DE102021127523A1

DE102021127523A1 - SURFACE EMITTING PHOTONIC CRYSTAL LASER AND METHOD FOR MAKING SUCH

Info

Publication number: DE102021127523A1
Application number: DE102021127523.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Ebbecke
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Lasers (1) angegeben. Das Verfahren weist die Bereitstellung eines elektrisch kontaktierbaren Halbleitersubstrats (2) auf, das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Auf das Halbleitersubstrat (2) wird eine aktive Schicht (3) zur Generierung elektromagnetischer Strahlung angeordnet. Auf die aktive Schicht (3) wird eine elektrisch kontaktierbare Epi-Schicht (4) angeordnet, die einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Es wird eine in der Epi-Schicht (4) eingebettete Gitterschicht (5) geformt, wobei die Gitterschicht (5) ein oxidierbares Material umfasst, und zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche (6) und nicht-oxidierte Bereiche (7) der Gitterschicht (5) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht (3) generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen. Weiterhin werden ein oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) und ein optoelektronisches System (100) angegeben.A method for producing a surface-emitting photonic crystal laser (1) is specified. The method includes the provision of an electrically contactable semiconductor substrate (2) which has a first electrical conductivity type. An active layer (3) for generating electromagnetic radiation is arranged on the semiconductor substrate (2). An electrically contactable epi-layer (4), which has a second electrical conductivity type, is arranged on the active layer (3). A lattice layer (5) embedded in the epi layer (4) is formed, the lattice layer (5) comprising an oxidizable material and oxidized regions (6) and non-oxidized regions (7) of the lattice layer (5 ) form a two-dimensional photonic crystal which is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer (3). Furthermore, a surface-emitting photonic crystal laser (1) and an optoelectronic system (100) are specified.

Description

Strukturen, die durch die periodische Modulation des Brechungsindexes des verwendeten Mediums gebildet werden, werden als photonische Kristalle (engl.: „photonic crystal“) bezeichnet. Die periodische Veränderung des Brechungsindexes kann in einer oder mehreren Raumrichtungen erfolgen, was zu eindimensionalen (1D-), zweidimensionalen (2D-) oder dreidimensionalen (3D-) photonischen Kristallen führt.Structures that are formed by the periodic modulation of the refractive index of the medium used are called photonic crystals. The periodic change in the refractive index can occur in one or more spatial directions, resulting in one-dimensional (1D), two-dimensional (2D), or three-dimensional (3D) photonic crystals.

Für die Bildung eines photonischen Kristalls mit hohen Unterschieden im Brechungsindex in einer Laseranordnung können das Wachstum einer epitaktischen Schicht unterbrochen und Löcher in diese Schicht mittels Elektronenstrahllithografie (engl.: „ebeam lithography“) eingebracht werden. Anschließend wird das epitaktische Wachstum fortgesetzt (sog. „Regrowth“) oder die Struktur mittels Wafer-Bonden fertiggestellt. Sowohl die Elektronenstrahllithografie als auch das Regrowth- oder das Bond-Verfahren stellen zeitintensive und teure Prozessschritte dar.To form a photonic crystal with high refractive index mismatches in a laser array, the growth of an epitaxial layer can be interrupted and holes can be introduced into this layer using e-beam lithography. The epitaxial growth is then continued (so-called "regrowth") or the structure is completed by means of wafer bonding. Electron beam lithography as well as regrowth or bond processes are time-consuming and expensive process steps.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, einen oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser (engl.: „Photonic Crystal Surface Emitting Laser“, PCSEL) basierend auf einer effektiven Ausgestaltung des photonischen Kristalls anzugeben. Eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches System anzugeben, das einen solchen PCSEL aufweist. Außerdem ist es eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen, ein Verfahren zur Herstellung eines PCSELs anzugeben.At least one object of certain embodiments is to provide a photonic crystal surface emitting laser (PCSEL) based on an effective photonic crystal design. A further object of specific embodiments is to specify an optoelectronic system which has such a PCSEL. It is also an object of certain embodiments to provide a method for fabricating a PCSEL.

Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.These objects are solved by subject matter according to the independent patent claims. Advantageous embodiments and developments of the objects are characterized in the dependent claims and also emerge from the following description and the drawings.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Lasers, das Bereitstellen eines elektrisch kontaktierbaren Halbleitersubstrats, das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Das Halbleitersubstrat hat eine Haupterstreckungsebene, die in lateralen Richtungen verläuft. In einer zu den lateralen Richtungen senkrecht stehenden transversalen Richtung weist das Halbleitersubstrat eine Dicke auf. Das Halbleitersubstrat kann epitaktisch gewachsen sein. Das Halbleitersubstrat kann zum Beispiel Silicium (Si), Gallium (Ga), Arsen (As), Indium (In) und/oder eine Kombination daraus aufweisen. Insbesondere kann das Halbleitersubstrat ein III-V Halbleitersubstrat sein und Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumgalliumnitrid (InGaN) aufweisen. Der erste elektrische Leitfähigkeitstyp kann entweder n-Typ oder p-Typ sein. Je nach Leitfähigkeitstyp ist das Halbleitersubstrat mit einem Dotierstoff dotiert.In accordance with at least one embodiment, a method for producing a surface-emitting photonic crystal laser includes the provision of an electrically contactable semiconductor substrate which has a first electrical conductivity type. The semiconductor substrate has a main extension plane that runs in lateral directions. The semiconductor substrate has a thickness in a transverse direction perpendicular to the lateral directions. The semiconductor substrate can be grown epitaxially. For example, the semiconductor substrate may include silicon (Si), gallium (Ga), arsenic (As), indium (In), and/or a combination thereof. In particular, the semiconductor substrate may be a III-V semiconductor substrate and may include gallium arsenide (GaAs) or indium gallium nitride (InGaN). The first electrical conductivity type can be either n-type or p-type. Depending on the conductivity type, the semiconductor substrate is doped with a dopant.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Anordnung einer aktiven Schicht auf das Halbleitersubstrat auf. Die aktive Schicht ist dazu vorgesehen und ausgebildet elektromagnetischer Strahlung zu generieren. Elektromagnetischer Strahlung kann im Folgenden „Strahlung“ oder „Licht“ genannt werden. Strahlung oder Licht kann insbesondere elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen bezeichnen. In accordance with at least one embodiment, the method also includes the arrangement of an active layer on the semiconductor substrate. The active layer is intended and designed to generate electromagnetic radiation. Electromagnetic radiation can be referred to as "radiation" or "light" in the following. Radiation or light can refer in particular to electromagnetic radiation with one or more wavelengths or wavelength ranges.

Die aktive Schicht kann epitaktisch auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats aufgewachsen werden. Die aktive Schicht kann eine Mehrzahl von Halbleiterschichten umfassen, die mindestens einen Quantentopf (engl.: „quantum well“) bilden, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, unter Anlegen eines Treiberstroms elektromagnetische Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Ein Quantentopf kann durch eine dünne Zwischenschicht eines ersten Materials, z.B. etwa 4-5 nm dick, gebildet werden, die von Barriere-Schichten eines zweiten Materials, z.B. etwa 3-10 nm dick, umgeben ist. Die Barriere-Schichten weisen eine größere Bandlücke als die Zwischenschicht auf. Dies erzeugt ein Potenzialgefälle im Leitungs- und Valenzband zwischen den beiden Materialgruppen, wobei ein Potential-Minimum in der Zwischenschicht gebildet wird. Aufgrund der Quantisierung des Systems können Ladungsträger in der Zwischenschicht nur diskrete Energiewerte annehmen. In einer Ausführungsform bildet die aktive Schicht mindestens einen Quantentopf und höchstens hundert Quantentöpfe. Bevorzugt bildet die aktive Schicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich zehn Quantentöpfe. Die aktive Schicht kann auch als „multi quantum well“, MQW, bezeichnet werden. Eine erste und eine letzte Schicht des von der aktiven Schicht gebildeten Schichtstapels können dazu vorgesehen und ausgebildet sein, Ladungsträger in der aktiven Schicht einzuschließen, d.h. daran zu hindern, die aktive Schicht zu verlassen (engl.: „confinement“). Das bedeutet, dass die erste und die letzte Schicht als sog. „confinement layers“ ausgeführt sein können. Des Weiteren können die erste und die letzte Schicht einen niedrigeren Brechungsindex als die übrigen Schichten des Schichtstapels aufweisen und somit dazu vorgesehen und ausgebildet sein, das von der aktiven Schicht generierte Licht in der aktiven Schicht zu führen bzw. zu halten. Das kann bedeuten, dass die erste und die letzte Schicht als Ummantelungsschichten (engl.: „cladding layers“) ausgeführt sein können. Diese Funktionen („confinement“, „cladding“) können aber auch von den an der aktiven Schicht angrenzenden Schichten realisiert werden, d.h. vom Halbleitersubstrat und einer nachfolgenden Epi-Schicht. Die aktive Schicht kann undotiert sein. Möglicherweise kann die aktive Schicht Indiumgalliumarsenid (InGaAs) aufweisen.The active layer can be grown epitaxially on a surface of the semiconductor substrate. The active layer can comprise a plurality of semiconductor layers which form at least one quantum well which is provided and designed to emit electromagnetic radiation of a predetermined wavelength when a driver current is applied. A quantum well can be formed by a thin intermediate layer of a first material, eg about 4-5 nm thick, surrounded by barrier layers of a second material, eg about 3-10 nm thick. The barrier layers have a larger band gap than the intermediate layer. This creates a potential gradient in the conduction and valence bands between the two groups of materials, with a potential minimum being formed in the intermediate layer. Due to the quantization of the system, charge carriers in the intermediate layer can only assume discrete energy values. In one embodiment, the active layer forms at least one quantum well and at most one hundred quantum wells. Preferably, the active layer forms between two and ten quantum wells inclusive. The active layer can also be referred to as "multi quantum well", MQW. A first and a last layer of the layer stack formed by the active layer can be provided and designed to enclose charge carriers in the active layer, ie to prevent them from leaving the active layer (“confinement”). This means that the first and the last layer can be designed as so-called "confinement layers". Furthermore, the first and the last layer can have a lower refractive index than the other layers of the layer stack and can therefore be provided and designed to guide or hold the light generated by the active layer in the active layer. This can mean that the first and the last layer can be designed as cladding layers. However, these functions (“confinement”, “cladding”) can also be used by those on the active Layer adjacent layers are realized, ie from the semiconductor substrate and a subsequent epi-layer. The active layer can be undoped. Possibly, the active layer may include indium gallium arsenide (InGaAs).

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Anordnung einer elektrisch kontaktierbaren Epi-Schicht auf der aktiven Schicht auf. Die Epi-Schicht weist einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp auf. Der zweite elektrische Leitfähigkeitstyp ist dem ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt. Das bedeutet, dass wenn der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist, der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, oder umgekehrt. Je nach Leitfähigkeitstyp ist die Epi-Schicht mit einem Dotierstoff dotiert. Durch die entgegengesetzten Dotierungen kann sich ein pn-Übergang in der aktiven Schicht ausbilden. Die Epi-Schicht kann epitaktisch auf die aktive Schicht aufgewachsen sein. Die Epi-Schicht kann ein Halbleitermaterial aufweisen, insbesondere das gleiche Halbleitermaterial wie das Halbleitersubstrat.According to at least one embodiment, the method further includes the arrangement of an electrically contactable epi-layer on the active layer. The epi layer has a second electrical conductivity type. The second type of electrical conductivity is opposite to the first type of electrical conductivity. This means that when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, or vice versa. Depending on the conductivity type, the epi layer is doped with a dopant. A pn junction can form in the active layer due to the opposite doping. The epi layer can be epitaxially grown on the active layer. The epi layer may comprise a semiconductor material, in particular the same semiconductor material as the semiconductor substrate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Formen einer in der Epi-Schicht eingebetteten Gitterschicht auf. Auch die Gitterschicht kann epitaktisch aufgewachsen sein. Insbesondere können die aktive Schicht, die Epi-Schicht und die Gitterschicht in einem kontinuierlichen Epitaxie-Prozess aufgewachsen sein. Die Gitterschicht umfasst ein oxidierbares Material. Insbesondere kann die Gitterschicht Aluminium (Al) aufweisen. Zum Beispiel weist die Gitterschicht Aluminiumarsenid (AlAs) und/oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) und/oder Aluminiumnitrid (AlN) auf. Die Aluminiumkonzentration kann vergleichsweise hochprozentig sein und zum Beispiel zwischen 60% und 99,9% liegen, vorzugsweise zwischen 90% und 98%. Im Fall von AlN kann die Aluminiumkonzentration zum Beispiel 62% betragen (Al_0.62N_0.38). In transversaler Richtung kann die Gitterschicht eine Dicke zwischen 10 nm und 1000 nm aufweisen. Bevorzugt beträgt die Dicke der Gitterschicht mindestens 50 nm und höchstens 400 nm. Die Gitterschicht kann wie die Epi-Schicht so dotiert sein, dass sie den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Gitterschicht ist von der aktiven Schicht durch einen Teil der Epi-Schicht beabstandet. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen 10 nm und 500 nm. Vorzugsweise beträgt der Abstand wenigstens 50 nm und höchstens 200 nm. Die Gitterschicht weist zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche und nicht-oxidierte Bereiche auf. Die oxidierten Bereiche und nicht-oxidierten Bereiche der Gitterschicht bilden einen zweidimensionalen photonischen Kristall, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen. Der Brechungsindex der oxidierten Bereiche unterscheidet sich vom Brechungsindex der nicht-oxidierten Bereiche. Insbesondere besitzt ein Oxid einen deutlich geringeren Brechungsindex als das entsprechend verwendete Material. Zum Beispiel weist ein oxidierter Bereich der Gitterschicht Aluminiumoxid (AlOx) auf, welches im Nahinfraroten einen Brechungsindex von ca. 1,76 hat, während nicht-oxidierte Bereiche AlAs aufweisen, mit einem Brechungsindex von ca. 3.0.According to at least one embodiment, the method further comprises forming a grid layer embedded in the epi layer. The grid layer can also be grown epitaxially. In particular, the active layer, the epi-layer and the grating layer can be grown in a continuous epitaxial process. The grid layer comprises an oxidizable material. In particular, the lattice layer may include aluminum (Al). For example, the grid layer comprises aluminum arsenide (AlAs) and/or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) and/or aluminum nitride (AlN). The aluminum concentration can be relatively high, for example between 60% and 99.9%, preferably between 90% and 98%. For example, in the case of AlN, the aluminum concentration may be 62% (Al _0.62 N _0.38 ). The grating layer can have a thickness of between 10 nm and 1000 nm in the transverse direction. The thickness of the grating layer is preferably at least 50 nm and at most 400 nm. Like the epi-layer, the grating layer can be doped in such a way that it has the second conductivity type. The grid layer is spaced from the active layer by a portion of the epi layer. For example, the distance is between 10 nm and 500 nm. The distance is preferably at least 50 nm and at most 200 nm. The lattice layer has oxidized areas and non-oxidized areas arranged periodically with respect to one another. The oxidized areas and non-oxidized areas of the grating layer form a two-dimensional photonic crystal that is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer. The refractive index of the oxidized areas differs from the refractive index of the non-oxidized areas. In particular, an oxide has a significantly lower refractive index than the corresponding material used. For example, an oxidized region of the grid layer comprises aluminum oxide (AlOx), which has a refractive index of about 1.76 in the near infrared, while non-oxidized regions comprise AlAs, with a refractive index of about 3.0.

Elektromagnetische Strahlung, die sich durch einen photonischen Kristall bewegt, wird an den Grenzflächen zwischen Bereichen mit niedrigerem Brechungsindex und Bereichen mit höherem Brechungsindex, d.h. allgemein an Ungleichförmigkeiten, gestreut. Gestreute Wellen der elektromagnetischen Strahlung können miteinander und mit der ursprünglichen Welle konstruktiv oder destruktiv interferieren. Da diese Ungleichförmigkeiten, d.h. in diesem Fall die nicht-oxidierten und oxidierten Bereiche, periodisch verteilt sind, kann möglicherweise vollständige destruktive Interferenz oder die Bildung von kohärenter Strahlung erreicht werden. Elektromagnetische Strahlung kann sich abhängig von ihrer Frequenz und der Gitterperiodizität des photonischen Kristalls nur in bestimmte Richtungen des Gitters ausbreiten und wird reflektiert, wenn sie in sogenannte verbotene Richtungen gelenkt wird. Hierbei kann es zur Bildung einer stehenden Welle kommen, wobei die Strahlung wiederholt an verschiedenen Ungleichförmigkeiten gestreut wird und konstruktiv in sich selbst interferiert. Die stehende Welle wird durch mehrere Bragg-Beugungen gebildet.Electromagnetic radiation traveling through a photonic crystal is scattered at the interfaces between regions of lower refractive index and regions of higher refractive index, i.e. generally at non-uniformities. Scattered waves of electromagnetic radiation can interfere constructively or destructively with each other and with the original wave. Since these non-uniformities, i.e. in this case the non-oxidized and oxidized areas, are distributed periodically, complete destructive interference or the formation of coherent radiation can possibly be achieved. Depending on its frequency and the lattice periodicity of the photonic crystal, electromagnetic radiation can only propagate in certain directions of the lattice and is reflected if it is directed in so-called forbidden directions. This can result in the formation of a standing wave, with the radiation being repeatedly scattered at various irregularities and constructively interfering with itself. The standing wave is formed by multiple Bragg diffractions.

Photonische Kristalle, insbesondere 2D photonische Kristalle, können vorteilhaft bei Laseranordnungen zum Einsatz kommen, wodurch ein sogenannter oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (engl.: „Photonic Crystal Surface Emitting Laser“, PCSEL) gebildet werden kann. Die stimulierte Lichtemission wird durch Kopplung der Moden des photonischen Kristalls mit der aktiven Schicht des Lasers erreicht, was als evaneszente Kopplung bezeichnet wird. Hierbei kommt es zu dem oben beschriebenen Rückkopplungseffekt innerhalb der Kristallebene. Durch Bragg-Beugung erster Ordnung wird kohärente Strahlung auch senkrecht zur Kristalloberfläche emittiert. Die emittierte Strahlung kann sich vor allem durch ihre Monomodigkeit, ihr enges Abstrahlprofil und ihre hohe Ausgangsleistung über einen großen Abstrahlbereich auszeichnen.Photonic crystals, in particular 2D photonic crystals, can advantageously be used in laser arrangements, as a result of which what is known as a photonic crystal surface emitting laser (PCSEL) can be formed. The stimulated light emission is achieved by coupling the modes of the photonic crystal to the active layer of the laser, which is called evanescent coupling. This leads to the feedback effect described above within the crystal plane. Due to first-order Bragg diffraction, coherent radiation is also emitted perpendicular to the crystal surface. The emitted radiation can be characterized above all by its monomode nature, its narrow radiation profile and its high output power over a large radiation area.

Vorteilhafterweise muss der photonische Kristall nicht durch Elektronenstrahllithografie und nachfolgender nass- oder trockenchemischer Strukturierung gebildet werden. Stattdessen bilden oxidierte und nicht-oxidierte Bereiche den photonischen Kristall. Außerdem kann die Laserstruktur, insbesondere die aktive Schicht, die Epi-Schicht und die Gitterschicht in einem einzigen Epitaxie-Prozess aufgewachsen werden, was „Regrowth“-Prozesse und/oder Bond-Prozesse überflüssig macht. Zeitintensive und teure Prozessschritte können somit vermieden werden, was eine Massenproduktion deutlich einfacher macht. Durch den ununterbrochenen Epitaxie-Prozess kann außerdem die Materialqualität erhöht werden, da Möglichkeiten einer Kontamination mit Fremdatomen und Kristalldefekte reduziert werden.Advantageously, the photonic crystal does not have to be formed by electron beam lithography and subsequent wet or dry chemical structuring. Instead, oxidized and non-oxidized areas form the photonic crystal. In addition, the laser structure, in particular the active layer, the epi-layer and the Git The upper layer can be grown in a single epitaxial process, making regrowth and/or bonding processes superfluous. Time-consuming and expensive process steps can thus be avoided, which makes mass production much easier. In addition, the continuous epitaxial growth process can improve material quality by reducing the possibility of impurity contamination and crystal defects.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Lasers das Bereitstellen des elektrisch kontaktierbaren Halbleitersubstrats, das den ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Weiterhin umfasst das Verfahren die Anordnung der aktiven Schicht zur Generierung elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleitersubstrat. Weiterhin umfasst das Verfahren die Anordnung der elektrisch kontaktierbaren Epi-Schicht, die den zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist, auf der aktiven Schicht. Weiterhin umfasst das Verfahren das Formen der in der Epi-Schicht eingebetteten Gitterschicht, wobei die Gitterschicht ein oxidierbares Material umfasst, und zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche und nicht-oxidierte Bereiche der Gitterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen.In accordance with at least one embodiment, the method for producing a surface-emitting photonic-crystal laser comprises providing the electrically contactable semiconductor substrate, which has the first electrical conductivity type. Furthermore, the method includes the arrangement of the active layer for generating electromagnetic radiation on the semiconductor substrate. Furthermore, the method includes the arrangement of the electrically contactable epi-layer, which has the second electrical conductivity type, on the active layer. The method further includes forming the lattice layer embedded in the epi-layer, the lattice layer comprising an oxidizable material, and mutually periodically arranged oxidized regions and non-oxidized regions of the lattice layer forming a two-dimensional photonic crystal which is designed to active layer to influence generated electromagnetic radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die aktive Schicht, die Epi-Schicht und die in der Epi-Schicht eingebettete Gitterschicht durch epitaktisches Wachstum gebildet. Insbesondere können die aktive Schicht, die Epi-Schicht und die Gitterschicht in einem ununterbrochenen, d.h. kontinuierlichen, Epitaxie-Prozess auf dem Halbleitersubstrat aufgewachsen werden. Beispielsweise werden die jeweiligen Schichten durch Variation der Prozessgase geformt. Durch den ununterbrochenen Epitaxie-Prozess kann die Materialqualität erhöht werden, da Möglichkeiten einer Kontamination mit Fremdatomen und Kristalldefekte reduziert werden.According to at least one embodiment of the method, the active layer, the epi layer and the grating layer embedded in the epi layer are formed by epitaxial growth. In particular, the active layer, the epi-layer and the grating layer can be grown in an uninterrupted, i.e. continuous, epitaxial process on the semiconductor substrate. For example, the respective layers are formed by varying the process gases. Through the uninterrupted epitaxy process, the material quality can be increased since the possibility of impurity contamination and crystal defects are reduced.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Formen der Gitterschicht ein Einbringen von Gräben in dezidierte Bereiche der Gitterschicht auf. Gemäß einer Ausführungsform liegt ein Durchmesser der Gräben im Nanometer-Bereich. Beispielsweise besitzen die Gräben einen Durchmesser von wenigstens 1 nm und höchstens 100 nm. Bevorzugt besitzen die Gräben einen Durchmesser von wenigstens 5 nm und höchstens 50 nm. Die Gräben können auch als Löcher oder Nano-Löcher bezeichnet werden. Die Form der Gräben kann zylindrisch sein, d.h. in einer Aufsicht können die Gräben ein kreisförmiges oder elliptisches Profil haben. Es ist aber auch möglich, dass die Gräben ein anderes Profil, z.B. polygonales, insbesondere drei- oder viereckiges, Profil aufweisen. Es kann ferner sein, dass wenigstens zwei Gräben unterschiedliche Profile aufweisen. In der transversalen Richtung enden die Gräben bevorzugt in der Gitterschicht. Das bedeutet, dass sich ein Grabenfuß in der Gitterschicht befindet. Es kann aber auch sein, dass die Gräben die Gitterschicht vollständig durchdringen und in der Epi-Schicht enden. Der Grabenfuß eines jeweiligen Grabens ist von der aktiven Schicht beabstandet. Die Gräben sind zueinander regelmäßig angeordnet. Das kann bedeuten, dass die Gräben matrixförmig angeordnet sind oder sich - in der Aufsicht - auf Schnittpunkten eines Gitters befinden. Hierbei kann es sich um ein schiefwinkliges, rechtwinkliges, zentriertrechteckiges, hexagonales oder quadratisches Gitter handeln. Eine Gitterperiode kann so gewählt werden, dass sie mit einer Wellenlänge der von der aktiven Schicht generierten Strahlung im Wesentlichen übereinstimmt. Die Gräben können durch eines der unten ausgeführten Methoden realisiert werden. Durch die Gräben sind Bereiche der Gitterschicht mit der Umgebung der Laserstruktur verbunden. Insbesondere können Prozessgase an den die Gräben umgebenden Bereichen der Gitterschicht wirken.In accordance with at least one embodiment of the method, forming the grating layer includes introducing trenches into dedicated regions of the grating layer. According to one embodiment, a diameter of the trenches is in the nanometer range. For example, the trenches have a diameter of at least 1 nm and at most 100 nm. The trenches preferably have a diameter of at least 5 nm and at most 50 nm. The trenches can also be referred to as holes or nanoholes. The shape of the trenches can be cylindrical, i.e. the trenches can have a circular or elliptical profile in a plan view. However, it is also possible for the trenches to have a different profile, e.g. polygonal, in particular triangular or square, profile. It can also be the case that at least two trenches have different profiles. In the transverse direction, the trenches preferably end in the lattice layer. This means that there is a trench foot in the grid layer. However, it may also be that the trenches completely penetrate the lattice layer and end in the epi layer. The trench foot of a respective trench is spaced apart from the active layer. The trenches are arranged regularly with respect to one another. This can mean that the trenches are arranged in a matrix or—in the top view—are located at intersection points of a grid. This can be an oblique, rectangular, center rectangular, hexagonal or square grid. A grating period can be chosen such that it essentially matches a wavelength of the radiation generated by the active layer. The trenches can be implemented by any of the methods outlined below. Areas of the grating layer are connected to the surroundings of the laser structure by the trenches. In particular, process gases can act on the regions of the lattice layer surrounding the trenches.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Tempern unter Zugabe von Sauerstoff auf. Durch diesen Prozessschritt oxidieren die Bereiche der Gitterschicht um die Gräben und bilden somit die oxidierten Bereiche. Durch die lokale Oxidation bildet sich ein photonischer Kristall aus. Der Temperschritt kann eine Erhöhung der Prozesstemperatur aufweisen. Die Prozesstemperatur kann beispielsweise zwischen 300°C und 600 °C liegen. Vorzugsweise beträgt die Prozesstemperatur wenigstens 400°C und höchstens 500°C. Zugabe von Sauerstoff kann mittels eines Trägergases realisiert werden, wie beispielsweise Formiergas. Der Sauerstoffgehalt kann zwischen 0,1% und 100% liegen, vorzugsweise aber wenigstens 90% betragen. Der Durchmesser der Gräben ist groß genug, so dass in der sauerstoffhaltigen Oxidation in einem Ofen ein Sauerstoffaustausch stattfinden kann. Über die Prozesstemperatur, den Sauerstoffgehalt und die Dauer des Temperschrittes kann die Oxidation der zu oxidierenden Bereiche der Gitterschicht gesteuert, d.h. ein Durchmesser der oxidierten Bereiche kontrolliert werden. Beispielsweise beträgt die Dauer des Temperschrittes zwischen 1 min und 100 min. Bevorzugt beträgt die Dauer des Temperschrittes wenigstens 10 min und höchstens 30 min. Durch die gewählten Prozessparameter lassen sich oxidierte Bereiche realisieren, deren Durchmesser zwischen 50 nm und 250 nm liegt. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der oxidierten Bereiche wenigstens 100 und höchstens 200 nm, beispielsweise 150 nm.According to at least one embodiment, the method also includes annealing with the addition of oxygen. As a result of this process step, the regions of the lattice layer around the trenches oxidize and thus form the oxidized regions. A photonic crystal forms as a result of the local oxidation. The annealing step may include an increase in process temperature. The process temperature can be between 300°C and 600°C, for example. The process temperature is preferably at least 400°C and at most 500°C. Addition of oxygen can be realized by means of a carrier gas, such as forming gas. The oxygen content can be between 0.1% and 100%, but is preferably at least 90%. The diameter of the trenches is large enough so that oxygen exchange can take place in the oxygen-containing oxidation in a furnace. The oxidation of the areas of the lattice layer to be oxidized can be controlled via the process temperature, the oxygen content and the duration of the tempering step, i.e. a diameter of the oxidized areas can be controlled. For example, the duration of the annealing step is between 1 minute and 100 minutes. The duration of the annealing step is preferably at least 10 minutes and at most 30 minutes. The selected process parameters allow oxidized areas to be realized with a diameter between 50 nm and 250 nm. The diameter of the oxidized areas is preferably at least 100 and at most 200 nm, for example 150 nm.

Die Form der Gräben beeinflusst die Form der oxidierten Bereiche und somit die optischen Eigenschaften des von der Gitterschicht gebildeten photonischen Kristalls. Das jeweilige Profil der Gräben überträgt sich auf das Profil der oxidierten Bereiche. Insbesondere wirkt sich die Form der oxidierten und nicht-oxidierten Bereiche auf ein Modenprofil des photonischen Kristalls aus. Beispielsweise können bestimmte Symmetrien der jeweiligen Bereiche zu sog. Leckmoden oder Nicht-Leckmoden (engl.: „leaky modes“ bzw. „non-leaky modes“) führen. Leckmoden betreffen die Abstrahleffizienz der Laseranordnung. Die Ausgangsleistung kann durch eine symmetrische Form (z.B. Kreis) der oxidierten Bereiche reduziert sein, da aufgrund der Symmetrie das elektromagnetische Feld in der Ebene der Gitterschicht ebenfalls symmetrisch ist und destruktive Interferenz bei Beugung senkrecht zu dieser Ebene eintritt („non-leaky“). Eine ausreichende Lichtausbeute ist dennoch erreichbar da die Strukturen aufgrund von Herstellungstoleranzen nicht ideal symmetrisch sind.The shape of the trenches influences the shape of the oxidized areas and thus the optical properties of the photonic crystal formed by the grating layer. The respective profile of the trenches is transferred to the profile of the oxidized areas. In particular, the shape of the oxidized and non-oxidized areas affects a mode profile of the photonic crystal. For example, certain symmetries of the respective areas can lead to so-called leaky modes or non-leaky modes. Leakage modes affect the emission efficiency of the laser assembly. The output power can be reduced by a symmetrical shape (e.g. circle) of the oxidized areas, since due to the symmetry the electromagnetic field in the plane of the grating layer is also symmetrical and destructive interference occurs when diffraction perpendicular to this plane ("non-leaky"). A sufficient light yield can nevertheless be achieved since the structures are not ideally symmetrical due to manufacturing tolerances.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Gräben nach Anordnung der Epi-Schicht in die LaserStruktur eingebracht. Dass kann bedeuten, dass sich die Gräben von einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der Epi-Schicht bis in die Gitterschicht hinein erstrecken. Wie oben beschrieben können die Gräben in der Gitterschicht enden oder diese durchdringen. Die aktive Schicht wird von den Gräben nicht betroffen und ist somit frei von Gräben. Prozessgase, insbesondere Sauerstoff, können von der Oberfläche der Epi-Schicht über die Gräben zur Gitterschicht gelangen.In accordance with at least one embodiment of the method, the trenches are introduced into the laser structure after the epi-layer has been arranged. That can mean that the trenches extend from a surface of the epi-layer facing away from the active layer into the lattice layer. As described above, the trenches may terminate in or penetrate the lattice layer. The active layer is not affected by the trenches and is therefore free of trenches. Process gases, in particular oxygen, can reach the grid layer from the surface of the epi layer via the trenches.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Einbringen der Gräben in die Gitterschicht durch Beschuss mit Helium-Ionen realisiert. Insbesondere können die Gräben in die Gitterschicht durch Beschuss mit Helium-Ionen aus einem Helium-Ionen-Mikroskop realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich wird das Einbringen der Gräben in die Gitterschicht durch Beschuss mit Gallium-Ionen realisiert. Insbesondere können die Gräben in die Gitterschicht durch Beschuss mit Gallium-Ionen aus einem Gallium-Ionen-FIB realisiert werden. FIB steht hierbei für engl.: „Focused Ion Beam“ und bezeichnet ein Gerät zur Oberflächenanalyse und Oberflächenbearbeitung. Vorteilhafterweise ist keine Elektronenstrahllithografie notwendig, um die Gitterschicht zu strukturieren.In accordance with at least one embodiment of the method, the trenches are introduced into the lattice layer by bombardment with helium ions. In particular, the trenches in the lattice layer can be implemented by bombarding them with helium ions from a helium ion microscope. Alternatively or additionally, the trenches are introduced into the lattice layer by bombardment with gallium ions. In particular, the trenches in the lattice layer can be implemented by bombarding them with gallium ions from a gallium ion FIB. FIB stands for "Focused Ion Beam" and describes a device for surface analysis and surface treatment. Advantageously, no electron beam lithography is necessary to pattern the grid layer.

Alternativ wird gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens das Einbringen der Gräben in die Gitterschicht durch Elektronenstrahllithografie realisiert. Vorteilhafterweise können mittels Elektronenstrahllithografie, Gallium-Ionen Beschuss und/oder Helium-Ionen Beschuss Gräben erzeugt werden, deren Durchmesser im Nanometerbereich liegen. Derart kleine Strukturgrößen können notwendig sein, um eine Gitterperiode des photonischen Kristalls zu realisieren, die in der Größenordnung der gewünschten Wellenlänge der Strahlung in der Gitterschicht liegt.Alternatively, according to at least one further embodiment of the method, the trenches are introduced into the lattice layer by electron beam lithography. Advantageously, trenches whose diameter is in the nanometer range can be produced by means of electron beam lithography, gallium ion bombardment and/or helium ion bombardment. Such small structure sizes can be necessary in order to realize a lattice period of the photonic crystal that is of the order of magnitude of the desired wavelength of the radiation in the lattice layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin ein Verschließen der Gräben durch Abscheidung einer Versiegelungsschicht auf. Die Versiegelungsschicht kann in und/oder auf die Gräben abgeschieden werden. Vorteilhafterweise schützt die Versiegelungsschicht die unter der Versiegelungsschicht befindlichen anderen Schichten vor äußeren Umwelteinflüssen. Die Versiegelungsschicht kann als Passivierung ausgebildet sein. Die Versiegelungsschicht kann ein Dielektrikum aufweisen. Die Versiegelungsschicht kann ein Oxid oder Nitrid aufweisen, wie zum Beispiel Siliciumoxid (SiO₂), Siliciumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Aluminiumnitrid (AlN). Des Weiteren kann die Versiegelungsschicht eine Abstrahleffizienz des Lasers verbessern, da die Lichtauskopplung durch Angleichung der Brechungsindices erhöht wird.In accordance with at least one embodiment, the method also includes closing the trenches by depositing a sealing layer. The sealing layer can be deposited in and/or on the trenches. Advantageously, the sealing layer protects the other layers located under the sealing layer from external environmental influences. The sealing layer can be designed as a passivation. The sealing layer may include a dielectric. The sealing layer may comprise an oxide or nitride such as silicon oxide (SiO ₂ ), silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) and/or aluminum nitride (AlN). Furthermore, the sealing layer can improve the emission efficiency of the laser, since the outcoupling of light is increased by matching the refractive indices.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Verschießen der Gräben mittels Atomlagenabscheidung, ALD (engl.: „atomic layer deposition“), realisiert. Hierbei können die Gräben von der Versiegelungsschicht ausgefüllt werden. Zusätzlich kann ein Teil der Versiegelungsschicht auf der Oberfläche der Epi-Schicht abgeschieden werden. Die mechanische Stabilität des Lasers wird dadurch erhöht und die Versiegelungsschicht schützt den Laser vor äußeren Umwelteinflüssen.In accordance with at least one embodiment, the trenches are sealed by means of atomic layer deposition, ALD. In this case, the trenches can be filled by the sealing layer. In addition, part of the sealing layer can be deposited on the surface of the epi layer. This increases the mechanical stability of the laser and the sealing layer protects the laser from external environmental influences.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Verschießen der Gräben mittels chemischer Gasphasenabscheidung, CVD (engl.: chemical vapor deposition), realisiert. Hierbei kann die Versiegelungsschicht die Gräben bedecken. Das kann bedeuten, dass die Versiegelungsschicht die Gräben nicht notwendigerweise ausfüllen muss. Die Gräben können mit Gas, z.B. Luft, gefüllt sein. Durch chemische Gasphasenabscheidung kann eine Prozessdauer im Vergleich zur Atomlagenabscheidung verringert werden.In accordance with at least one embodiment, the trenches are sealed by means of chemical vapor deposition, CVD (chemical vapor deposition). Here, the sealing layer can cover the trenches. This can mean that the sealing layer does not necessarily have to fill the trenches. The trenches can be filled with gas, such as air. Chemical vapor deposition can reduce a process time compared to atomic layer deposition.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin die Anordnung eines ersten elektrischen Kontaktes auf einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche des Halbleitersubstrates auf. Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin die Anordnung eines zweiten elektrischen Kontaktes auf einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der Epi-Schicht auf. Die Oberfläche der Epi-Schicht und die Oberfläche des Halbleitersubstrats sind gegenüberliegend. Mittels des ersten elektrischen Kontaktes kann das Halbleitersubstrat elektrisch kontaktiert werden, während mittels des zweiten elektrischen Kontaktes die Epi-Schicht elektrisch kontaktiert werden kann. Über die elektrischen Kontakte kein ein Treiberstrom injiziert werden, so dass über die zwischen dem Halbleitersubstrat und der Epi-Schicht angeordnete aktive Schicht elektromagnetische Strahlung generiert wird. Der erste und zweite elektrische Kontakt kann ein Metall, wie zum Beispiel Gold (Au), Titan (Ti) und/oder Platin (Pt), oder ein anderes elektrisch leitendes Material, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO) aufweisen. Bevorzugt kann der erste elektrische Kontakt die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats bedecken, um hohe Treiberströme zu ermöglichen. Zumindest ein Teil der Oberfläche der Epi-Schicht kann einen Abstrahlbereich des Lasers bilden. Wenn der zweite elektrische Kontakt ITO aufweist kann er die gesamte Oberfläche der Epi-Schicht bedecken, da ITO für einen weiten Wellenlängenbereich transparent ist. Wenn der zweite elektrische Kontakt ein für die emittierte Wellenlänge opakes Material umfasst, kann der zweite elektrische Kontakt so strukturiert werden, dass ein Bereich des zweiten elektrischen Kontakts ring- oder rahmenförmig um den Abstrahlbereich angeordnet ist. Das kann bedeuten, dass der zweite elektrische Kontakt eine Öffnung oder Blende aufweist, um die Lichtauskopplung aus der Laseranordnung zu ermöglichen.In accordance with at least one embodiment, the method also includes the arrangement of a first electrical contact on a surface of the semiconductor substrate that is remote from the active layer. In accordance with at least one further embodiment, the method also includes the arrangement of a second electrical contact on a surface of the epi-layer which is remote from the active layer. The surface of the epi layer and the surface of the semiconductor substrate face each other. By means of the first electrical contact, the semiconductor substrate can be electr be contacted, while the epi-layer can be electrically contacted by means of the second electrical contact. A driver current is not injected via the electrical contacts, so that electromagnetic radiation is generated via the active layer arranged between the semiconductor substrate and the epi layer. The first and second electrical contacts may comprise a metal such as gold (Au), titanium (Ti) and/or platinum (Pt) or another electrically conductive material such as indium tin oxide (ITO). The first electrical contact can preferably cover the entire surface of the semiconductor substrate in order to enable high driver currents. At least part of the surface of the epi-layer can form an emission area of the laser. If the second electrical contact comprises ITO, it can cover the entire surface of the epi-layer since ITO is transparent for a wide range of wavelengths. If the second electrical contact comprises a material that is opaque to the emitted wavelength, the second electrical contact can be structured in such a way that a region of the second electrical contact is arranged in the shape of a ring or frame around the emission region. This can mean that the second electrical contact has an opening or aperture in order to enable light to be coupled out of the laser arrangement.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird ein Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser angegeben. Alle für das Verfahren offenbarten Merkmale werden auch für den Laser bzw. die Laseranordnung offenbart und umgekehrt. Der oberflächenemittierende Photonischer-Kristall-Laser wird im Folgenden bisweilen als PCSEL oder als Laser bezeichnet.According to at least one further embodiment, a surface emitting photonic crystal laser is specified. All features disclosed for the method are also disclosed for the laser or the laser arrangement and vice versa. The surface emitting photonic crystal laser is sometimes referred to hereinafter as a PCSEL or as a laser.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der PCSEL ein elektrisch kontaktierbares Halbleitersubstrat auf, das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. In mindestens einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL weiterhin eine auf dem Halbleitersubstrat angeordnete aktive Schicht zur Generierung elektromagnetischer Strahlung auf. In mindestens einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL weiterhin eine auf der aktiven Schicht angeordnete und elektrisch kontaktierbare Epi-Schicht auf, die einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. In mindestens einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL weiterhin eine in der Epi-Schicht eingebettete Gitterschicht auf, wobei die Gitterschicht ein oxidierbares Material umfasst. Zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche und nicht-oxidierte Bereiche der Gitterschicht bilden einen zweidimensionalen photonischen Kristall, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen. Die oxidierten und nicht-oxidierten Bereiche sind entlang lateraler Richtungen angeordnet, wobei laterale Richtungen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleitersubstrates verlaufen. Innerhalb der Gitterschicht sind die oxidierten Bereiche zueinander regelmäßig angeordnet und können sich beispielsweise auf Schnittpunkten eines schiefwinkligen, rechtwinkligen, zentriert-rechteckigen, hexagonalen oder quadratischen Gitters befinden. Die oxidierten Bereiche können zylindrisch ausgebildet sein oder in einer Aufsicht ein polygonales Profil aufweisen. Ein Durchmesser der oxidierten Bereiche kann zwischen 50 nm und 250 nm liegen. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der oxidierten Bereiche wenigstens 100 nm und höchstens 200 nm, beispielsweise 150 nm. Ein Abstand (engl.: „pitch“) zwischen oxidierten Bereichen, d.h. eine Gitterperiode, kann einer Wellenlänge einer von der aktiven Schicht generierten elektromagnetischen Strahlung in der Gitterschicht entsprechen. Beispielsweise kann die Gitterperiode (Gitterkonstante) ca. 290 nm betragen.In accordance with at least one embodiment, the PCSEL has an electrically contactable semiconductor substrate which has a first electrical conductivity type. In at least one further embodiment, the PCSEL also has an active layer, arranged on the semiconductor substrate, for generating electromagnetic radiation. In at least one further embodiment, the PCSEL furthermore has an epi-layer which is arranged on the active layer and can be electrically contacted and which has a second electrical conductivity type. In at least another embodiment, the PCSEL further comprises a grid layer embedded in the epi-layer, the grid layer comprising an oxidizable material. Oxidized areas and non-oxidized areas of the lattice layer arranged periodically with respect to one another form a two-dimensional photonic crystal which is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer. The oxidized and non-oxidized areas are arranged along lateral directions, with lateral directions running parallel to a main extension plane of the semiconductor substrate. Within the lattice layer, the oxidized areas are arranged regularly with respect to one another and can be located, for example, at the intersection points of an oblique, rectangular, centered rectangular, hexagonal or square lattice. The oxidized areas can be cylindrical or have a polygonal profile in a plan view. A diameter of the oxidized areas can be between 50 nm and 250 nm. The diameter of the oxidized areas is preferably at least 100 nm and at most 200 nm, for example 150 nm Correspond to grid layer. For example, the lattice period (lattice constant) can be approximately 290 nm.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL ein elektrisch kontaktierbares Halbleitersubstrat auf, das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Ferner weist der PCSEL eine auf dem Halbleitersubstrat angeordnete aktive Schicht zur Generierung elektromagnetischer Strahlung auf. Ferner weist der PCSEL eine auf der aktiven Schicht angeordnete und elektrisch kontaktierbare Epi-Schicht auf, die einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist. Ferner weist der PCSEL eine in der Epi-Schicht eingebettete Gitterschicht auf, wobei die Gitterschicht ein oxidierbares Material umfasst. Zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche und nicht-oxidierte Bereiche der Gitterschicht bilden einen zweidimensionalen photonischen Kristall, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen.In accordance with at least one further embodiment, the PCSEL has an electrically contactable semiconductor substrate which has a first electrical conductivity type. Furthermore, the PCSEL has an active layer arranged on the semiconductor substrate for generating electromagnetic radiation. Furthermore, the PCSEL has an epi-layer which is arranged on the active layer and can be electrically contacted and which has a second electrical conductivity type. The PCSEL further includes a lattice layer embedded in the epi-layer, where the lattice layer comprises an oxidizable material. Oxidized areas and non-oxidized areas of the lattice layer arranged periodically with respect to one another form a two-dimensional photonic crystal which is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer.

Vorteilhafterweise wird der photonische Kristall durch oxidierte und nicht-oxidierte Bereiche der Gitterschicht gebildet, wodurch eine Strukturierung mittels Elektronenstrahllithografie entfällt. Hierdurch ist es möglich, dass die aktive Schicht, die Epi-Schicht und die Gitterschicht in einem einzigen, ununterbrochenen Epitaxie-Prozess aufgewachsen werden, was ferner „Regrowth“-Prozesse und/oder Bond-Prozesse überflüssig macht und die Materialqualität erhöht.Advantageously, the photonic crystal is formed by oxidized and non-oxidized areas of the lattice layer, eliminating the need for structuring by means of electron beam lithography. This allows the active layer, the epi layer and the grating layer to be grown in a single, uninterrupted epitaxial process, which further eliminates the need for regrowth and/or bonding processes and improves material quality.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Laser Gräben auf, die sich von einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der Epi-Schicht bis in die Gitterschicht hinein erstrecken. Die Gräben können mit einem Gas oder einer Versiegelungsschicht gefüllt sein. Die Gräben können in der Gitterschicht enden oder diese vollständig durchdringen. Bevorzugt befindet sich ein Grabenfuß in der Gitterschicht und ist von der aktiven Schicht beabstandet. In lateralen Richtungen umschließen die oxidierten Bereiche der Gitterschicht die Gräben. Das kann bedeuten, dass in der Gitterschicht jeder Graben von je einem oxidierten Bereich umgeben ist. Das heißt, jeder Graben ist je einem oxidierten Bereich zugeordnet. Durch die Gräben ist es möglich, im Herstellungsprozess des Lasers Prozessgase, insbesondere Sauerstoff, zur Gitterschicht zu leiten, um eine Oxidation herbeizuführen. Die Tiefe der Gräben in der Gitterschicht kann derart gewählt werden, dass in transversaler Richtung nach der Oxidation die oxidierten Bereiche die Gitterschicht komplett durchdringen. Das heißt, die oxidierten Bereiche können sich von einer Unterseite der Gitterschicht bis zu einer Oberseite der Gitterschicht erstrecken.In accordance with at least one further embodiment, the laser has trenches which extend from a surface of the epi layer which is remote from the active layer and into the grating layer. The trenches can be filled with a gas or a sealing layer. The trenches can end in the grid layer or penetrate it completely. A trench foot is preferably located in the grating layer and is spaced from the active layer. Enclose in lateral directions the oxidized areas of the grid layer the trenches. This can mean that each trench in the lattice layer is surrounded by an oxidized area. This means that each trench is assigned to an oxidized area. Through the trenches, it is possible to conduct process gases, in particular oxygen, to the lattice layer in the manufacturing process of the laser in order to bring about oxidation. The depth of the trenches in the lattice layer can be selected in such a way that the oxidized regions completely penetrate the lattice layer in the transverse direction after the oxidation. That is, the oxidized areas may extend from a bottom of the lattice layer to a top of the lattice layer.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL ferner eine Versiegelungsschicht auf. In einer Implementierung des PCSELs füllt die Versiegelungsschicht die Gräben aus. Alternativ oder zusätzlich bedeckt die Versiegelungsschicht die Gräben. Das kann bedeuten, dass ein Teil der Versiegelungsschicht auf der Oberfläche der Epi-Schicht angeordnet ist. Die Versiegelungsschicht kann auf der Oberfläche der Epi-Schicht strukturiert sein. Insbesondere bedeckt die Versiegelungsschicht nur den Bereich der Oberfläche, der durch die Gräben definiert wird. Dieser Bereich kann auch als Abstrahlbereich ausgebildet sein, wenn hier eine Lichtauskopplung aus dem PCSEL stattfindet. Außerhalb der Abstrahlbereichs kann die Oberfläche der Epi-Schicht frei von der Versiegelungsschicht sein, um eine elektrische Kontaktierung der Epi-Schicht zu gewährleisten. Die Versiegelungsschicht kann als Passivierungsschicht ausgebildet sein, um die Laseranordnung vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen. Es ist auch möglich, dass die Versiegelungsschicht eine Abstrahleffizienz des PCSELs verbessert.According to at least one further embodiment, the PCSEL also has a sealing layer. In one implementation of the PCSEL, the sealing layer fills in the trenches. Alternatively or additionally, the sealing layer covers the trenches. This may mean that part of the sealing layer is placed on top of the epi layer. The sealing layer can be patterned on the surface of the epi layer. In particular, the sealing layer only covers the area of the surface that is defined by the trenches. This area can also be in the form of an emission area if light is coupled out of the PCSEL here. Outside the emission area, the surface of the epi layer can be free of the sealing layer in order to ensure electrical contacting of the epi layer. The sealing layer can be designed as a passivation layer in order to protect the laser arrangement from external environmental influences. It is also possible that the sealing layer improves an emission efficiency of the PCSEL.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL einen ersten elektrischen Kontakt auf, der an einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche des Halbleitersubstrates angeordnet ist. Der erste elektrische Kontakt kann ganzflächig auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Alternativ ist der erste elektrische Kontakt nur in Bereichen der Substratoberfläche angeordnet. Der erste elektrische Kontakt kann ein Metall, wie beispielwiese Gold, Titan und/oder Platin umfassen. Der erste elektrische Kontakt kann auch ein transparentes leitfähiges Material, wie beispielsweise ITO umfassen. Der erste elektrische Kontakt dient der elektrischen Kontaktierung des Halbleitersubstrates.In accordance with at least one further embodiment, the PCSEL has a first electrical contact which is arranged on a surface of the semiconductor substrate which is remote from the active layer. The first electrical contact can be arranged over the entire area on the surface of the semiconductor substrate. Alternatively, the first electrical contact is arranged only in areas of the substrate surface. The first electrical contact may include a metal such as gold, titanium, and/or platinum. The first electrical contact may also include a transparent conductive material such as ITO. The first electrical contact serves to make electrical contact with the semiconductor substrate.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der PCSEL ferner einen zweiten elektrischen Kontakt auf, der an der der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der Epi-Schicht angeordnet ist. Der zweite elektrische Kontakt dient der elektrischen Kontaktierung der Epi-Schicht.
Die Oberfläche der Epi-Schicht ist der Oberfläche des Halbleitersubstrats gegenüberliegend. Das kann bedeuten, dass das Halbleitersubstrat, die aktive Schicht und die Epi-Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt angeordnet sind. Der zweite elektrische Kontakt kann ein transparentes leitfähiges Material, wie beispielsweise ITO, oder ein Metall, wie beispielsweise Gold, Titan oder Platin, umfassen. Der zweite elektrische Kontakt kann Bereiche der Oberfläche der Epi-Schicht bedecken, die außerhalb des Abstrahlbereichs liegen.In accordance with at least one further embodiment, the PCSEL also has a second electrical contact which is arranged on the surface of the epi-layer which is remote from the active layer. The second electrical contact serves to electrically contact the epi-layer.
The surface of the epi layer faces the surface of the semiconductor substrate. This can mean that the semiconductor substrate, the active layer and the epi-layer are arranged between the first and the second electrical contact. The second electrical contact may comprise a transparent conductive material such as ITO or a metal such as gold, titanium or platinum. The second electrical contact may cover areas of the surface of the epi-layer that are outside of the radiating area.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite elektrische Kontakt eine Kontaktfläche, die ring- oder rahmenförmig um einen durch die Gräben definierten Bereich der Epi-Schicht angeordnet ist. Somit definiert die Kontaktfläche einen Abstrahlbereich des Lasers. Das kann bedeuten, dass der zweite elektrische Kontakt eine Öffnung oder Blende bildet, die ring- oder rahmenförmig um den Abstrahlbereich angeordnet ist.In accordance with at least one further embodiment, the second electrical contact comprises a contact surface which is arranged in the form of a ring or a frame around an area of the epi-layer defined by the trenches. The contact surface thus defines an emission area of the laser. This can mean that the second electrical contact forms an opening or screen, which is arranged around the emission area in the shape of a ring or frame.

Alternativ umfasst der erste elektrische Kontakt eine Kontaktfläche, die ring- oder rahmenförmig um einen durch die Gräben definierten Bereich der Epi-Schicht angeordnet ist. Somit definiert die Kontaktfläche des ersten elektrischen Kontaktes einen Abstrahlbereich des Lasers. Das kann bedeuten, dass der erste elektrische Kontakt eine Öffnung oder Blende bildet, die ring- oder rahmenförmig um den Abstrahlbereich angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann die Energie des Laserlichts kleiner sein als die Bandlücke des Substrates.Alternatively, the first electrical contact comprises a contact area which is arranged in the form of a ring or a frame around an area of the epi-layer defined by the trenches. The contact surface of the first electrical contact thus defines an emission area of the laser. This can mean that the first electrical contact forms an opening or screen, which is arranged around the emission area in the shape of a ring or frame. In this embodiment, the energy of the laser light can be smaller than the band gap of the substrate.

Mithilfe des ersten und zweiten elektrischen Kontakts kann ein Treiberstrom injiziert werden, um in der aktiven Schicht elektromagnetische Strahlung zu generieren. Der Treiberstrom bewirkt eine Anregung der Ladungsträger in der aktiven Schicht, die unter Aussendung eines Photons wieder in ihren Grundzustand übergehen. Großflächige Kontakte ermöglichen hohe Treiberströme. Die elektromagnetische Strahlung kann nach Manipulation in der Gitterschicht über eine durch die elektrischen Kontakte definierte Öffnung die Laseranordnung verlassen.A driver current can be injected with the aid of the first and second electrical contacts in order to generate electromagnetic radiation in the active layer. The driver current excites the charge carriers in the active layer, which return to their ground state by emitting a photon. Large-area contacts enable high driver currents. After manipulation in the grid layer, the electromagnetic radiation can leave the laser arrangement via an opening defined by the electrical contacts.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform steht eine Abstrahlrichtung des Lasers im Wesentlichen senkrecht auf der Haupterstreckungsebene des Halbleitersubstrats. Die von der aktiven Schicht generierte Strahlung wird von der Gitterschicht derart beeinflusst, dass in ihr durch Beugungseffekte elektromagnetische Felder konstruktiv oder destruktiv miteinander interferieren. Hierbei kann es zur Bildung einer stehenden Welle innerhalb der Gitterschicht kommen. Durch Bragg-Beugung erster Ordnung wird kohärentes Licht auch senkrecht zur Gitterschicht emittiert. Das emittierte Licht kann über die Oberfläche der Epi-Schicht oder die Oberfläche des Substrates ausgekoppelt werden.In accordance with at least one further embodiment, an emission direction of the laser is essentially perpendicular to the main plane of extension of the semiconductor substrate. The radiation generated by the active layer is influenced by the grid layer in such a way that diffraction effects cause electromagnetic fields to interfere with one another in a constructive or destructive manner. This can lead to the formation of a standing wave within the grid layer. First order Bragg diffraction becomes coherent light also emitted perpendicular to the lattice layer. The emitted light can be coupled out via the surface of the epi layer or the surface of the substrate.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst die aktive Schicht eine Mehrzahl von Halbleiterschichten. Die Halbleitschichten bilden mindestens einen Quantentopf, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, unter Anlegen des Treiberstroms elektromagnetische Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Wie oben ausgeführt kann die aktive Schicht durch sogenannte „confinement layers“ und/oder „cladding layers“ begrenzt sein, die dazu vorgesehen und ausgebildet sind, elektrische und optische Eigenschaften der aktiven Schicht zu verbessern.In accordance with at least one further embodiment, the active layer comprises a plurality of semiconductor layers. The semiconductor layers form at least one quantum well, which is provided and designed to emit electromagnetic radiation of a predetermined wavelength when the driver current is applied. As stated above, the active layer can be delimited by so-called "confinement layers" and/or "cladding layers" which are intended and designed to improve electrical and optical properties of the active layer.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform entspricht eine Gitterperiode des photonischen Kristalls im Wesentlichen einer Wellenlänge der von der aktiven Schicht generierten elektromagnetischen Strahlung in der Gitterschicht. Auf diese Weise ist die Bragg-Bedingung erfüllt, um eine 2D-Rückkopplung in der Ebene der Gitterschicht und eine Lichtemission senkrecht dazu zu erreichen. Hierbei wird die Gitterperiode von den periodisch angeordneten oxidierten Bereichen der Gitterschicht definiert. Die Wellenlänge der generierten Strahlung in der Gitterschicht ist abhängig von einem effektiven Brechungsindex der Gitterschicht, wobei $λ_{o} = λ_{G} \cdot n_{eff}$

gilt, mit der Vakuum-Wellenlänge λ_ο, der Wellenlänge in der Gitterschicht λ_G und dem effektivem Brechungsindex n_eff. Der effektive Brechungsindex der Gitterschicht basiert auf den Brechungsindices der oxidierten und nicht-oxidierten Bereiche der Gitterschicht und auf deren Anteile in der Gitterschicht. Das bedeutet, dass auch die Wahl des Durchmessers der oxidierten Bereiche die Wellenlänge in der Gitterschicht beeinflusst. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der oxidierten Bereiche und der Gitterperiode kann möglichst klein gewählt werden, um einen Gütefaktor (Q-Faktor) der Emission zu verbessern. Ein hoher Q-Faktor verringert die Lasing-Schwelle des Lasers und führt zu einer Wellenlängen-Modenresonanz mit geringer Dämpfung. Andererseits verbessern oxidierte Bereiche mit größerem Durchmesser den Brechungsindexkontrast des photonischen Kristalls.According to at least one further embodiment, a lattice period of the photonic crystal essentially corresponds to a wavelength of the electromagnetic radiation generated by the active layer in the lattice layer. In this way, the Bragg condition is satisfied to achieve 2D feedback in the plane of the grating layer and light emission perpendicular to it. In this case, the lattice period is defined by the periodically arranged oxidized regions of the lattice layer. The wavelength of the radiation generated in the grating layer depends on an effective refractive index of the grating layer, where

λ_{O} = λ_{G} \cdot n_{eff}

applies, with the vacuum wavelength λ _ο , the wavelength in the grating layer λ _G and the effective refractive index n _eff . The effective refractive index of the grating layer is based on the refractive indices of the oxidized and non-oxidized regions of the grating layer and their proportions in the grating layer. This means that the choice of the diameter of the oxidized areas also influences the wavelength in the grating layer. The ratio between the diameter of the oxidized areas and the lattice period can be chosen as small as possible in order to improve a quality factor (Q-factor) of the emission. A high Q-factor lowers the laser's lasing threshold and results in a low-loss wavelength mode resonance. On the other hand, larger diameter oxidized regions improve the refractive index contrast of the photonic crystal.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand zwischen der Gitterschicht und der aktiven Schicht derart ausgestaltet ist, dass im Betrieb ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in der aktiven Schicht an eine Feld-Mode des photonischen Kristalls koppelt. Das kann bedeuten, dass die Laserverstärkung durch stimulierte Emission erfolgt, wobei die Kopplung der photonischen Kristallstruktur mit der aktiven Schicht (Verstärkerschicht) innerhalb der evaneszenten Wellen der Moden stattfindet. Die aktive Schicht kann von der Gitterschicht bzw. von der von ihr gebildeten photonischen Kristallstruktur nur durch eine dünne Barriereschicht getrennt sein, wobei die Barriereschicht dazu vorgesehen ist die elektrischen Ladungsträger in der aktiven Schicht einzuschließen. Diese Barriereschicht kann beispielsweise Teil der Epi-Schicht sein oder eine separate Schicht umfassen.According to at least one further embodiment, a distance between the grating layer and the active layer is designed such that during operation an evanescent field of the electromagnetic radiation in the active layer couples to a field mode of the photonic crystal. This can mean that the laser amplification occurs through stimulated emission, where the coupling of the photonic crystal structure with the active layer (amplifier layer) takes place within the evanescent waves of the modes. The active layer can only be separated from the lattice layer or from the photonic crystal structure formed by it by a thin barrier layer, with the barrier layer being intended to enclose the electrical charge carriers in the active layer. This barrier layer can, for example, be part of the epi-layer or comprise a separate layer.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein optoelektronisches System einen solchen PCSEL auf. Das bedeutet, dass alle für den PCSEL offenbarten Merkmale auch für das optoelektronische System offenbart werden und umgekehrt. Der PCSEL kann in das optoelektronische System integriert sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen System um ein LIDAR-System. Das optoelektronische System kann aber auch andere Systeme, insbesondere Messsysteme, umfassen, für die eine hohe Ausgangsleistung, Monomodigkeit und/oder ein enges Abstrahlprofil eines Laserstrahls wünschenswert sind. Durch die Oberflächenemission kann im Vergleich zu kantenemittierenden Lasern außerdem eine Integration des PCSELs in das optoelektronische System effizienter gestaltet werden.In accordance with at least one further embodiment, an optoelectronic system has such a PCSEL. This means that all features disclosed for the PCSEL are also disclosed for the optoelectronic system and vice versa. The PCSEL can be integrated into the optoelectronic system. For example, the optoelectronic system is a LIDAR system. However, the optoelectronic system can also include other systems, in particular measuring systems, for which a high output power, monomode and/or a narrow radiation profile of a laser beam are desirable. Compared to edge-emitting lasers, the surface emission also makes it possible to integrate the PCSEL more efficiently into the optoelectronic system.

Weitere Ausführungsformen des PCSELs ergeben sich für den geübten Leser aus den oben beschriebenen Ausführungsformen für das Herstellungsverfahren. Die vorherige und nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf den Laser, das optoelektronische System und die Herstellung des Lasers.Further embodiments of the PCSEL result from the embodiments described above for the production method for the skilled reader. The previous and following description relates equally to the laser, the optoelectronic system and the manufacture of the laser.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantages, advantageous embodiments and developments result from the exemplary embodiments described below in connection with the figures.

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.

1 zeigt ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines PCSELs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein weiteres Zwischenprodukt bei der Herstellung eines PCSELs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein weiteres Zwischenprodukt bei der Herstellung eines PCSELs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt einen oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 zeigt einen oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Aufsicht des Photonischer-Kristall-Lasers gemäß 4 oder 5.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In the exemplary embodiments and figures, elements which are the same, of the same type or have the same effect can each be provided with the same reference symbols. The elements shown and their proportions to one another are not to be regarded as true to scale; rather, individual elements, such as layers, components, components and areas, may be shown in an exaggerated size for better representation and/or better understanding.

1 12 shows an intermediate product in the manufacture of a PCSEL according to an embodiment.
2 FIG. 12 shows another intermediate product in the manufacture of a PCSEL according to an exemplary embodiment.
3 FIG. 12 shows another intermediate product in the manufacture of a PCSEL according to an exemplary embodiment.
4 12 shows a surface emitting photonic crystal laser according to an embodiment.
5 12 shows a surface emitting photonic crystal laser according to a further embodiment.
6 shows a top view of the photonic crystal laser according to FIG 4 or 5 .
7 shows a schematic representation of an optoelectronic system according to an embodiment.

In Verbindung mit der 1 ist ein Zwischenprodukt des Herstellungsprozesses für einen oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser 1, PCSEL, gezeigt. Der PCSEL 1 weist ein Halbleitersubstrat 2 auf. Das Halbleitersubstrat 2 besitzt eine Haupterstreckungsebene, die sich parallel zu lateralen Richtung x, y erstreckt. In einer transversalen Richtung z, die senkrecht zu den lateralen Richtungen x, y verläuft, weist das Halbleitersubstrat 2 eine Dicke auf. Das Halbleitersubstrat 2 kann zum Beispiel Silicium (Si), Gallium (Ga), Arsen (As), Indium (In) und/oder eine Kombination daraus aufweisen. Insbesondere kann das Halbleitersubstrat ein III-V Halbleitersubstrat sein und Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumgalliumnitrid (InGaN) aufweisen. Das Halbleitersubstrat 2 weist ferner einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp auf. Das kann bedeuten, dass das Halbleitersubstrat 2 entweder n-Leitung oder p-Leitung ermöglicht. Zur Realisierung der jeweiligen elektrischen Leitfähigkeit kann das Halbleitsubstrat 2 dotiert sein. Bevorzugt weist das Halbleitersubstrat 2 einen n-Leitfähigkeitstyp auf. Das Halbleitersubstrat 2 ist elektrisch kontaktierbar.In connection with the 1 An intermediate product of the manufacturing process for a surface emitting photonic crystal laser 1, PCSEL, is shown. The PCSEL 1 has a semiconductor substrate 2 . The semiconductor substrate 2 has a main extension plane which extends parallel to the lateral direction x, y. The semiconductor substrate 2 has a thickness in a transverse direction z, which runs perpendicular to the lateral directions x, y. The semiconductor substrate 2 may include, for example, silicon (Si), gallium (Ga), arsenic (As), indium (In), and/or a combination thereof. In particular, the semiconductor substrate may be a III-V semiconductor substrate and may include gallium arsenide (GaAs) or indium gallium nitride (InGaN). The semiconductor substrate 2 also has a first electrical conductivity type. This can mean that the semiconductor substrate 2 enables either n-conduction or p-conduction. To realize the respective electrical conductivity, the semiconductor substrate 2 can be doped. The semiconductor substrate 2 preferably has an n conductivity type. The semiconductor substrate 2 can be electrically contacted.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich ein erster elektrischer Kontakt 10 auf eine Oberfläche 2` des Halbleitersubstrates 2 in transversaler Richtung z unter dem Halbleitersubstrat 2. Zum Beispiel kann der erste elektrische Kontakt 10 mittels eines Abscheideverfahrens, z.B. Sputterverfahren, an der Oberfläche 2` des Halbleitersubstrats 2 angeordnet werden. Der erste elektrische Kontakt 10 weist ein elektrisch leitfähiges Material auf. Insbesondere kann der erste elektrische Kontakt 10 ein Metall oder ein leitfähiges Oxid aufweisen. Eine Haftungsschicht (nicht gezeigt) kann zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 10 und dem Halbleitersubstrat 2 angeordnet sein. Wie gezeigt, kann der erste elektrische Kontakt 10 die gesamte Oberfläche 2` des Halbleitersubstrates 2 bedecken. Es ist aber auch möglich, dass nur Bereiche der Oberfläche 2' bedeckt werden. Der erste elektrische Kontakt 10 kann auch zu einem späteren Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens geformt werden, insbesondere nach den im Folgenden beschrieben Prozessschritten.In the exemplary embodiment shown, there is a first electrical contact 10 on a surface 2` of the semiconductor substrate 2 in the transverse direction z under the semiconductor substrate 2. For example, the first electrical contact 10 can be formed on the surface 2` of the semiconductor substrate 2 by means of a deposition process, e.g. sputtering process to be ordered. The first electrical contact 10 has an electrically conductive material. In particular, the first electrical contact 10 may include a metal or a conductive oxide. An adhesion layer (not shown) can be arranged between the first electrical contact 10 and the semiconductor substrate 2 . As shown, the first electrical contact 10 can cover the entire surface 2` of the semiconductor substrate 2. FIG. However, it is also possible for only regions of the surface 2' to be covered. The first electrical contact 10 can also be formed at a later point in time in the production process, in particular after the process steps described below.

Der PCSEL 1 weist ferner eine aktive Schicht 3 auf. Die aktive Schicht ist auf einer Seite des Halbleitersubstrates 2 angeordnet, die dem ersten elektrischen Kontakt 10 gegenüberliegt. Das bedeutet, dass das Halbleitersubstrat 2 zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 10 und der aktiven Schicht 3 angeordnet ist. Die aktive Schicht 3 kann eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (nicht gezeigt) aufweisen. Die aktive Schicht 3 kann undotiert sein. Möglicherweise kann die aktive Schicht 3 Indiumgalliumarsenid (InGaAs) aufweisen. Die aktive Schicht 3 kann epitaktisch auf dem Halbleitersubstrat 2aufgewachsen sein. Die aktive Schicht 3 ist dazu vorgesehen und ausgebildet elektromagnetische Strahlung zu generieren.The PCSEL 1 also has an active layer 3 . The active layer is arranged on a side of the semiconductor substrate 2 which is opposite the first electrical contact 10 . This means that the semiconductor substrate 2 is arranged between the first electrical contact 10 and the active layer 3 . The active layer 3 may include a plurality of semiconductor layers (not shown). The active layer 3 can be undoped. The active layer 3 may possibly include indium gallium arsenide (InGaAs). The active layer 3 can be grown epitaxially on the semiconductor substrate 2 . The active layer 3 is intended and designed to generate electromagnetic radiation.

Der PCSEL 1 weist ferner eine Epi-Schicht 4 auf. Die Epi-Schicht 4 ist auf der aktiven Schicht 3 angeordnet. Das bedeutet, dass die aktive Schicht 3 zwischen dem Halbleitersubstrat 2 und der Epi-Schicht 4 angeordnet ist. Die Epi-Schicht 4 kann epitaktisch auf der aktiven Schicht 3 aufgewachsen sein. Insbesondere können die aktive Schicht 3 und die Epi-Schicht 4 in einem ununterbrochenen Epitaxie-Prozess unter Variation der Prozessgase geformt werden. Die Epi-Schicht 4 kann ein Halbleitermaterial aufweisen, insbesondere das gleiche Halbleitermaterial wie das Halbleitersubstrat 2. Die Epi-Schicht weist allerdings einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten, elektrischen Leitfähigkeitstyp auf. Bevorzugt weist die Epi-Schicht 4 also einen p-Leitfähigkeitstyp auf und ist entsprechend dotiert. Die Epi-Schicht 4 ist ebenfalls elektrisch kontaktierbar, wie unten ausgeführt.The PCSEL 1 also has an epi-layer 4 . The epi layer 4 is arranged on the active layer 3 . This means that the active layer 3 is arranged between the semiconductor substrate 2 and the epi-layer 4 . The epi layer 4 can be grown epitaxially on the active layer 3 . In particular, the active layer 3 and the epi-layer 4 can be formed in a continuous epitaxial process with variation of the process gases. The epi-layer 4 can comprise a semiconductor material, in particular the same semiconductor material as the semiconductor substrate 2. However, the epi-layer has a second electrical conductivity type which is opposite to the first conductivity type. The epi-layer 4 thus preferably has a p conductivity type and is doped accordingly. The epi layer 4 can also be electrically contacted, as explained below.

In der Epi-Schicht 4 ist eine Gitterschicht 5 eingebettet. Die Gitterschicht 5 kann ebenfalls epitaktisch aufgewachsen sein, wobei Prozessgase während der Epitaxie variiert werden. Die Gitterschicht 5 umfasst ein oxidierbares Material. Insbesondere kann die Gitterschicht 5 Aluminium (Al) aufweisen. Zum Beispiel weist die Gitterschicht 5 Aluminiumarsenid (AlAs) und/oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) und/oder Aluminiumnitrid (AlN) auf. Da die Gitterschicht 5 in der Epi-Schicht 4 eingebettet ist, befindet sich in transversaler Richtung z ein unterer Teil der Epi-Schicht 4 unterhalb der Gitterschicht 5, während sich ein oberer Teil der Epi-Schicht 4 oberhalb der Gitterschicht 5 befindet. Die Gitterschicht 5 ist somit von der aktiven Schicht 3 durch den unteren Teil der Epi-Schicht 4 beabstandet. Der obere Teil der Epi-Schicht 4 formt eine Oberfläche 4', die der Oberfläche 2' des Halbleitersubstrates 2 gegenüberliegt.A grid layer 5 is embedded in the epi-layer 4 . The lattice layer 5 can also be grown epitaxially, with process gases being varied during the epitaxy. The grid layer 5 comprises an oxidizable material. In particular, the lattice layer 5 can have aluminum (Al). For example, the lattice layer 5 comprises aluminum arsenide (AlAs) and/or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) and/or aluminum nitride (AlN). Since the lattice layer 5 is embedded in the epi-layer 4, a lower part of the epi-layer 4 is located below the lattice layer 5, while an upper part of the epi-layer 4 is located above the lattice layer 5 in the transverse direction z. The grating layer 5 is thus spaced from the active layer 3 by the lower part of the epi-layer 4 . The upper part of the epi-layer 4 forms a surface 4' which faces the surface 2' of the semiconductor substrate 2. FIG.

2 zeigt das Zwischenprodukt gemäß 1 nach einem weiteren Prozessschritt. Gemäß 2 werden Gräben 8 von der Oberfläche 4' der Epi-Schicht 4 bis in die Gitterschicht 5 eingebracht. Wie gezeigt erstrecken sich die Gräben 8 bis in die Gitterschicht 5, so dass sich ein Grabenfuß in der Gitterschicht 5 befindet. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel durchdringen die Gräben 8 die Gitterschicht 5 vollständig, wobei sich die jeweiligen Grabenfüße im unteren Teil der Epi-Schicht 4 befinden. Auf jeden Fall erstrecken sich die Gräben 8 nicht bis in die aktive Schicht 3. Jeder der Gräben 8 weist einen Durchmesser im Nanometer-Bereich auf. Ferner sind die Gräben 8 zueinander regelmäßig angeordnet. Beispielsweise befinden sich die Gräben 8 in einer Aufsicht auf Schnittpunkten eines Gitters. Bevorzugt werden die Gräben mittels Beschuss mit Helium-Ionen und/oder Gallium-Ionen in die Epi-Schicht 4 und die Gitterschicht 5 eingebracht. Beispielsweise kann hierfür ein Helium-Ionen-Mikroskop oder ein Gallium-Ionen-FIB verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass für die Erzeugung der Gräben 8 Elektronenstrahllithografie zum Einsatz kommt. In der Aufsicht können die Gräben 8 ein rundes oder polygonales Profil aufweisen. Es ist auch möglich, dass mindestens zwei Gräben 8 unterschiedliche Profile aufweisen. 2 shows the intermediate according to 1 after another process step. According to 2 trenches 8 are introduced from the surface 4 ′ of the epi-layer 4 into the lattice layer 5 . As shown, the trenches 8 extend into the lattice layer 5 so that a trench foot is located in the lattice layer 5 . In another embodiment (not shown), the trenches 8 completely penetrate the grating layer 5 , with the respective trench feet being located in the lower part of the epi-layer 4 . In any case, the trenches 8 do not extend into the active layer 3. Each of the trenches 8 has a diameter in the nanometer range. Furthermore, the trenches 8 are arranged regularly with respect to one another. For example, the trenches 8 are located at intersection points of a grid in a plan view. The trenches are preferably introduced into the epi-layer 4 and the lattice layer 5 by means of bombardment with helium ions and/or gallium ions. For example, a helium ion microscope or a gallium ion FIB can be used for this. However, it is also possible for electron beam lithography to be used to produce the trenches 8 . In the top view, the trenches 8 can have a round or polygonal profile. It is also possible for at least two trenches 8 to have different profiles.

3 zeigt das Zwischenprodukt gemäß 2 nach einem weiteren Prozessschritt. In einem Temper-Schritt unter Zugabe von Sauerstoff werden Bereiche der Gitterschicht 5 um die Gräben 8 oxidiert. Hierbei werden oxidierte Bereiche 6 der Gitterschicht 5 gebildet. Die oxidierten Bereiche 6 bilden zusammen mit nicht-oxidierten Bereichen 7 der Gitterschicht 5 einen zweidimensionalen photonischen Kristall. Das bedeutet, dass die oxidierten Bereiche 6 und die nicht-oxidierten Bereiche 7 zueinander periodisch angeordnet sind. Der photonischen Kristall ist dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht 3 generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen. Die oxidierten Bereiche 6 der Gitterschicht 5 bilden sich in lateralen Richtung x, y um die Gräben 8, wobei ein Durchmesser der oxidierten Bereiche vom Sauerstoffgehalt, der Dauer des Temper-Schrittes sowie von der Prozesstemperatur abhängen. Die Form der oxidierten Bereiche 6 korreliert mit dem Profil der Gräben 8. Die oxidierten Bereiche 6 können, wie gezeigt, die Gitterschicht 5 in transversaler Richtung z durchdringen. Das bedeutet, dass die oxidierten Bereiche 6 sowohl mit dem oberen Teil als auch mit dem unteren Teil der Epi-Schicht 4 in direktem Kontakt sind. 3 shows the intermediate according to 2 after another process step. Regions of the lattice layer 5 around the trenches 8 are oxidized in a tempering step with the addition of oxygen. Here, oxidized areas 6 of the lattice layer 5 are formed. The oxidized areas 6 together with non-oxidized areas 7 of the lattice layer 5 form a two-dimensional photonic crystal. This means that the oxidized areas 6 and the non-oxidized areas 7 are arranged periodically with respect to one another. The photonic crystal is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer 3 . The oxidized areas 6 of the lattice layer 5 form in the lateral direction x, y around the trenches 8, with a diameter of the oxidized areas depending on the oxygen content, the duration of the annealing step and the process temperature. The shape of the oxidized regions 6 correlates with the profile of the trenches 8. As shown, the oxidized regions 6 can penetrate the lattice layer 5 in the transverse direction z. This means that the oxidized areas 6 are in direct contact with both the upper part and the lower part of the epi-layer 4 .

4 zeigt den PCSEL 1 nach weiteren Prozessschritten. Durch ein Abscheideverfahren wird eine Versiegelungsschicht 9 auf der Oberfläche 4` der Epi-Schicht 4 angeordnet. Die Versiegelungsschicht 9 verschließt die Gräben 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 4 bedeckt die Versiegelungsschicht 9 die Gräben 8, ohne diese auszufüllen. Das bedeutet, dass die Gräben 8 in diesem Ausführungsbeispiel leer bleiben bzw. mit einem Gas gefüllt sind. Bereiche der Oberfläche 4' außerhalb der Gräben 8 können frei von der Versiegelungsschicht 9 sein. Das bedeutet, dass die Versiegelungsschicht 9 nur auf dem von den Gräben 8 definierten Bereich der Epi-Schicht 4 angeordnet ist. Die Versiegelungsschicht 9 kann ein Oxid oder Nitrid aufweisen und in diesem Beispiel mittels chemischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden. 4 shows the PCSEL 1 after further process steps. A sealing layer 9 is arranged on the surface 4` of the epi-layer 4 by a deposition process. The sealing layer 9 closes the trenches 8. In the exemplary embodiment shown 4 the sealing layer 9 covers the trenches 8 without filling them. This means that the trenches 8 remain empty in this exemplary embodiment or are filled with a gas. Regions of the surface 4' outside of the trenches 8 can be free of the sealing layer 9. This means that the sealing layer 9 is only arranged on the area of the epi-layer 4 defined by the trenches 8 . The sealing layer 9 can comprise an oxide or a nitride and can be deposited by means of chemical vapor deposition in this example.

Ferner zeigt 4 einen zur Versiegelungsschicht 9 angrenzenden zweiten elektrischen Kontakt 11 auf der Oberfläche 4` der Epi-Schicht 4. Der zweite elektrische Kontakt 11 umschließt die Versiegelungsschicht 9 in lateralen Richtungen x, y. Das bedeutet, dass der zweite elektrische Kontakt 11 eine Kontaktfläche umfasst, die ring- oder rahmenförmig um den durch die Gräben 8 definierten Bereich der Epi-Schicht 4 angeordnet ist. In anderen Worten, der zweite elektrische Kontakt 1 bildet eine Öffnung, um einen Abstrahlbereich 12 des Lasers 1 zu definieren. Der zweite elektrische Kontakt 11 ist in transversaler Richtung z auf oder über der Epi-Schicht 4 angeordnet. Das bedeutet, dass das Halbleitersubstrat 2, die aktive Schicht 3, die Epi-Schicht 4 und die Gitterschicht 5 zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 10 und dem zweiten elektrischen Kontakt 11 angeordnet sind. Mittels des zweiten elektrischen Kontakts 11 kann die Epi-Schicht 4 elektrisch kontaktiert werden. Wie der erste elektrische Kontakt 10 weist der zweite elektrische Kontakt 11 ein elektrisch leitfähiges Material auf. Insbesondere kann der zweite elektrische Kontakt 11 ein Metall oder ein leitfähiges Oxid aufweisen. Eine Haftungsschicht (nicht gezeigt) kann zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 11 und der Epi-Schicht 4 angeordnet sein. Furthermore shows 4 a second electrical contact 11 adjoining the sealing layer 9 on the surface 4` of the epi-layer 4. The second electrical contact 11 encloses the sealing layer 9 in lateral directions x, y. This means that the second electrical contact 11 comprises a contact surface which is arranged in the shape of a ring or a frame around the region of the epi-layer 4 defined by the trenches 8 . In other words, the second electrical contact 1 forms an opening to define an emission area 12 of the laser 1 . The second electrical contact 11 is arranged on or above the epi-layer 4 in the transverse direction z. This means that the semiconductor substrate 2, the active layer 3, the epi-layer 4 and the grating layer 5 are arranged between the first electrical contact 10 and the second electrical contact 11. FIG. The epi-layer 4 can be electrically contacted by means of the second electrical contact 11 . Like the first electrical contact 10, the second electrical contact 11 has an electrically conductive material. In particular, the second electrical contact 11 can have a metal or a conductive oxide. An adhesion layer (not shown) can be arranged between the second electrical contact 11 and the epi-layer 4 .

5 zeigt einen PCSEL 1 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 4 in der Anordnung der Versiegelungsschicht 9. Hier füllt die Versiegelungsschicht 9 die Gräben 8 aus. Eine derartige Anordnung der Versiegelungsschicht 9 kann beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung erreicht werden. Ferner zeigt 5 in Form eines Pfeiles das vom Laser emittierte Licht. Das Licht bzw. der Laserstrahl zeichnet sich unter anderem durch den breiten Abstrahlbereich 12 aus. 5 12 shows a PCSEL 1 according to an alternative embodiment. The embodiment according to 5 differs from the embodiment 4 in the arrangement of the sealing layer 9. Here the sealing layer 9 fills the trenches 8 out. Such an arrangement of the sealing layer 9 can be achieved, for example, by means of atomic layer deposition. Furthermore shows 5 the light emitted by the laser in the form of an arrow. The light or the laser beam is characterized, among other things, by the wide emission area 12 .

6 zeigt eine Schrägaufsicht auf die Laseranordnung nach 4 oder 5. In der Aufsicht ist zu erkennen, dass der zweite elektrische Kontakt 11 in lateralen Richtungen x, y eine Blende bzw. Öffnung bildet, um den Abstrahlbereich 12 zu definieren. Ferner sind die Gräben 8 unter der Versiegelungsschicht 9 zu sehen. Die Gräben 8 sind beispielhaft in einem hexagonalen Raster angeordnet. In transversalen Richtung z unter dem zweiten elektrischen Kontakt 11 und der Versiegelungsschicht 9 befinden sich die Epi-Schicht 4, die in die Epi-Schicht 4 eingebettete Gitterschicht 5, die aktive Schicht 3 und das Halbleitersubstrat 2, gefolgt vom ersten elektrischen Kontakt 10 (nicht zu sehen). 6 shows an oblique view of the laser arrangement 4 or 5 . In the plan view it can be seen that the second electrical contact 11 forms an aperture or opening in lateral directions x, y in order to define the emission region 12 . The trenches 8 under the sealing layer 9 can also be seen. The trenches 8 are at playfully arranged in a hexagonal grid. In the transverse direction z below the second electrical contact 11 and the sealing layer 9 are the epi-layer 4, the grid layer 5 embedded in the epi-layer 4, the active layer 3 and the semiconductor substrate 2, followed by the first electrical contact 10 (not to see).

Wie in 7 angedeutet kann der PCSEL 1 in einem optoelektronischen System 100 integriert sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen System 100 um ein LIDAR-System. Das optoelektronische System 100 kann auch andere Systeme umfassen, in denen üblicherweise VCSELs (engl.: „vertical cavity surface emitting laser“) zum Einsatz kommen. Die elektrischen Kontakte 10, 11 des PCSELs 1 können mittels Drahtverbindungen oder Flip-Chip-Montage mit einer Leiterplatte oder Platine des optoelektronischen Systems 100 verbunden werden. Das optoelektronische System 100 kann weitere optische und/oder elektronische Komponenten aufweisen, wie beispielsweise optische Filter, Linsen, Photodetektoren und/oder integrierte Schaltkreise.As in 7 indicated the PCSEL 1 can be integrated in an optoelectronic system 100 . For example, the optoelectronic system 100 is a LIDAR system. The optoelectronic system 100 may also include other systems in which VCSELs (vertical cavity surface emitting lasers) are typically used. The electrical contacts 10, 11 of the PCSEL 1 can be connected to a printed circuit board or board of the optoelectronic system 100 by means of wire bonds or flip-chip assembly. The optoelectronic system 100 can have further optical and/or electronic components, such as optical filters, lenses, photodetectors and/or integrated circuits.

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.The features and exemplary embodiments described in connection with the figures can be combined with one another according to further exemplary embodiments, even if not all combinations are explicitly described. Furthermore, the exemplary embodiments described in connection with the figures can alternatively or additionally have further features in accordance with the description in the general part.

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.The invention is not limited to these by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteReference List

11: Photonischer-Kristall-Laser, PCSELPhotonic Crystal Laser, PCSEL
22: Halbleitersubstratsemiconductor substrate
33: aktive Schichtactive layer
44: Epi-Schichtepi layer
55: Gitterschichtgrid layer
66: oxidierter Bereichoxidized area
77: nicht-oxidierter Bereichnon-oxidized area
88th: Grabendig
99: Versiegelungsschichtsealing layer
1010: erster elektrischer Kontaktfirst electrical contact
1111: zweiter elektrischer Kontaktsecond electrical contact
1212: Abstrahlbereichradiation area
100100: optoelektronisches Systemoptoelectronic system
x,yx,y: laterale Richtungenlateral directions
ze.g: transversale Richtung/ Abstrahlrichtungtransversal direction/ direction of radiation

Claims

Verfahren zur Herstellung eines oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Lasers (1), aufweisend: - Bereitstellen eines elektrisch kontaktierbaren Halbleitersubstrats (2), das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist, - Anordnen einer aktiven Schicht (3) zur Generierung elektromagnetischer Strahlung auf das Halbleitersubstrat (2), - Anordnen einer elektrisch kontaktierbaren Epi-Schicht (4), die einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist, auf der aktiven Schicht (3), - Formen einer in der Epi-Schicht (4) eingebetteten Gitterschicht (5), wobei die Gitterschicht (5) ein oxidierbares Material umfasst, und zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche (6) und nicht-oxidierte Bereiche (7) der Gitterschicht (5) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht (3) generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen.A method of manufacturing a surface emitting photonic crystal laser (1), comprising: - Providing an electrically contactable semiconductor substrate (2), which has a first electrical conductivity type, - arranging an active layer (3) for generating electromagnetic radiation on the semiconductor substrate (2), - arranging an electrically contactable epi-layer (4), which has a second electrical conductivity type, on the active layer (3), - Shaping a lattice layer (5) embedded in the epi-layer (4), the lattice layer (5) comprising an oxidizable material and oxidized regions (6) and non-oxidized regions (7) of the lattice layer (5) arranged periodically with respect to one another form a two-dimensional photonic crystal which is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer (3).

Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktive Schicht (3), die Epi-Schicht (4) und die in der Epi-Schicht eingebettete Gitterschicht (5) durch epitaktisches Wachstum gebildet werden.procedure after claim 1 wherein the active layer (3), the epi-layer (4) and the lattice layer (5) embedded in the epi-layer are formed by epitaxial growth.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Formen der Gitterschicht (5) aufweist: - Einbringen von Gräben (8) in dezidierte Bereiche der Gitterschicht (5), wobei ein Durchmesser der Gräben im Nanometer-Bereich liegt und die Gräben zueinander regelmäßig angeordnet sind, und - Tempern unter Zugabe von Sauerstoff, so dass Bereiche der Gitterschicht um die Gräben oxidieren und somit die oxidierten Bereiche (6) bilden.procedure after claim 1 or 2 , wherein the shaping of the lattice layer (5) comprises: - introducing trenches (8) into dedicated areas of the lattice layer (5), a diameter of the trenches being in the nanometer range and the trenches being arranged regularly with respect to one another, and - annealing with addition of oxygen, so that areas of the lattice layer oxidize around the trenches and thus form the oxidized areas (6).

Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Gräben (8) nach Anordnung der Epi-Schicht (4) eingebracht werden, und sich die Gräben (8) von einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (4') der Epi-Schicht (4) bis in die Gitterschicht (5) hinein erstrecken.procedure after claim 3 , The trenches (8) being introduced after the epi-layer (4) has been arranged, and the trenches (8) from one of the active layer (3) facing away from the surface (4') of the epi-layer (4) into the Grid layer (5) extend into it.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Einbringen der Gräben (8) in die Gitterschicht (5) durch Beschuss mit Helium- und/oder Gallium-Ionen realisiert wird.Procedure according to one of claims 3 until 4 , wherein the trenches (8) are introduced into the lattice layer (5) by bombardment with helium and/or gallium ions.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Einbringen der Gräben (8) in die Gitterschicht (5) durch Elektronenstrahllithografie realisiert wird.Procedure according to one of claims 3 until 4 , wherein the incorporation of the trenches (8) in the lattice layer (5) is realized by electron beam lithography.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend ein Verschließen der Gräben (8) durch Abscheidung einer Versiegelungsschicht (9).Procedure according to one of Claims 1 until 6 , further comprising closing the trenches (8) by depositing a sealing layer (9).

Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verschießen der Gräben (8) mittels Atomlagenabscheidung, ALD, realisiert wird, so dass die Versiegelungsschicht (9) die Gräben (8) ausfüllt.procedure after claim 7 , wherein the closing of the trenches (8) is realized by means of atomic layer deposition, ALD, so that the sealing layer (9) fills the trenches (8).

Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verschießen der Gräben (8) mittels chemischer Gasphasenabscheidung, CVD, realisiert wird, so dass die Versiegelungsschicht (9) die Gräben (8) bedeckt.procedure after claim 7 , wherein the closing of the trenches (8) is realized by means of chemical vapor deposition, CVD, so that the sealing layer (9) covers the trenches (8).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend: - Anordnen eines ersten elektrischen Kontaktes (10) auf einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (2') des Halbleitersubstrates (2), und - Anordnen eines zweiten elektrischen Kontaktes (11) auf einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (4') der Epi-Schicht (4).Procedure according to one of Claims 1 until 9 , further comprising: - arranging a first electrical contact (10) on a surface (2') of the semiconductor substrate (2) remote from the active layer (3), and - arranging a second electrical contact (11) on one of the active layer (3 ) remote surface (4 ') of the epi-layer (4).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1), aufweisend: - ein elektrisch kontaktierbares Halbleitersubstrat (2), das einen ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist, - eine auf dem Halbleitersubstrat (2) angeordnete aktive Schicht (3) zur Generierung elektromagnetischer Strahlung, - eine auf der aktiven Schicht (3) angeordnete und elektrisch kontaktierbare Epi-Schicht (4), die einen zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp aufweist, - eine in der Epi-Schicht (4) eingebettete Gitterschicht (5), wobei die Gitterschicht (5) ein oxidierbares Material umfasst, und zueinander periodisch angeordnete oxidierte Bereiche (6) und nicht-oxidierte Bereiche (7) der Gitterschicht (5) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, der dazu ausgebildet ist, die von der aktiven Schicht (3) generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen.A surface emitting photonic crystal laser (1) comprising: - an electrically contactable semiconductor substrate (2), which has a first electrical conductivity type, - an active layer (3) arranged on the semiconductor substrate (2) for generating electromagnetic radiation, - an epi-layer (4) which is arranged on the active layer (3) and can be electrically contacted and has a second electrical conductivity type, - A lattice layer (5) embedded in the epi-layer (4), the lattice layer (5) comprising an oxidizable material, and mutually periodically arranged oxidized regions (6) and non-oxidized regions (7) of the lattice layer (5). form a two-dimensional photonic crystal which is designed to influence the electromagnetic radiation generated by the active layer (3).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach Anspruch 11, weiterhin aufweisend Gräben (8), die sich von einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (4') der Epi-Schicht (4) bis in die Gitterschicht (5) hinein erstrecken, wobei die oxidierten Bereiche (6) der Gitterschicht (5) die Gräben (8) in lateralen Richtungen (x, y) umschließen.Surface emitting photonic crystal laser (1) after claim 11 , further comprising trenches (8) which extend from a surface (4') of the epi-layer (4) facing away from the active layer (3) into the lattice layer (5), the oxidized regions (6) of the lattice layer (5) enclose the trenches (8) in lateral directions (x, y).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach Anspruch 12, weiterhin aufweisend eine Versiegelungsschicht (9), die die Gräben (8) ausfüllt und/oder bedeckt.Surface emitting photonic crystal laser (1) after claim 12 , further comprising a sealing layer (9) which fills and/or covers the trenches (8).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiterhin aufweisend einen ersten elektrischen Kontakt (10) auf einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (2') des Halbleitersubstrates (2), und einen zweiten elektrischen Kontakt (11) auf einer der aktiven Schicht (3) abgewandten Oberfläche (4') der Epi-Schicht (4).Surface emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 13 , further having a first electrical contact (10) on a surface (2') of the semiconductor substrate (2) remote from the active layer (3), and a second electrical contact (11) on a surface (4 ') of the epi-layer (4).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach Anspruch 14, wobei der zweite elektrische Kontakt (11) eine Kontaktfläche umfasst, die ring- oder rahmenförmig um einen durch die Gräben (8) definierten Bereich der Epi-Schicht (4) angeordnet ist, und somit einen Abstrahlbereich (12) des Lasers (1) definiert.Surface emitting photonic crystal laser (1) after Claim 14 , wherein the second electrical contact (11) comprises a contact surface which is arranged in the form of a ring or frame around an area of the epi-layer (4) defined by the trenches (8), and thus an emission area (12) of the laser (1) Are defined.

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei eine Abstrahlrichtung (z) des Lasers (1) im Wesentlichen senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Halbleitersubstrats (2) steht.Surface emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 15 , wherein an emission direction (z) of the laser (1) is substantially perpendicular to a main extension plane of the semiconductor substrate (2).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die aktive Schicht (3) eine Mehrzahl von Halbleiterschichten umfasst, die mindestens einen Quantentopf bilden, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, unter Anlegen eines Treiberstroms elektromagnetische Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren.Surface emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 16 , wherein the active layer (3) comprises a plurality of semiconductor layers which form at least one quantum well which is provided and designed to emit electromagnetic radiation of a predetermined wavelength when a driver current is applied.

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei eine Gitterperiode des photonischen Kristalls im Wesentlichen einer Wellenlänge der von der aktiven Schicht (3) generierten elektromagnetischen Strahlung in der Gitterschicht (5) entspricht.Surface emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 17 , wherein a lattice period of the photonic crystal essentially corresponds to a wavelength of the active layer (3) generated electromagnetic radiation in the lattice layer (5).

Oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei ein Abstand zwischen der Gitterschicht (4) und der aktiven Schicht (3) derart ausgestaltet ist, dass im Betrieb ein evaneszentes Feld der elektromagnetischen Strahlung in der aktiven Schicht (3) an eine Feld-Mode des photonischen Kristalls koppelt.Surface emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 18 , wherein a distance between the grating layer (4) and the active layer (3) is designed such that during operation an evanescent field of the electromagnetic radiation in the active layer (3) couples to a field mode of the photonic crystal.

Optoelektronisches System (100) aufweisend einen oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19.Optoelectronic system (100) comprising a surface-emitting photonic crystal laser (1) according to one of Claims 11 until 19 .