DE102007055177A1 - Super luminescence diode for use in projection application, has semiconductor layer sequence with active area on semiconductor body, and mesa flanks attached to longitudinal ends of body and designed as diagonal, total reflecting mirrors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lumineszenzdiode, insbesondere eine Superlumineszenzdiode, die polarisiertes Licht abstrahlt. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiode.The The invention relates to a light-emitting diode, in particular a super-luminescent diode, which emits polarized light. The invention also relates a method for producing a light-emitting diode.
In vielen Anwendungen werden Lichtquellen mit linear polarisiertem Licht benötigt. Dies betrifft beispielsweise Projektionsanwendungen, bei denen die Bildinformationen mittels einer LCD-Einheit generiert wird. Da abbildende Elemente in Projektionsanwendungen üblicherweise eine numerische Apertur deutlich kleiner als 1 aufweisen, ist eine gerichtete Strahlung wünschenswert.In Many applications use light sources with linearly polarized light sources Light needed. This applies, for example, to projection applications in which the Image information is generated by means of an LCD unit. As pictorial Elements in projection applications usually a numeric Aperture significantly smaller than 1, is a directed radiation desirable.
Linear polarisiertes Licht kann auf vielfältige Weise erzeugt werden. Üblicherweise wird polarisiertes Licht durch Aufbereitung von unpolarisiertem Licht erzeugt. Dafür können beispielsweise absorbierende oder reflektierende Polarisationsfilter eingesetzt werden, es ist jedoch auch denkbar, einen Beam-Splitter zu verwenden.Linear Polarized light can be generated in a variety of ways. Usually becomes polarized light by processing unpolarized light generated. Therefore can for example, absorbent or reflective polarizing filters However, it is also possible to use a beam splitter to use.
Diese Vorgehensweise nutzt jedoch nur einen Teil des ursprünglich abgestrahlten Lichts. So wird beispielsweise derjenige Teil des unpolarisierten Lichts, der eine Polarisation aufweist, die nicht durch den Polarisationsfilter hindurch treten kann, für die weitere Verwendung nicht genutzt.These However, the procedure only uses part of the original radiation Light. For example, that part of the unpolarized light, which has a polarization that is not due to the polarizing filter can pass through for the further use not used.
Um die damit verbundenen Effizienzeinbußen zu vermindern, ist im Stand der Technik so genanntes Polarisationsrecycling bekannt, bei dem zumindest ein Teil des falsch polarisierten Lichts des ursprünglich unpolarisierten Lichts weiterhin verwendet wird. Dieses Verfahren ist jedoch aufwändig und teuer.Around to reduce the associated loss of efficiency, is in the state the technique known as polarization recycling, in which at least part of the false polarized light of the originally unpolarized Light continues to be used. However, this process is laborious and expensive.
Des Weiteren wird oftmals die Abstrahlcharakteristik durch abbildende Elemente an die jeweilige Anwendung angepasst. Dabei kann jedoch die Étendue (strahlende Fläche × Abstrahlwinkel) nicht verbessert werden. Als Lichtquellen könnten auch Laser eingesetzt werden, wobei allerdings die Montage und Justage von Optiken aufwändig und damit teuer ist.Of Furthermore, the emission characteristic is often due to imaging Elements adapted to the respective application. However, it can the Étendue (radiating surface x radiation angle) can not be improved. As light sources and lasers could be used However, although the assembly and adjustment of optics consuming and so that is expensive.
Folglich besteht in der Technik ein Bedarf nach Lichtquellen, die polarisiertes Licht mit hoher Effizienz erzeugen können, ohne die eingangs genannten Nachteile aufzuweisen.consequently There is a need in the art for light sources that are polarized Produce light with high efficiency, without the aforementioned To show disadvantages.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Lumineszenzdiode für polarisiertes Licht zu schaffen beziehungsweise ein Verfahren zur Herstellung der Lumineszenzdiode anzugeben, das linear polarisiertes Licht auf einfache Weise bereitstellt.It It is therefore an object of the invention to provide a light-emitting diode for polarized To create light or a method of production indicate the light-emitting diode, the linearly polarized light provides a simple way.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt erfindungsgemäß durch eine Lumineszenzdiode gelöst, die folgendes umfasst:
- – eine Halbleiterschichtenfolge mit einem in Wellenleiter eingebetteten zur Lichtabgabe geeigneten aktiven Gebiet auf einem Halbleiterkörper, das von einer oberen Mantelschicht und einer unteren dem Substrat zugewandten Mantelschicht umgebenen ist, wobei die obere Mantelschicht stegförmig auf einem Halbleiterkörper angebracht ist, und
- – jeweils eine Mesaflanke, die an den jeweiligen longitudinalen Enden des stegförmigen Halbleiterkörpers angebracht sind und die als schräge, total reflektierende Spiegel ausgebildet sind.
- A semiconductor layer sequence with a waveguide-embedded light-emitting active region on a semiconductor body which is surrounded by an upper cladding layer and a lower cladding layer facing the substrate, wherein the upper cladding layer is web-mounted on a semiconductor body, and
- - Each one Mesaflanke, which are attached to the respective longitudinal ends of the web-shaped semiconductor body and which are formed as oblique, totally reflecting mirror.
Diese Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiode gelöst, das folgende Schritte umfasst:
- – Bilden einer Halbleiterschichtenfolge mit einem von einer oberen Mantelschicht und einer unteren Mantelschicht umgebenen und in Wellenleiter eingebetteten zur Lichtabgabe geeigneten aktiven Gebiet,
- – Bilden von Stegen aus der Halbleiterschichtenfolge, wobei die obere Mantelschicht stegförmig auf einem Halbleiterkörper angebracht ist, und
- – Bilden jeweils einer Mesaflanke, die an den jeweiligen longitudinalen Enden des stegförmigen Halbleiterkörpers angebracht werden und die als schräge, total reflektierende Spiegel ausgebildet werden.
- Forming a semiconductor layer sequence with an active region, which is surrounded by an upper cladding layer and a lower cladding layer and embedded in waveguides, for the purpose of emitting light,
- - Forming webs from the semiconductor layer sequence, wherein the upper cladding layer is web-mounted on a semiconductor body, and
- - Forming a respective Mesaflanke, which are attached to the respective longitudinal ends of the web-shaped semiconductor body and which are formed as oblique, totally reflecting mirror.
Gemäß der Erfindung wird eine stegförmige Lumineszenzdiode in Dünnfilmtechnologie geschaffen. Zur Lichtumlenkung werden vertikal schräge, total reflektierende Mesaflanken verwendet. Die schrägen Mesaflanken weisen vorzugsweise einen Winkel von etwa 45° zu einer Oberfläche des Substrats auf. Es ist jedoch auch möglich den Winkel relativ zur Oberfläche des Substrats anders zu wählen, da lediglich die Auskopplung durch das Substrat hindurch erreicht werden muss. Bei einer Totalreflexionsgrenze von etwa 18° kann folglich der Winkel in Bereich von etwa 35° bis 55° gewählt werden.According to the invention becomes a ridge-shaped light-emitting diode in thin-film technology created. To redirect the light vertically, totally reflective mesaflanken used. The oblique Mesaflanken preferably have an angle of about 45 ° a surface of the substrate. However, it is also possible the angle relative to the surface of Substrate to choose differently since only the decoupling reaches through the substrate must become. With a total reflection limit of about 18 ° can consequently the angle ranges from about 35 ° to 55 ° can be selected.
Da im aktiven Medium einer Superlumineszenzdiode Ladungsträgerinversion vorherrscht, verstärkt sich der Polarisationsunterschied zwischen unterschiedlich polarisierten Wellen noch während der Propagation des Lichts entlang des aktiven Mediums.There in the active medium of a superluminescent diode charge carrier inversion prevails, intensifies the polarization difference between differently polarized Waves still while the propagation of light along the active medium.
Folglich führt der Superlumineszenzbetrieb aufgrund der Ladungsträgerinversion zu einer Einengung des Emissionsspektrums gegenüber einer Lumineszenzdiode.consequently leads the Superluminescence operation due to the charge carrier inversion to a constriction of the emission spectrum a light emitting diode.
Um eine Propagation des Lichts entlang des Quantenfilms zu erreichen, wird ein epitaktischer Schichtaufbau wie bei einer Laserdiode verwendet. Das aktive Medium ist in einen Wellenleiter eingebettet, der von Mantelschichten umgeben ist. Vorteilhaft kann über den Schichtaufbau der Intensitätsverlauf der Welle innerhalb des Wellenleiters eingestellt werden. Damit wird die Abstrahlcharakteristik entlang einer Dimension bestimmt.To a propagation of light along the To achieve quantum film, an epitaxial layer structure is used as in a laser diode. The active medium is embedded in a waveguide surrounded by cladding layers. Advantageously, the intensity profile of the wave within the waveguide can be adjusted via the layer structure. This determines the emission characteristic along one dimension.
In der anderen Dimension wird die Wellenführung durch die Ausprägung eines Stegwellenleiters gebildet. Damit ist sichergestellt, dass das Licht senkrecht auf die Umlenkspiegel trifft. Somit kann durch eine geeignete Dimensionierung auch der Intensitätsverlauf in lateraler Richtung unterhalb des Stegs und damit die Abstrahlcharakteristik in einer anderen Richtung eingestellt werden.In the other dimension, the waveguide by the expression of a Web waveguide formed. This ensures that the light is vertical meets the deflecting mirror. Thus, by a suitable dimensioning also the intensity course in the lateral direction below the web and thus the radiation characteristic be set in a different direction.
Neben einem höheren Polarisationsgrad kann somit auch eine enge Abstrahlcharakteristik erreicht werden, die besser an nachfolgende abbildende Elemente angepasst werden kann. Da die Licht auskoppelnde Fläche kein aktives Medium besitzt, kann selbst bei höchster Intensität keine Zerstörung des optischen Spiegels stattfinden.Next a higher one The degree of polarization can thus also have a narrow emission characteristic be achieved, which better to subsequent imaging elements can be adjusted. Because the light coupling surface no has active medium, even at the highest intensity no Destruction of the optical mirror take place.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In show the drawing:
In
Die
Halbleiterschichtenfolge
Der
für die
Lichtabgabe erforderliche bereich wird durch ein aktives Gebiet
Die
in
In
verspannten Quantenfilmen unterscheidet sich die Strahlstärke für transversal
elektrische TE-Wellen und für
transversal magnetische TM-Wellen. Transversal bezieht sich hier
auf die Quantenfilmebene im aktiven Gebiet
Wenn
im aktiven Medium der im Superlumineszenzbetrieb arbeitenden Diode
Ladungsträgerinversion
aufgrund der größer als
der Bandabstand vorherrschenden Aufspaltung der Quasiferminiveaus vorliegt,
verstärkt
sich der Polarisationsunterschied zwischen unterschiedlich polarisierten
Wellen noch während
der Propagation des Lichts entlang des aktiven Mediums
Um
eine Propagation des Lichts entlang des Quantenfilms des aktiven
Mediums
Um das Licht aus den stegförmigen Dioden auszukoppeln, sind zur Lichtumlenkung vertikal beispielsweise um 45° schräge, total reflektierende Mesaflanken vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich den Winkel relativ zur Oberfläche des Substrats anders zu wählen, da lediglich die Auskopplung durch das Substrat hindurch erreicht werden muss. Bei einer Totalreflexionsgrenze von etwa 18° kann folglich der Winkel in Bereich von etwa 35° bis 55° gewählt werden.In order to decouple the light from the ridge-shaped diodes, vertically deflecting, for example, 45 ° oblique, totally reflecting mesaflowers are provided for the deflection of light. However, it is also possible to choose the angle relative to the surface of the substrate differently, since only the coupling through the substrate must be achieved. At egg ner total reflection limit of about 18 °, therefore, the angle can be selected in the range of about 35 ° to 55 °.
Dabei
ist jeweils eine Mesaflanke
Aufgrund
des Schichtaufbaus der Halbleiterschichtenfolge
Neben einem höheren Polarisationsgrad kann somit auch eine enge Abstrahlcharakteristik erreicht werden, die besser an nachfolgende abbildende Elemente angepasst werden kann. Da die Licht auskoppelnde Fläche kein aktives Medium besitzt, kann selbst bei höchster Intensität keine Zerstörung des optischen Spiegels stattfinden, wie beispielsweise durch den bei Laserdioden bekannten COMD-Effekt (COMD = catastrophic optical mirror damage).Next a higher one The degree of polarization can thus also have a narrow emission characteristic be achieved, which better to subsequent imaging elements can be adjusted. Because the light coupling surface no has active medium, even at the highest intensity no Destruction of the optical mirror take place, such as by the Laser diodes known COMD effect (COMD = catastrophic optical mirror damage).
Weiterhin kann der Bereich der Umlenkspiegel derart behandelt werden, dass Halbleiterschädigungen, die eine Zerstörung der Spiegel zur Folge haben, wie sie beispielsweise bei Laserdioden auftreten, vermieden werden. Dabei kann auf existierende Prozesse zurückgegriffen werden. Diese Behandlungen können beispielsweise durch Quantenfilmdurchmischung, Entfernung von Oxiden und In-Situ-Passivierung erreicht werden. Im Unterschied zu Laserdioden ist hier nur eine einzige Behandlung erforderlich, während bei Laserdioden zwei Behandlungen für beide Spiegel notwendig sind. Gemäß der Erfindung kann die Behandlung auch im Waferverbunden durchgeführt werden.Farther the area of the deflection mirrors can be treated in such a way that Semiconductor damage, the one destruction cause the mirror, as with laser diodes, for example occur, be avoided. It can rely on existing processes resorted become. These treatments can for example by quantum well mixing, removal of oxides and in-situ passivation can be achieved. Unlike laser diodes Here, only a single treatment is needed while at Laser diodes two treatments for both mirrors are necessary. According to the invention, the treatment also performed in wafer bonding become.
Des
Weiteren ist es vorgesehen, im Auskoppelbereich unterhalb der Mesaflanken
Weitere Prozess-Schritte umfassen beispielsweise eine Passivierung mit Silizumnitrid oder Siliziumdioxid. Andere, dem Fachmann bekannte Passivierungsmaterialien sind nicht ausgeschlossen. Darüber hinaus kann auch eine Kontakt- und/oder Lotmetallisierung durchgeführt wird.Further Process steps include, for example, passivation with silicon nitride or silica. Other Passivierungsmaterialien known in the art are not excluded. About that In addition, a contact and / or solder metallization carried out becomes.
Gemäß der Erfindung kann die die Abstrahlcharakteristik an nachfolgende optische Elemente angepasst werden.According to the invention can the the radiation characteristic of subsequent optical elements be adjusted.
Wie
in
Anschließend wird eine Kontakt- und Lotmetallisierung aufgebracht und die Halbleiterscheibe auf einen Träger gelötet. Die Weiterverarbeitung kann mit den für Dünnfilmdioden etablierten Prozessschritten erfolgen. Möglich ist auch, das Bauelement auskoppelseitig mit einer antireflektierenden Beschichtung zu versehen.Subsequently, will a contact and Lotmetallisierung applied and the semiconductor wafer on a carrier soldered. Further processing can be carried out with the process steps established for thin-film diodes respectively. Possible is also, the component decoupling with an anti-reflective To provide coating.
Neben einem höheren Polarisationsgrad kann somit auch eine enge Abstrahlcharakteristik erreicht werden, die besser an nachfolgende abbildende Elemente angepasst werden kann. Da die Licht auskoppelnde Fläche kein aktives Medium besitzt, kann selbst bei höchster Intensität keine Zerstörung des optischen Spiegels stattfinden.Next a higher one The degree of polarization can thus also have a narrow emission characteristic be achieved, which better to subsequent imaging elements can be adjusted. Because the light coupling surface no has active medium, even at the highest intensity no Destruction of the optical mirror take place.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE102007055177A DE102007055177A1 (en) | 2007-09-28 | 2007-11-19 | Super luminescence diode for use in projection application, has semiconductor layer sequence with active area on semiconductor body, and mesa flanks attached to longitudinal ends of body and designed as diagonal, total reflecting mirrors |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007046717.8 | 2007-09-28 | ||
| DE102007046717 | 2007-09-28 | ||
| DE102007055177A DE102007055177A1 (en) | 2007-09-28 | 2007-11-19 | Super luminescence diode for use in projection application, has semiconductor layer sequence with active area on semiconductor body, and mesa flanks attached to longitudinal ends of body and designed as diagonal, total reflecting mirrors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102007055177A1 true DE102007055177A1 (en) | 2009-04-09 |
Family
ID=40418250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102007055177A Ceased DE102007055177A1 (en) | 2007-09-28 | 2007-11-19 | Super luminescence diode for use in projection application, has semiconductor layer sequence with active area on semiconductor body, and mesa flanks attached to longitudinal ends of body and designed as diagonal, total reflecting mirrors |
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|---|---|
| DE (1) | DE102007055177A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8179940B2 (en) | 2007-09-28 | 2012-05-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor laser and method for producing the semiconductor laser |
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| US5252839A (en) * | 1992-06-10 | 1993-10-12 | Hewlett-Packard Company | Superluminescent light-emitting diode with reverse biased absorber |
| GB2369725A (en) * | 2000-07-27 | 2002-06-05 | Univ Glasgow | Semiconductor Laser |
-
2007
- 2007-11-19 DE DE102007055177A patent/DE102007055177A1/en not_active Ceased
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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