils an, welcher Anteil einer einfallenden Intensität an der entsprechenden Facette beziehungsweise Flanke reflektiert wird .
Ein Reflexionsgrad der mit zumindest einem Graben gebildeten Reflexionsstruktur beträgt j eweils zwischen einschließlich 10 % und einschließlich 90 % , insbesondere einschließlich 99% .
Der erste Abschnitt bildet vorzugsweise einen Laseros zillator . An der ersten Flanke des Grabens wird im bestimmungsgemäßen Betrieb insbesondere Laserstrahlung in den Graben eingekoppelt . Beispielsweise wird an der zweiten Flanke des Grabens im bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest ein Teil dieser Laserstrahlung in den zweiten Abschnitt eingekoppelt . Insbesondere liegt die erste Flanke der zweiten Flanke gegenüber . An einer dem Graben gegenüberliegenden Hauptabstrahl fläche des Halbleiterkörpers im Bereich des zweiten Segments wird schließlich die Strahlung im bestimmungsgemäßen Betrieb aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelt . Der zweite Abschnitt bildet insbesondere einen Verstärker für die Laserstrahlung . Insbesondere bildet sich im zweiten Abschnitt aufgrund des gewählten Reflexionsgrad der zweiten Facette kein Laserresonator aus . Aufgrund der Verstärkung ist es möglich, ein Halbleiterbauelement mit einem hohen Dynamikbereich zu realisieren .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit schematischen Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispielen . Gleiche , gleichartige und 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 grundsätzlich als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für ein besseres Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Abwandlung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ,
Figuren 2 bis 9 schematische Schnittansichten von verschiedenen Aus führungsbeispielen eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements und
Figur 10 eine schematische Draufsicht auf ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .
Die Abwandlung 100 des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Figur 1 weist einen Halbleiterkörper 2 auf . Der Halbleiterkörper 2 umfasst eine erste Halbleiterschicht 21 , eine zweite Halbleiterschicht 22 und eine aktive Zone 23 , die zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 21 , 22 angeordnet ist . Die erste Halbleiterschicht 21 ist zum Beispiel p-dotiert und die zweite Halbleiterschicht 22 ist zum Beispiel n-dotiert oder umgekehrt . Der Halbleiterkörper 2 ist mit einem I I I /V- Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere mit GaN, gebildet . Der Halbleiterkörper 2 ist zum Beispiel einstückig ausgebildet und in einem einzigen Wachstumsprozess erzeugt .
Ein Graben 6 durchdringt die erste Halbleiterschicht 21 und die aktive Zone 23 ausgehend von einer Oberseite 26 des Halbleiterkörpers 2 vollständig . Durch den Graben 6 ist der Halbleiterkörper 2 in ein erstes Segment 3 und ein zweites Segment 4 geteilt . Die Segmente 3 , 4 sind elektrisch und/oder optisch voneinander getrennt .
Die Abwandlung 100 umfasst ferner eine zweite Kontaktstruktur 30 und eine erste Kontaktstruktur 31 , 32 . Die zweite Kontaktstruktur 30 ist dazu eingerichtet , im bestimmungsgemäßen Betrieb die zweite Halbleiterschicht 22 zu bestromen . Die zweite Kontaktstruktur 30 ist dazu an einer der Oberseite 26 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 2 angeordnet und ist im direkten Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 22 .
Die erste Kontaktstruktur 31 , 32 ist dazu eingerichtet , im bestimmungsgemäßen Betrieb die erste Halbleiterschicht 21 zu bestromen . Die erste Kontaktstruktur 31 , 32 umfasst eine erste Metallisierung 31 und eine zweite Metallisierung 32 . Die erste Metallisierung 31 ist im direkten Kontakt zu der Oberseite 26 im Bereich des ersten Segments 3 angeordnet . Die zweite Metallisierung 32 ist im direkten Kontakt mit der Oberseite im Bereich des zweiten Segments 4 angeordnet . Über die erste Metallisierung 31 und die zweite Metallisierung 32 lassen sich die Segmente 3 , 4 unabhängig voneinander betreiben . Die zweite Kontaktstruktur 30 und die erste Kontaktstruktur 31 , 32 umfassen j eweils eines oder mehrere Metalle , wie zum Beispiel Gold, Titan, AuGe , Ni , ITO, Palladium, Aluminium, Silber, Kupfer, Platin .
Die aktive Zone 23 umfasst einen ersten Abschnitt 24 und einen zweiten Abschnitt 25 . Der erste Abschnitt 24 ist dem ersten Segment 3 zugeordnet und der zweite Abschnitt 25 ist dem zweiten Segment 4 zugeordnet . Der erste Abschnitt 24 wird in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung 9 von einer ersten Facette 28 und einer ersten Flanke 61 des Grabens 6 begrenzt . Die aktive Zone 23 ist im ersten Abschnitt 24 dazu eingerichtet , eine Laserstrahlung im sichtbaren Spektralbereich aus zubilden . Dazu ist im ersten Abschnitt 24 ein Laserresonator ausgebildet .
Die erste Facette 28 weist einen hohen Reflexionsgrad auf , beispielsweise über 90 % , bevorzugt über 95 % . Die erste Flanke 61 weist einen Reflexionsgrad zwischen einschließlich 10 % und 90 % auf , beispielsweise 50 % . Die erste Flanke 61 dient als Auskoppel fläche von im ersten Abschnitt 24 erzeugter Laserstrahlung . Im bestimmungsgemäßen Betrieb breitet sich diese Strahlung 7 im Graben 6 aus .
Das zweite Segment 4 bildet einen optischen Verstärker für Strahlung, die im Betrieb in den zweiten Abschnitt 25 über eine zweite Flanke 62 eingekoppelt wird . Die zweite Flanke 62 liegt der ersten Flanke 61 des Grabens 6 gegenüber . Der zweite Abschnitt 25 wird von der zweiten Flanke 62 des Grabens 6 und einer zweiten Facette 29 in Abstrahlrichtung 9 begrenzt . Ein Reflexionsgrad der zweiten Flanke 62 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 10 % und 90 % und ein Reflexionsgrad der zweiten Facette 29 beträgt beispielsweise höchstens 5 % oder höchstens 10 % . Insbesondere bildet sich im zweiten Segment 4 kein Laserresonator aus . Insbesondere wird im Betrieb im zweiten Abschnitt 25 eine zumindest teilweise Besetzungsinversion herbeigeführt , ohne dass eine Laserschwelle überschritten wird .
Die zweite Facette 29 bildet eine Hauptabstrahl fläche der Abwandlung 100 . Bei der Abwandlung 100 handelt es sich um einen Kantenemitter, dessen Hauptabstrahlrichtung 9 senkrecht zur zweiten Facette 29 ist . Durch Ausbilden des zweiten Segments 4 als Verstärker, kann der Dynamikbereich der Abwandlung 100 erhöht werden .
Im Betrieb breitet sich innerhalb des Grabens 6 Strahlung 7 aus . Diese Strahlung 7 wird nicht vollständig in das zweite Segment 4 eingekoppelt , sondern kann den Graben 6 als Streustrahlung 71 verlassen . Beispielsweise tritt ein Teil der Streustrahlung in Richtung der Oberseite 26 und in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 9 aus wie es in Figur 1 durch die Pfeile illustriert ist . Es ist auch möglich, dass die Streustrahlung 71 zusätzlich in den Halbleiterkörper 2 eindringt .
Strahlung, die in Hauptabstrahlrichtung 9 von dem Halbleiterbauelement abgegeben wird, kann sich im Betrieb mit der Streustrahlung 71 überlagern . Dies senkt die Strahlqualität und die Bildqualität der Abwandlung 100 . Unerwünschte Störsignale durch die Streustrahlung 71 sind insbesondere bei Anwendungen, die einen hohen Dynamikbereich erfordern, problematisch .
Die Figur 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 , bei dem diese Nachteile zumindest teilweise überwunden werden . Im Unterschied zu der Abwandlung 100 der Figur 1 umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ein Füllmaterial 60 , mit dem der Graben 6 vollständig befüllt ist . Ferner weist die Metallisierung 32 eine größere Ausdehnung auf , sodass sie in einem Uberlappungsbereich 53 über den Graben 6 reicht . In Draufsicht auf die Oberseite 26 ist damit der Graben 6 zumindest teilweise von den Uberlappungsbereich 53 überdeckt . Das Füllmaterial 60 ist vorzugsweise für die Strahlung 7 , die sich im Betrieb innerhalb des Grabens ausbreitet , durchlässig . Das Füllmaterial 60 ist beispielsweise mit oder aus Sili ziumdioxid gebildet . Aufgrund des Füllmaterials 60 lässt sich die zweite Metallisierung 32 besonders einfach über den Graben 6 ziehen . Durch den Überlappungsbereich 53 wird Streustrahlung 71 , die sich in Richtung der Oberseite 26 und der Hauptabstrahlrichtung 9 ausbreitet , abgeschattet oder zumindest teilweise absorbiert . Der Überlappungsbereich 53 ist damit Teil einer Abschattungsstruktur 5 . Vorteilhafterweise lässt sich damit ein Teil der Streustrahlung 71 unterdrücken . Insbesondere werden solche Anteile der Streustrahlung 71 unterdrückt , die sich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 9 ausbreiten würden .
Figur 3 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das Halbleiterbauelement 1 weist im Wesentlichen dieselben Merkmale auf wie das Halbleiterbauelement der Figur 2 , mit dem Unterschied, dass die Abschattungsstruktur 5 nicht mit einem Überlappungsbereich 53 der zweiten Metallisierung 32 gebildet ist , sondern ein Abschattungselement 51 umfasst . Ferner ist der Graben 6 frei von Füllmaterial . Das Abschattungselement 51 ist an der Oberseite 26 angeordnet . Das Abschattungselement 51 ist in direktem Kontakt mit der zweiten Metallisierung 32 angeordnet . Das Abschattungselement 51 bildet eine Abschattungsstruktur 5 für Streustrahlung 71 . Das Abschattungselement 51 ist für Strahlung 7 , die sich im Betrieb innerhalb des Grabens 6 ausbreitet , und insbesondere für Streustrahlung 71 undurchlässig ausgebildet . Damit ist gemeint , dass ein Transmissionsgrad des Abschattungselements 51 zum Beispiel höchstens 10 % für diese Strahlung 7 beträgt . Das Abschattungselement 51 ist beispielsweise als Schicht strukturiert , mit einem Dielektrikum gebildet und weist einen Absorptionsgrad für die Streustrahlung 71 von beispielsweise mehr als 70 % auf . Das Abschattungselement 51 ist beispielsweise mit Sili ziumnitrid, einem anorganischem Coating oder einem Fotolack gebildet . In Draufsicht auf die Oberseite 26 bedeckt das Abschattungselement 51 das zweite Segment 4 teilweise .
Anteile der Streustrahlung 71 , die sich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 9 ausbreiten, lassen sich mit diesem Abschattungselement 51 unterdrücken wie es in Verbindung mit den Pfeilen 71 in Figur 3 illustriert ist . Damit können Störsignale in der Anwendung aufgrund der Streustrahlung 71 reduziert und die Strahlqualität des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 erhöht werden .
Das Aus führungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß der Figur 4 unterscheidet sich von dem Aus führungsbeispiel der Figur 3 darin, dass das Abschattungselement 51 in Draufsicht auf die Oberseite 26 das erste Segment 3 , das zweite Segment 4 und den Graben 6 teilweise bedeckt . Es ist auch möglich, dass das Abschattungselement 51 den Graben 6 vollständig überdeckt .
Das Abschattungselement 51 ist vorliegend in direktem Kontakt zu der ersten Metallisierung 31 und der zweiten Metallisierung 32 angeordnet . Vorzugsweise ist das Abschattungselement 51 elektrisch isolierend ausgebildet . Mit einem derart angeordneten Abschattungselement 51 lässt sich Streustrahlung 71 ef fektiv abschatten . So lassen sich nicht nur Anteile der Streustrahlung 71 , die sich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 9 ausbreiten, sondern auch Anteile der Streustrahlung 71 , die den Graben 6 in andere Richtung verlassen, unterdrücken wie es mit den Pfeilen in Figur 4 illustriert ist .
Das Aus führungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von dem Aus führungsbeispiel der Figur 3 dadurch, dass der Graben 6 mit dem Füllmaterial 60 gefüllt ist . Ferner ist das Abschattungselement 51 direkt auf der Oberseite 26 angeordnet . Damit steht das Abschattungselement 51 in direktem Kontakt zu der ersten Halbleiterschicht 21 . Das Abschattungselement 51 ist direkt an einer Oberkante des Grabens 6 angeordnet . Die Oberkante des Grabens ist durch eine Linie definiert , bei der die Oberseite 26 mit den Flanken 61 , 62 des Grabens 6 aufeinandertri f ft . Eine besonders nahe Anordnung des Abschattungselements 51 beziehungsweise der Abschattungsstruktur 5 an die Oberkante des Grabens 6 lässt sich die Streustrahlung 71 besonders ef fektiv abschatten .
Das Aus führungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 der Figur 6 unterscheidet sich von dem Aus führungsbeispiel der Figur 4 lediglich daran, dass der Graben 6 mit dem Füllmaterial 60 gefüllt ist .
Bei dem Aus führungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß der Figur 7 ist zusätzlich im Unterschied zu dem Aus führungsbeispiel der Figur 3 innerhalb des Grabens 6 ein Absorptionselement 52 angeordnet . Das Absorptionselement 52 und das Abschattungselement 51 bilden gemeinsam die Abschattungsstruktur 5 . Abweichend zu der Figur 5 ist es auch möglich, dass die Abschattungsstruktur 5 ausschließlich ein Absorptionselement 52 aufweist . Ebenso ist es möglich, dass die Abschattungsstrukturen 5 aller anderen Aus führungsbeispiele ebenfalls ein Absorptionselement 52 aufweisen .
Das Absorptionselement 52 ist vorzugsweise mit einem Dielektrikum gebildet und weist ein Absorptionsgrad von mindestens 80 % oder mindestens 90 % für die Streustrahlung 71 auf . Das Absorptionselement 52 bedeckt einen Bodenbereich des Grabens 6 vollständig und Flanken 61 , 62 des Grabens 6 teilweise . Gemessen ab dem Boden des Grabens 6 reicht das Absorptionselement 52 vorzugsweise nicht an die aktive Zone 23 heran . Durch das Absorptionselement 52 lässt sich Streustrahlung 71 , die sich in Richtung des Halbleiterkörpers 2 ausbreiten würde , abschatten . Somit lässt sich mit einer Abschattungsstruktur 5 ein besonders großer Anteil von Streustrahlung 71 unterdrücken . Die Streustrahlung 71 umfasst zum Beispiel auch ungewollte und/oder ungenutzte Laserstrahlung, die zwar in das Folgesegment einkoppelt , aber die zu tief einkoppelt und somit nicht in die aktive Zone , sondern in nicht führende Schichten gelangen würde .
Das Aus führungsbeispiel der Figur 8 unterscheidet sich von dem Aus führungsbeispiel der Figur 7 lediglich darin, dass das Abschattungselement 51 das erste Segment 3 , das zweite Segment 4 j eweils teilweise und den Graben 6 in Draufsicht auf die Oberseite 26 zumindest teilweise überdeckt , wie es beispielsweise in Verbindung mit der Figur 4 erläutert ist .
Figur 9 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 . Das Halbleiterbauelement 1 der Figur 9 weist insbesondere alle Merkmale des Halbleiterbauelements der Figur 3 auf , mit dem Unterschied, dass kein Abschattungselement 51 vorhanden ist . Ferner ist der Halbleiterkörper 2 auf einem Träger 11 angebracht . Der Träger 11 weist an einer dem Halbleiterkörper 2 zugewandten Hauptseite ein erste Kontaktstelle 12 und eine zweite Kontaktstelle 13 auf . Die erste Kontaktstelle 12 und die erste Metallisierung 31 sind elektrisch leitfähig miteinander verbunden . Die zweite Kontaktstelle 13 und die zweite Metallisierung 32 sind elektrisch leitfähig miteinander verbunden . Der Träger 11 ist zum Beispiel eine Leiterplatte , mit der über die Kontaktstellen 12 , 13 die Segmente 3 , 4 des Halbleiterkörpers 2 unabhängig voneinander ansteuerbar sind .
Zwischen der ersten Kontaktstelle 12 und der zweiten Kontaktstelle 13 ist an der Oberseite 26 eine Abschattungsstruktur 5 angeordnet . Die Abschattungsstruktur 5 umfasst ein Absorptionselement 52 . Mit dem Absorptionselement 52 lässt sich Streustrahlung 71 , die im bestimmungsgemäßen Betrieb aus dem Graben 6 in Richtung des Trägers 11 austreten würde , absorbieren und unterdrücken . Damit können Reflektionen der Streustrahlung 71 an dem Träger 11 verringert werden, wodurch sich die Strahlqualität des optoelektronisches Halbleiterbauelements 1 erhöht werden kann .
In der Figur 10 ist eine Draufsicht auf eine Oberseite 26 eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß eines weiteren Aus führungsbeispiels gezeigt . Das optoelektronischen Bauelement 1 weist einen Wellenleiter 20 auf . Der Wellenleiter 20 erstreckt von einer ersten Facette 28 zu einer zweiten Facette 29 , die eine Hauptabstrahl fläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 bildet . Die erste Facette 28 und die zweite Facette 29 verlaufen j eweils senkrecht zur Oberseite 26 . Der Wellenleiter 20 wird durch einen Graben 6 unterbrochen . Das heißt , der Wellenleiter 20 wird im Bereich des Grabens 6 vollständig durchtrennt . Insbesondere läuft ein erster Abschnitt des Wellenleiters 20 von der ersten Facette 28 zu einer ersten Flanke 61 des Grabens 6 und ein zweiter Abschnitt verläuft von einer zweiten Flanke 62 des Grabens 6 zur zweiten Facette 29 . Der erste Abschnitt ist dabei einem ersten Segment 3 und der zweite Abschnitt einem zweiten Segment 4 des Halbleiterkörpers 2 zugeordnet . Der Wellenleiter 20 definiert zumindest im Bereich des ersten Segments 3 eine Resonatorachse für einen Laserresonator .
Seitlich des Wellenleiters 20 und neben dem Graben 6 sind seitliche Abschattungselemente 54 angeordnet . Die beiden seitlichen Abschattungselemente 54 bilden eine Abschattungsstruktur 5 . Die seitlichen Abschattungselemente 54 sind beispielsweise j eweils als Ausnehmungen ausgebildet , in die ein Absorptionsmaterial eingebracht ist .
Beispielsweise handelt es sich bei dem Absorptionsmaterial um das gleiche Material , mit dem das Absorptionselement 52 gebildet ist .
Alternativ ist zumindest eines der seitlichen Abschattungselemente in Form einer zusätzlichen Schicht ausgebildet . Beispielsweise ist die zusätzliche Schicht wie ein Abschattungselement 51 gemäß einem der anderen Aus führungsbeispiele gebildet , insbesondere mit dem gleichen Material .
Es ist möglich, dass bei auch bei allen anderen
Aus führungsbeispielen ein Wellenleiter gemäß Figur 10 ausgebildet ist . Beispielsweise können Schnittebenen der Schnittansichten der Figuren 2 bis 9 senkrecht zur Oberseite 26 durch einen Wellenleiter verlaufen .
Seitliche Abschattungselemente 54 können auch bei allen anderen Aus führungsbeispielen angebracht sein . Ebenso kann die Abschattungsstruktur 5 der Figur 10 weitere Abschattungselemente 51 und/oder Absorptionselemente 52 gemäß einem der anderen Aus führungsbeispiel umfassen . Mit solchen seitlichen Abschattungselemente 54 lassen Anteile der Streustrahlung 71 abschatten, die den Graben 6 in seitlichen Richtungen verlassen wie es anhand der Pfeile 71 in Figur 10 illustriert ist .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie in der 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 102022117503 . 0 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
2 Halbleiterkörper
3 erstes Segment
4 zweites Segment
5 Abschattungsstruktur
6 Graben
7 Strahlung innerhalb des Grabens
9 Hauptabstrahlrichtung
11 Träger
12 erste Kontaktstelle
13 zweite Kontaktstelle
20 Wellenleiter
21 erste Halbleiterschicht
22 zweite Halbleiterschicht
23 aktive Zone
24 erster Abschnitt der ersten Halbleiterschicht
25 zweiter Abschnitt der ersten Halbleiterschicht
26 Oberseite
28 erste Facette
29 zweite Facette
30 zweite Kontaktstruktur
31 erste Metallisierung
32 zweite Metallisierung
51 Abschattungselement
52 Absorptionselement
53 Überdeckungsbereich
54 seitliches Abschattungselement
60 Füllmaterial
71 Streustrahlung
100 Abwandlung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) , umfassend
- einen Halbleiterkörper (2) mit einer aktiven Zone (23) und Segmenten (3,4) , und
- eine Abschattungsstruktur (5) , wobei
- zwei benachbarte Segmente (3, 4) durch einen Graben
(6) getrennt sind, der ausgehend von einer Oberseite (26) des Halbleiterkörpers (2) die aktive Zone (23) durchdringt,
- die Abschattungsstruktur (5) ein Abschattungselement (51) an der Oberseite (26) und/oder ein
Absorptionselement (52) innerhalb des Grabens (6) aufweist, und
- die Abschattungsstruktur (5) undurchlässig und/oder absorbierend für in der aktiven Zone (23) erzeugte Strahlung (7) ist, und
- das zweite Absorptionselement (52) ausgehend von einem Bodenbereich des Grabens (6) höchstens bis an die aktive Zone (23) heranreicht.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 1, das Abschattungselement (51) in Draufsicht auf die Oberseite (26) zumindest ein zweites Segment (4) zumindest teilweise überdeckt.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem in Draufsicht auf die Oberseite (26) das Abschattungselement (51) jeweils ein erstes Segment (3) , das zweite Segment (4) und den Graben (6) zumindest teilweise überdeckt. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das Abschattungselement direkt an der Oberseite (26) angeordnet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberseite (26) , in Draufsicht gesehen, höchstens teilweise von der
Abschattungsstruktur (5) überdeckt ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Absorptionselement (52) einen Bodenbereich des Grabens
(6) zumindest teilweise bedeckt. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Graben (6) mit einem Füllmaterial (60) zumindest teilweise gefüllt ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand der Abschattungsstruktur (5) zu einer Oberkante des Grabens
(6) höchstens 50 pm beträgt. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das Abschattungselement (51) direkt an einer Oberkante des Grabens (6) angeordnet ist . Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine
- erste Kontaktstruktur (31, 32) mit einer ersten Metallisierung (31) und einer zweite Metallisierung (32) und - eine zweite Kontaktstruktur (30) , wobei
- die zweite Kontaktstruktur (30) direkt auf einer der Oberseite (26) gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist,
- die erste Metallisierung (31) direkt auf der Oberseite (26) im Bereich eines ersten Segments (3) angeordnet ist, und
- die zweite Metallisierung (32) direkt auf der Oberseite (26) im Bereich eines zweiten Segments (4) angeordnet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 10, bei dem die Abschattungsstruktur (5) ein Abschattungselement (51) umfasst, das direkt auf der zweiten Metallisierung (32) angeordnet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem die zweite Metallisierung
(32) in Draufsicht auf die Oberseite (26) in einem Überdeckungsbereich (53) den Graben (6) zumindest teilweise überdeckt, wobei der Überdeckungsbereich (53) Teil der Abschattungsstruktur (5) ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, weiter umfassend einen Träger (11) mit einer ersten Kontaktstelle (12) und einer zweiten Kontaktstelle (13) , wobei die erste Kontaktstelle (12) elektrisch leitfähig mit der ersten Metallisierung (31) und die zweite Kontaktstelle (13) elektrisch leitfähig mit der zweiten Metallisierung (32) verbunden ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 13, bei dem die Abschattungsstruktur (5) ein Absorptionselement (52) umfasst, das zwischen der ersten Kontaktstelle (12) und der zweiten Kontaktstelle (13) angeordnet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement (1) ein Kantenemitter ist, bei dem
- der Halbleiterkörper (2) an der Oberseite einen Wellenleiter (20) umfasst, und
- die Abschattungsstruktur (5) zumindest ein seitliches Abschattungselement (54) umfasst, das in Draufsicht auf die Oberseite (26) neben dem Wellenleiter (20) angeordnet ist. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- ein erstes Segment (3) ein Laserelement bildet, und
- ein zweites Segment (4) einen optischen Modulator oder ein Detektionselement bildet. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine erste Facette (28) und eine zweite Facette (29) , wobei
- die erste Facette (28) einen Reflexionsgrad von mindestens 80 % aufweist,
- ein erster Abschnitt (24) der aktiven Zone (23) von der ersten Facette (28) und einer ersten Flanke (61) des Grabens (6) in Hauptabstrahlrichtung (9) begrenzt wird,
- die zweite Facette (29) einen Reflexionsgrad von höchstens 20 % aufweist, ein zweiter Abschnitt (25) der aktiven Zone (23) von der zweiten Facette (29) und einer zweiten Flanke (62) des Grabens (6) in Hauptabstrahlrichtung (9) begrenzt wird, und
- ein Reflexionsgrad der Flanken (61, 62) des Grabens (6) jeweils zwischen einschließlich 10 % und einschließlich 90 % beträgt.
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