DE102018110985A1

DE102018110985A1 - Halbleiterlaserdiode, laserbauteil und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode

Info

Publication number: DE102018110985A1
Application number: DE102018110985.7A
Authority: DE
Inventors: Sven Gerhard; Muhammad Ali; Alfred Lell; Christoph Eichler
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14
Also published as: WO2019215087A1

Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode (2) angegeben mit:
- einer Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und
- einer ersten Passivierungsschicht (11), wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (3) einen Stegwellenleiter (5) aufweist, der eine Deckfläche (7) und daran angrenzende Seitenflächen (6) aufweist,
- die erste Passivierungsschicht (11) die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise bedeckt, und
- die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind.
Außerdem werden ein Laserbauteil und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben.

Description

Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben. Darüber hinaus werden ein Laserbauteil und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiterlaserdiode anzugeben, die eine verbesserte Wärmeabfuhr aufweist. Außerdem sollen ein Laserbauteil mit einer solchen Halbleiterlaserdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterlaserdiode angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch eine Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Laserbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Halbleiterlaserdiode, des Laserbauteils und des Verfahrens zur Herstellung der Halbleiterlaserdiode sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet. Die Facette ist durch eine Vorderseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von Halbleiterschichten und eine aktive Schicht, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Beispielsweise kann die aktive Schicht einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur Strahlungserzeugung aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt aus einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial gebildet oder weist ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem III/V-Verbindungshalbleitermaterial kann es sich um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oder ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial handeln.
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Beispielsweise handelt es sich bei InAlGaN um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Halbleiterschichtenfolgen mit einer aktiven Schicht, die aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet sind oder ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen, erzeugen in der Regel elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich.
Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Beispielsweise handelt es sich bei InAlGaP um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial. Halbleiterschichtenfolgen mit einer aktiven Schicht, die aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet sind oder ein Phosphid -Verbindungshalbleitermaterial aufweisen, erzeugen in der Regel elektromagnetische Strahlung in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode einen Resonator, der zwischen der Vorderseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge und einer Rückseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die der Vorderseitenfläche gegenüberliegt, ausgebildet ist. Die Vorderseitenfläche und die Rückseitenfläche sind bevorzugt parallel zueinander ausgebildet. Die aktive Schicht erstreckt sich in der Regel zwischen der Rückseitenfläche und der Facette entlang einer longitudinalen Richtung, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterlaserdiode eine erste Passivierungsschicht. Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht nicht absorbierend für die Laserstrahlung ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht transparent für die Laserstrahlung ausgebildet und weist bevorzugt einen Absorptionskoeffizienten von höchstens 10 cm^-1, insbesondere bevorzugt höchstens 1 cm^-1 auf. Alternativ kann die erste Passivierungsschicht absorbierend für die Laserstrahlung ausgebildet sein. In diesem Fall weist die erste Passivierungsschicht einen Absorptionskoeffizienten von mindestens 100 cm^-1, insbesondere bevorzugt mindestens 1000 cm^-1 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge einen Stegwellenleiter mit einer Deckfläche und daran angrenzenden Seitenflächen auf. Der Stegwellenleiter wird bevorzugt durch einen stegförmigen erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Beispielsweise ragt der Stegwellenleiter als Vorsprung aus einer zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge heraus. Der Stegwellenleiter erstreckt sich dabei bevorzugt in longitudinaler Richtung von der Facette zur Rückseitenfläche.
Die Deckfläche des Stegwellenleiters ist über die daran angrenzenden Seitenflächen mit der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, direkt verbunden. Die Seitenflächen vermitteln dabei einen Abstand zwischen der zurückgesetzten Außenfläche seitlich des Stegwellenleiters und der Deckfläche des Stegwellenleiters in einer vertikalen Richtung. Der Abstand entspricht in der Regel einer Höhe des stegförmigen erhöhten Bereichs des Stegwellenleiters und bevorzugt einer Höhe der Seitenflächen. Bevorzugt bilden die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters sowie die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge seitlich des Stegwellenleiters ein Stufenprofil.
Bevorzugt ist die aktive Schicht in der Halbleiterschichtenfolge unterhalb des Stegwellenleiters angeordnet. Das heißt, die aktive Schicht verläuft bevorzugt auch unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge. Vorteilhafterweise kann die Halbleiterlaserdiode so Laserstrahlung mit einer einzigen lateralen und vertikalen Lasermode aussenden.
Alternativ ist es möglich, dass die aktive Schicht zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet ist. Hierbei ist die Halbleiterschichtenfolge unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche bevorzugt frei von der aktiven Schicht. Vorteilhafterweise kann durch eine solche Anordnung eine Vielzahl an Lasermoden im Stegwellenleiter realisiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters bereichsweise. Bevorzugt grenzt die erste Passivierungsschicht nicht an die Deckfläche des Stegwellenleiters an. Bevorzugt bedeckt die erste Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters ausgehend von der zurückgesetzten Außenfläche bis zu einer gewissen Höhe der Seitenflächen vollständig, während ein streifenförmiger Bereich der Seitenflächen angrenzend an die Deckfläche des Stegwellenleiters frei ist von der ersten Passivierungsschicht. Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt in dem streifenförmigen Bereich frei zugänglich. Besonders bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht in direktem Kontakt zu den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet.
Zusätzlich kann die erste Passivierungsschicht einen Bereich der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, bedecken. Der Bereich grenzt bevorzugt direkt an die Seitenflächen des Stegwellenleiters an.
Ist die aktive Schicht zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet, überdeckt die erste Passivierungsschicht bevorzugt die aktive Schicht in vertikaler Richtung.
Zusätzlich können Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, frei von der ersten Passivierungsschicht sein. In den Bereichen, die nicht von der ersten Passivierungsschicht bedeckt sind, ist die Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge hierbei bevorzugt frei zugänglich.
Weiterhin ist bevorzugt eine elektrische Kontaktierung auf der Deckfläche des Stegwellenleiters angeordnet. Die elektrische Kontaktierung dient zu einer Stromeinprägung in die Halbleiter, durch die die aktive Schicht elektrisch gepumpt wird. Bevorzugt ist die elektrische Kontaktierung entsprechend der darunterliegenden Halbleiterschichtenfolge dotiert, etwa p-dotiert. Mit Vorteil sind Seitenflächen der elektrischen Kontaktierung nicht von der ersten Passivierungsschicht bedeckt und stehen so ebenfalls zur Stromeinprägung zur Verfügung.
Die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge erfolgt bevorzugt über die elektrische Kontaktierung an der Deckfläche des Stegwellenleiters, bevorzugt über die p-dotierten Halbleiterschichten. Ist die aktive Schicht unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, wird die aktive Schicht im Wesentlichen nur in dem Bereich unterhalb des Stegwellenleiters bestromt und erzeugt nur in diesem Bereich elektromagnetische Strahlung. Der bestromte Bereich der aktiven Schicht ist durch einen aktiven Bereich gebildet. In diesem Fall ist der aktive Bereich im Wesentlichen nur im Bereich unterhalb des Stegwellenleiters angeordnet und in horizontaler Richtung im Wesentlichen durch die Seitenflächen des Stegwellenleiters begrenzt. Im Wesentlichen heißt hier, dass der eigeprägte Strom unter dem Stegwellenleiter aufgeweitet sein kann und in horizontaler Richtung die Seitenflächen des Stegwellenleiters überragt. Die horizontale Richtung verläuft parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge und senkrecht zur longitudinalen Richtung.
Die im Betrieb der Halbleiterlaserdiode erzeugte Laserstrahlung weist bevorzugt eine einzige optische Mode oder eine Vielzahl an optischen Moden auf, die außerhalb des Stegwellenleiters, der durch seine Seitenflächen begrenzt ist, exponentiell abklingen. Das heißt, die Laserstrahlung erstreckt sich bevorzugt in die erste Passivierungsschicht. Insbesondere weist die Laserstrahlung bevorzugt ein Lasermodenprofil auf, das senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge ein Maximum der Intensität aufweist. Die Intensität der Laserstrahlung an der Grenzfläche zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters der Halbleiterschichtenfolge und der ersten Passivierungsschicht ist größer 0, wenn sich die Laserstrahlung in die Passivierungsschicht erstreckt. Bevorzugt weist die Intensität der Laserstrahlung an der Grenzfläche zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters und der ersten Passivierungsschicht einen Wert von größer oder gleich 0,05 %, bevorzugt größer oder gleich 0,1 %, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,5 % vom Maximum der Intensität der Laserstrahlung auf.
Insbesondere bevorzugt weist die erste Passivierungsschicht einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als ein Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge. Der Brechungsindexsprung an den Seitenflächen des Stegwellenleiters durch den Übergang von der Halbleiterschichtenfolge zur ersten Passivierungsschicht kann eine so genannte Indexführung der Laserstrahlung bewirken. Das heißt, der Brechungsindexsprung bewirkt eine Wellenführung der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung in die horizontale Richtung und trägt so zur Ausbildung von Lasermoden bei.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und eine erste Passivierungsschicht. Die Halbleiterschichtenfolge weist dabei einen Stegwellenleiter auf, der eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen aufweist, die erste Passivierungsschicht bedeckt die Seitenflächen des Stegwellenleiters bereichsweise und die Seitenflächen des Stegwellenleiters sind bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht.
Eine Idee des hier beschriebenen Halbleiterlasers ist unter anderem, dass eine Passivierungsschicht nur bis zu einer bestimmten Höhe des Stegwellenleiters auf dessen Seitenflächen angeordnet ist. Der Bereich der Seitenflächen des Stegwellenleiters, der frei von der Passivierungsschicht bleibt, ist dabei bevorzugt so abgeätzt, dass der Bereich strukturelle und/oder chemische Veränderungen aufweist, die elektrisch isolierend sind. Vorteilhafterweise kann Wärme so besser abgeleitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, und die Seitenflächen des Stegwellenleiters strukturelle und/oder chemische Veränderungen auf, die durch eine Erzeugung des Stegwellenleiters und/oder durch eine Entfernung der ersten Passivierungsschicht erzeugt sind und bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet sind. Bevorzugt ist der Stegwellenleiter mittels eines Ätzprozesses aus der Halbleiterschichtenfolge geätzt. Die dabei erzeugte zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge und die Seitenflächen des Stegwellenleiters weisen dann bevorzugt die strukturellen und/oder chemischen Veränderungen auf, die durch den Ätzprozess zur Strukturierung entstanden sind. Die strukturellen Veränderungen umfassen bevorzugt Kristalldefekte in der Halbleiterschichtenfolge, die eine Stromeinprägung mit Vorteil verhindern. Weiterhin können die Bereiche, die die strukturellen und/oder chemischen Veränderungen aufweisen, eine erhöhte Rauigkeit haben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Passivierungsschicht zusätzlich bereichsweise von den Seitenflächen des Stegwellenleiters und der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge mittels eines weiteren Ätzprozesses entfernt. Der weitere Ätzprozess erzeugt bevorzugt weitere strukturelle und/oder chemische Veränderungen der Halbleiterschichtenfolge. Mit Vorteil ist die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge an den Bereichen, die die strukturellen und/oder chemischen Veränderungen aufweisen, weiter verhindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Kontaktwiderstand der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, durch eine der folgenden Maßnahmen erhöht: Oxidation, Plasmaschädigung, Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung. Beispielsweise sind Stickstoffatome oder Wasserstoffatome in die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge implantiert. Weiterhin kann die zurückgesetzte Außenfläche mit Silizium oder Germanium dotiert werden, um eine entgegengesetzte Dotierung zu der darunterliegenden Halbleiterschichtenfolge zu erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die erste Passivierungsschicht von den Seitenflächen des Stegwellenleiters aus seitlich über die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge an dessen zurückgesetzter Außenfläche. Beispielsweise erstreckt sich die erste Passivierungsschicht ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters über einen Streifen der Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, wobei die restliche Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge frei zugänglich ist.
Der Streifen kann eine Breite aufweisen, die bevorzugt nicht größer als 10 Mikrometer, besonders bevorzugt nicht größer als 5 Mikrometer und insbesondere bevorzugt nicht größer als 1 Mikrometer ist.
Zusätzlich ist es möglich, dass der Streifen eine Dicke aufweist, die bevorzugt zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 5000 Nanometer, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer und insbesondere bevorzugt zwischen einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 700 Nanometer liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht auf den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet. Die zweite Passivierungsschicht ist bevorzugt transparent für die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung. Alternativ kann die zweite Passivierungsschicht absorbierend für die Strahlung ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Passivierungsschicht in den Bereichen seitlich des Stegwellenleiters frei zugänglich. Besonders bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht als Ätzstoppschicht für die zweite Passivierungsschicht ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Passivierungsschicht, die als Ätzstoppschicht ausgebildet ist, Al und O umfassen. Bevorzugt umfasst die erste Passivierungsschicht AlO₂, insbesondere bevorzugt Al₂O₃, oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht umfasst dann beispielsweise Si und O oder N. Bevorzugt umfasst die zweite Passivierungsschicht dann SiO₂ oder SiN₂, insbesondere bevorzugt Si₃N₄, oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite Passivierungsschicht eine Dicke auf, die größer als eine Dicke der ersten Passivierungsschicht ist. Die erste Passivierungsschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf. Bevorzugt ist die Dicke höchstens 50 Nanometer, insbesondere bevorzugt höchstens 20 Nanometer. Die erste Passivierungsschicht ist bevorzugt elektrisch isolierend und transparent für die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung ausgebildet, während die zweite Passivierungsschicht transparent und elektrisch leitend ausgebildet sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Passivierungsschicht bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer auf. Insbesondere weist die zweite Passivierungsschicht hierbei bevorzugt einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als ein Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge. Durch die vergleichsweise große Dicke kann die zweite Passivierungsschicht die Indexführung der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung bewirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Passivierungsschicht eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m*K) auf. Bevorzugt umfasst die erste Passivierungsschicht hierbei SiC, AlN oder diamantartiger Kohlenstoff (englisch „diamond-like carbon“, kurz „DLC“) oder besteht daraus. Vorteilhafterweise kann so die Wärmeabfuhr von der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, weiter verbessert werden. Beispielsweise weist die erste Passivierungsschicht, die eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m*K) aufweist, eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf. Bevorzugt ist die Dicke höchstens 50 Nanometer, insbesondere bevorzugt höchstens 20 Nanometer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste Passivierungsschicht die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich der Facette vollständig. Die Halbleiterschichtenfolge ist damit im Bereich der Facette ungepumpt. Vorteilhafterweise wird so die Wärmeabfuhr im Bereich der Facette verbessert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich beabstandet zu der Facette nicht von der ersten Passivierungsschicht bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht auf den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet und bedeckt in der Nähe des aktiven Bereichs den Streifen der ersten Passivierungsschicht auf der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge vollständig. Dem Stegwellenleiter abgewandte Seitenflächen der ersten Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht schließen bevorzugt plan miteinander ab. Insbesondere bevorzugt schließen Deckflächen der ersten Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht plan miteinander ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dritte Passivierungsschicht zwischen der ersten und der zweiten Passivierungsschicht angeordnet. Die dritte Passivierungsschicht ist bevorzugt transparent ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dritte Passivierungsschicht ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht über einen weiteren Streifen auf den Streifen der ersten Passivierungsschicht aufgebracht. Die Dimensionen des weiteren Streifens können im Bereich der Dimensionen des Streifens der ersten Passivierungsschicht liegen. Die erste und dritte Passivierungsschicht sind auf der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge also in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Vorteilhafterweise ist so auch eine Wellenführung der Lasermoden in vertikaler Richtung erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dritte Passivierungsschicht aus einem Gas gebildet. Die dritte Passivierungsschicht ist dabei bevorzugt durch Luft gebildet. Vorteilhafterweise wird so ein besonders großer Brechungsindexsprung zwischen der ersten Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedecken die erste, die zweite und die dritte Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich der Facette bereichsweise. Die erste, die zweite und die dritte Passivierungsschicht bedecken die Seitenflächen bis zu einer Höhe, die kleiner als die Höhe des Stegwellenleiters ist. Bevorzugt schließen Deckflächen der ersten, der zweiten und der dritten Passivierungsschicht plan miteinander ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine vierte Passivierungsschicht zwischen der dritten und der zweiten Passivierungsschicht angeordnet. Bevorzugt schließt die vierte Passivierungsschicht mit einer Deckfläche plan mit den Deckflächen der ersten, der zweiten und der dritten Passivierungsschicht ab.
Die erste Passivierungsschicht und/oder die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht umfasst beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid oder besteht aus einem dieser Materialien. Geeignete Oxide, Nitride oder Oxinitride sind beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Rhodiumoxid, Niobiumoxid und/oder Titandioxid. Auch andere Oxide, Nitride und Oxinitride, die ein oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Al, Ce, Ga, Hf, In, Mg, Nb, Rh, Sb, Si, Sn, Ta, Ti, Zn, Zr, können als Material für eine der Passivierungsschichten geeignet sein.
Weiterhin ist es möglich, dass eine der Passivierungsschichten ein transparentes leitendes Oxid aufweist oder aus einem transparenten leitenden Oxid gebildet ist. Transparente leitende Oxide („transparent conductive oxide“, TCO) sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Aluminiumzinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid und Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide, zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Weiterhin wird ein Laserbauteil angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserbauteil eine Halbleiterlaserdiode. Bei der Halbleiterlaserdiode handelt es sich bevorzugt um die zuvor beschriebene Halbleiterlaserdiode. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Halbleiterlaserdiode offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind auch in Verbindung mit dem hier beschriebenen Laserbauteil anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserbauteil einen Anschlussträger mit mindestens einer Kontaktstelle. Über die Kontaktstelle ist die Halbleiterlaserdiode bestrombar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterlaserdiode mit einer Kontaktmetallschicht mit der Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist die Kontaktstelle mittels der Kontaktmetallschicht mit der Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktmetallschicht kann dabei mehrere Schichten umfassen. Die Kontaktmetallschicht umfasst bevorzugt ein Metall oder eine Kombination aus Metallen wie zum Beispiel Ti, Pt und Au.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bettet die Kontaktmetallschicht den Stegwellenleiter ein. Bevorzugt ist die Kontaktmetallschicht über den Seitenflächen und der Deckfläche des Stegwellenleiters angeordnet und steht an dessen freigelegten Bereichen in direktem Kontakt mit dem Stegwellenleiter. Weiterhin ist es möglich, dass die Kontaktmetallschicht über der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, und an dessen freigelegten Bereichen in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge steht.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben, mit dem eine hier beschriebene Halbleiterlaserdiode hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit der Halbleiterlaserdiode offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Stegwellenleiter in der Halbleiterschichtenfolge erzeugt, wobei der Stegwellenleiter eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen aufweist. Bevorzugt wird der Stegwellenleiter mittels Ätzen erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Passivierungsschicht auf die Seitenflächen des Stegwellenleiters, die Deckfläche des Stegwellenleiters und die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von Bereichen der Seitenflächen des Stegwellenleiters entfernt, wobei die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen. Bevorzugt werden die Veränderungen bei dem Ätzvorgang zur Erzeugung des Stegwellenleiters erzeugt. Zusätzlich oder alternativ können die Veränderungen durch den Ätzvorgang der ersten Passivierungsschicht erzeugt werden. Mittels der beiden Ätzvorgänge werden die freigelegten Bereiche bevorzugt derart verändert, dass die freigelegten Bereiche elektrisch isolierend ausgebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von der Deckfläche des Stegwellenleiters entfernt. Bevorzugt wird vor dem Aufbringen der ersten Passivierungsschicht auf die Deckfläche des Stegwellenleiters eine metallische Schicht aufgebracht. Die metallische Schicht schützt die Deckfläche des Stegwellenleiters dabei mit Vorteil vor chemischen Veränderungen durch das Entfernen der ersten Passivierungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von Bereichen der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge entfernt, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, wobei die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird/werden eine zweite Passivierungsschicht und/oder eine dritte Passivierungsschicht und/oder eine vierte Passivierungsschicht über die Seitenflächen des Stegwellenleiters und die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, aufgebracht. Geeignete Verfahren zur Aufbringung der Passivierungsschichten sind beispielsweise eine chemische Gasphasenabscheidung (englisch „chemical vapor deposition“, kurz „CVD“) oder eine physikalische Gasphasenabscheidung (englisch „physical vapor deposition“, kurz „PVD“). Insbesondere ist es möglich, dass eine oder mehrere der Passivierungsschichten mittels einer Atomlagenabscheidung (englisch „atomic layer deposition“ kurz „ALD“) aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die erste Passivierungsschicht (11) und oder die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) unterschiedliche Dicken auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird/werden die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht bereichsweise entfernt, so dass die Seitenflächen des Stegwellenleiters bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht und/oder der dritten Passivierungsschicht und/oder der vierten Passivierungsschicht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird/werden die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht über der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge so entfernt, dass Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, frei zugänglich sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird/werden die erste Passivierungsschicht und/oder die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht jeweils nach dem Aufbringen bereichsweise entfernt. Die Ätzvorgänge umfassen bevorzugt ein Plasmaätzen.
Im Folgenden werden die hier beschriebene Halbleiterlaserdiode, das Laserbauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 bis 3 und 6 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
4 und 5 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7 und 8 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
9 schematische Schnittdarstellung eines Verfahrensstadiums eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
10 und 11 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
12 und 13 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
14 und 15 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
16 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
17 und 18 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
19 bis 20 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
21 schematische Schnittdarstellung eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt ein Laserbauteil 1, das eine Halbleiterlaserdiode 2 und eine Kontaktmetallschicht 10 umfasst. Die Halbleiterlaserdiode 2 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 3, die einen Stegwellenleiter 5 aufweist. Der Stegwellenleiter 5 ist durch einen stegförmigen erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge 3 gebildet. Der Stegwellenleiter 5 umfasst dabei eine Deckfläche 7 und daran angrenzende Seitenflächen 6. An die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 grenzt eine zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 an, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist.
Die Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 ist hier durch eine elektrische Kontaktierung 8, 9 gebildet, die zwei Schichten umfasst. Durch die elektrische Kontaktierung 8, 9 wird die Halbleiterlaserdiode 2 mittels einer darüber angeordneten Kontaktmetallschicht 10 bestromt. Die Kontaktmetallschicht 10 bettet dabei den Stegwellenleiter 5 vollständig ein.
Zudem ist auf den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 eine erste Passivierungsschicht 11 angeordnet. Die erste Passivierungsschicht 11 bedeckt die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 so, dass die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht 11 sind. Hierbei bedeckt die erste Passivierungsschicht 11 die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 ausgehend von der zurückgesetzten Außenfläche 4 bis zu einer bestimmten Höhe vollständig und lässt einen streifenförmigen Bereich der Seitenflächen 6 ausgehend von der Deckfläche 7 frei.
Die Kontaktmetallschicht 10 bedeckt dann die Deckfläche 7 des Stegwellenleiters, die freiliegenden Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5, die Passivierungsschicht 11 und die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnete zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3. Die Kontaktmetallschicht 10 steht dabei in direktem Kontakt mit den genannten Flächen 4, 6, 7 und der Passivierungsschicht 11.
Die freiliegenden Bereiche der Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 sowie die freiliegende zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 weisen strukturelle und/oder chemische Veränderungen auf, die durch die Erzeugung des Stegwellenleiters 5 erzeugt sind und elektrisch isolierend ausgebildet sind. Das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge 3 an diesen Stellen nicht durch die angrenzende Kontaktmetallschicht 10 bestromt wird. Bestimmungsgemäß wird die Halbleiterschichtenfolge 3 dann über die elektrische Kontaktierung 8, 9 bestromt. Vorteilhafterweise ist die Halbleiterschichtenfolge 3 besonders gut mit der Kontaktmetallschicht 10 verbunden, sodass auftretende Wärme besonders gut abführbar ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Laserbauteil 1, bei dem der Kontaktwiderstand der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 durch eine der folgenden Maßnahmen erhöht ist: Oxidation, Plasmaschädigung, Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung. Das heißt, der Bereich mit erhöhtem Kontaktwiderstand 12 ist besonders gut dazu geeignet, die Kontaktmetallschicht 10 von der Halbleiterschichtenfolge 3 elektrisch zu isolieren.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Passivierungsschicht 11 beispielsweise SiO₂, Si₃N₄, ZrO, Al₂O₃, SiON, ITO, ZnO oder besteht daraus.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 1 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß der 3 ein Laserbauteil 1, bei dem die erste Passivierungsschicht 11 beispielsweise gesputtertes AlN oder GaN umfasst oder daraus besteht. Die aktive Schicht 13 der Halbleiterschichtenfolge ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 definiert und ist auf einer Höhe innerhalb des Stegwellenleiters 5 angeordnet.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist die aktive Schicht 13 in der Halbleiterschichtenfolge 3 unterhalb des Stegwellenleiters 5 angeordnet, insbesondere unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3. Zudem weist das Laserbauteil 1 eine zweite Passivierungsschicht 14 auf. Die zweite Passivierungsschicht 14 weist eine Dicke auf, die größer ist als eine Dicke der ersten Passivierungsschicht 11.
Die erste Passivierungsschicht 11 bedeckt die Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 bis zu einer bestimmten Höhe, die niedriger ist als eine Höhe des Stegwellenleiters 5. Zusätzlich erstreckt sich die Passivierungsschicht 11 ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters 5 über einen Streifen 17 der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3. Die restliche zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 ist dabei frei zugänglich. Über die erste Passivierungsschicht 11 ist die zweite Passivierungsschicht 14 angeordnet und schließt plan mit den Seiten und einer Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 ab.
Die in der 4 gezeigte Schnittdarstellung liegt im Bereich der Facette. Da die Kontaktmetallschicht 10 seitlich des Stegwellenleiters 5 direkt auf der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 aufgebracht ist, kann die Facette besser entwärmt werden.
Gemäß 5 ist eine Schnittdarstellung beabstandet von der Facette dargestellt. Die dünnere, erste Passivierungsschicht 11 erstreckt sich über die zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 und ist elektrisch isolierend ausgebildet. Die zweite Passivierungsschicht 14 ist dabei als optischer Abstandshalter ausgebildet, sodass die Intensität des Lasermodenprofils in der zweiten Passivierungsschicht 11 größer 0 ist und eine Wellenführung in horizontaler Richtung realisiert ist.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 4 und 5 zeigt das Ausführungsbeispiel der 6 ein Laserbauteil 1, das eine dritte Passivierungsschicht 15 aufweist. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist zwischen der ersten Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 angeordnet. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist auf der an der Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 angeordneten ersten Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Zusätzlich ist die dritte Passivierungsschicht 15 ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über einen weiteren Streifen 18 auf den Streifen 17 der ersten Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Die dritte Passivierungsschicht 15 schließt plan mit den Seiten und einer Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 ab.
Die Brechungsindizes der Passivierungsschichten können unterschiedlich sein. Bevorzugt ist ein Brechungsindex der ersten Passivierungsschicht 11 größer als der Brechungsindex der dritten Passivierungsschicht 15. Insbesondere bevorzugt ist der Brechungsindex der dritten Passivierungsschicht 15 größer als der Brechungsindex der zweiten Passivierungsschicht 14. Durch die unterschiedlichen Brechungsindizes können mit Vorteil entsprechende Lasermoden und eine damit verbundene Wellenführung eingestellt werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 und 8 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt (nicht dargestellt). In der Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt), der eine Deckfläche 7 und eine daran angrenzende Seitenfläche 6 aufweist.
In Verbindung mit der 7 ist ein Verfahrensschritt gezeigt, mit dem eine Halbleiterlaserdiode 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 herstellbar ist. In einem Schritt werden die erste Passivierungsschicht 11, die dritte Passivierungsschicht 15 und die zweite Passivierungsschicht 14 nacheinander auf die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 und die zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgeschieden. Dabei ist es möglich, dass Deckflächen der ersten Passivierungsschicht 11, der dritten Passivierungsschicht 15 und der zweiten Passivierungsschicht 14 plan mit der Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 abschließen.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß der 8 wird die zweite Passivierungsschicht 14 und die dritte Passivierungsschicht 15, ausgehend von einer Kante der zweiten Passivierungsschicht 14, über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, mittels eines Ätzprozesses abgetragen. Die erste Passivierungsschicht 11 ist dabei bevorzugt als Ätzstoppschicht ausgebildet.
Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 9 umfasst zunächst die Schritte, die bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 und 8 gezeigt sind.
Gemäß 9 wird die erste Passivierungsschicht 11 in einem weiteren Verfahrensschritt mittels eines weiteren Ätzprozesses abgetragen. Hier wird die erste Passivierungsschicht 11 ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgetragen. Die Halbleiterschichtenfolge 3 ist dann an den abgetragenen Bereichen frei zugänglich. Weiterhin ist es möglich, dass die erste Passivierungsschicht 11, die zweite Passivierungsschicht 14 und die dritte Passivierungsschicht 15 mit einem einzigen Ätzprozess abgetragen werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 und 11 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt (nicht dargestellt). In der Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt), der eine Deckfläche 7 und eine daran angrenzende Seitenfläche 6 aufweist.
In Verbindung mit der 10 ist ein Verfahrensschritt gezeigt, mit dem eine Halbleiterlaserdiode 2 herstellbar ist. Hier wird die erste Passivierungsschicht 11 auf die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 und die zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgeschieden. In der Regel schließt die Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 nach diesem Verfahrensschritt zunächst plan mit der Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 ab (nicht dargestellt).
Gemäß 11 wird die erste Passivierungsschicht 11 in einem weiteren Verfahrensschritt ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, mittels eines Ätzprozesses abgetragen. Zudem wird die erste Passivierungsschicht 11 mittels des Ätzprozesses so abgetragen, dass diese nicht mehr plan mit der Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 abschließt. An dieser Stelle liegt der Stegwellenleiter 5 frei.
Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 12 und 13 umfasst zunächst die Schritte, die bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 und 11 gezeigt sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird in Verbindung mit 12 die zweite Passivierungsschicht 14 auf die erste Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Die zweite Passivierungsschicht 14 bedeckt eine der Halbleiterschichtenfolge 3 abgewandten Außenfläche der ersten Passivierungsschicht 11 vollständig. Zusätzlich bedeckt die zweite Passivierungsschicht 14 eine Außenfläche des Stegwellenleiters 5, die nicht von der ersten Passivierungsschicht 11 bedeckt ist.
Weiterhin wird die zweite Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, aufgebracht.
Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß dem Verfahrensschritt der 11 wird in dem Verfahrensschritt der 13 die zweite Passivierungsschicht 14 ausgehend von einer Kante der zweiten Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 mittels eines Ätzprozesses abgetragen. Zudem wird die zweite Passivierungsschicht 14 so abgetragen, das die zweite Passivierungsschicht 14 an der Außenfläche des Stegwellenleiters 5 plan mit der Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 abschließt, sodass der Stegwellenleiter 5 weiterhin bereichsweise freiliegt.
Die Verfahrensschritte gemäß der 12 und 13 können beliebig oft mit mehreren Passivierungsschichten wiederholt werden, um eine Vielzahl an Passivierungsschichten übereinander an den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 anzuordnen.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 14 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt (nicht dargestellt). In der Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt), der eine Deckfläche 7 und eine daran angrenzende Seitenfläche 6 aufweist.
In weiteren Verfahrensschritten wird, wie in 14 dargestellt, die dritte Passivierungsschicht 15 und eine vierte Passivierungsschicht 16 zwischen der ersten Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 angeordnet. Bevorzugt werden die Passivierungsschichten in folgender Reihenfolge ausgehend von der Seitenfläche des Stegwellenleiters aufgebracht: erste Passivierungsschicht 11, dritte Passivierungsschicht 15, vierte Passivierungsschicht 16, zweite Passivierungsschicht 14. Lediglich die dritte Passivierungsschicht 15 und die zweite Passivierungsschicht 14 sind nach dem Aufbringen ausgehend von einer Kante der dritten Passivierungsschicht 15 beziehungsweise der zweiten Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgetragen. Die erste Passivierungsschicht ist hier ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 lediglich teilweise abgetragen.
Beispielsweise ist die erste Passivierungsschicht 11 aus ITO gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 ist die erste Passivierungsschicht 11 dagegen mittels eines Ätzprozesses über ihre gesamte Fläche lediglich teilweise abgetragen und weist eine verringerte Dicke von ungefähr 50 Nanometer auf. Die erste Passivierungsschicht 11 weist dabei eine besonders gute Wärmeleitung auf.
Die dritte Passivierungsschicht 15 ist beispielsweise aus SiN gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Mit der dritten Passivierungsschicht 15 kann die Lasermode vorteilhafterweise durch Teilabsorption kontrolliert werden.
Die vierte Passivierungsschicht 16 ist beispielsweise aus Al₂O₃ gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 40 Nanometer auf. Vorteilhafterweise schützt die vierte Passivierungsschicht 16 die darunterliegenden Schichten vor äußeren Einflüssen, beispielsweise gegen Feuchte.
Die zweite Passivierungsschicht 14 ist beispielsweise aus SiO₂ gebildet und weist eine Dicke von 300 Nanometer auf. Diese Passivierungsschicht dient dabei als optischer Isolator und optischer Abstandshalter gegen die Kontaktmetallschicht 10.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Verfahrensschritten der 14 sind in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 15 lediglich die erste Passivierungsschicht 11 und die dritte Passivierungsschicht 15 nach dem Aufbringen ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 beziehungsweise der dritten Passivierungsschicht 15 abgetragen.
In Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 16 ist ein Laserbauteil 1 gezeigt, bei dem sich im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 3 oder 4 die erste Passivierungsschicht 11 ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters 5 über den Streifen 17 der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 erstreckt. Die restliche zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 ist frei zugänglich.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der 17 und 18 ist gemäß 17 ein Ausführungsbeispiel eines Laserbauteils 1 gezeigt, das analog zum Ausführungsbeispiel gemäß dem Verfahrensschritt der 13 herstellbar ist. Hier weist die Halbleiterlaserdiode 2 eine erste Passivierungsschicht 11, eine zweite Passivierungsschicht 14 und eine dazwischen angeordnete dritte Passivierungsschicht 15 auf, die schichtweise über den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 angeordnet sind. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist bevorzugt durch selektives Ätzen entfernt, sodass die dritte Passivierungsschicht 15 aus einem Gas, wie beispielsweise Luft, gebildet ist. Vorteilhafterweise wird so ein besonders großer Brechungsindexsprung zwischen der ersten Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 erzielt.
In 18 sind die Passivierungsschichten gemäß der 17 im Bereich des Kreises vergrößert dargestellt.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der 19 und 20 ist die erste Passivierungsschicht 11 gemäß 19 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 4 und 5 aus einer wärmeleitfähigen Schicht gebildet. Die erste Passivierungsschicht 11 umfasst beispielsweise SiC/DLC oder AlN oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht 14 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel SiO₂, Si₂N₄, Al₂O₃, SiON, ITO oder ZnO oder besteht daraus. Die Schnittdarstellung der 19 ist hierbei beabstandet von der Facette dargestellt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 20 bedeckt die wärmeleitfähige Passivierungsschicht 11 auch die freiliegende Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 und dessen Deckfläche 7. Die Schnittdarstellung der 20 ist hierbei im Bereich der Facette dargestellt.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der 21 umfasst die erste Passivierungsschicht 11 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 19 und 20 beispielsweise SiO₂, Si₂N₄, Al₂O₃, SiON, ITO oder ZnO. Zudem ist die erste Passivierungsschicht 11 dicker als die zweite Passivierungsschicht 14 ausgebildet. Die zweite Passivierungsschicht ist dabei aus einer wärmeleitfähigen Schicht gebildet und umfasst beispielsweise SiC/DLC oder AlN oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht 14 bedeckt die zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3.
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.
Bezugszeichenliste

1: Laserbauteil
2: Halbleiterlaserdiode
3: Halbleiterschichtenfolge
4: zurückgesetzte Außenfläche
5: Stegwellenleiter
6: Seitenfläche Stegwellenleiter
7: Deckfläche Stegwellenleiter
8: elektrische Kontaktierung
9: elektrische Kontaktierung
10: Kontaktmetallschicht
11: erste Passivierungsschicht
12: Bereich erhöhter Kontaktwiderstand
13: aktive Schicht
14: zweite Passivierungsschicht
15: dritte Passivierungsschicht
16: vierte Passivierungsschicht
17: Streifen
18: weiterer Streifen

Claims

Halbleiterlaserdiode (2) mit: - einer Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und - einer ersten Passivierungsschicht (11), wobei - die Halbleiterschichtenfolge (3) einen Stegwellenleiter (5) aufweist, der eine Deckfläche (7) und daran angrenzende Seitenflächen (6) aufweist, - die erste Passivierungsschicht (11) die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise bedeckt, und - die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind.
Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei der Bereiche einer zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) strukturelle und/oder chemische Veränderungen aufweisen, die durch eine Erzeugung des Stegwellenleiters und/oder durch eine Entfernung der ersten Passivierungsschicht (11) erzeugt sind und elektrisch isolierend ausgebildet sind.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der ein Kontaktwiderstand der Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, durch eine der folgenden Maßnahmen erhöht sind: Oxidation, Plasmaschädigung, Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der sich die erste Passivierungsschicht (11) ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters (5) über einen Streifen (17) der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) erstreckt, wobei die restliche zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) frei zugänglich ist.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der - sich die erste Passivierungsschicht (11) von den Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) aus seitlich über die zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) erstreckt, - eine zweite Passivierungsschicht (14) auf der ersten Passivierungsschicht (11) auf den Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, während die erste Passivierungsschicht (11) in den Bereichen seitlich des Stegwellenleiters (5) frei zugänglich ist.
Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei der die zweite Passivierungsschicht (14) eine Dicke aufweist, die größer ist als eine Dicke der ersten Passivierungsschicht (11).
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der - die erste Passivierungsschicht (11) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m*K) aufweist, - die erste Passivierungsschicht (11) eine Dicke zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer aufweist.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der - die erste Passivierungsschicht (11) die Deckfläche (7) und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) im Bereich der Facette vollständig bedeckt, und - die Deckfläche (7) des Stegwellenleiters (5) im Bereich beabstandet zu der Facette frei von der ersten Passivierungsschicht (11) ist und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) im Bereich beabstandet zu der Facette bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 4 und 6, bei der - eine zweite Passivierungsschicht (14) auf der ersten Passivierungsschicht (11) auf den Seitenflächen des Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, und - die zweite Passivierungsschicht (14) in der Nähe des aktiven Bereichs den Streifen (17) der ersten Passivierungsschicht (11) auf der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) vollständig bedeckt.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen vier Ansprüche, bei dem eine dritte Passivierungsschicht (15) zwischen der ersten (11) und der zweiten (14) Passivierungsschicht angeordnet ist.
Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die dritte Passivierungsschicht (15) aus einem Gas gebildet ist.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen drei Ansprüche, bei dem die erste (11), die zweite (14) und die dritte (15) Passivierungsschicht die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) im Bereich der Facette bereichsweise bedecken.
Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen vier Ansprüche, bei dem eine vierte Passivierungsschicht (16) zwischen der dritten (15) und der zweiten (14) Passivierungsschicht angeordnet ist.
Laserbauteil (1), mit: - einer Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, - einem Anschlussträger mit mindestens einer Kontaktstelle, wobei - die Halbleiterlaserdiode (2) mit einer Kontaktmetallschicht (10) mit der Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden ist, und - die Kontaktmetallschicht (10) den Stegwellenleiter (5) einbettet.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode (2) mit den Schritten: - Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (3), - Erzeugen eines Stegwellenleiters (5) mittels Ätzen in der Halbleiterschichtenfolge (3), wobei der Stegwellenleiter (5) eine Deckfläche (7) und daran angrenzende Seitenflächen (6) aufweist, - Aufbringen einer ersten Passivierungsschicht (11) auf die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5), die Deckfläche des Stegwellenleiters (5) und die zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, - Entfernen der ersten Passivierungsschicht (11) an Bereichen der Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5), wobei die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen. - Entfernen der ersten Passivierungsschicht (11) an der Deckfläche des Stegwellenleiters (5).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Passivierungsschicht (11) von Bereichen der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) entfernt wird, die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind und die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen zwei Ansprüche, wobei - eine zweite Passivierungsschicht (14) und/oder eine dritte Passivierungsschicht (15) und/oder eine vierte Passivierungsschicht (16) über die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) und die zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, aufgebracht wird, und - die erste Passivierungsschicht (11) und/oder die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) unterschiedliche Dicken aufweisen.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei - die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) bereichsweise entfernt wird/werden, so dass - die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) und der zweiten Passivierungsschicht (14) und/oder der dritten Passivierungsschicht (15) und/oder der vierten Passivierungsschicht (16) sind.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei - die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) über der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) so entfernt wird/werden, dass - Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, frei zugänglich sind.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Passivierungsschicht (11) und/oder die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) jeweils nach dem Aufbringen bereichsweise entfernt wird/werden.