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WO2018192972A1 - Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode - Google Patents

Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode Download PDF

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WO2018192972A1
WO2018192972A1 PCT/EP2018/059905 EP2018059905W WO2018192972A1 WO 2018192972 A1 WO2018192972 A1 WO 2018192972A1 EP 2018059905 W EP2018059905 W EP 2018059905W WO 2018192972 A1 WO2018192972 A1 WO 2018192972A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
laser diode
semiconductor laser
semiconductor
passivation layer
Prior art date
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Application number
PCT/EP2018/059905
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Lell
Sebastian Taeger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CN201880026456.1A priority patent/CN110537303B/zh
Priority to DE112018002104.1T priority patent/DE112018002104B4/de
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    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
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    • H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
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    • H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties

Definitions

  • a semiconductor laser diode and a method of manufacturing a semiconductor laser diode are disclosed.
  • Infrared is increasingly opening up new markets, for example in the field of lighting, projection and material processing applications, where they have their advantages in terms of increased luminance, in particular
  • Such laser diodes are based essentially on epitaxial structures in the InAlGaN, InAlGaP or InAlGaAs material system.
  • LEDs light-emitting diodes
  • Such laser diodes are based essentially on epitaxial structures in the InAlGaN, InAlGaP or InAlGaAs material system.
  • In the chip technology production are standard for current limitation as well as for
  • Si0 2 , S1 3 N 4 or Zr0 2 used.
  • the problem may be that the refractive index of the passivation depends on the particular used
  • At least one object of certain embodiments is to provide a semiconductor laser diode. At least another object of certain embodiments is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser diode
  • Semiconductor laser diode at least one active layer, which is adapted and intended to generate light in operation in an active region.
  • the active layer may in particular be part of a semiconductor layer sequence with a plurality of semiconductor layers and a
  • the active layer may have exactly one active region.
  • the active region may be at least partially defined by a contact surface of the
  • the active area can at least partially by a
  • Web waveguide structure to be defined, ie by a formed in the semiconductor material of the semiconductor layer sequence in the form of an elongated ridge web.
  • the active layer also have a plurality of active areas, which by a corresponding plurality of
  • a semiconductor layer sequence with the active layer can be produced by means of an epitaxial process.
  • Embodiments and features apply equally to the semiconductor laser diode as well as to the method for producing the semiconductor laser diode. According to a further embodiment, the
  • Semiconductor laser diode on a light output surface and the light output surface opposite rear side surface.
  • the light-outcoupling surface and the rear-side surface may in particular have side faces of the semiconductor laser diode,
  • Facets can be designated. About the
  • the semiconductor laser diode in operation emit the light generated in the active area.
  • the light output surface and the back surface can be any light generated in the active area.
  • the active region may extend between the back surface and the light outcoupling surface along a direction, here and hereinafter referred to as
  • the longitudinal direction is called.
  • the longitudinal direction can be parallel to
  • Arrangement direction of the layers one above the other ie a direction perpendicular to the main extension plane of the active layer, is referred to here and below as a vertical direction.
  • lateral direction Direction and perpendicular to the vertical direction is referred to here and below as a lateral direction.
  • longitudinal direction and the lateral direction can thus span a plane parallel to the
  • Main extension plane of the active layer is.
  • the semiconductor layer sequence can be used in particular as
  • the semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • InAlGaN-based semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • InAlGaN-based semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InAlGaN.
  • Semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence usually has a layer sequence of different
  • III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai x - y N with 0 ⁇ ⁇ 1, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • the active layer may be based on such a material.
  • Semiconductor layer sequences comprising at least one active layer based on InAlGaN, for example, preferably electromagnetic radiation in a
  • the semiconductor layer sequence can also be based on InAlGaP, that is, the
  • Semiconductor layer sequence may have different individual layers, of which at least one single layer,
  • the active layer a material from the
  • III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai- x - y P with 0 ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InAlGaP can, for example, preferably comprise electromagnetic radiation with one or more layers
  • the semiconductor layer sequence may also comprise other III-V compound semiconductor material systems, for example an InAlGaAs-based material, or
  • an active layer comprising an InAlGaAs-based material may be suitable.
  • An II-VI compound semiconductor material may include at least one element of the second main group, such as Be, Mg, Ca, Sr, and a member of the sixth main group, such as
  • the active layer and in particular the
  • Semiconductor layer sequence with the active layer may be applied to a substrate.
  • the substrate may be formed as a growth substrate, on which the semiconductor layer sequence is grown.
  • Layer and in particular the semiconductor layer sequence with the active layer can be produced by means of an epitaxial process, for example by means of metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) or molecular beam epitaxy (MBE).
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Semiconductor layer sequence are provided with electrical contacts in the form of electrode layers.
  • the growth substrate may also be possible for the growth substrate to be removed after the growth process.
  • the substrate may be a semiconductor material, for example, one mentioned above
  • the substrate may be sapphire,
  • GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge and / or a ceramic material such as SiN or AlN include or be of such a material.
  • the active layer may be, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure), or a multiple quantum well structure (MQW structure) for light generation exhibit.
  • the semiconductor layer sequence, in addition to the active layer further functional layers and
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Barrier layers planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrode layers and
  • Layers for example buffer layers, barrier layers and / or protective layers, also perpendicular to the growth direction of the semiconductor layer sequence, for example around the
  • Semiconductor layer sequence may be arranged around, that is approximately on the side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • the ridge waveguide structure is in a top side opposite to the substrate
  • Semiconductor laser diode has no substrate, is here and hereinafter referred to the side with the ridge waveguide structure as the top.
  • the web waveguide structure may in particular by a web-shaped, extending in the longitudinal direction of the raised area
  • the web-shaped region protrudes in the vertical direction beyond the adjacent surface regions and extends in the longitudinal direction.
  • the web surfaces limiting the ridge waveguide structure in the lateral direction can be
  • the semiconductor layer sequence may also be a plurality of laterally juxtaposed and spaced-apart ones, each in longitudinal direction
  • the passivation layer can be electrical
  • the passivation layer may be at least partially protected from damage
  • the passivation layer may be transparent or at least partially transparent and one
  • the passivation layer may be directly on the at least one surface area of the
  • Semiconductor layer sequence may be applied. In other words, between the semiconductor layer sequence and the
  • Passivation layer may be formed by all those layers that exist between the surface area of Semiconductor layer sequence and an overlying electrode layer are arranged.
  • the upper side may in particular be a side of the semiconductor layer sequence opposite a substrate, wherein a ridge waveguide structure does not necessarily have to be present.
  • the surface region may in particular comprise at least one or both lateral side surfaces of the ridge or at least a part thereof.
  • Contact region in which the semiconductor layer sequence is contacted from the top by an electrode layer include.
  • the passivation layer is applied laterally next to the web and has a thickness which is smaller or preferably equal to the thickness Height of the web in the vertical direction, wherein the web height is related to the surface region of the semiconductor layer sequence laterally adjacent to the web.
  • the passivation layer can with the ridge waveguide structure, ie with the
  • Web top of the web in this case preferably form a flat surface, so that an electrode layer for
  • Web waveguide structure is formed and the trench is at least partially filled by a further part of the passivation layer.
  • Passiviansstik have at least a first, formed laterally adjacent to the ridge waveguide structure layer which is spaced from the ridge waveguide structure. This allows a trench through the first layer and the
  • Web waveguide structure may be overmolded with a second layer of the passivation layer.
  • the passivation layer having such a structure may be laterally on both sides of the ridge of the ridge waveguide structure
  • Compound semiconductor material system in particular a same II IV compound semiconductor material system, are selected. Particularly preferably, the
  • the passivation layer may particularly preferably comprise or be a nitride, in particular selected from the InAlGaN material system. Accordingly, the passivation layer may include or be at least one layer comprising or consisting of, for example, GaN or AlGaN or AlN.
  • the material of the passivation layer may in particular be undoped. Such materials may in particular compared to conventional
  • Passivation materials such as Si0 2 , S1 3 N 4 and ZrÜ 2 have a higher coefficient of heat conduction, so that through the passivation layer described here better heat can be dissipated than by conventional
  • Arsenide that is materials from the InAlGaP- and
  • the passivation layer can be formed, for example, by a single layer comprising gallium, which therefore in particular comprises or is composed of GaN or AlGaN.
  • the passivation layer may also at least two or more layers, wherein at least one of the layers comprises gallium, so at least one layer preferably comprises or is GaN or AlGaN. Particularly preferably, all layers of the
  • Passiviansstik have or be a nitride, so particularly preferably GaN and / or AlGaN and / or AIN.
  • Passivitations GmbH can such layers having deliberately selected thicknesses and compositions for forming the
  • Passivation layer are combined with each other.
  • the composition may vary over a thickness of the passivation layer or over the thickness of at least one layer of the passivation layer.
  • the passivation layer on a layer stack with at least two layers whose materials are different and are selected from GaN, AlGaN and AIN.
  • the passivation layer may have or consist of a layer stack comprising at least one layer with or made of GaN and at least one layer with or consisting of AlN.
  • Layers with or made of AIN which are alternately applied to each other.
  • the layer stack can also be referred to in this case as a laminate or nanolaminate.
  • the layers of the layer stack or at least the layers with the same materials may have the same thicknesses.
  • layers with different materials and / or layers with the same materials may have different thicknesses.
  • the refractive index of the Passivation layer can be adjusted in the desired manner and better than with conventional passivation materials such as Si0 2 , S1 3 N 4 or ZrÜ 2 .
  • conventional passivation materials such as Si0 2 , S1 3 N 4 or ZrÜ 2 .
  • the refractive index may vary, for example, in the longitudinal direction. This can, for example, by a longitudinal direction, ie in the direction of radiation,
  • Passivation layer vary, ie in a direction which faces away from the surface area, particularly preferably facing away from the vertical. This can be done by a in
  • Thickness direction varying material composition and / or varying layer composition and / or be achieved by varying layer thicknesses By a varying
  • Refractive index may result in an improvement in terms of laser parameters such as the mode behavior or the far field.
  • Passivation layer deposited by atomic layer deposition on the at least one surface region.
  • all layers of the passivation layer are by means of
  • Atomic layer deposition is a layer formation by a chemical reaction of
  • At least two gaseous starting materials or compounds conventional chemical vapor deposition, in which the starting materials are supplied simultaneously, the starting compounds are cyclically successively introduced into a reaction chamber in the atomic layer deposition.
  • precursor gaseous starting materials or compounds
  • the first starting compound can adsorb on the at least one surface area.
  • the starting compound may be a second of the at least two
  • Starting compound can react with the first starting compound adsorbed on the surface region, whereby a submonolayer or at most a monolayer of the material of the passivation layer can be formed. Thereafter, in turn, the first starting compound is introduced, based on the submonolayer or monolayer formed and
  • the reaction chamber can be purged with a cleaning gas, in particular an inert gas such as argon or nitrogen, so that advantageously no previous starting compound is present in the reaction chamber before each inlet of a starting compound. In this way, the Partial reactions clearly separated and on the
  • An essential feature of the atomic layer deposition is thus the self-limiting nature of the partial reaction, which means that the starting compound of a partial reaction does not react with itself or ligands of itself, which is the
  • the starting compounds can also be supplied in different areas in a coating space, for example, the coating chamber.
  • the coating space is divided into at least two areas with different starting compounds, which are separated from each other by areas which are continuously purged with inert gas.
  • the coating takes place in that the at least one to be coated
  • Surface area is moved sequentially through these areas. For example, an arrangement in a circle is possible, so that several coating cycles by a rotation of the surface to be coated by the zones with the
  • the passivation layer or at least one layer of the passivation layer can be deposited by atomic layer deposition with a thickness of greater than or equal to 1 nanometer or greater than or equal to 5 nanometers or greater than or equal to 10 nanometers and less than or equal to 1 ym or less than or equal to 500 nm or less than or equal to 100 nm or less than or equal to 50 nm.
  • the passivation layer in particular be chosen so that the passivation layer has a desired refractive index.
  • the passivation layer on at least one side surface of the web of the ridge waveguide structure in particular be chosen so that the passivation layer has a desired refractive index.
  • the passivation layer may be partially crystalline or more preferably predominantly or entirely amorphous.
  • the epitaxially grown semiconductor layer sequence may be formed of semiconductor layers which are particularly
  • completely crystalline also includes layers which
  • Lattice defects such as vacancies or dislocations have.
  • Crystalline, semi-crystalline and amorphous layers can be obtained, for example, by means of X-ray diffractometry
  • an electrode layer is partially applied to the passivation layer.
  • the electrode layer may in particular be a metal, a
  • Metal compound an alloy or mixtures or
  • the electrode layer is in particular also on a
  • Semiconductor layer sequence can be contacted electrically by means of the electrode layer. It is particularly preferred if the passivation layer adjacent to
  • Electrode layer has a layer comprising GaN or AlGaN, since metals adhere well to these materials.
  • Methods for producing the semiconductor laser diode may be in addition to or in combination with the above
  • an electrically insulating, transparent, preferably highly thermally conductive passivation layer for example, from a on a III-V compound semiconductor material
  • the passivation layer may include or be formed by a stack of layers, which may also be referred to as nanolaminate, formed by a plurality of nanometer thick layers of AlN and GaN, such as AlN / GaN / AlN / GaN / .... respective layer thickness and the respective material of
  • a desired refractive index can be adjusted.
  • gradual refractive index curves can be set with which the optical waveguide in the
  • Semiconductor layer sequence can be set very flexible. Thus, mode and far field distributions as well as the Kink the semiconductor laser diode can be significantly improved.
  • the passivation layer described also has the advantage of high thermal conductivity, good
  • the same material system as the semiconductor layer sequence is produced, but as described above has a lower crystallinity, can be achieved with advantage over conventional passivations a reduction of mechanical stress between the ridge waveguide structure and the passivation especially on the web side surfaces, as over the grain boundaries, for example
  • the degree of crystallinity of the passivation layer can be within one layer or from layer to layer
  • coating parameters such as For example, the temperature may be selected such that one or more layers or a portion of the passivation layer near the ridge waveguide structure have a higher degree of crystallinity than one or more layers or a portion of the passivation layer farther from
  • Layers or a part thereof near or adjacent to an electrode layer have a higher degree of crystallinity than one or more layers or part thereof, for example, whereby the penetration of metal atoms of the electrode layer and / or moisture, oxygen, sulfur or other environmental influences can be reduced.
  • FIGS. 1A to IE are schematic representations of
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • FIGS. 3 to 13B are schematic representations of
  • Figure 1A is a plan view of the
  • FIGS. 1D and IE show modifications of the semiconductor layer sequence 2.
  • a substrate 1 is used, for example, a growth substrate for a fabricated thereon by an epitaxial process
  • the substrate 1 may also be a carrier substrate, onto which a semiconductor layer sequence 2 grown on a growth substrate is transferred after being grown up.
  • the substrate 1 may be GaN on which an InAlGaN compound semiconductor material is based
  • Semiconductor layer sequence 2 is grown.
  • other materials in particular as described in the general part, for the substrate 1 and the
  • the finished semiconductor laser diode is free of a substrate.
  • the finished semiconductor laser diode is free of a substrate.
  • Semiconductor layer sequence 2 has an active layer 3, which is suitable in the operation of the finished
  • Semiconductor laser diode light 8 in particular when exceeding the laser threshold laser light, to produce and on the
  • a lateral direction 91 is a direction which is parallel to a main extension direction of the layers of the semiconductor layer sequence 2 when viewed from above
  • the arrangement direction of the layers of the semiconductor layer sequence 2 on one another and of the semiconductor layer sequence 2 on the substrate 1 is referred to here and below as the vertical direction.
  • the longitudinal direction 93 vertically formed direction corresponding to the direction along which in the operation of the completed Semiconductor laser diode, the light 8 is emitted, here and hereinafter referred to as the longitudinal direction 93.
  • Semiconductor layer sequence 2 is a ridge waveguide structure 9 by removing a portion of the semiconductor material from the side facing away from the substrate 1
  • Semiconductor layer sequence 2 is formed.
  • Web waveguide structure 9 extends in longitudinal
  • Direction 93 is bounded on both sides in the lateral direction 91 by side surfaces.
  • the adjacent material can be a so-called indexing of the light generated in the active layer 3 causes, which can significantly lead to the formation of an active region 5 indicating the area in the semiconductor layer sequence 2, in which the light generated is guided and amplified in the laser mode.
  • the semiconductor layer sequence 2 may have, in addition to the active layer 3, further semiconductor layers, for example
  • Buffer layers Buffer layers, cladding layers, waveguide layers, barrier layers, current spreading layers and / or
  • the semiconductor layer sequence 2 may be formed on the substrate 1
  • a buffer layer 31 above a first cladding layer 32 and above a first waveguide layer 33, on which the active layer 3 is applied.
  • a second buffer layer 31 Over the active layer 3, a second
  • Waveguide layer 34, a second cladding layer 35 and a semiconductor contact layer 36 may be applied.
  • the second cladding layer 35 and the semiconductor contact layer 36 form the ridge waveguide structure 9. It may also be possible that the
  • Web waveguide structure 9 has a lower or a greater height, that is, less or more material for
  • the ridge waveguide structure 9 can only by the semiconductor contact layer 9 or through the
  • Sheath layer 35 are formed. If the semiconductor layer sequence 2 is based on an InAlGaN compound semiconductor material as described above, the buffer layer 31 may comprise undoped or n-doped GaN, the first cladding layer 32 n-doped AlGaN, the first
  • Waveguide layer 33 n-doped GaN
  • Waveguide layer 34 p-doped GaN the second
  • Semiconductor contact layer 36 p-doped GaN or be it.
  • n-type dopant for example, Si
  • Mg may be used as the p-type dopant.
  • the active layer 3 may be formed by a pn junction or, as in
  • the 1C are formed by a quantum well structure having a multiplicity of layers which are formed, for example, by alternating layers with or made of InGaN and GaN.
  • the substrate may, for example, comprise or be of n-doped GaN.
  • the side surfaces of the semiconductor layer sequence 2 and the substrate 1 form, reflective or partially reflecting layers or
  • Semiconductor layer sequence 2 are provided and set up.
  • the ridge waveguide structure 9 can be arranged laterally on both sides next to the ridge by complete removal of the semiconductor material
  • a so-called “tripod” can also be formed, as indicated in FIG. 1D, in which, to form the ridge waveguide structure 9, laterally adjacent to the ridge, only along two grooves
  • the finished semiconductor laser diode may also be formed as a so-called broad-band laser diode, in which the
  • Such a semiconductor layer sequence 2 is shown in FIG. IE.
  • FIG. 2 shows a detail of a semiconductor laser diode 100 with a semiconductor layer sequence 2, wherein the
  • a passivation layer 10 is applied to a surface area 20.
  • the surface region 20, on which the passivation layer 10 is applied, comprises at least a part of a
  • the upper side may in particular be a side of the semiconductor layer sequence 2 opposite a substrate.
  • the surface region 20 includes both side surfaces of a ridge of the ridge waveguide structure 9
  • Passivation layer 10 is particularly transparent and has a suitable refractive index.
  • Semiconductor material to the passivation layer 10 may be a
  • Embodiment of the surface region 20 the entire top of the semiconductor layer sequence 2 except for one
  • the contact region is in this case formed by the web upper side of the ridge waveguide structure 9.
  • the passivation layer 10 comprises a material selected from the same material system as the one
  • the material of the passivation layer 10 comprises a nitride and more preferably is at least one nitride. Furthermore, the material of the passivation layer 10 has gallium.
  • the passivation layer 10 thus preferably has or is composed of GaN or AlGaN. In particular, the material of the passivation layer 10 is undoped.
  • Passivation layer 10 thus has a lower
  • Passivation layer 10 is in particular electrically
  • the passivation layer 10 may be as desired
  • the passivation layer 10 can serve to protect the semiconductor layer sequence 2, that is to say in particular the active layer 3 and of further layers such as waveguide layers, from damaging external influences such as moisture, ozone, oxygen and sulfur, for example in sulfur-containing compounds, since the Passivation layer 10 can be highly dense by the production by atomic layer deposition. In comparison to this, the usual typically applied by vapor deposition, sputtering or via a CVD process
  • the electrode layer 4 may, for example, comprise one or more of the metals Ag, Al, Au, Pt, Pd or ITO in the form of a single layer or in a layer stack.
  • the semiconductor laser diode 100 may have a further electrode layer for electrically contacting the other side of the semiconductor layer sequence 2, which is not shown for the sake of clarity.
  • passivation layer 10 described be better than in the case of otherwise conventional passivation materials such as S1O 2 , S1 3 N 4 and ZrÜ 2 , which are poor heat conductors. Therefore, in conventional Passivitationsmaterialien an operation, especially at higher operating currents, to a
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a
  • Passivation layer 10 is formed by a layer stack 13 with first layers 11 and second layers 12.
  • the layer stack 13 can also be used as a so-called nanolaminate in which the individual layers 11, 12 preferably have thicknesses of greater than or equal to 1 nm or greater than or equal to 5 nm or greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 100 nm or less than or equal to 50 nm.
  • the passivation layer 10 may also have fewer or more layers or layer pairs.
  • the first and second layers 11, 12 are layers with A1N
  • the layer stack 13 shown is an AIN / GaN / AlN / GaN laminate, wherein the layer stack 13 preferably has a layer with GaN adjacent to the electrode layer 4 due to the good adhesion properties of metal thereon.
  • the refractive index of the passivation layer 10 can be set defined in order to form the waveguiding properties of the ridge waveguide structure 9 targeted.
  • the refractive index of the passivation layer 10 can be set defined in order to form the waveguiding properties of the ridge waveguide structure 9 targeted.
  • Dielectric set A changed waveguide via a variation of the refractive index is therefore possible in conventional laser diodes only by an exchange of the dielectric. Due to an altered dielectric but other component properties in addition to the refractive index
  • Dielectric the dielectric strength and the Diffusion barrier properties with respect to moisture, oxygen, sulfur, etc.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a
  • Passivation layer 10 can be adjusted. This allows control of the mode behavior, the off-field characteristics and the kinking behavior.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor laser diode 100 in which the
  • Passivation layer 10 the ridge waveguide structure 9 planarized.
  • the passivation layer 10 may, as in
  • the passivation layer 10 may comprise or be, for example, a layer stack as described in connection with FIGS. 3 and 4.
  • Passivation layer 10 is as in the previous ones
  • the passivation layer 10 thereby forms With the ridge waveguide structure 9, that is to say with the ridge top side of the ridge, preferably a plane surface, so that the electrode layer 4 can be applied to electrically contact the semiconductor layer sequence 2 on the flat surface and thus rests flat over the semiconductor layer sequence 2.
  • Electrode layer 4 can be improved on a heat sink.
  • Embodiments may also each be designed so that the ridge waveguide structure 9 as in
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor laser diode 100 in which the
  • Passivianss GmbH 10 has a first layer with or from A1N, which has such a large thickness that the ridge waveguide structure 9 is at least partially planarized as shown.
  • A1N is a very good
  • a second layer 12 comprising or made of GaN or AlGaN.
  • a layer stack as described for example in connection with FIGS. 3 and 4 can also be applied to the first layer 11.
  • the semiconductor laser diode 100 according to the exemplary embodiment of FIG. 7 has a passivation layer 10 with or preferably of AlGaN.
  • a passivation layer 10 with or preferably of AlGaN.
  • the refractive index of the ternary material which can also be varied during growth by means of ALD.
  • Passivation layer 10 can be set defined. As a result, as in the case of the other exemplary embodiments, a separation of the electrical and optical guidance, that is to say the electrical and optical confinement, can be achieved, since the passivation layer 10 permits optical penetration while at the same time having an electrically blocking effect.
  • the passivation layer 10 may be a homogeneous composition or a varying one as previously described
  • Passivation layer 10 can be achieved.
  • the transition from a high to a low refractive index can be continuous and without abrupt jumps, which can result in a "gentle" waveguide, which can have an effect on improved kinking behavior and, at the same time, good heat dissipation can be achieved as in the other embodiments.
  • FIG. 8 shows an example of an embodiment
  • Passivianss harsh 10 has a first layer 11 with or preferably A1N, on which a layer stack 13 or one or more layers, for example as described in connection with the previous figures,
  • the layer stack 13 can therefore apply.
  • the terms "X / Y layer stack” or "X / Y laminate” mean that the layer stack at least one or more layers with or out of the
  • the first layer 11 has a relatively small thickness, preferably of a few nanometers, and serves as
  • Influence on the waveguide can have.
  • Dielectricity of the passivation can lead to that when based on I I I-V compound semiconductor materials
  • the first layer 11 may be a particularly
  • the first layer can also comprise, for example, AlGaN or likewise a layer stack with several layers. Furthermore, the formation of the
  • Passivation layer 10 also other layers or
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a
  • Compound described with reference to Figures 3 and 4, and thereon has a layer 11 with or preferably of A1N or is therefrom. This can be a separation of
  • Waveguiding function achieved by the layer stack 13, from the diffusion barrier function, in particular at the interface to the electrode layer 4, can be achieved.
  • the layer stack 13 may also be an AlGaN / AlN laminate or a GaN / AlGaN laminate.
  • the layer 11 may alternatively also be with or made of AlGaN or with or of an AIN / AlGaN laminate.
  • Layers for forming the passivation layer 10 may be applied over, between or under the layers shown. Furthermore, waveguiding can optionally take place via a GaN waveguide, in particular if the entire surface arranged underneath in the semiconductor layer sequence 2
  • Waveguide InGaN has or is.
  • the semiconductor laser diode 100 according to the exemplary embodiment of FIG. 10 has a passivation layer 10
  • Passivation layer 10 has a first layer 11 with or made of GaN.
  • the non-conductive GaN layer 11 prevents current spreading, but at the same time for an optical signal
  • a second layer 12 with or made of AlGaN is applied, which may be formed as described in connection with FIG. Alternatively, you can instead of the second layer 12, a layer stack may also be present, for example as described in connection with FIGS. 3 and 4.
  • a third layer 14 is optionally applied, which may be, for example, with or of AlN and which can form an efficient barrier to leakage currents and / or an efficient diffusion barrier.
  • FIG. 11 shows an example of an embodiment
  • Passivation layer 10 in particular a first layer 11, together with the ridge waveguide structure 9 trenches next to the ridge waveguide structure 9 forms and the trenches are covered by a layer stack 13 of the passivation layer 10 and at least partially filled.
  • the passivation layer 10 has on both sides in addition to the
  • Web waveguide structure 9 a first layer 11 with or from A1N, which is spaced from the ridge waveguide structure 9.
  • Compound can be formed with the figures 3 and 4 described.
  • an AlGaN layer may be applied instead of the layer stack 13.
  • the passivation layer 10 forms together with the
  • Stegwellenleiter Quilt 9 a so-called, described above in connection with Figure 1D tripod structure, which provide good protection of the ridge waveguide structure 9 from damage, for example, in the manufacture, during assembly and operation of the semiconductor laser diode 100 can. Furthermore, a good mountability with the
  • Electrode layer 4 can be achieved on a heat sink, in particular, the first layer 11 to a good
  • Waveguide properties can be adjusted by the layer stack 13.
  • FIGS. 12A and 12B are sectional views of a semiconductor laser diode 100 according to another
  • Semiconductor laser diode 100 is shown in the center of the resonator, while Figure 12B, the semiconductor laser diode 100 near one or both facets, in particular near the
  • the composition of the passivation layer 10 varies in the longitudinal direction, ie along the resonator, with regard to the layer and material composition.
  • the passivation layer 10 Near the facet (s), the passivation layer 10 has a first layer 11 with or made of GaN, on which a layer stack 13, for example according to one of the embodiments of FIGS. 3 and 4, is applied, while the first layer 11 is not in the region of the resonator center is available. The first layer 11 is thus only partially along the
  • Layer composition along the ridge waveguide structure 9 can be achieved, for example, via mask technologies in the context of atomic layer deposition.
  • an expansion of the optical mode can be achieved, whereby the facet load can be increased. Since such a facet-near region is usually de-energized, it may be possible that no current is lost which does not contribute to the population inversion in the resonator. Furthermore, it may also be possible that the first layer 11 is with or from A1N. This can be achieved near the facets improved cooling, making the
  • Facet load can also be increased.
  • the electrically insulating first layer 11 which in turn comprises or may be GaN or preferably A1N, additionally extends over the ridge waveguide structure 9 in the facet-near region, so that an energization of the ridge waveguide structure 9 close to the facets, in particular through the first layer 11
  • Facet load can be further increased. Furthermore, it may additionally be possible to additionally heat the laser facet by means of a partially applied in the facet region by means of atomic layer deposition on or

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Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode (100) angegeben, die eine durch ein Epitaxieverfahren hergestellte Halbleiterschichtenfolge (2) mit zumindest einer aktiven Schicht (3) aufweist, wobei auf zumindest einem Oberflächenbereich (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) eine Gallium-haltige Passivierungsschicht (10) angeordnet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode (100) angegeben.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASERDIODE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER
HALBLEITERLASERDIODE
Es werden eine Halbleiterlaserdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 108 435.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Laserdioden im spektralen Bereich von Ultraviolett bis
Infrarot erschließen in zunehmendem Maße neue Märkte, beispielsweise im Bereich von Beleuchtungs- , Projektions- und Materialbearbeitungsanwendungen, bei denen sie ihre Vorteile hinsichtlich erhöhter Leuchtdichte, insbesondere auch
gegenüber Licht emittierenden Dioden (LEDs) , ausspielen können. Derartige Laserdioden basieren im Wesentlichen auf Epitaxie-Strukturen im InAlGaN-, InAlGaP- oder InAlGaAs- Materialsystem. Bei der chiptechnologischen Herstellung werden standardmäßig zur Strombegrenzung wie auch zur
Indexführung dielektrische Passivierungsmaterialien,
beispielsweise aus Si02, S13N4 oder Zr02, eingesetzt.
Problematisch kann dabei aber sein, dass der Brechungsindex der Passivierung abhängig vom jeweils verwendeten
Dielektrikum nur in äußerst engen Grenzen variiert werden kann. Zudem weisen diese dielektrischen Materialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und sind hinsichtlich ihrer Überformungseigenschaften und ihrer Abschirmwirkung für viele Anwendungen und Leistungsbereiche nur unzureichend geeignet. Diese Nachteile können einerseits zu Effizienzeinbußen und andererseits zu Bauteilstabilitätsproblemen führen. Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode
anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine
Halbleiterlaserdiode zumindest eine aktive Schicht auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein und eine
Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist. Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen. Der aktive Bereich kann zumindest teilweise durch eine Kontaktfläche der
Halbleiterschichtenfolge mit einer Elektrodenschicht
definiert sein, also zumindest teilweise durch eine Fläche, über die eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge und damit in die aktive Schicht erfolgt. Weiterhin kann der aktive Bereich zumindest teilweise auch durch eine
Stegwellenleiterstruktur definiert sein, also durch einen im Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge in Form einer länglichen Erhöhung gebildeten Steg. Darüber hinaus kann die aktive Schicht auch eine Mehrzahl von aktiven Bereichen aufweisen, die durch eine entsprechende Mehrzahl der
beschriebenen Maßnahmen definiert sein können. Auch wenn sich die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen zumeist auf eine Halbleiterlaserdiode mit einem aktiven
Bereich in der aktiven Schicht und damit gegebenenfalls entsprechend mit einer Stegwellenleiterstruktur beziehen, gelten die nachfolgenden Ausführungen in entsprechender Weise auch für Halbleiterlaserdiode mit einer Mehrzahl von aktiven Bereichen in der aktiven Schicht und damit gegebenenfalls entsprechend mit einer Mehrzahl von
Stegwellenleiterstrukturen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode eine aktive
Schicht hergestellt, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb der Halbleiterlaserdiode Licht zu erzeugen. Insbesondere kann eine Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht mittels eines Epitaxieverfahrens hergestellt werden. Die vorab und im Folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispiele und Merkmale gelten gleichermaßen für die Halbleiterlaserdiode wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode eine Lichtauskoppelfläche und eine der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Rückseitenfläche auf. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche können insbesondere Seitenflächen der Halbleiterlaserdiode,
besonders bevorzugt Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge, sein, die auch als sogenannte
Facetten bezeichnet werden können. Über die
Lichtauskoppelfläche kann die Halbleiterlaserdiode im Betrieb das im aktiven Bereich erzeugte Licht abstrahlen. Auf der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche können
geeignete optische Beschichtungen, insbesondere
reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder
Schichtenfolgen, aufgebracht sein, die einen optischen
Resonator für das in der aktiven Schicht erzeugte Licht bilden können. Der aktive Bereich kann sich zwischen der Rückseitenfläche und der Lichtauskoppelfläche entlang einer Richtung erstrecken, die hier und im Folgenden als
longitudinale Richtung bezeichnet wird. Die longitudinale Richtung kann insbesondere parallel zur
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht sein. Die
Anordnungsrichtung der Schichten übereinander, also eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur longitudinalen
Richtung und senkrecht zur vertikalen Richtung wird hier und im Folgenden als laterale Richtung bezeichnet. Die
longitudinale Richtung und die laterale Richtung können somit eine Ebene aufspannen, die parallel zur
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht ist.
Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere als
Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene
Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InAlGaN ausgeführt sein. Unter InAlGaN-basierte
Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen
Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem
III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit 0 < χ < 1, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist. Insbesondere kann die aktive Schicht auf einem solchen Material basieren. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InAlGaN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InAlGaP basieren, das heißt, dass die
Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht,
beispielsweise die aktive Schicht, ein Material aus dem
III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < l, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist.
Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InAlGaP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder
mehreren spektralen Komponenten in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein InAlGaAs-basiertes Material, oder
I I -VI -VerbindungshalbleitermaterialSysteme aufweisen .
Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein InAlGaAs- basiertes Material aufweist, geeignet sein,
elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren
spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Ein II-VI- Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie
beispielsweise 0, S, Se, aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS und MgBeO.
Die aktive Schicht und insbesondere die
Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können auf einem Substrat aufgebracht sein. Beispielsweise kann das Substrat als Aufwachssubstrat ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aktive
Schicht und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , hergestellt werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass die
Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat
aufgewachsen wird. Weiterhin kann die
Halbleiterschichtenfolge mit elektrischen Kontakten in Form von Elektrodenschichten versehen werden. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsprozess entfernt wird. Hierbei kann die
Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auch nach dem
Aufwachsen auf ein als Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen werden. Das Substrat kann ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes
Verbindungshalbleitermaterialsystem, oder ein anderes
Material umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir,
GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge und/oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise SiN oder A1N umfassen oder aus einem solchen Material sein. Die aktive Schicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur Lichterzeugung aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zusätzlich zur aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und
funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektrodenschichten sowie
Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche
Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten, auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die
Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge zumindest eine
Stegwellenleiterstruktur auf. Weist die Halbleiterlaserdiode ein Substrat auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, ist die Stegwellenleiterstruktur in einer dem Substrat gegenüberliegenden Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Auch wenn die
Halbleiterlaserdiode kein Substrat aufweist, wird hier und im Folgenden die Seite mit der Stegwellenleiterstruktur als Oberseite bezeichnet. Die Stegwellenleiterstruktur kann insbesondere durch einen stegförmigen, sich in longitudinaler Richtung erstreckenden erhöhten Bereich der
Halbleiterschichtenfolge gebildet werden. Mit anderen Worten ragt der stegförmige Bereich in vertikaler Richtung über die angrenzenden Oberflächenbereiche hinaus und verläuft in longitudinaler Richtung. Die die Stegwellenleiterstruktur in lateraler Richtung begrenzenden Seitenflächen können
insbesondere mit den angrenzenden Oberflächenbereichen der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ein Stufenprofil bilden. Die Begriffe „stegförmiger Bereich", „Steg" und „Stegwellenleiterstruktur" können im Folgenden synonym verwendet sein. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge auch eine Mehrzahl lateral nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnete, sich jeweils in longitudinaler
Richtung erstreckende stegförmige Bereiche aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterlaserdiode auf zumindest einem Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge eine Passivierungsschicht auf. Insbesondere kann die Passivierungsschicht elektrisch
isolierend sein und somit den Oberflächenbereich elektrisch isolierend abdecken. Zusätzlich kann die Passivierungsschicht zumindest teilweise zum Schutz vor schädigenden
Umwelteinflüssen dienen. Weiterhin kann die
Passivierungsschicht als auch Wärmeableitschicht dienen, durch die von der Halbleiterschichtenfolge über den
Oberflächenbereich abgegebene Betriebswärme abgeleitet werden kann. Weiterhin kann die Passivierungsschicht transparent oder zumindest teilweise transparent sein und einen
gewünschten Brechungsindex aufweisen.
Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht unmittelbar auf dem zumindest einen Oberflächenbereich der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. Mit anderen Worten wird zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der
Passivierungsschicht keine weitere Schicht angeordnet, so dass die Passivierungsschicht in direktem Kontakt mit dem den Oberflächenbereich bildenden Halbleitermaterial der
Halbleiterschichtenfolge steht. Insbesondere kann die
Passivierungsschicht durch alle diejenigen Schichten gebildet sein, die zwischen dem Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge und einer darüber aufgebrachten Elektrodenschicht angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der
Oberflächenbereich, auf dem die Passivierungsschicht
aufgebracht ist, zumindest einen Teil der Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge. Wie vorab beschrieben kann die Oberseite insbesondere eine einem Substrat gegenüberliegende Seite der Halbleiterschichtenfolge sein, wobei nicht zwingend eine Stegwellenleiterstruktur vorhanden sein muss.
Weist die Halbleiterlaserdiode eine Stegwellenleiterstruktur auf, kann der Oberflächenbereich insbesondere zumindest eine oder beide lateralen Seitenflächen des Stegs oder zumindest einen Teil davon umfassen. Durch den Brechungsindexsprung an den Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur durch den Übergang vom Halbleitermaterial zur Passivierungschicht kann eine so genannte Indexführung des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts bewirkt werden, was wie oben beschrieben maßgeblich zur Ausbildung eines aktiven Bereichs führen kann, der den Bereich in der Halbleiterschichtenfolge angibt, in dem das erzeugte Licht geführt und im Laserbetrieb verstärkt wird. Weiterhin kann der Oberflächenbereich die gesamte
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge bis auf einen
Kontaktbereich, in dem die Halbleiterschichtenfolge von der Oberseite her durch eine Elektrodenschicht kontaktiert wird, umfassen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die
Stegwellenleiterstruktur durch die Passivierungsschicht zumindest teilweise planarisiert . Mit anderen Worten wird die Passivierungsschicht lateral neben dem Steg aufgebracht und weist eine Dicke auf, die kleiner oder bevorzugt gleich der Höhe des Stegs in vertikaler Richtung ist, wobei die Steghöhe auf den Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge lateral neben dem Steg bezogen ist. Die Passivierungsschicht kann mit der Stegwellenleiterstruktur, also mit der
Stegoberseite des Stegs, in diesem Fall bevorzugt eine plane Fläche bilden, so dass eine Elektrodenschicht zur
elektrischen Kontaktierung der Stegoberseite auf der planen Fläche aufgebracht werden kann. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass durch einen Teil der Passivierungsschicht zusammen mit der
Stegwellenleiterstruktur ein Graben neben der
Stegwellenleiterstruktur gebildet wird und der Graben durch einen weiteren Teil der Passivierungsschicht zumindest teilweise verfüllt ist. Mit anderen Worten kann die
Passivierungsschicht zumindest eine erste, lateral neben der Stegwellenleiterstruktur ausgebildete Schicht aufweisen, die von der Stegwellenleiterstruktur beabstandet ist. Hierdurch kann ein Graben durch die erste Schicht und die
Stegwellenleiterstruktur gebildet werden. Die erste Schicht, der Graben zwischen der ersten Schicht und der
Stegwellenleiterstruktur sowie eine Seitenfläche der
Stegwellenleiterstruktur können mit einer zweiten Schicht der Passivierungsschicht überformt sein. Insbesondere kann die Passivierungsschicht mit einer solchen Struktur lateral auf beiden Seiten des Stegs der Stegwellenleiterstruktur
ausgebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die
Passivierungsschicht und die Halbleiterschichtenfolge
Materialien auf, die aus einem gleichem
Verbindungshalbleitermaterialsystem, insbesondere einem gleichen I I I-V-VerbindungshalbleitermaterialSystem, ausgewählt sind. Besonders bevorzugt kann die
Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid basieren, also insbesondere auf dem oben genannten InAlGaN-Materialsystem. Entsprechend kann auch die Passivierungsschicht besonders bevorzugt ein Nitrid aufweisen oder daraus sein, insbesondere ausgewählt aus dem InAlGaN-Materialsystem. Entsprechend kann die Passivierungsschicht zumindest eine Schicht aufweisen oder daraus sein, die beispielsweise GaN oder AlGaN oder A1N aufweist oder daraus ist. Mit „GaN" und „A1N" können
insbesondere binäre Materialien und mit „AlGaN" insbesondere ein ternäres Material aus dem InAlGaN-Materialsystem
bezeichnet sein. Das Material der Passivierungsschicht kann insbesondere undotiert sein. Derartige Materialien können insbesondere im Vergleich zu üblichen
Passivierungsmaterialien wie beispielsweise Si02, S13N4 und ZrÜ2 einen höheren Wärmeleitungskoeffizienten aufweisen, so dass durch die hier beschriebene Passivierungsschicht besser Wärme abgeleitet werden kann als durch übliche
Passivierungsmaterialien. Die Ausführungen vorab und im
Folgenden für Nitride gelten entsprechend auch für die anderen oben für die Halbleiterschichtenfolge genannten
Materialien, also insbesondere auch für Phosphide und
Arsenide, das heißt Materialien aus dem InAlGaP- und
InAlGaAs-MaterialSystem.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Passivierungsschicht Gallium auf. Insbesondere kann die
Passivierungsschicht GaN und/oder AlGaN aufweisen oder daraus sein. Weiterhin kann die Passivierungsschicht auch A1N aufweisen. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise durch eine einzige Schicht gebildet werden, die Gallium aufweist, die also insbesondere GaN oder AlGaN aufweist oder daraus ist. Alternativ hierzu kann die Passivierungsschicht auch zumindest zwei oder mehr Schichten aufweisen, wobei zumindest eine der Schichten Gallium aufweist, also zumindest eine Schicht bevorzugt GaN oder AlGaN aufweist oder daraus ist. Besonders bevorzugt können alle Schichten der
Passivierungsschicht ein Nitrid aufweisen oder daraus sein, also besonders bevorzugt GaN und/oder AlGaN und/oder AIN. Zur Einstellung gewünschter Eigenschaften der
Passivierungsschicht können solche Schichten mit gezielt gewählten Dicken und Zusammensetzungen zur Bildung der
Passivierungsschicht miteinander kombiniert werden. Im Falle von AlGaN kann die Zusammensetzung beispielsweise über eine Dicke der Passivierungsschicht oder über die Dicke zumindest einer Schicht der Passivierungsschicht variieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Passivierungsschicht einen Schichtenstapel mit zumindest zwei Schichten auf, deren Materialien unterschiedlich sind und ausgewählt sind aus GaN, AlGaN und AIN. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht einen Schichtenstapel mit zumindest einer Schicht mit oder aus GaN und zumindest einer Schicht mit oder aus AIN aufweisen oder daraus sein. Es sind auch mehrere derartige Schichtpaare möglich, also eine Mehrzahl von Schichten mit oder aus GaN und eine Mehrzahl von
Schichten mit oder aus AIN, die abwechselnd aufeinander aufgebracht sind. Der Schichtenstapel kann in diesem Fall auch als Laminat oder Nanolaminat bezeichnet werden. Die Schichten des Schichtenstapels oder zumindest die Schichten mit gleichen Materialien können gleiche Dicken aufweisen. Weiterhin können Schichten mit unterschiedlichen Materialien und/oder Schichten mit gleichen Materialien unterschiedliche Dicken aufweisen. Durch eine gezielte Wahl der Anzahl, der Materialien und der Dicken der Schichten der
Passivierungsschicht kann der Brechungsindex der Passivierungsschicht in gewünschter Weise und besser als mit üblichen Passivierungsmaterialien wie etwa Si02, S13N4 oder ZrÜ2 eingestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Passivierungsschicht einen variierenden Brechungsindex auf. Der Brechungsindex kann beispielsweise in longitudinaler Richtung variieren. Dies kann beispielsweise durch eine in longitudinaler Richtung, also in Abstrahlrichtung,
variierende Materialzusammensetzung und/oder variierende SchichtZusammensetzung und/oder durch in longitudinaler
Richtung variierende Schichtdicken erreicht werden. Weiterhin kann der Brechungsindex in Richtung der Dicke der
Passivierungsschicht variieren, also in einer Richtung, die vom Oberflächenbereich weggewandt, besonders bevorzugt senkrecht weggewandt, ist. Dies kann durch eine in
Dickenrichtung variierende Materialzusammensetzung und/oder variierende SchichtZusammensetzung und/oder durch variierende Schichtdicken erreicht werden. Durch einen variierenden
Brechungsindex kann sich eine Verbesserung im Hinblick auf Laserparameter wie das Modenverhalten oder das Fernfeld ergeben .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die
Passivierungsschicht mittels Atomlagenabscheidung auf dem zumindest einen Oberflächenbereich abgeschieden. Bei einer mehrschichtigen Passivierungsschicht werden insbesondere alle Schichten der Passivierungsschicht mittels
Atomlagenabscheidung aufgebracht. Beim Verfahren der
Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition", ALD) wird eine Schichtbildung durch eine chemische Reaktion von
mindestens zwei gasförmig bereitgestellten Ausgangsstoffen oder -Verbindungen („percursor" ) ermöglicht. Im Vergleich zur herkömmlichen chemischen Gasphasenabscheidung, bei der die Ausgangsstoffe gleichzeitig zugeführt werden, werden bei der Atomlagenabscheidung die Ausgangsverbindungen zyklisch nacheinander in eine Reaktionskammer eingelassen. Dabei wird zuerst eine erste von den zumindest zwei gasförmigen
Ausgangverbindungen dem Volumen der Reaktionskammer
zugeführt, im dem die Passivierungsschicht hergestellt wird. Die erste Ausgangsverbindung kann auf dem zumindest einen Oberflächenbereich adsorbieren. Insbesondere kann es dabei vorteilhaft sein, wenn die Moleküle der ersten
Ausgangsverbindung unregelmäßig und ohne eine Fernordnung auf dem Oberflächenbereich adsorbieren und somit eine zumindest teilweise amorphe Bedeckung bilden. Nach einer bevorzugt vollständigen oder nahezu vollständigen Bedeckung des
zumindest einen Oberflächenbereichs mit der ersten
Ausgangsverbindung kann eine zweite der zumindest zwei
Ausgangsverbindungen zugeführt werden. Die zweite
Ausgangsverbindung kann mit der an dem Oberflächenbereich adsorbierten ersten Ausgangsverbindung reagieren, wodurch eine Submonolage oder maximal eine Monolage des Materials der Passivierungsschicht ausgebildet werden kann. Danach wird wiederum die erste Ausgangsverbindung zugeleitet, die sich auf der sich gebildeten Submonolage oder Monolage und
gegebenenfalls noch auf frei gebliebenen Bereichen des zumindest eines Oberflächenbereichs ablagern kann. Durch eine weitere Zuführung der zweiten Ausgangsverbindung kann eine weitere Submonolage oder Monolage hergestellt werden.
Zwischen den Gaseinlässen der Ausgangsverbindungen kann die Reaktionskammer mit einem Reinigungsgas, insbesondere einem Inertgas wie etwa Argon oder Stickstoff, gespült werden, so dass sich vor jedem Einlass einer Ausgangsverbindung auf vorteilhafte Weise keine vorherige Ausgangsverbindung mehr in der Reaktionskammer befindet. Auf diese Weise können die Teilreaktionen klar voneinander getrennt und auf den
zumindest einen Oberflächenbereich begrenzt werden. Ein wesentliches Merkmal der Atomlagenabscheidung ist damit der selbstbegrenzende Charakter der Teilreaktion, was bedeutet, dass die Ausgangsverbindung einer Teilreaktion nicht mit sich selbst oder Liganden von sich selbst reagiert, was das
Schichtwachstum einer Teilreaktion auch bei beliebig langer Zeit und Gasmenge auf maximal eine Monolage des
Versiegelungsmaterials auf dem zumindest einen
Oberflächenbereich begrenzt.
Alternativ zu der vorab beschriebenen zeitlichen Trennung der Zuführung der Ausgangsverbindungen können diese auch in verschiedenen Bereichen in einem Beschichtungsraum, also beispielsweise der Beschichtungskammer, zugeführt werden.
Hierdurch können räumlich getrennte Reaktionsbereiche erzielt werden, da der Beschichtungsraum in mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Ausgangsverbindungen eingeteilt wird, die durch Bereiche, die kontinuierlich mit Inertgas gespült werden, voneinander getrennt sind. Die Beschichtung erfolgt dadurch, dass der zumindest eine zu beschichtende
Oberflächenbereich nacheinander durch diese Bereiche bewegt wird. Beispielsweise ist eine Anordnung im Kreis möglich, so dass mehrere Beschichtungszyklen durch eine Rotation der zu beschichtenden Oberfläche durch die Zonen mit den
verschiedenen Ausgangsverbindungen erreicht werden können. Alternativ ist auch eine lineare Anordnung der Zonen mit den verschiedenen Ausgangsverbindungen möglich, durch die der zumindest eine zu beschichtende Oberflächenbereich mehrfach hin und her bewegt wird.
Die Passivierungsschicht oder zumindest eine Schicht der Passivierungsschicht kann mittels der Atomlagenabscheidung mit einer Dicke von größer oder gleich 1 Nanometer oder größer oder gleich 5 Nanometer oder größer oder gleich 10 Nanometer sowie kleiner oder gleich 1 ym oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 100 nm oder kleiner oder gleich 50 nm aufgebracht werden. Die Dicke der
Passivierungsschicht sowie im Falle einer durch mehrere
Schichten gebildeten Passivierungsschicht die Dicke der einzelnen Schichten der Passivierungsschicht können
insbesondere so gewählt sein, dass die Passivierungsschicht eine gewünschten Brechungsindex aufweist. Insbesondere für den Fall, dass die Passivierungsschicht auf zumindest einer Seitenfläche des Stegs der Stegwellenleiterstruktur
aufgebracht wird, kann hierdurch die vorab beschriebene
Indexführung gezielt angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Passivierungsschicht eine geringere Kristallinität als alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge auf. Insbesondere kann die Passivierungsschicht teilkristallin oder besonders bevorzugt überwiegend oder gänzlich amorph sein. Im Gegensatz dazu kann die epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge aus Halbleiterschichten gebildet sein, die besonders
bevorzugt vollständig kristallin sind. Unter den Begriff „vollständig kristallin" fallen auch Schichten, die
Gitterfehler wie beispielsweise Vakanzen oder Versetzungen aufweisen. Kristalline, teilkristalline und amorphe Schichten können beispielsweise mittels Röntgendiffraktometrie
unterschieden werden. Beispielsweise mittels ALD bei
moderaten Temperaturen, also Temperaturen, die kleiner oder gleich 500°C und bevorzugt kleiner oder gleich 300°C sind, lassen sich Nitride und/oder Gallium-haltige Materialien teilkristallin oder sogar amorph herstellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird teilweise auf der Passivierungsschicht eine Elektrodenschicht aufgebracht. Die Elektrodenschicht kann insbesondere ein Metall, eine
Metallverbindung, eine Legierung oder Mischungen oder
Schichtkombinationen damit aufweisen oder daraus sein. Die Elektrodenschicht wird insbesondere auch auf einem
Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, der frei von der Passivierungsschicht ist, so dass die
Halbleiterschichtenfolge mittels der Elektrodenschicht elektrisch kontaktiert werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Passivierungsschicht angrenzend an die
Elektrodenschicht eine Schicht aufweist, die GaN oder AlGaN aufweist, da Metalle gut auf diesen Materialien haften. Bei der hier beschriebenen Halbleiterlaserdiode und dem
Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode können sich zusätzlich oder in Kombination mit den vorab
beschriebenen Merkmalen und Ausführungsformen insbesondere weitere, im Folgenden beschriebene Merkmale und Vorteile ergeben. Durch die Atomlagenabscheidung ist es beispielsweise möglich, eine elektrisch isolierende, transparente, bevorzugt hoch wärmeleitende Passivierungsschicht beispielsweise aus einem auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial
basierenden Material wie beispielsweise GaN, AlGaN und/oder A1N abzuscheiden. Zudem kann die Passivierungsschicht einen Schichtenstapel aufweisen oder dadurch gebildet werden, der auch als Nanolaminat bezeichnet werden kann und der durch mehrere, wenige Nanometer dicke Schichten aus A1N und GaN gebildet wird, beispielsweise AIN/GaN/AlN/GaN/.... Über die jeweilige Schichtdicke und das jeweilige Material der
einzelnen Schichten kann ein gewünschter Brechungsindex eingestellt werden. Durch Variation der Material- und/oder Schichtdickenverteilung innerhalb des Schichtenstapels können zudem graduelle Brechungsindexverläufe eingestellt werden, mit denen die optische Wellenführung in der
Halbleiterschichtenfolge sehr flexibel eingestellt werden kann. Damit können Moden- und Fernfeldverteilungen sowie das Kinkverhalten der Halbleiterlaserdiode signifikant verbessert werden. Die beschriebene Passivierungsschicht kann zudem den Vorteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit, guter
Überformungseigenschaften und hoher Schutzwirkung gegenüber Umgebungseinflüssen wie etwa Feuchtigkeit, Ozon, Sauerstoff, Schwefel etc. aufweisen. Weiterhin kann es auch möglich sein, Schichten der Passivierungsschicht nur partiell entlang des Resonators aufzubringen, um beispielsweise im Bereich einer Laserfacette zu einer Aufweitung der optischen Mode
beizutragen und damit die Facettenbelastungsgrenze zu
erhöhen.
Dadurch, dass die Passivierungsschicht bevorzugt aus
demselben Materialsystem wie die Halbleiterschichtenfolge hergestellt ist, wie oben beschrieben aber eine geringere Kristallinität aufweist, kann mit Vorteil im Vergleich zu üblichen Passivierungen eine Verringerung einer mechanischen Verspannung zwischen der Stegwellenleiterstruktur und der Passivierung insbesondere auf dem Stegseitenflächen erreicht werden, da über die Korngrenzen beispielsweise einer
teilkristallinen Schicht ein Verspannungsabbau erfolgen kann. Daraus resultiert der Vorteil, dass in die
Halbleiterschichtenfolge keine Risse induziert werden und sich die Passivierungsschicht nicht abschält. Entsprechend hergestellte Bauelemente zeigen dementsprechend verbesserte optische Wirkungsgrade und eine verbesserte Lebensdauer. Der Grad der Kristallinität der Passivierungsschicht kann dabei innerhalb einer Schicht oder von Schicht zu Schicht
variieren. Beispielsweise können Beschichtungsparameter wie etwa die Temperatur so gewählt werden, dass eine oder mehrere Schichten oder ein Bereich der Passivierungschicht nahe der Stegwellenleiterstruktur einen höheren Kristallinitätsgrad aufweisen als eine oder mehrere Schichten oder ein Bereich der Passivierungschicht weiter von der
Stegwellenleiterstruktur entfernt. Dadurch kann erreicht werden, dass es während des Laserbetriebs zu keiner
Durchmischung von Atomen der Stegwellenleiterstruktur und der Passivierungsschicht kommt, was zur verbesserten Effizienz und Lebensdauer der Halbleiterlaserdiode führt. Weiterhin können beispielsweise auch eine oder mehrere oberste
Schichten oder ein Teil davon nahe oder angrenzend an eine Elektrodenschicht einen höheren Kristallinitätsgrad als eine oder mehrere Schichten oder ein Teil darunter aufweisen, wodurch beispielsweise das Eindringen von Metallatomen der Elektrodenschicht und/oder von Feuchtigkeit, Sauerstoff, Schwefel oder anderen Umwelteinflüssen verringert werden kann . Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figuren 1A bis IE schematische Darstellungen von
Halbleiterschichtenfolgen für Halbleiterlaserdioden und für Verfahren zur Herstellung von
Halbleiterlaserdioden gemäß mehreren
Ausführungsbeispielen,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Halbleiterlaserdiode, insbesondere auch im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung der
Halbleiterlaserdiode, gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3 bis 13B schematische Darstellungen von
Halbleiterlaserdioden, insbesondere auch im Rahmen von Verfahren zur Herstellung der
Halbleiterlaserdioden, gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis IE sind Ausführungsbeispiele für
Halbleiterschichtenfolgen 2 jeweils auf einem Substrat 1 gezeigt, die für die Herstellung der im Folgenden
beschriebenen Halbleiterlaserdioden bereitgestellt und verwendet werden, wobei Figur 1A eine Aufsicht auf die
Lichtauskoppelfläche 6 der späteren Halbleiterlaserdiode und Figur 1B eine Darstellung eines Schnitts durch die
Halbleiterschichtenfolge 2 und das Substrat 1 mit einer
Schnittebene senkrecht zur Lichtauskoppelfläche 6 zeigt. In Figur IC ist ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der
Halbleiterschichtenfolge 2 gezeigt. Die Figuren 1D und IE zeigen Modifikationen der Halbleiterschichtenfolge 2.
Wie in den Figuren 1A bis IC gezeigt ist, wird ein Substrat 1 verwendet, das beispielsweise ein Aufwachssubstrat für eine darauf mittels eines Epitaxieverfahrens hergestellte
Halbleiterschichtenfolge 2 ist. Alternativ hierzu kann das Substrat 1 auch ein Trägersubstrat sein, auf das eine auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 2 nach dem Aufwachsen übertragen wird. Beispielsweise kann das Substrat 1 aus GaN sein, auf dem eine auf einem InAlGaN- Verbindungshalbleitermaterial basierende
Halbleiterschichtenfolge 2 aufgewachsen ist. Darüber hinaus sind auch andere Materialien, insbesondere wie im allgemeinen Teil beschrieben, für das Substrat 1 und die
Halbleiterschichtenfolge 2 möglich. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die fertiggestellte Halbleiterlaserdiode frei von einem Substrat ist. In diesem Fall kann die
Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat
aufgewachsen sein, das anschließend entfernt wird. Die
Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 3 auf, die geeignet ist, im Betrieb der fertiggestellten
Halbleiterlaserdiode Licht 8, insbesondere bei Überschreiten der Laserschwelle Laserlicht, zu erzeugen und über die
Lichtauskoppelfläche 6 abzustrahlen.
Wie in den Figuren 1A und 1B angedeutet ist, wird hier und im Folgenden als laterale Richtung 91 eine Richtung bezeichnet, die parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 bei einer Aufsicht auf die
Lichtauskoppelfläche 6 verläuft. Die Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 aufeinander sowie der Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1 wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet. Die zur lateralen Richtung 91 und zur vertikalen Richtung 92
senkrecht ausgebildete Richtung, die der Richtung entspricht, entlang derer im Betrieb der fertiggestellten Halbleiterlaserdiode das Licht 8 abgestrahlt wird, wird hier und im Folgenden als longitudinale Richtung 93 bezeichnet.
In der dem Substrat 1 abgewandten Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Stegwellenleiterstruktur 9 durch Entfernung eines Teils des Halbleitermaterials von der dem Substrat 1 abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet. Die
Stegwellenleiterstruktur 9 verläuft in longitudinaler
Richtung 93 und ist in lateraler Richtung 91 beidseitig durch Seitenflächen begrenzt. Durch den Brechungsindexsprung an den Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur 9 zu einem
angrenzenden Material kann eine so genannte Indexführung des in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts bewirkt werden, was maßgeblich zur Ausbildung eines aktiven Bereichs 5 führen kann, der den Bereich in der Halbleiterschichtenfolge 2 angibt, in dem das erzeugte Licht geführt und im Laserbetrieb verstärkt wird. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann zusätzlich zur aktiven Schicht 3 weitere Halbleiterschichten aufweisen, etwa
Pufferschichten, Mantelschichten, Wellenleiterschichten, Barriereschichten, StromaufWeitungsschichten und/oder
Strombegrenzungsschichten. Wie in Figur IC gezeigt ist, kann die Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1
beispielsweise eine Pufferschicht 31, darüber eine erste Mantelschicht 32 und darüber eine erste Wellenleiterschicht 33 aufweisen, auf denen die aktive Schicht 3 aufgebracht ist. Über der aktiven Schicht 3 können eine zweite
Wellenleiterschicht 34, eine zweite Mantelschicht 35 und eine Halbleiterkontaktschicht 36 aufgebracht sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die zweite Mantelschicht 35 und die Halbleiterkontaktschicht 36 die Stegwellenleiterstruktur 9. Es kann aber auch möglich sein, dass die
Stegwellenleiterstruktur 9 eine geringere oder eine größere Höhe aufweist, dass also weniger oder mehr Material zur
Ausbildung der Stegwellenleiterstruktur 9 entfernt wird.
Beispielsweise kann die Stegwellenleiterstruktur 9 nur durch die Halbleiterkontaktschicht 9 oder durch die
Halbleiterkontaktschicht 36 und einen Teil der zweiten
Mantelschicht 35 gebildet werden. Basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 wie oben beschrieben auf einem InAlGaN-Verbindungshalbleitermaterial , können die Pufferschicht 31 undotiertes oder n-dotiertes GaN, die erste Mantelschicht 32 n-dotiertes AlGaN, die erste
Wellenleiterschicht 33 n-dotiertes GaN, die zweite
Wellenleiterschicht 34 p-dotiertes GaN, die zweite
Mantelschicht p-dotiertes AlGaN und die
Halbleiterkontaktschicht 36 p-dotiertes GaN aufweisen oder daraus sein. Als n-Dotierstoff kann beispielsweise Si
verwendet werden, als p-Dotierstoff beispielsweise Mg. Die aktive Schicht 3 kann durch einen pn-Übergang oder, wie in
Figur IC angedeutet, durch eine Quantentopfstruktur mit einer Vielzahl von Schichten gebildet werden, die beispielsweise durch abwechselnde Schichten mit oder aus InGaN und GaN gebildet werden. Das Substrat kann beispielsweise n-dotiertes GaN aufweisen oder daraus sein.
Weiterhin können auf der Lichtauskoppelfläche 6 und der gegenüberliegenden Rückseitenflache 7, die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 und des Substrats 1 bilden, reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder
Schichtenfolge aufgebracht sein, die der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht gezeigt sind und die zur Ausbildung eines optischen Resonators in der
Halbleiterschichtenfolge 2 vorgesehen und eingerichtet sind.
Wie beispielsweise in Figur 1A ersichtlich ist, kann die Stegwellenleiterstruktur 9 durch vollständiges Entfernen des Halbleitermaterials lateral beidseitig neben dem Steg
gebildet werden. Alternativ hierzu kann auch ein so genanntes „Dreibein" ausgebildet werden, wie in Figur 1D angedeutet ist, bei dem zur Bildung der Stegwellenleiterstruktur 9 lateral neben dem Steg nur entlang zweier Rinnen das
Halbleitermaterial entfernt ist. Alternativ hierzu kann die fertiggestellte Halbleiterlaserdiode auch als so genannte Breitstreifenlaserdiode ausgebildet sein, bei der die
Halbleiterschichtenfolge 2 ohne Stegwellenleiterstruktur hergestellt und für die weiteren Verfahrensschritte
bereitgestellt wird. Eine derartige Halbleiterschichtenfolge 2 ist in Figur IE gezeigt.
Die weiteren Verfahrensschritte und Ausführungsbeispiele sind rein beispielhaft anhand einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Stegwellenleiterstruktur 9, wie sie in den Figuren 1A bis IC gezeigt ist, erläutert. Alternativ hierzu sind die nachfolgenden Verfahrensschritte und Ausführungsbeispiele aber auch für die in den Figuren 1D und IE gezeigten
Varianten der Halbleiterschichtenfolge möglich. Der in Figur IC gezeigte detaillierte Aufbau der Halbleiterschichtenfolge ist nicht einschränkend zu verstehen und ist in den
nachfolgenden Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt .
In Figur 2 ist ausschnittsweise eine Halbleiterlaserdiode 100 mit einer Halbleiterschichtenfolge 2 gezeigt, wobei die
Halbleiterschichtenfolge 2 im Rahmen der Herstellung der Halbleiterlaserdiode 100 in einem ersten Verfahrensschritt wie vorab beschrieben hergestellt und für die weiteren
Verfahrensschritte bereitgestellt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf einem Oberflächenbereich 20 eine Passivierungsschicht 10 aufgebracht.
Der Oberflächenbereich 20, auf dem die Passivierungsschicht 10 aufgebracht ist, umfasst zumindest einen Teil einer
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2. Die Oberseite kann insbesondere eine einem Substrat gegenüberliegende Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 sein. Wie in Figur 2 gezeigt ist, umfasst der Oberflächenbereich 20 beide Seitenflächen eines Stegs der Stegwellenleiterstruktur 9. Die
Passivierungsschicht 10 ist insbesondere transparent und weist einen geeigneten Brechungsindex auf. Durch den
Brechungsindexsprung an den Seitenflächen der
Stegwellenleiterstruktur 9 durch den Übergang vom
Halbleitermaterial zur Passivierungschicht 10 kann eine
Indexführung des in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts bewirkt werden, was maßgeblich zur Ausbildung des aktiven Bereichs führen kann. Insbesondere umfasst im gezeigten
Ausführungsbeispiel der Oberflächenbereich 20 die gesamte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2 bis auf einen
Kontaktbereich, in dem die Halbleiterschichtenfolge 2 von der Oberseite her durch eine Elektrodenschicht 4 kontaktiert wird. Der Kontaktbereich wird hierbei durch die Stegoberseite der Stegwellenleiterstruktur 9 gebildet.
Die Passivierungsschicht 10 weist ein Material auf, das aus dem gleichen Materialsystem ausgewählt ist wie die
Halbleiterschichtenfolge 2. Im vorab beschriebenen Fall eines InAlGaN-Verbindungshalbleitermaterialsystems für die
Halbleiterschichtenfolge 2 bedeutet dies insbesondere, dass das Material der Passivierungsschicht 10 ein Nitrid aufweist und besonders bevorzugt zumindest ein Nitrid ist. Weiterhin weist das Material der Passivierungsschicht 10 Gallium auf. Die Passivierungsschicht 10 weist somit bevorzugt GaN oder AlGaN auf oder ist daraus. Insbesondere ist das Material der Passivierungsschicht 10 undotiert.
Die Herstellung der Passivierungsschicht 10, die direkt auf dem Oberflächenbereich 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht wird, erfolgt mittels Atomalgenabscheidung . Bei Temperaturen von kleiner oder gleich 500°C und bevorzugt von kleiner oder gleich 300°C kann das Material der
Passivierungsschicht 10 zumindest teilkristallin und
besonders bevorzugt amorph aufgebracht werden. Die
Passivierungsschicht 10 weist somit eine geringere
Kristallinität als alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 2 auf, so dass sich die
Passivierungsschicht 10 von den Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise mittels
Röntgendiffraktometrie unterscheiden lässt. Die
Passivierungsschicht 10 ist insbesondere elektrisch
isolierend. Hierdurch kann eine Stromaufweitung („current spreading") durch die Passivierungsschicht 10 bei einer gleichzeitigen Eignung zur optischen Wellenausbreitung vermieden werden, wodurch sich Vorteile hinsichtlich geringer Leckströme und einer hohen Spiegelbelastungsgrenze ergeben können .
Die Passivierungsschicht 10 kann je nach gewünschten
optischen Eigenschaften mit einer Dicke von größer oder gleich 1 Nanometer oder größer oder gleich 5 Nanometer oder größer oder gleich 10 Nanometer sowie kleiner oder gleich 1 ym oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 100 nm oder kleiner oder gleich 50 nm aufgebracht werden. Weiterhin kann die Passivierungsschicht 10 zum Schutz der Halbleiterschichtenfolge 2, also insbesondere der aktiven Schicht 3 sowie von weiteren Schichten wie beispielsweise Wellenleiterschichten, vor schädigenden äußeren Einflüssen wie etwa Feuchtigkeit, Ozon, Sauerstoff und Schwefel, beispielsweise in Schwefel-haltigen Verbindungen, dienen, da die Passivierungsschicht 10 durch die Herstellung mittels Atomlagenabscheidung hochdicht sein kann. Im Vergleich hierzu bieten die typischerweise mittels Bedampfung, Sputtern oder über einen CVD-Prozess aufgebrachten üblichen
Passivierungsmaterialien aufgrund ihres porösen Charakters häufig nur einen geringen Schutz der Halbleiterschichten vor Umgebungseinflüssen. Weiterhin kann eine hohe Stabilität der Oberfläche der Stegwellenleiterstruktur 9 im Laserbetrieb erreicht werden, da der Oberflächenbereich 20 mittels der Atomlagenabscheidung im Vergleich zu den anderen
typischerweise verwendeten Verfahren sehr gut überformt werden kann.
Auf der Stegwellenleiterstruktur 9, also insbesondere auf der Stegoberseite, sowie auf der Passivierungsschicht 10 wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Elektrodenschicht 4 zur elektrischen Kontaktierung der Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht. Die Elektrodenschicht 4 kann beispielsweise eines oder mehrere der Metalle Ag, AI, Au, Pt, Pd oder ITO in Form einer Einzelschicht oder in einem Schichtenstapel aufweisen. Die Halbleiterlaserdiode 100 kann eine weitere Elektrodenschicht zur elektrischen Kontaktierung der anderen Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist. Durch die Wahl des Materials der Passivierungsschicht 10, also
insbesondere GaN oder AlGaN, kann eine gute Haftung der Elektrodenschicht 4 auf der Passivierungsschicht 10 erreicht werden. Insbesondere bei einer Montage der
Halbleiterlaserdiode 100 mit der Elektrodenschicht 4 auf einer Wärmesenke, die im Hinblick auf den Schichtaufbau der Halbleiterschichtenfolge 2 gemäß der Figur IC auch als „p- down"-Montage bezeichnet werden kann, kann sich durch die Passivierungsschicht 10 eine gute Wärmeableitung ergeben. Insbesondere kann die Wärmeableitung durch die hier
beschriebene Passivierungsschicht 10 besser sein als im Falle sonst üblicher Passivierungsmaterialien wie beispielsweise S1O2, S13N4 und ZrÜ2, die schlechte Wärmeleiter sind. Daher kann bei üblichen Passivierungsmaterialien ein Betrieb, insbesondere bei höheren Betriebsströmen, zu einem
verstärkten Aufheizen der Laserdiode führen, was bei üblichen Laserdioden einerseits Effizienzeinbußen und andererseits ein erhöhtes Risiko durch eine mangelhafte Bauteilstabilität zur Folge haben kann.
In Verbindung mit den folgenden Figuren sind
Ausführungsbeispiele beschrieben, die Weiterbildungen und
Modifikationen des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellen. Die Beschreibung der nachfolgenden
Ausführungsbeispiele bezieht sich daher hauptsächlich auf die Unterschiede zu den bereits beschriebenen
Ausführungsbeispielen. Insbesondere weisen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele auch die bereits vorher beschriebenen Vorteile auf.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei der die
Passivierungsschicht 10 durch einen Schichtenstapel 13 mit ersten Schichten 11 und zweiten Schichten 12 gebildet wird. Der Schichtenstapel 13 kann auch als so genanntes Nanolaminat bezeichnet werden, bei dem die einzelnen Schichten 11, 12 bevorzugt Dicken von größer oder gleich 1 nm oder größer oder gleich 5 nm oder größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 100 nm oder kleiner oder gleich 50 nm aufweisen. Rein beispielhaft sind zwei Schichtpaare mit jeweils einer ersten Schicht 11 und einer zweiten Schicht 12 gezeigt. Alternativ hierzu kann die Passivierungsschicht 10 auch weniger oder mehr Schichten oder Schichtenpaare aufweisen. Die ersten und zweiten Schichten 11, 12 sind Schichten mit A1N
beziehungsweise GaN, so dass der gezeigte Schichtenstapel 13 ein AIN/GaN/AlN/GaN-Laminat ist, wobei der Schichtenstapel 13 bevorzugt angrenzend an die Elektrodenschicht 4 aufgrund der guten Haftungseigenschaften von Metall darauf eine Schicht mit GaN aufweist. Durch die Verwendung von A1N kann die
Wärmeleitung verbessert werden.
Über die Anzahl der Schichten 11, 12 sowie über deren
jeweilige Dicken, die gleich oder verschieden sein können, und somit auch über die Dicke der Passivierungsschicht 10 kann der Brechungsindex der Passivierungsschicht 10 definiert eingestellt werden, um die Wellenführungseigenschaften der Stegwellenleiterstruktur 9 gezielt ausbilden zu können. Im Vergleich hierzu ist bei herkömmlichen Laserdioden mit bisher üblichen Dielektrika als Passivierungsmaterialien der
Brechungsindex der Passivierung durch die Wahl des
Dielektrikums festgelegt. Eine veränderte Wellenführung über eine Variation des Brechungsindex ist daher bei herkömmlichen Laserdioden nur durch einen Austausch des Dielektrikums möglich. Durch ein verändertes Dielektrikum werden aber neben dem Brechungsindex auch andere Bauteileigenschaften
verändert, so etwa die Haftung des Dielektrikums auf dem Halbleiter, die Haftung der Elektrodenschicht auf dem
Dielektrikum, die elektrische Durchschlagfestigkeit sowie die Diffusionssperreigenschaften in Bezug auf Feuchtigkeit, Sauerstoff, Schwefel etc.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel der Brechungsindex entlang der Richtung der Dicke der Passivierungsschicht 10 durch ein variierendes Schichtdickenverhältnis der Dicken der ersten und zweiten Schichten 11, 12 zueinander variiert wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Schichtdicke der ersten Schichten 11 in einer vom Oberflächenbereich
weggewandten Richtung verringert. Entsprechend kann hierdurch ein Brechungsindexverlauf über die Schichtdicke der
Passivierungsschicht 10 eingestellt werden. Dadurch lassen sich das Modenverhalten, die Fernfeldeigenschaften und das Kinkverhalten steuern.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die
Passivierungsschicht 10 die Stegwellenleiterstruktur 9 planarisiert . Die Passivierungsschicht 10 kann wie im
Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen
beschrieben ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein.
Insbesondere kann die Passivierungsschicht 10 beispielsweise einen Schichtenstapel wie in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben aufweisen oder daraus sein. Die
Passivierungsschicht 10 ist wie in den vorherigen
Ausführungsbeispielen auf den Stegseitenflächen und lateral neben dem Steg der Stegwellenleiterstruktur 9 aufgebracht und weist eine Dicke auf, die gleich der Höhe des Stegs in vertikaler Richtung ist, wobei die Steghöhe bezogen ist auf den Oberflächenbereich der Halbleiterschichtenfolge 2 lateral neben dem Steg. Die Passivierungsschicht 10 bildet dadurch mit der Stegwellenleiterstruktur 9, also mit der Stegoberseite des Stegs, bevorzugt eine plane Fläche, so dass die Elektrodenschicht 4 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 auf der planen Fläche aufgebracht werden kann und somit plan über der Halbleiterschichtenfolge 2 aufliegt. Hierdurch können die Montageeigenschaften der Halbleiterlaserdiode 100 bei einer Montage mit der
Elektrodenschicht 4 auf einer Wärmesenke verbessert werden. Die Passivierungsschicht 10 in den anderen
Ausführungsbeispielen kann ebenfalls jeweils so ausgebildet sein, dass die Stegwellenleiterstruktur 9 wie im
Ausführungsbeispiel der Figur 5 ganz, oder alternativ
zumindest teilweise, planarisiert wird. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die
Passivierungsschicht 10 eine erste Schicht mit oder aus A1N aufweist, das eine derart große Dicke aufweist, dass die Stegwellenleiterstruktur 9 wie gezeigt zumindest teilweise planarisiert wird. Durch das A1N wird eine sehr gute
Wärmeleitfähigkeit der Passivierungsschicht 10 gewährleistet. Um eine gute Haftung der Elektrodenschicht 4 auf der
Passivierungsschicht 10 zu erreichen, kann die
Passivierungsschicht 10 zusätzlich, wie in Figur 6
dargestellt ist, eine zweite Schicht 12 aufweisen, die GaN oder AlGaN aufweist oder daraus ist. Alternativ kann auch ein wie beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschriebener Schichtenstapel auf der ersten Schicht 11 aufgebracht werden.
Die Halbleiterlaserdiode 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 weist eine Passivierungsschicht 10 mit oder bevorzugt aus AlGaN auf. Über die Zusammensetzung des ternären Materials, die während des Aufwachsens mittels ALD auch variiert werden kann, kann der Brechungsindex der
Passivierungsschicht 10 definiert eingestellt werden. Dadurch kann wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen eine Trennung der elektrischen und optischen Führung, also des elektrischen und optischen Confinements , erreicht werden, da die Passivierungsschicht 10 eine optische Durchdringung zulässt, gleichzeitig aber elektrisch sperrend wirkt. Die Passivierungsschicht 10 kann wie vorab beschrieben eine homogene Zusammensetzung oder eine variierende
Zusammensetzung aufweisen. Mittels letzterer, insbesondere einer graduell variierenden ternären AlGaN-Zusammensetzung, kann ein Brechungsindexgradient, beispielsweise von einem höheren Brechungsindex nahe des Oberflächenbereichs 20 zu einem niedrigeren Brechungsindex nahe der der
Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der
Passivierungsschicht 10, erreicht werden. Der Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Brechungsindex kann hierbei kontinuierlich und ohne abrupte Sprünge erfolgen, wodurch sich eine „sanfte" Wellenführung ergeben kann. Dies kann sich auf ein verbessertes Kinkverhalten auswirken. Gleichzeitig kann wie bei den anderen Ausführungsbeispielen eine gute Wärmeableitung erreicht werden.
In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die
Passivierungsschicht 10 eine erste Schicht 11 mit oder bevorzugt aus A1N aufweist, auf der ein Schichtenstapel 13 oder eine oder mehrere Schichten, beispielsweise wie in Verbindung mit den vorherigen Figuren beschrieben,
aufgebracht ist. Der Schichtenstapel 13 kann also
beispielsweise einen AIN/GaN-Schichtenstapel , ein AlGaN/AlN- Schichtenstapel, ein GaN/AlGaN-Schichtenstapel oder alternativ auch eine AlGaN-Schicht aufweisen oder daraus sein. Hierbei und im Folgenden bedeuten die Begriffe „X/Y- Schichtenstapel" oder „X/Y-Laminat" , dass der Schichtenstapel zumindest eine oder mehrere Schichten mit oder aus dem
Material „X" und zumindest eine oder mehrere Schichten mit oder aus dem Material „Y" aufweist, die abwechselnd
übereinander aufgebracht sind. Die erste Schicht 11 weist eine relativ geringe Dicke, bevorzugt von einigen Nanometern, auf und dient als
Schutzschicht, die wegen ihrer geringen Dicke nur wenig
Einfluss auf die Wellenführung haben kann. Insbesondere kann die erste Schicht 11 für den Oberflächenbereich 20 und damit für die Oberfläche der Stegwellenleiterstruktur 9 an den
Seitenflächen einen Schutz vor einer Materialdurchmischung bieten, die bei höheren Laserleistungen insbesondere bei herkömmlichen Laserdioden problematisch sein kann. Eine solche Grenzflächendurchmischung, bei herkömmlichen
Laserdioden zwischen dem Halbleitermaterial und dem
Dielektrikum der Passivierung, kann dazu führen, dass bei auf I I I-V-Verbindungshalbleitermaterialien basierenden
Laserdioden die Gruppe-V-Komponente flüchtig ist und es zu Absorptionszentren kommt. Diese führen wiederum zu einem Verlust an Effizienz und gesteigerten Degradationsraten.
Weiterhin kann die erste Schicht 11 eine besonders
wirkungsvolle Sperre gegen Leckströme bilden. Alternativ zu A1N kann die erste Schicht beispielsweise auch AlGaN oder ebenfalls einen Schichtenstapel mit mehreren Schichten aufweisen. Weiterhin können zur Bildung der
Passivierungsschicht 10 auch weitere Schichten oder
Schichtenstapel auf den gezeigten Schichten aufgebracht sein. In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei der die
Passivierungsschicht 10 einen Schichtenstapel 13,
beispielsweise einen AIN/GaN-Schichtenstapel wie in
Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben, und darauf eine Schicht 11 mit oder bevorzugt aus A1N aufweist oder daraus ist. Hierdurch kann eine Trennung der
Wellenführungsfunktion, erreicht durch den Schichtenstapel 13, von der Diffusionssperrenfunktion, insbesondere an der Grenzfläche zur Elektrodenschicht 4, erreicht werden.
Alternativ kann der Schichtenstapel 13 auch ein AlGaN/AlN- Laminat oder ein GaN/AlGaN-Laminat sein. Die Schicht 11 kann alternativ auch mit oder aus AlGaN oder mit oder aus einem AIN/AlGaN-Laminat sein. Optional können auch weitere
Schichten zur Bildung der Passivierungsschicht 10 über, zwischen oder unter den gezeigten Schichten aufgebracht sein. Weiterhin kann optional eine Wellenführung über einen GaN- Wellenleiter erfolgen, insbesondere wenn der darunter in der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnete ganzflächige
Wellenleiter InGaN aufweist oder daraus ist.
Die Halbleiterlaserdiode 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 weist als Passivierungsschicht 10 ein
Mehrschichtsystem auf, das wie schon vorherige
Ausführungsbeispiele eine effiziente Entkopplung der
elektrischen und optischen Führung ermöglicht. Die
Passivierungsschicht 10 weist eine erste Schicht 11 mit oder aus GaN auf. Die nichtleitende GaN-Schicht 11 verhindert eine Stromaufweitung, ist aber gleichzeitig für eine optische
Wellenausbreitung geeignet. Darauf ist eine zweite Schicht 12 mit oder aus AlGaN aufgebracht, die wie in Verbindung mit Figur 7 beschrieben ausgebildet sein kann. Alternativ kann anstelle der zweiten Schicht 12 auch ein Schichtenstapel, beispielsweise wie in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben, vorhanden sein. Durch die zweite Schicht 12 kann eine optische Wellenführung erreicht werden. Auf der zweiten Schicht 12 ist optional eine dritte Schicht 14 aufgebracht, die beispielsweise mit oder aus A1N sein kann und die eine effiziente Sperre gegen Leckströme und/oder eine effiziente Diffusionssperre bilden kann. In Figur 11 ist ein Ausführungsbeispiel für eine
Halbleiterlaserdiode 100 gezeigt, bei dem die
Passivierungsschicht 10, insbesondere eine erste Schicht 11, zusammen mit der Stegwellenleiterstruktur 9 Gräben neben der Stegwellenleiterstruktur 9 bildet und die Gräben durch einen Schichtenstapel 13 der Passivierungsschicht 10 bedeckt und zumindest teilweise verfüllt sind. Insbesondere weist die Passivierungsschicht 10 beidseitig neben der
Stegwellenleiterstruktur 9 eine erste Schicht 11 mit oder aus A1N auf, die von der Stegwellenleiterstruktur 9 beabstandet ist. Die erste Schicht 11, der Graben zwischen der ersten Schicht 11 und der Stegwellenleiterstruktur 9 sowie die
Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur 9 sind mit dem Schichtenstapel 13 überformt, der beispielsweise wie in
Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben ausbildet sein kann. Alternativ hierzu kann auch eine AlGaN-Schicht anstelle des Schichtenstapels 13 aufgebracht werden.
Die Passivierungsschicht 10 bildet zusammen mit der
Stegwellenleiterstruktur 9 eine sogenannte, bereits oben in Verbindung mit der Figur 1D beschriebene Dreibein-Struktur, die einen guten Schutz der Stegwellenleiterstruktur 9 vor Beschädigungen, beispielsweise bei der Herstellung, bei der Montage und im Betrieb der Halbleiterlaserdiode 100 bieten kann. Weiterhin kann eine gute Montierbarkeit mit der
Elektrodenschicht 4 auf einer Wärmesenke erreicht werden, wobei insbesondere die erste Schicht 11 zu einer guten
Wärmeableitung führen kann, während die
Wellenleitungseigenschaften durch den Schichtenstapel 13 eingestellt werden können.
In den Figuren 12A und 12B sind Schnittdarstellungen einer Halbleiterlaserdiode 100 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei in Figur 12A die
Halbleiterlaserdiode 100 im Zentrum des Resonators gezeigt ist, während Figur 12B die Halbleiterlaserdiode 100 nahe einer oder beider Facetten, insbesondere nahe der
Lichtauskoppelfläche, zeigt. Wie leicht erkennbar ist, variiert die Zusammensetzung der Passivierungsschicht 10 in longitudinaler Richtung, also entlang des Resonators, im Hinblick auf die Schicht- und Materialzusammensetzung. Nahe der Facette (n) weist die Passivierungsschicht 10 eine erste Schicht 11 mit oder aus GaN auf, auf der ein Schichtenstapel 13, beispielsweise gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 3 und 4, aufgebracht ist, während die erste Schicht 11 im Bereich des Resonatorzentrums nicht vorhanden ist. Die erste Schicht 11 ist somit nur partiell entlang des
Resonators aufgebracht. Eine derartige variierende
SchichtZusammensetzung entlang der Stegwellenleiterstruktur 9 kann beispielsweise über Maskentechnologien im Rahmen der Atomlagenabscheidung erreicht werden. Durch die zusätzliche erste Schicht 11 nahe einer oder beider Facetten kann
beispielsweise eine Aufweitung der optischen Mode erreicht werden, wodurch die Facettenbelastung erhöht werden kann. Da ein solcher Facetten-naher Bereich üblicherweise unbestromt ist, kann es möglich sein, dass kein Strom verloren geht, der nicht zur Besetzungsinversion im Resonator beiträgt. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die erste Schicht 11 mit oder aus A1N ist. Hierdurch kann in Facettennähe eine verbesserte Entwärmung erreicht werden, wodurch die
Facettenbelastung ebenfalls erhöht werden kann.
In den Figuren 13A und 13B sind ebenfalls
Schnittdarstellungen einer Halbleiterlaserdiode 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die den
Schnittdarstellungen der Figuren 12A und 12B entsprechen. Im Unterschied zum vorherigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die elektrisch isolierende erste Schicht 11, die wiederum GaN oder bevorzugt A1N aufweisen oder sein kann, im Facettennahen Bereich zusätzlich über die Stegwellenleiterstruktur 9, so dass eine Bestromung der Stegwellenleiterstruktur 9 in Facettennähe insbesondere durch die erste Schicht 11
verhindert werden kann. Hierdurch kann noch effizienter einer Facettenerwärmung entgegengewirkt werden, so dass die
Facettenbelastung weiter erhöht werden kann. Weiterhin kann es zusätzlich auch möglich sein, eine zusätzliche Entwärmung der Laserfacette mittels einer partiell im Facettenbereich mittels Atomlagenabscheidung aufgebrachten ein- oder
mehrschichtigen Passivierungsschicht zu erreichen.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und
Merkmale sind nicht auf die in den Figuren jeweils gezeigten Kombinationen beschränkt. Vielmehr können die gezeigten
Ausführungsbeispiele sowie einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle
Kombinationsmöglichkeiten explizit beschrieben sind. Darüber hinaus können die in den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere
Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil
aufweisen . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Substrat
2 Halbleiterschichtenfolge
3 aktive Schicht
4 Elektrodenschicht
5 aktiver Bereich
6 Lichtauskoppelfläche
7 Rückseitenfläche
8 Licht
9 Stegwellenleiterstruktur
10 PassivierungsSchicht
11, 12, 14 Schicht
13 SchichtenStapel
20 Oberflächenbereich
31 Pufferschicht
32, 35 MantelSchicht
33, 34 Wellenleiterschicht
91 laterale Richtung
92 vertikale Richtung
93 longitudinale Richtung
100 Halbleiterlaserdiode

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaserdiode (100), aufweisend
- eine durch ein Epitaxieverfahren hergestellte
Halbleiterschichtenfolge (2) mit zumindest einer aktiven Schicht (3),
- auf zumindest einem Oberflächenbereich (20) der
Halbleiterschichtenfolge (2) eine Gallium-haltige
Passivierungsschicht (10).
2. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest eine Schicht mit AlGaN aufweist.
3. Halbleiterlaserdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Zusammensetzung des AlGaN über eine Dicke der Passivierungsschicht (10) variiert.
4. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) einen Schichtenstapel (13) mit zumindest einer Schicht (11, 12) mit GaN und zumindest einer Schicht (11, 12) mit A1N aufweist .
5. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest zwei Schichten (11, 12, 14) mit einem gleichen Material aufweist, die unterschiedlichen Dicken aufweisen.
6. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) eine Stegwellenleiterstruktur (9) mit einem Steg mit Stegseitenflächen aufweist und der Oberflächenbereich (20) zumindest eine Stegseitenfläche umfasst.
7. Halbleiterlaserdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest teilweise die Stegwellenleiterstruktur (9) planarisiert .
8. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der beiden
vorherigen Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest eine erste, lateral neben der
Stegwellenleiterstruktur (9) ausgebildete Schicht (11) aufweist, die von der Stegwellenleiterstruktur (9) beabstandet ist und die erste Schicht (11), ein Graben zwischen der ersten Schicht (11) und der
Stegwellenleiterstruktur (9) und eine Seitenfläche der Stegwellenleiterstruktur (9) mit einer zweiten Schicht (12) überformt ist.
9. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) entlang einer Abstrahlrichtung der Halbleiterlaserdiode (100) eine variierende Schicht- und/oder
Materialzusammensetzung aufweist .
10. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10)
transparent und elektrisch isolierend ist.
11. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungschicht (10) eine geringere Kristallinität als alle Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge (2) aufweist.
12. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) eine teilkristalline oder amorphe Kristallstruktur aufweist.
13. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) und die Halbleiterschichtenfolge (2) Materialien aufweisen, die aus einem gleichen III-V-
Verbindungshalbleitermaterialsystem ausgewählt sind.
14. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungschicht (10) ein Nitrid aufweist .
15. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest eine Schicht (11, 12, 14) mit GaN aufweist.
16. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Passivierungsschicht (10) zumindest eine Schicht (11, 12, 14) mit A1N aufweist.
17. Halbleiterlaserdiode (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei auf der Passivierungsschicht (10) eine Elektrodenschicht (4) aufgebracht wird.
18. Halbleiterlaserdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Passivierungsschicht (10) angrenzend an die Elektrodenschicht (4) eine Schicht (11, 12, 14)
aufweist, die GaN oder AlGaN aufweist.
19. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode
(100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem - die Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt wird,
- auf zumindest einem Oberflächenbereich (20) der
Halbleiterschichtenfolge (2) mittels
Atomlagenabscheidung die Gallium-haltige
Passivierungsschicht (10) abgeschieden wird.
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