專利名稱：具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件，特別是電泵浦的半導(dǎo)體激光器部件，其被設(shè)置用于借助光學(xué)諧振器來產(chǎn)生激光輻射，并且包括具有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體，其中半導(dǎo)體層序列具有橫向的主伸展方向和設(shè)置用來產(chǎn)生輻射的有源區(qū)。
在傳統(tǒng)的電泵浦的、表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件中，由于半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體材料在橫向方向上的導(dǎo)電性一般很低，所以泵浦電流經(jīng)常通過電流擴(kuò)展層從半導(dǎo)體本體的n型導(dǎo)電側(cè)注入該半導(dǎo)體本體中。對(duì)此，例如使用由III-V半導(dǎo)體材料、如n-GaAs構(gòu)成的層。然而，這種電流擴(kuò)展層經(jīng)常同樣具有在橫向方向上低的、通常與半導(dǎo)體本體的導(dǎo)電性類似的導(dǎo)電性，或者吸收有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射。由于導(dǎo)電性低，所以必須經(jīng)常以大厚度來實(shí)施這樣的電流擴(kuò)展層以便有效地注入電流，但由此提高了在電流擴(kuò)展層中被吸收的輻射功率?？傊?，由于吸收和/或在橫向方向上的小的導(dǎo)電性，提高了使半導(dǎo)體激光器部件的效率降低的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的任務(wù)在于，說明一種改進(jìn)的表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述特征的半導(dǎo)體激光器部件來解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。
一種根據(jù)本發(fā)明的、具有垂直發(fā)射方向的表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件包括具有半導(dǎo)體層序列的半導(dǎo)體本體，其中該半導(dǎo)體激光器部件被設(shè)置用于借助外部光學(xué)諧振器來產(chǎn)生激光輻射，半導(dǎo)體層序列具有橫向的主伸展方向和為產(chǎn)生輻射而設(shè)置的有源區(qū)，其中在諧振器內(nèi)設(shè)置有輻射透射的接觸層并且該接觸層與半導(dǎo)體本體導(dǎo)電地相連。優(yōu)選的是，借助輻射透射的接觸層來電泵浦半導(dǎo)體激光器部件。
通過這樣的方式可以有利地減小有吸收作用的電流擴(kuò)展層中的吸收損耗，這對(duì)部件的的效率和/或激光器工作閾值產(chǎn)生有利的影響。
必要時(shí)，除輻射透射的接觸層之外還可以設(shè)置有吸收作用的電流擴(kuò)展層，該有吸收作用的電流擴(kuò)展層具有比接觸層更小的透射性。然而，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器部件相比可以有利地減小電流擴(kuò)展層的厚度。
優(yōu)選地，接觸層在橫向方向上的導(dǎo)電性這樣高，使得借助接觸層能夠?qū)崿F(xiàn)泵浦電流至半導(dǎo)體本體中的均勻的電流注入。特別優(yōu)選地，接觸層在橫向方向上具有這種導(dǎo)電性或者結(jié)構(gòu)，使得在半導(dǎo)體本體的中心區(qū)域上的橫向的泵浦電流密度比在半導(dǎo)體本體的邊緣區(qū)域上的泵浦電流密度更大，其中至接觸層中的電流注入優(yōu)選地在半導(dǎo)體本體的中心區(qū)域上進(jìn)行。
橫向的泵浦電流密度具有基本上近似高斯?fàn)畹姆植?，該分布在中心區(qū)域中具有極大值，從極大值出發(fā)，在中心區(qū)域具有相對(duì)平坦的側(cè)翼而在邊緣區(qū)域具有變得更陡峭的側(cè)翼。
借助接觸層可以在相對(duì)大的橫向區(qū)域上，例如在具有10-10000μm、優(yōu)選100μm至1000μm或者100μm至500μm的橫向伸展的橫向區(qū)域上，實(shí)現(xiàn)了在半導(dǎo)體本體上的中心區(qū)域中，在橫向方向上基本上均勻的泵浦電流密度分布。
此外，優(yōu)選的是，接觸層設(shè)置在半導(dǎo)體本體上。通過這種方式，可實(shí)現(xiàn)有利地將電流有效地注入到半導(dǎo)體本體中。特別是有利的是，接觸層的特色是對(duì)半導(dǎo)體本體的有利的電接觸特性。例如，接觸層形成對(duì)半導(dǎo)體本體的基本上為電阻的接觸。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，接觸層包含氧化物、特別是金屬氧化物。輻射透射的導(dǎo)電的氧化物(TCOTransparent Conducting Oxide(透明導(dǎo)電氧化物))、特別是金屬氧化物的特色是在寬的波長(zhǎng)范圍上的高輻射透射性而同時(shí)在橫向方向上具有高導(dǎo)電性。接觸層例如可以包含一種或者多種TCO材料，例如鋅氧化物、如ZnO，或者銦錫氧化物、如ITO，錫氧化物、如SnO2，或者鈦氧化物，如TiO2，或者由它們組成。為了提高導(dǎo)電性，接觸層可以優(yōu)選地用金屬來?yè)诫s。例如，ZnO可以用Al來?yè)诫s。
優(yōu)選地，接觸層包含ZnO或者ITO。ZnO的特色是對(duì)p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料具有特別有利的接觸特性。
例如，ZnO對(duì)于400nm和大約1100nm之間的波長(zhǎng)具有近似為0的吸收系數(shù)，而對(duì)于大約340nm與1200nm之間的波長(zhǎng)具有為0.1或者更小的吸收系數(shù)。ITO例如對(duì)于大于500nm至1000nm之間的波長(zhǎng)以及超過該范圍之上的波長(zhǎng)具有近似為0的吸收系數(shù)，并且對(duì)于400至500nm的波長(zhǎng)具有為0.1或者更小的吸收系數(shù)。這樣小的吸收系數(shù)與高透射值相應(yīng)。
優(yōu)選地，接觸層的厚度為100nm或者更厚，并且小于或者等于1000nm。接觸層在橫向方向的層電阻例如可以為20Ω_sq或者更小。單位Ω_sq在此稱作接觸層的平方面積(square)的電阻。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，通過優(yōu)選在半導(dǎo)體本體中的和/或構(gòu)造為布拉格反射器的第一反射器和至少一個(gè)其它的外部發(fā)射器來形成諧振器的邊界。
外部反射器可構(gòu)造為針對(duì)來自諧振器的輻射的輸出耦合反射器，并且為此優(yōu)選地具有比第一反射器更低的反射性。特別優(yōu)選的是，外部反射器通過自由輻射區(qū)域與半導(dǎo)體本體間隔。
有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射可以在第一反射器與外部反射器之間這樣地反射，使得在諧振器中形成用于通過感應(yīng)發(fā)射(induzierte Emission)在有源區(qū)中產(chǎn)生相干輻射(激光輻射)的輻射場(chǎng)，相干輻射可通過輸出耦合反射器被從諧振器輸出耦合。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案，接觸層設(shè)置在有源區(qū)與諧振器的外部反射器之間的直接的光路中。
與具有內(nèi)部諧振器的部件(VCSEL垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser))相比，借助具有外部諧振器的表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件(VECSEL垂直外腔面發(fā)射激光器(Vertical Extemal Cavity SurfaceEmitting Laser)或者半導(dǎo)體圓盤激光器)可以實(shí)現(xiàn)高輸出功率。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，有源區(qū)包括單量子阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)特別適于半導(dǎo)體激光器部件。必要時(shí)，有源區(qū)也可以包括一個(gè)或者多個(gè)量子點(diǎn)或者一個(gè)或者多個(gè)量子線。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，將光學(xué)鍍膜(Vrguetung)設(shè)置在半導(dǎo)體本體與接觸層之間或者在接觸層與半導(dǎo)體本體背對(duì)的側(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案，光學(xué)鍍膜至少部分構(gòu)造為對(duì)于諧振器中的輻射或者輻射模式的抗反射鍍膜或者高反射鍍膜。借助高反射鍍膜可以通過在有源區(qū)中感應(yīng)發(fā)射的、由于反射而提高的部分來降低激光器工作閾值，其中接著將較小的輻射功率從諧振器中輸出耦合。抗反射鍍膜會(huì)導(dǎo)致閾值提高而因此提高了輸出耦合的輻射功率。
抗反射鍍膜或者高反射鍍膜例如可以層狀地實(shí)施，并且可包括一個(gè)或者多個(gè)必要時(shí)由不同的材料構(gòu)成的層。
優(yōu)選的是，在這些層的、必要時(shí)不同的折射率和/或厚度方面(例如以一個(gè)或者多個(gè)λ/4層的形式)根據(jù)所希望的高反射或者抗反射的特性來設(shè)置這些層。例如，另一些層中的至少一個(gè)包含基本上是介電的材料。特別是，接觸層可以實(shí)施為光學(xué)鍍膜的層。
特別優(yōu)選的是，光學(xué)鍍膜直接與接觸層鄰接。
在本發(fā)明的另一種有利的擴(kuò)展方案中，在諧振器中設(shè)置有一選擇元件(Selektionselement)或者接觸層實(shí)施為選擇元件。優(yōu)選的是，選擇元件被構(gòu)造用于諧振器中的輻射的波長(zhǎng)選擇和/或極化選擇。相對(duì)于其它波長(zhǎng)或者極化，通過適當(dāng)構(gòu)造的選擇元件可以優(yōu)選諧振器中的輻射的確定的波長(zhǎng)和/或極化。由此，必要時(shí)可對(duì)由半導(dǎo)體激光器部件所發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)或極化狀態(tài)產(chǎn)生影響。
特別是可以通過這樣的方式這樣地使諧振器中的輻射的極化穩(wěn)定，使得輻射的極化難以與由選擇元件預(yù)先給定的極化、如線性的極化(例如被s極化或者p極化)產(chǎn)生偏差。
根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案，選擇元件包括一種柵格結(jié)構(gòu)。借助輻射在柵格結(jié)構(gòu)上相應(yīng)產(chǎn)生的衍射或者反射，可以通過柵格參數(shù)、如柵格線的設(shè)置和間距，調(diào)節(jié)選擇元件的選擇特性。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，半導(dǎo)體本體設(shè)置在支撐體上，該支撐體優(yōu)選使半導(dǎo)體本體機(jī)械穩(wěn)定。
優(yōu)選的是，支撐體來自支撐體層，在該支撐體層上將半導(dǎo)體層系統(tǒng)設(shè)置在晶片復(fù)合中，其中半導(dǎo)體層系統(tǒng)優(yōu)選地被設(shè)置用于構(gòu)造多個(gè)半導(dǎo)體本體并且包含半導(dǎo)體層的相應(yīng)序列。
例如可以借助與刻蝕工藝組合的光刻方法從半導(dǎo)體層系統(tǒng)中將多個(gè)設(shè)置在共同的支撐體層上的半導(dǎo)體本體結(jié)構(gòu)化。例如在將該結(jié)構(gòu)分割為半導(dǎo)體芯片(至少一個(gè)設(shè)置在支撐體上的半導(dǎo)體本體)時(shí)，支撐體可以來自支撐體層。
特別地，支撐體層可以包括半導(dǎo)體層系統(tǒng)的生長(zhǎng)襯底或者由半導(dǎo)體層系統(tǒng)的生長(zhǎng)襯底來構(gòu)成，其中半導(dǎo)體層系統(tǒng)優(yōu)選外延地在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)。
然而，支撐體層也可不同于半導(dǎo)體層系統(tǒng)的生長(zhǎng)襯底。
例如，這樣的支撐體可以包含與生長(zhǎng)襯底不同的半導(dǎo)體材料或者金屬和/或?qū)⒃撝误w構(gòu)造為散熱裝置。
如果支撐體與半導(dǎo)體層系統(tǒng)的生長(zhǎng)襯底不同，則在制造時(shí)例如可以將設(shè)置在生長(zhǎng)襯底上的半導(dǎo)體層系統(tǒng)或者多個(gè)半導(dǎo)體本體在與生長(zhǎng)襯底對(duì)置的側(cè)上固定在與生長(zhǎng)襯底不同的支撐體層上?？蛇m于此的例如可以是晶片接合方法(Waferbonding-Verfahren)，如陽(yáng)極接合、共晶接合或者焊接。之后例如借助激光燒蝕方法(Laserablationsverfahren)，機(jī)械方法、如打磨，或者化學(xué)方法、如刻蝕，將生長(zhǎng)襯底去除。在分割時(shí)，半導(dǎo)體本體的支撐體可以來自與生長(zhǎng)襯底不同的支撐體層。
然而，半導(dǎo)體本體也可以在分割之后設(shè)置和/或固定在與生長(zhǎng)襯底不同的支撐體上，之后必要時(shí)將生長(zhǎng)襯底或者剩余的生長(zhǎng)襯底從半導(dǎo)體本體上去除。
生長(zhǎng)襯底的去除有利地提高了在支撐體的選擇方面的自由度。支撐體不必符合對(duì)生長(zhǎng)襯底的高要求，而是在有利的特性、如高導(dǎo)熱性和/或高導(dǎo)電性方面可以相對(duì)自由地選擇。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，預(yù)制了半導(dǎo)體本體并且在制造半導(dǎo)體本體之后將接觸層施加到半導(dǎo)體本體上。因此，可以借助不同的方法和/或依次地制造半導(dǎo)體本體和接觸層。例如可借助外延來制造半導(dǎo)體本體，并且優(yōu)選含有TCO的接觸層在結(jié)束外延階段之后，例如借助濺射施加到半導(dǎo)體本體上。
必須說明，半導(dǎo)體本體的預(yù)制也可理解為預(yù)制半導(dǎo)體層系統(tǒng)，該半導(dǎo)體層系統(tǒng)被設(shè)置用于構(gòu)造多個(gè)半導(dǎo)體本體。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，將非線性的光學(xué)元件、優(yōu)選用于頻率變換的光學(xué)元件設(shè)置在諧振器中。例如，將非線性的光學(xué)元件構(gòu)造為頻率倍增器(SHG二次諧波產(chǎn)生(Second Harmonic Generation))。優(yōu)選地，非線性光學(xué)元件被構(gòu)造為用于將不可見頻譜范圍中的輻射、如紅外線頻率變換到可見的頻譜范圍中的輻射。
本發(fā)明的另一些特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和符合目的性從結(jié)合附圖對(duì)這些實(shí)施例的說明中得出。
其中

圖1借助示意性的截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的第一實(shí)施例， 圖2在圖2A中示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的半導(dǎo)體本體的示意性俯視圖，以及在圖2B的曲線圖中定性地示出了與圖2A相應(yīng)的泵浦電流密度的橫向分布， 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的半導(dǎo)體本體的示意性俯視圖， 圖4借助示意性截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的第二實(shí)施例。
相同、類似和作用相同的元件在這些附圖中設(shè)有相同的參考標(biāo)號(hào)。
圖1借助示意性截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的第一實(shí)施例。
在支撐體1上設(shè)置有半導(dǎo)體層序列2，該半導(dǎo)體層序列具有為產(chǎn)生輻射、優(yōu)選波長(zhǎng)在紅外頻譜范圍中的輻射而設(shè)置的有源區(qū)3。有源區(qū)例如構(gòu)造為多量子阱結(jié)構(gòu)。
在有源區(qū)3與支撐體1之間設(shè)置有布拉格反射器4，布拉格反射器與外部反射器5一起構(gòu)成了用于在有源區(qū)3中所產(chǎn)生的輻射的光諧振器。在該實(shí)施例中，布拉格反射器4與半導(dǎo)體層序列2一起集成到半導(dǎo)體激光器部件的半導(dǎo)體本體中。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，半導(dǎo)體激光器部件、特別是半導(dǎo)體本體或者有源區(qū)包含至少一種III-V半導(dǎo)體材料，如由材料系InxGayAl1-x-yP、InxGayAl1-x-yAs或者InxGayAl1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體本體也可以包含由III-V半導(dǎo)體材料系InyGa1-yAsxP1-x(其中0≤x≤1并且0≤y≤1)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料。
這些半導(dǎo)體材料的特色是可簡(jiǎn)化地達(dá)到的高內(nèi)部量子效率，并且適合于從紫外頻譜范圍(特別是InxGayAl1-x-yN)經(jīng)過可見的頻譜范圍(特別是InxGayAl1-x-yN，InxGayAl1-x-yP)到紅外頻譜范圍(特別是InxGayAl1-x-yAs，InyGa1-yAsxP1-x)的輻射。
優(yōu)選地，半導(dǎo)體本體基于材料系InxGayAl1-x-yAs。在該材料系中可以特別有效地產(chǎn)生紅外頻譜范圍中的輻射，尤其是在800nm與1100nm之間的波長(zhǎng)范圍中的輻射。例如支撐體包含GaAs并且半導(dǎo)體層序列基于材料系InxGayAl1-x-yAs，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)在200nm與2000nm之間的頻譜范圍中。優(yōu)選的是，接觸層對(duì)有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)具有特別高的透射性。
外部反射器5構(gòu)造為諧振器中借助感應(yīng)發(fā)射產(chǎn)生的激光輻射的輸出耦合反射器，并且具有比布拉格反射器4更低的反射性。通過外部反射器的設(shè)置或諧振器長(zhǎng)度，可影響從諧振器輸出耦合的相干的激光輻射的輻射分布。
布拉格反射器具有多個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)，這些半導(dǎo)體層對(duì)具有有利地高的折射率差(Brechungsindexunterschied)。例如每一個(gè)GaAs-和AlGaAs-λ/4層構(gòu)成一個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)。在圖1中示意性地表示了多個(gè)在布拉格反射器4中的層對(duì)。優(yōu)選地，布拉格反射器包括20至30個(gè)或者更多個(gè)半導(dǎo)體層對(duì)的序列，由此產(chǎn)生了布拉格反射器對(duì)激光輻射99.9％或者更高的整體反射性。有利地，布拉格反射器與半導(dǎo)體層序列一起例如被外延地制造。
在半導(dǎo)體層序列2與支撐體1背對(duì)的側(cè)上，在半導(dǎo)體層序列的接觸區(qū)域上設(shè)置有對(duì)于所產(chǎn)生的輻射而言透射的接觸層6，該接觸層譬如包含用Al以例如2％的濃度來?yè)诫s的ZnO，或者由其組成。接觸層6與半導(dǎo)體層序列導(dǎo)電地相連。優(yōu)選地，接觸層直接設(shè)置在半導(dǎo)體層序列上。優(yōu)選地，半導(dǎo)體層序列與接觸層之間的電接觸具有基本上為電阻的特性。半導(dǎo)體激光器部件通過例如分別含有至少一種金屬的、設(shè)置在支撐體與半導(dǎo)體層序列2背對(duì)的側(cè)上的第一端子7和設(shè)置在半導(dǎo)體層序列與支撐體對(duì)置的側(cè)上的第二端子8，來電泵浦。
為了避免第二端子8、如金屬的端子中的吸收，層狀的第二端子8在半導(dǎo)體層序列的中心區(qū)域上被留出凹處并且例如環(huán)狀地在半導(dǎo)體層序列的邊緣區(qū)域之上延伸。第二端子8與接觸層6導(dǎo)電地相連并且可以包含例如Ti、Al、Pt或者具有這些材料的至少一種的合金。
優(yōu)選的是，在第二端子8與半導(dǎo)體層序列2之間設(shè)置有隔離層9，該隔離層具有帶橫向伸展的凹處，該橫向伸展優(yōu)選至少在部分區(qū)域中大于第二端子中的凹處的橫向伸展，使得在這些部分區(qū)域中形成端子與接觸層的重疊。因此，由于半導(dǎo)體層序列在橫向方向上的導(dǎo)電性與接觸層相比很低，并且主要在中心區(qū)域中通過接觸層來注入電流，所以有利地避免了有源區(qū)的設(shè)置在隔離層下方的邊緣區(qū)域的電泵浦。
隔離層9例如可以包含氮化硅、氧化硅或者氮氧化硅。優(yōu)選的是，隔離層同時(shí)構(gòu)造為鈍化層(Passivierungsschicht)，該鈍化層有利地提高了對(duì)半導(dǎo)體本體免遭有害的外部影響的保護(hù)。
由于接觸層6在橫向方向上的有利地高的橫向傳導(dǎo)能力，所以主要通過半導(dǎo)體本體的中心區(qū)域?qū)⑼ㄟ^第二端子8被輸入到接觸層中的電流注入半導(dǎo)體層序列。通過整個(gè)表面的第一端子7、支撐體1和布拉格反射器4大面積均勻地被注入到有源區(qū)中的載流子可以與通過第二端子8和接觸層6被注入有源區(qū)3中的載流子復(fù)合而產(chǎn)生輻射。由于半導(dǎo)體層序列的相對(duì)低的橫向傳導(dǎo)能力，產(chǎn)生輻射的復(fù)合或者輻射生成主要發(fā)生在有源區(qū)的中心區(qū)域。
在本發(fā)明中，泵浦電流在半導(dǎo)體本體中的電流路徑可以通過接觸層與半導(dǎo)體本體的接觸面和隔離層的構(gòu)造來確定。用于在半導(dǎo)體本體中引導(dǎo)電流的附加的、相對(duì)昂貴的措施，如在半導(dǎo)體本體或半導(dǎo)體層序列內(nèi)的邊緣區(qū)域中通過注入或者氧化物混合(oxidblend)實(shí)現(xiàn)的有針對(duì)性的電湮滅(Veroedung)可以有利地被省去。
在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射在表面10側(cè)的垂直的方向上從半導(dǎo)體本體中發(fā)射，通過自由輻射區(qū)域11并且到達(dá)外部反射器5。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案，半導(dǎo)體層序列優(yōu)選在其從有源區(qū)來看的朝著接觸層的側(cè)上，包括至少一個(gè)p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體層。特別優(yōu)選的是在接觸層與有源區(qū)之間半導(dǎo)體層序列的區(qū)域構(gòu)造為p型導(dǎo)電和/或在布拉格反射器與有源區(qū)之間的區(qū)域構(gòu)造為n型導(dǎo)電。根據(jù)本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展方案，支撐體和布拉格反射器構(gòu)造為n型導(dǎo)電。
支撐體1可以由半導(dǎo)體本體的生長(zhǎng)襯底的一部分構(gòu)成，在該部分上優(yōu)選外延地首先生長(zhǎng)布拉格反射器，并接著生長(zhǎng)半導(dǎo)體層序列。
根據(jù)一種有利的改進(jìn)方案，隔離層可首先施加在預(yù)制的半導(dǎo)體本體的整個(gè)表面上。在施加之后，將在半導(dǎo)體層序列的接觸區(qū)域上的隔離層去除。在隔離層被去除的區(qū)域中，將接觸層材料施加到半導(dǎo)體本體上。接觸層可以與隔離層一樣被濺射到半導(dǎo)體本體或者半導(dǎo)體層序列上。
必要時(shí)，接觸層可以與一個(gè)或者多個(gè)在半導(dǎo)體本體側(cè)被設(shè)置的層或一個(gè)或者多個(gè)事后被施加到接觸層上的、優(yōu)選基本上介電的層組合，構(gòu)造為對(duì)于諧振器中的輻射或者輻射模式的高反射涂層或者抗反射涂層。
必要時(shí)，可以設(shè)置有非線性光學(xué)元件用于諧振器中的、優(yōu)選在自由輻射區(qū)域11中的頻率變換。
圖2在圖2A中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的半導(dǎo)體本體的俯視圖，以及在圖2B中的圖解中定性地示出了與半導(dǎo)體本體上的橫向位置相關(guān)的接觸層中的泵浦電流密度的分布。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的半導(dǎo)體本體的示意性俯視圖。例如，示出了從圖1中的自由輻射區(qū)域11來看的、那里的接觸層的俯視圖。圖1例如可以基本上示出沿著圖2A中的線A-A的截面視圖。在圖1中的第二端子的表示被省去。
在圖2A中示出了設(shè)置在半導(dǎo)體本體上的隔離層9。隔離層在接觸區(qū)域12中被留出凹處，該接觸區(qū)域12包括中心區(qū)域120和連接指(Anschlussfinger)121，這些連接指優(yōu)選地從中心區(qū)域出發(fā)基本上徑向向外延伸并且占據(jù)了接觸區(qū)域12的相對(duì)小的面積。
在隔離層9的凹處中，將接觸層6施加到整個(gè)接觸區(qū)域12上。由此，凹處的構(gòu)造確定了接觸層與半導(dǎo)體本體之間的接觸面的形狀。通過例如環(huán)狀的端子，半導(dǎo)體本體與連接指121的區(qū)域中的接觸層6導(dǎo)電地相連，并且在中心區(qū)域120上被空出，可以借助接觸層6將電流注入有源區(qū)。
圖2B定性地示出了在接觸層側(cè)的半導(dǎo)體本體上的泵浦電流密度j與橫向位置r的相關(guān)性。曲線的900段與圖2A中的邊緣區(qū)域相應(yīng)，在這些邊緣區(qū)域中半導(dǎo)體本體被隔離層9覆蓋，1210段與連接指121相應(yīng)而1200段與中心區(qū)域120相應(yīng)。
在中心區(qū)域120中，泵浦電流密度是相對(duì)高的并且基本上是均勻的。在1200段中，泵浦電流密度從中心區(qū)域120的正中心區(qū)域的最大值朝著連接指的方向僅僅輕微地下降，而在設(shè)置有隔離層9的邊緣區(qū)域的900段中，是相對(duì)小的。在連接指的1210段中，泵浦電流密度相對(duì)強(qiáng)烈地向外下降。
由此，通過輻射透射的接觸層，可以在橫向中心區(qū)域120上實(shí)現(xiàn)相對(duì)均勻的泵浦電流密度分布。中心區(qū)域的橫向伸展例如可以為10-10000μm，優(yōu)選為100μm或者更大。優(yōu)選的是，可以實(shí)現(xiàn)接觸層側(cè)的半導(dǎo)體本體上的對(duì)應(yīng)于高斯分布或者超高斯分布(Hypergaussverteilung)的橫向泵浦電流密度分布。
圖2B中定性示出的泵浦曲線的構(gòu)型由于接觸層材料在橫向方向上的高導(dǎo)電性而在寬的厚度范圍上與接觸層的厚度不相關(guān)。因此，在本發(fā)明的范圍中可以以相對(duì)小的厚度，例如10μm或者更小的厚度來實(shí)施接觸層。
在圖3中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的另一種半導(dǎo)體本體的俯視圖。
例如示出了從圖1中的自由輻射區(qū)域11來看的、那里的接觸層的俯視圖。圖1例如可基本上示出沿圖3中的線B-B的截面視圖。圖1的第二端子的表示被省略。
在此，設(shè)置有通過柵格線130所形成的柵格形式的選擇元件13。例如線形柵格形式的柵格結(jié)構(gòu)例如可以借助刻蝕引入隔離層9和/或接觸層6中。優(yōu)選的是，柵格結(jié)構(gòu)至少設(shè)置在半導(dǎo)體本體上的接觸層6中的接觸區(qū)域12的中心區(qū)域中。
通過柵格結(jié)構(gòu)、特別是柵格線的間距，可以對(duì)諧振器中被增強(qiáng)的輻射的波長(zhǎng)產(chǎn)生影響，并因此對(duì)由部件所發(fā)射的激光輻射的波長(zhǎng)產(chǎn)生影響。因此，在柵格上的激光輻射模式的衍射或反射導(dǎo)致提高了針對(duì)這種模式的損耗，并因此不能達(dá)到或者難以達(dá)到針對(duì)這種模式的激光器工作閾值。通過柵格線的間距可以調(diào)節(jié)柵格的衍射特性或者反射特性。
此外，選擇元件還可被構(gòu)造用于穩(wěn)定極化，其方式是，通過柵格結(jié)構(gòu)，所述一種激光輻射模式的極化狀態(tài)相對(duì)于不同地極化的模式而被優(yōu)選。
因此，選擇元件13可以作為極化濾波器和/或波長(zhǎng)濾波器。
接觸區(qū)域12和接觸層6在此基本上圓形地構(gòu)造，并且接觸層可以通過適當(dāng)與如在圖1中示意性地表示的第二端子的重疊而被接觸。
圖4借助示意性的截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的第二實(shí)施例。
圖4中所示出的半導(dǎo)體激光器部件基本上與圖1中所示的半導(dǎo)體激光器部件相應(yīng)。與圖1中所示的根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器部件的實(shí)施例相反，具有布拉格反射器4和帶有源區(qū)3的半導(dǎo)體層序列2的半導(dǎo)體本體在布拉格反射器4側(cè)通過連接層14設(shè)置在支撐體1上并且優(yōu)選被穩(wěn)定地固定。在該實(shí)施例中，支撐體1優(yōu)選與半導(dǎo)體本體的生長(zhǎng)襯底不同，并且包括例如散熱裝置，其包含如CuW、CuDia、Cu、SiC或者BN。
散熱裝置有利地使有源區(qū)的熱導(dǎo)出變得容易，使得特別是在經(jīng)常也伴有高損耗熱量的高功率情況下，降低熱量造成的部件效率降低的風(fēng)險(xiǎn)。
為了制造這樣的部件，例如首先預(yù)制半導(dǎo)體本體，其中在半導(dǎo)體層序列之后在生長(zhǎng)襯底上制造布拉格反射器。然后在布拉格反射器側(cè)，借助共晶接合將半導(dǎo)體本體固定在支撐體上，隨后生長(zhǎng)襯底例如借助濕化學(xué)刻蝕或者激光燒蝕方法來去除。連接層14例如可以是借助共晶接合被構(gòu)造的層。因此，可以以與圖1中所示的半導(dǎo)體本體相反的順序來制造根據(jù)圖4的半導(dǎo)體本體。
本專利申請(qǐng)要求2004年5月28日的德國(guó)專利申請(qǐng)DE 10 2004 026163.6以及DE 10 2004 040077.6的優(yōu)先權(quán)，在前申請(qǐng)的整個(gè)公開內(nèi)容通過引用而明確地納入本專利申請(qǐng)。
本發(fā)明并未通過借助這些實(shí)施例的說明而被限制。更確切地說，本發(fā)明包括任意的新特征以及這些特征的任意組合，其特別是包含在權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使這些特征或者這些組合本身未在權(quán)利要求中或者實(shí)施例中詳細(xì)說明。
權(quán)利要求
1、一種表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件，特別是電泵浦的半導(dǎo)體激光器部件，具有垂直的發(fā)射方向，所述半導(dǎo)體激光器部件被設(shè)置用于借助外部光學(xué)諧振器(4，5)產(chǎn)生激光輻射，所述半導(dǎo)體激光器部件包括具有半導(dǎo)體層序列(2)的半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體層序列具有橫向的主伸展方向和為產(chǎn)生輻射而設(shè)置的有源區(qū)(3)，其中輻射透射的接觸層(6)設(shè)置在所述諧振器內(nèi)并且與所述半導(dǎo)體本體導(dǎo)電地相連。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述接觸層(6)包含氧化物。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述接觸層(6)包含TCO材料。
4、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述接觸層(6)包含ZnO或者ITO。
5、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述接觸層(6)設(shè)置在所述半導(dǎo)體本體上。
6、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述接觸層(6)設(shè)置在所述有源區(qū)(3)與所述諧振器(4，5)的外部反射器(5)之間的直接的光路中。
7、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，通過布拉格反射器(4)來形成所述諧振器邊界。
8、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述半導(dǎo)體本體在其朝著所述接觸層(6)的側(cè)上具有至少一個(gè)p型導(dǎo)電的層。
9、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，在所述有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)位于不可見的、優(yōu)選為紅外的頻譜范圍中。
10、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器部件是借助所述接觸層(6)來電泵浦的半導(dǎo)體激光器部件。
11、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，預(yù)制所述半導(dǎo)體本體并且事后將所述接觸層(6)施加到所述半導(dǎo)體本體上。
12、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述半導(dǎo)體本體設(shè)置在支撐體(1)上。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述支撐體(1)與所述半導(dǎo)體層序的生長(zhǎng)襯底不同。
14、根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述支撐體(1)構(gòu)造為散熱裝置。
15、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，在半導(dǎo)體本體與接觸層(6)之間或者在所述接觸層(6)與所述半導(dǎo)體本體背對(duì)的側(cè)上設(shè)置有光學(xué)鍍膜。
16、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，在所述諧振器中設(shè)置有選擇元件(13)，或者將所述接觸層(6)實(shí)施為選擇元件(13)。
17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述選擇元件(13)被構(gòu)造用于對(duì)諧振器中的輻射的波長(zhǎng)選擇和/或極化選擇。
18、根據(jù)權(quán)利要求16或者17所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述選擇元件(13)具有柵格結(jié)構(gòu)(130)。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，所述柵格結(jié)構(gòu)(130)至少部分地構(gòu)造在所述接觸層(6)中。
20、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，在所述諧振器中設(shè)置有非線性的光學(xué)元件，優(yōu)選用于頻率變換。
21、根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器部件，其特征在于，在所述有源區(qū)中所產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)在200nm與2000nm之間的頻譜范圍中。
全文摘要
說明了一種表面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器部件，特別是電泵浦的半導(dǎo)體激光器部件，具有垂直的發(fā)射方向，其被設(shè)置用于借助外部光學(xué)諧振器(4，5)產(chǎn)生激光輻射，半導(dǎo)體激光器部件包括具有半導(dǎo)體層序列(2)的半導(dǎo)體本體，半導(dǎo)體本體具有橫向的主伸展方向和為產(chǎn)生輻射而設(shè)置的有源區(qū)(3)，其中輻射透射的接觸層(6)設(shè)置在諧振器內(nèi)并且與半導(dǎo)體本體導(dǎo)電地相連。
文檔編號(hào)H01S5/183GK1957507SQ20058001684
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者威廉·施泰因, 托尼·阿爾布雷希特, 彼得·布里克 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司