DE102022105668A1 - Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung - Google Patents

Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102022105668A1
DE102022105668A1 DE102022105668.6A DE102022105668A DE102022105668A1 DE 102022105668 A1 DE102022105668 A1 DE 102022105668A1 DE 102022105668 A DE102022105668 A DE 102022105668A DE 102022105668 A1 DE102022105668 A1 DE 102022105668A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
waveguide layer
zones
waveguide
laser arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022105668.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Hubert Halbritter
Christoph Eichler
Martin Rudolf Behringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
Priority to DE102022105668.6A priority Critical patent/DE102022105668A1/de
Priority to PCT/EP2023/052046 priority patent/WO2023169739A1/de
Publication of DE102022105668A1 publication Critical patent/DE102022105668A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0217—Removal of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2027—Reflecting region or layer, parallel to the active layer, e.g. to modify propagation of the mode in the laser or to influence transverse modes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0215—Bonding to the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H01S5/04253—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material having specific optical properties, e.g. transparent electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Es wird eine Laseranordnung (10) angegeben. Die Laseranordnung weist eine elektrisch kontaktierbare erste Wellenleiterschicht (30) auf, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, ferner eine zweite Wellenleiterschicht (40), die einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, ferner eine aktive Schicht (50) zur Generierung elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination, wobei die aktive Schicht zwischen der ersten Wellenleiterschicht und der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist. Die Laseranordnung weist ferner zueinander periodisch angeordnete Zonen (60) auf, die in der ersten Wellenleiterschicht oder in der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet sind, wobei die Zonen einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterscheidet und mit dieser Wellenleiterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden. Eine Periodizität der Zonenanordnung wird von zumindest einem Zwischenbereich (70) der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterbrochen. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung und ein optoelektronisches System (300) angegeben.

Description

  • Strukturen, die durch die periodische Modulation des Brechungsindexes des verwendeten Mediums gebildet werden, werden als photonische Kristalle (engl.: „photonic crystal“) bezeichnet. Ein oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser (engl.: „Photonic Crystal Surface Emitting Laser“, PCSEL), im Folgenden bisweilen kurz Laser, Laseranordnung oder PCSEL genannt, weist eine aktive Schicht auf, die unter Anlegen eines Treiberstroms elektromagnetische Strahlung emittiert. Auf beiden Seiten der aktiven Schicht können dotierte Schichten, insbesondere Wellenleiterschichten, angeordnet sein, wobei der photonische Kristall in einer dieser Wellenleiterschichten geformt wird. Beispielsweise wird der photonische Kristall durch Trockenätzung in die entsprechende Wellenleiterschicht geformt, so dass die daraus resultierenden Gräben oder Hohlräume in der Wellenleiterschicht Zonen bilden, deren Brechungsindex sich von dem Brechungsindex der übrigen Wellenleiterschicht unterscheidet. Die Strukturierung der Wellenleiterschicht kann Ätzschäden, insbesondere Kristallschäden in der Wellenleiterschicht, hervorrufen. Da die Wellenleiterschichten auch dazu dienen, elektrische Ladungsträger zur aktiven Schicht zu transportieren, können die Ätzschäden zu hohen elektrischen Widerständen führen, was mit inhomogener Stromeinprägung und damit mit einer Reduzierung der Strahlqualität einhergehen kann.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Laseranordnung mit hoher Strahlqualität anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches System anzugeben, das eine solche Laseranordnung aufweist. Außerdem ist es eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Laseranordnung anzugeben.
  • 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.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Laseranordnung eine elektrisch kontaktierbare erste Wellenleiterschicht auf, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine zweite Wellenleiterschicht auf, die einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine aktive Schicht zur Generierung elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination auf, wobei die aktive Schicht zwischen der ersten Wellenleiterschicht und der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist.
  • 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. Die aktive Schicht weist eine erste Hauptfläche, auf der die erste Wellenleiterschicht angeordnet ist und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche, auf der die zweite Wellenleiterschicht angeordnet ist, auf. Die aktive Schicht besitzt eine Haupterstreckungsebene, die in lateralen Richtungen verläuft. Die erste und die zweite Hauptfläche verlaufen parallel zu den lateralen Richtungen. In einer zu den lateralen Richtungen senkrecht stehenden transversalen Richtung weist die aktive Schicht eine Dicke auf. Die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung wird in der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht geführt. Die erste und die zweite Wellenleiterschicht bilden einen Wellenleiter, in dem die aktive Schicht eingebettet ist. Eine optische Welle wird im Wellenleiter in einer lateralen Richtung geführt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die aktive Schicht zumindest einen Quantentopf, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, unter Anlegen eines Treiberstroms elektromagnetische Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Dazu umfasst die aktive Schicht bevorzugt zumindest einen Quantentopf in Form eines 2D-Quantentopfs (Quantentrog, engl.: „quantum well“) oder 1D-Quantentopfs (Quantendraht, engl.: „quantum wire) oder 0D-Quantentopfs (Quantenpunkt, engl.: „quantum dot“). Beispielsweise umfasst die aktive Schicht eine Mehrzahl von in transversaler Richtung übereinander angeordneten 2D-Quantentöpfen, die jeweils durch eine Barriereschicht getrennt sind. Das kann bedeuten, dass die aktive Schicht eine Mehrzahl von Schichten umfassen kann, die mindestens einen Quantentopf bilden. Ein 2D-Quantentopf kann durch eine dünne Zwischenschicht eines ersten Materials, z.B. etwa 4-5 nm dick, gebildet werden, die von Barriereschichten 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 in Wachstumsrichtung (transversale Richtung) 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 Elektronenbarrieren mit größerer Bandlücke ausgeführt sein können.
  • Die aktive Schicht, die erste und die zweite Wellenleiterschicht können bevorzugt ein Halbleitermaterial umfassen. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamN, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die entsprechende halbleitende Schicht Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Zum Beispiel umfasst die erste Wellenleiterschicht zumindest eine n-GaN Schicht. Beispielweise umfasst die zweite Wellenleiterschicht zumindest eine p-GaN Schicht. Hierbei bezeichnen „n“ bzw. „p“ den Leitfähigkeitstyp der entsprechenden Schicht. Die erste Wellenleiterschicht, die zweite Wellenleiterschicht und die aktive Schicht können mehrere Schichten umfassen oder aus diesen bestehen. Nahe der aktiven Schicht werden bevorzugt Materialien wie InGaN (mit teilweise unterschiedlichen In-Gehalten) oder GaN verwendet. Auf der der aktiven Schicht abgewandten Seite können die Wellenleiterschichten Mantelschichten umfassen. Die Mantelschichten können ein oder mehrere AlGaN Schichten aufweisen oder aus diesen bestehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin zueinander periodisch angeordnete Zonen auf, die in der ersten Wellenleiterschicht oder in der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet sind. Die Zonen weisen einen Brechungsindex auf, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterscheidet. Die Zonen bilden mit dieser Wellenleiterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall. Der photonische Kristall ist dazu ausgebildet, die von der aktiven Schicht generierte elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen. Insbesondere streut der photonische Kristall die Strahlung in die transversale Richtung.
  • Die Zonen können ein Gas, z.B. Luft, oder ein Material, z.B. ein Oxid, aufweisen. Insbesondere können die Zonen durch Ausnehmungen in der jeweiligen Wellenleiterschicht definiert sein, wobei die Ausnehmungen durch Ätzung in die Wellenleiterschicht geformt wurden. Mit anderen Worten können die Zonen Ätzgräben in der Wellenleiterschicht sein, wobei die Gräben mit einem Material aufgefüllt sein können. Insbesondere können die Zonen einen deutlich geringeren Brechungsindex als das entsprechend verwendete Material der Wellenleiterschicht aufweisen. Die Zonen sind zueinander regelmäßig angeordnet. Das kann bedeuten, dass die Zonen matrixförmig angeordnet sind oder sich - in einer 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, oder mit einem Bruchteil, z.B. 1/4 oder 1/2, dieser Wellenlänge, oder einem Vielfachen dieser Wellenlänge im Wesentlichen übereinstimmt. Auf diese Weise ist die Bragg-Bedingung erfüllt, um eine 2D-Rückkopplung in der Ebene des photonischen Kristalls und eine Lichtemission senkrecht dazu zu erreichen. Hierbei wird die Gitterperiode von den periodisch angeordneten Zonen definiert. In der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht ist die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung abhängig von einem effektiven Brechungsindex, wobei λ o = λ G ⋅ n eff
    Figure DE102022105668A1_0001
    gilt, mit der Vakuum-Wellenlänge λο, der Wellenlänge in der zweiten Wellenleiterschicht λG und dem effektivem Brechungsindex neff. Der effektive Brechungsindex der Wellenleiterschicht basiert auf den Brechungsindices der Wellenleiterschicht selbst und der Zonen, und auf deren Anteile in der Wellenleiterschicht. Das bedeutet, dass die Wahl eines Durchmessers der Zonen die Wellenlänge in der Wellenleiterschicht beeinflusst. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Zonen 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 verbessert ein größerer Durchmesser der Zonen den Brechungsindexkontrast des photonischen Kristalls.
  • Elektromagnetische Strahlung, die sich durch den photonischen Kristall bewegt, wird an den Grenzflächen der Zonen, 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. die Zonen, 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.
  • Photonische Kristalle, insbesondere zweidimensionale photonische Kristalle, können vorteilhaft bei Laseranordnungen zum Einsatz kommen, wodurch ein sogenannter oberflächenemittierender Photonischer-Kristall-Laser, PCSEL, gebildet werden kann. Die stimulierte Lichtemission wird durch Kopplung der Moden des photonischen Kristalls mit der aktiven Schicht des Lasers erreicht. Hierbei kommt es zu dem oben beschriebenen Rückkopplungseffekt innerhalb der Kristallebene. Durch Bragg-Beugung erster Ordnung wird kohärente Strahlung auch senkrecht zur Kristalloberfläche emittiert. Es ist auch möglich, dass kohärente Strahlung in einem zur Kristalloberfläche vom 90°- Winkel verschiedenen Winkel emittiert wird. Die emittierte Strahlung kann sich vor allem durch ihre Monomodigkeit, ihr enges Abstrahlprofil und ihre hohe Ausgangsleistung über eine große Abstrahlfläche auszeichnen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Laseranordnung wird eine Periodizität der Zonenanordnung von zumindest einem Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterbrochen. Die Laseranordnung weist zumindest einen Zwischenbereich in der jeweiligen Wellenleiterschicht auf, sie kann aber auch eine Vielzahl von Zwischenbereichen umfassen. In dem zumindest einem Zwischenberiech sind keine Zonen angeordnet, d.h. er ist frei von Zonen. Das kann bedeuten, dass in dem Zwischenbereich keine Grabenätzung durchgeführt worden ist. In lateralen Richtungen kann der zumindest eine Zwischenbereich bevorzugt breiter als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Zonen innerhalb der periodischen Zonenanordnung sein. Mit anderen Worten wird im Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht die Anordnung der Zonen ausgesetzt, so dass zumindest dieser Zwischenbereich eine intakte Kristallstruktur aufweist. Die elektrische Leitfähigkeit der jeweiligen Wellenleiterschicht kann somit verbessert werden. Der Zwischenbereich beeinflusst die optischen Eigenschaften des photonischen Kristalls nur wenig. Der Zwischenbereich kann also als defektfreie Treiberstrom-Zuleitung zur aktiven Schicht dienen. Mit anderen Worten formt der zumindest eine Zwischenbereich eine Insel innerhalb der phonischen Kristallstruktur, über die der Treiberstrom verlustfrei zur aktiven Schicht geführt werden kann.
  • Die Laseranordnung zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass an geeigneten Stellen die Strukturierung des photonischen Kristalls ausgesetzt ist, um defektfreie Stromzuleitungen zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Stromeinprägung wesentlich homogener erfolgen und damit die Strahlqualität verbessert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Laseranordnung folgende Merkmale auf: eine elektrisch kontaktierbare erste Wellenleiterschicht auf, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine zweite Wellenleiterschicht, die einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine aktive Schicht zur Generierung elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination, wobei die aktive Schicht zwischen der ersten Wellenleiterschicht und der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist, und zueinander periodisch angeordnete Zonen, die in der ersten Wellenleiterschicht oder in der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet sind, wobei die Zonen einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterscheidet und mit dieser Wellenleiterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden. Eine Periodizität der Zonenanordnung wird von zumindest einem Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterbrochen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist, in lateraler Richtung, der zumindest eine Zwischenbereich breiter als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Zonen innerhalb der periodischen Zonenanordnung. Das kann bedeuten, dass der Zwischenbereich breiter ist als eine Gitterperiode des photonischen Kristalls außerhalb des Zwischenbereichs. Beispielsweise ist der Zwischenbereich mindestens 1,1mal oder mindestens 1,5mal oder mindestens 2,0mal so breit wie der Abstand zwischen zwei benachbarten Zonen innerhalb der periodischen Zonenanordnung. Bei einer Ätzung in die jeweilige Wellenleiterschicht, bei der die Zonen definiert werden, kann möglicherweise ein Bereich um die Ätzung kristallgeschädigt werden. Es kann zum Beispiel sein, dass Bereiche der Wellenleiterschicht, die bis zu 50nm vom Ätzgraben in transversaler Richtung und/oder lateralen Richtungen entfernt sind, durch die Ätzung Kristallschäden erleiden. Wie oben erwähnt führen solche Kristallschäden zu einer verschlechterten elektrischen Leitfähigkeit. Da in einem photonischen Kristall die Zonen dicht aneinander angeordnet, insbesondere näher als 100nm voneinander entfernt sein können, kann ein Treiberstrom die aktive Schicht nur eingeschränkt über die entsprechende Wellenleiterschicht erreichen. Mithilfe des zumindest einen Zwischenbereichs, der aufgrund der erhöhten Breite über eine defektfreie Kristallstruktur verfügt, kann eine homogene Stromeinprägung zur aktiven Schicht erreicht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zonen durch Gräben oder Hohlräume in der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht definiert. Werden die Zonen durch Gräben definiert, erstrecken sich diese Gräben von einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der jeweiligen Wellenleiterschicht bis in diese Wellenleiterschicht hinein. Gemäß einer Ausführungsform liegt ein Durchmesser der Gräben im Nanometer-Bereich. Beispielsweise besitzen die Gräben einen Durchmesser von wenigstens 5 nm und höchstens 1000 nm. Bevorzugt besitzen die Gräben einen Durchmesser von wenigstens 10 nm und höchstens 50 nm. Die Gräben können auch als Löcher oder Nano-Löcher bezeichnet werden, und umgekehrt. Die Form der Gräben kann zylindrisch sein, d.h. in der 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. Das Profil der Gräben wirkt sich auf ein Modenprofil des photonischen Kristalls aus. Beispielsweise können bestimmte Symmetrien zu sog. Leckmoden oder Nicht-Leckmoden (engl.: „leaky modes“ bzw. „non-leaky modes“) führen, und damit die Abstrahleffizienz der Laseranordnung beeinflussen. In der transversalen Richtung enden die Gräben in der jeweiligen Wellenleiterschicht. Das bedeutet, dass sich ein Grabenfuß in der Wellenleiterschicht befindet und der Grabenfuß von der aktiven Schicht beabstandet ist. Die Gräben können unterschiedlich tief sein. In transversaler Richtung (d.h. in Aufwachsrichtung) kann eine Tiefe der Gräben 10-90%, 50-90% oder 70-90% der Dicke der Wellenschicht entsprechen, z.B. 80% der Dicke der Wellenschicht entsprechen. In anderen Worten können die Gräben die Wellenleiterschicht bis zu 90% durchdringen. Das kann insbesondere bedeuten, dass ein Überlapp der optischen Welle mit den Gräben groß sein kann. Durch die Gräben kann ein photonischer Kristall effizient gebildet werden. Insbesondere ist kein Überwachsen (engl.: „Regrowth“) nötig. Werden die Zonen durch Hohlräume der jeweiligen Wellenleiterschicht geformt, sind sie vollständig in dieser Wellenleiterschicht eingebettet. Das kann insbesondere bedeuten, dass sich die Zonen nicht bis zur Oberfläche der Wellenleiterschicht erstrecken, sondern von dieser bedeckt sind. Eine solche Anordnung kann beispielsweise mittels Regrowth-Verfahren hergestellt werden. Hier werden nach der Ätzung der Gräben diese durch ein anschließendes Epitaxieverfahren bedeckt und verschlossen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste elektrische Leitfähigkeitstyp der n-Typ. Das bedeutet, dass der zweite elektrische Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist. Die Zuordnung der Leitfähigkeitstypen kann aber auch umgekehrt sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zonen in der ersten Wellenleiterschicht angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zonen in der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet. Das Ätzen von n-GaN Schichten kann viele Defekte erzeugen, weshalb die Realisierung der Zonen in der p-dotierten Wellenleiterschicht bevorzugt sein kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung ferner eine Akkumulationsschicht auf, die zwischen der aktiven Schicht und der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Akkumulationsschicht so ausgelegt, dass sie in lateralen Richtungen eine Akkumulation von elektrisch positiven Ladungsträgern bereitstellt. Die Akkumulationsschicht kann durch einen Heteroübergang gebildet sein. Das kann bedeuten, dass zwischen der aktiven Schicht, die einen oder mehrere Quantentöpfe enthalten kann, und der zweiten Wellenleiterschicht ein Heteroübergang von einer Schicht mit hoher Bandlücke (z.B. AlGaN) auf eine Schicht mit geringer Bandlücke (z.B. GaN oder InGaN) angeordnet wird. Aufgrund von Piezofeldern bildet sich an diesem Übergang eine Ansammlung von Löchern oder ein „Löchergas“, welches dank einer höheren lateralen Mobilität der Ladungsträger zu einer Stromaufweitung beitragen kann. Der Heteroübergang kann z.B. mit dem Wachsen einer Elektronenbarriere an der aktiven Schicht verbunden werden. Die Elektronenbarriere kann Teil der aktiven Schicht oder alternativ Teil der Akkumulationsschicht sein. Die Elektronenbarriere ist, wie oben ausgeführt, dazu vorgesehen ein Überfließen der Elektronen aus der aktiven Schicht zu reduzieren. Die Elektronenbarriere kann auf der der aktiven Schicht zugewandten Seite ein Überfließen der Elektronen verhindern und auf der der aktiven Schicht abgewandten Seite für den benötigten Heteroübergang sorgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung ferner eine erste Kontaktschicht auf, die an der der aktiven Schicht abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht angeordnet ist. Die erste Kontaktschicht ist dazu vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zur ersten Wellenleiterschicht bereitzustellen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung ferner eine zweite Kontaktschicht auf, die an der der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist. Die zweite Kontaktschicht ist dazu vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zur zweiten Wellenleiterschicht bereitzustellen.
  • Die erste und die zweiten Kontaktschicht können ein hochdotiertes Halbleitermaterial (z.B. GaN) und/oder ein Metall aufweisen. Die erste und die zweite Kontaktschicht umfassen bevorzugt ein Metall, wie Ag, Pt, Au, Pd, Ti, oder bestehen daraus. Die ersten und die zweite Kontaktschicht können auch als reflektierende Schicht ausgebildet sein, insbesondere dann, wenn sie ein Metall umfassen. Über die erste und zweite Kontaktschicht kann ein Treiberstrom in die Laseranordnung eingebracht werden, wobei der Treiberstrom über die jeweiligen Wellenleiterschichten zur aktiven Schicht transportiert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform formt die erste Kontaktschicht eine Apertur, die dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung aus der Laseranordnung auszukoppeln. In diesem Fall kann die zweite Kontaktschicht ganzflächig auf oder über der zweiten Wellenleiterschicht aufgebracht sein. Ferner kann in diesem Fall die Laseranordnung als sog. „Bottom-Emitter“ bezeichnet werden. Ausgehend von der aktiven Schicht kann elektromagnetische Strahlung die Laseranordnung über die Apertur an der ersten Wellenleiterschicht verlassen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform formt die zweite Kontaktschicht eine Apertur, die dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung aus der Laseranordnung auszukoppeln. In diesem Fall kann die erste Kontaktschicht ganzflächig auf oder über der ersten Wellenleiterschicht aufgebracht sein. Ferner kann in diesem Fall die Laseranordnung als sog. „Top-Emitter“ bezeichnet werden. Ausgehend von der aktiven Schicht kann elektromagnetische Strahlung die Laseranordnung über die Apertur an der zweiten Wellenleiterschicht verlassen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung ferner eine zwischen der zweiten Kontaktschicht und der zweiten Wellenleitschicht angeordnete dielektrische Schicht auf. Die dielektrische Schicht weist einen hohen elektrischen Widerstand auf, so dass ein direkter elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Wellenleiterschicht und der zweiten Kontaktschicht in Bereichen, in denen die dielektrische Schicht angeordnet ist, vermindert ist.
  • Bevorzugt ist die dielektrische Schicht ist Randbereichen der Laseranordnung angeordnet. Das hat zur Folge, dass der Treiberstrom nur über einen zentralen Bereich der Laseranordnung zur aktiven Schicht transportiert wird. Dadurch kann eine Homogenität der Stromdichte erhöht werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zur dielektrischen Schicht weist die Laseranordnung ferner eine zwischen der zweiten Kontaktschicht und der zweiten Wellenleitschicht angeordnete kristallgeschädigte Schicht auf. Ähnlich wie die dielektrische Schicht weist eine kristallgeschädigte Schicht einen erhöhten elektrischen Widerstand auf. Auf diese Weise kann auch mittels einer kristallgeschädigten Schicht ein Stromfluss in Randbereichen der Laseranordnung vermindert werden und ein Stromfluss in zentralen Bereichen der Laseranordnung erhöht werden, so dass die Homogenität der Stromdichte verbessert wird. Die kristallgeschädigte Schicht kann eine Oberflächenschicht der zweiten Wellenleiterschicht sein, die z.B. mittels reaktiven Ionenätzen behandelt wurde, um die Kristallstruktur lokal zu schädigen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung ferner eine Stromverteilungsschicht auf, die auf der zweiten Wellenleitschicht angeordnet ist. Die Stromverteilungsschicht ist dazu vorgesehen, einen Treiberstrom in lateralen Richtungen zu verteilen. Beispielsweise umfasst die Stromverteilungsschicht ein transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder besteht daraus. Die Ladungsträgermobilität, insbesondere die der Löcher, kann in der zweiten Wellenleiterschicht (zum Beispiel p-GaN) eingeschränkt sein und mithilfe der Stromverteilungsschicht verbessert werden. Die Stromverteilungsschicht kann in der Aufsicht auf einem zentralen Bereich der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet sein. Ferner kann die Stromverteilungsschicht in direktem Kontakt zur zweiten Kontaktschicht stehen. Auf diese Weise kann die zweite Wellenleiterschicht über die Stromverteilungsschicht mit der zweiten Kontaktschicht elektrisch verbunden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Stromverteilungsschicht eine Tunnelkontaktschicht oder besteht daraus. Die Tunnelkontaktschicht kann einen Schichtstapel aus einer dünnen Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps (z.B. n-Typ) und einer dünnen Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps (z.B. p-Typ) umfassen, wobei letztere zwischen der zweiten Wellenleiterschicht und der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Die Tunnelkontaktschicht formt auf diese Weise eine Tunneldiode (engl.: „tunnel junction“). Auch die Tunnelkontaktschicht ermöglicht es, einen Treiberstrom in lateralen Richtungen zu verteilen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine dritte Wellenleiterschicht auf. Die dritte Wellenleiterschicht ist auf der Tunnelkontaktschicht angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dritte Wellenleiterschicht den ersten Leitfähigkeitstyp auf. Die oben erwähnte dünne Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ist also der dritten Wellenleiterschicht zugewandt. Zum Beispiel weist die dritte Wellenleiterschicht n-GaN auf. Die zweite Wellenleiterschicht kann in diesem Ausführungsbeispiel der Laseranordnung über die Tunnelkontaktschicht und die dritte Wellenleiterschicht elektrisch kontaktiert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine weitere Stromverteilungsschicht auf, die auf der dritten Wellenleitschicht angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, den Treiberstrom in lateralen Richtungen zu verteilen. Beispielsweise umfasst die weitere Stromverteilungsschicht ein transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder besteht daraus. Die weitere Stromverteilungsschicht kann in der Aufsicht auf einem zentralen Bereich der dritten Wellenleiterschicht angeordnet sein. Ferner kann die weitere Stromverteilungsschicht in direktem Kontakt zur zweiten Kontaktschicht stehen. Auf diese Weise kann die zweite Wellenleiterschicht über die weitere Stromverteilungsschicht und die dritten Wellenleiterschicht und die Tunnelkontaktschicht mit der zweiten Kontaktschicht elektrisch verbunden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine Spiegelschicht auf, die an der der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der ersten Wellenleiterschicht ausgekoppelt, bevorzugt über die von der ersten Kontaktschicht definierte Apertur. Die Spiegelschicht kann als Bragg-Spiegel (engl: „distributed Bragg reflector“, DBR) ausgebildet sein. Die Spiegelschicht kann einen Schichtstapel aus alternierenden dünnen Schichten unterschiedlicher Brechungsindices umfassen. Die von der Spiegelschicht umfassten Schichten können epitaktisch aufgewachsen sein (sog. „epi-DBR“). Alternativ oder zusätzlich kann die Spiegelschicht dielektrische und/oder metallische Schichten umfassen oder aus diesen bestehen. Die Spiegelschicht reflektiert vom photonischen Kristall gestreutes Licht, damit dieses hauptsächlich über die Apertur abgestrahlt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine Spiegelschicht auf, die an der der aktiven Schicht abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht ausgekoppelt, bevorzugt über die von der zweiten Kontaktschicht definierte Apertur. In diesem Fall kann die Spiegelschicht als epi-DBR ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Laseranordnung weiterhin eine Vielzahl von Zwischenbereichen der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht auf. Wie oben ausgeführt ermöglichen die Zwischenbereiche eine homogene Stromeinprägung aufgrund defektfreier Kristallbereiche mit niedrigem elektrischem Widerstand.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Zwischenbereiche in lateralen Richtungen regelmäßig verteilt. Beispielsweise kann der von den Zonen gebildete photonische Kristall in Abständen von X um von Zwischenbereichen unterbrochen sein, wobei X beispielsweise 5 oder 10 oder 15 sein kann. Ebenso ist es möglich dass der von den Zonen gebildete photonische Kristall alle N Zonen, beispielsweise jeweils nach 40 Zonen, von Zwischenbereichen unterbrochen wird. Übergitter-Effekte können auf diese Weise verstärkt werden, womit bestimmte Moden angeregt werden können. Alternativ sind die Zwischenbereiche in lateralen Richtungen zufällig verteilt. Auf diese Weise sind Abstände zwischen den Zwischenbereichen nicht zwingend identisch über den Abstrahlbereich verteilt, womit Übergitter-Effekte gezielt unterdrückt werden können. Es ist auch möglich, dass die Zwischenbereiche in lateralen Richtungen radial nach außen hin abnehmend verteilt sind. Dadurch kann vor allem in einem zentralen Abstrahlbereich die Stromeinprägung verbessert werden, um eine homogenere Stromdichte zu erhalten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist, in einer Aufsicht, die Apertur kreisförmig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die die Apertur bildende Kontaktschicht zumindest einen Steg, der sich von einem Rand der Apertur radial in Richtung Mittelpunkt der Apertur erstreckt. Mithilfe des Stegs kann die Stromzufuhr über zentrale Bereiche der Laseranordnung verbessert werden. Der Steg kann zusätzlich verspiegelt sein, um vom Steg blockierte Strahlung zurück in die Laseranordnung zu reflektieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zumindest eine Steg so angeordnet, dass er in einem Knotenbereich einer im Betrieb der Laseranordnung emittierten elektromagnetischen Welle liegt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Steg Teile der emittierten Welle abschattet, so dass bei Nicht-Grundmodenemission gezielt das Interferenzmuster im Fernfeld zum Beispiel möglichst engwinklig wird. Alternativ oder zusätzlich ist der zumindest eine Steg so angeordnet, dass er an dem zumindest einen Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht ausgerichtet ist. Das kann bedeuten dass der Steg in einer Aufsicht den Zwischenbereich zumindest teilweise bedeckt. Der Einfluss des Zwischenbereichs auf das abgestrahlte Modenprofil kann somit vermindert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein optoelektronisches System angegeben. Das optoelektronische System weist eine Laseranordnung gemäß einem der oben ausgeführten Ausführungsformen auf. Das bedeutet, dass alle für die Laseranordnung offenbarten Merkmale auch für das optoelektronische System offenbart werden und umgekehrt. Die Laseranordnung kann in das optoelektronische System integriert sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen System um ein LIDAR-System oder ein Scheinwerfer-System. Das optoelektronische System kann aber auch andere Systeme umfassen, für die eine hohe Ausgangsleistung, Monomodigkeit und/oder ein enges Abstrahlprofil des Laserstrahls wünschenswert sind. Durch die Oberflächenemission kann im Vergleich zu kantenemittierenden Lasern außerdem eine Integration der Laseranordnung in das optoelektronische System effizienter gestaltet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung angegeben. Alle für die Laseranordnung offenbarten Merkmale werden auch für Herstellungsverfahren offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines eine Hauptfläche aufweisenden Substrats. Das Substrat kann das gleiche Materialsystem wie die Wellenleiterschichten und die aktive Schicht aufweisen. Beispielsweise weist das Substrat GaN auf oder besteht daraus. Das Substrat kann als Startmaterial für die nachfolgenden epitaktischen Abscheidungen der Wellenleiterschichten und der aktiven Schicht dienen. Das Substrat kann nach der Herstellung der Wellenleiterschichten und der aktiven Schicht wieder entfernt werden. Alternativ dient das Substrat als Mantelschicht des von den Wellenleiterschichten gebildeten Wellenleiters.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Anordnen einer ersten Wellenleiterschicht an der Hauptfläche des Substrats, wobei die erste Wellenleiterschicht einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die erste Wellenleiterschicht kann durch epitaktische Abscheidung auf dem Substrat gebildet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Anordnen einer aktiven Schicht auf die erste Wellenleiterschicht, wobei die aktive Schicht dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung durch Ladungsträgerrekombination zu generieren. Die aktive Schicht kann durch epitaktische Abscheidung auf der ersten Wellenleiterschicht gebildet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner eine Anordnen einer zweiten Wellenleiterschicht an einer der ersten Wellenleiterschicht abgewandten Seite der aktiven Schicht, wobei die zweite Wellenleiterschicht einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die zweite Wellenleiterschicht kann durch epitaktische Abscheidung auf der aktiven Schicht gebildet werden.
  • Insbesondere können die aktive Schicht, die erste und die zweite Wellenleiterschicht in einem kontinuierlichen Epitaxie-Prozess aufgewachsen sein. Durch den ununterbrochenen Epitaxie-Prozess kann die Materialqualität erhöht werden, da Möglichkeiten einer Kontamination mit Fremdatomen und Kristalldefekte reduziert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Formen von zueinander periodisch angeordneten Zonen in der ersten Wellenleiterschicht oder in der zweiten Wellenleiterschicht. Die Zonen weisen einen Brechungsindex auf, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterscheidet. Die Zonen bilden mit dieser Wellenleiterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall. Die Zonen können durch Gräben gebildet werden, die mittels Elektronenstrahl-Lithografie, Nanopräge-Lithografie, UV/DUV/EUV-Lithografie und/oder Trockenätzung in die jeweilige Wellenleiterschicht geformt werden. Die Gräben können optional mit einem Material, wie zum Beispiel einem Oxid, mittels eines Abscheideverfahrens aufgefüllt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Periodizität der Zonenanordnung von zumindest einem Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterbrochen. Das kann bedeuten, dass in den Zwischenbereichen keine Zonen geformt werden, d.h. keine Grabenätzung erfolgt. Die Zwischenbereiche weisen demzufolge eine intakte Kristallstruktur auf. Die Laseranordnung zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass an geeigneten Stellen die Strukturierung des photonischen Kristalls ausgesetzt ist, um defektfreie Stromzuleitungen zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Stromeinprägung wesentlich homogener erfolgen und damit die Strahlqualität verbessert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung folgende Prozessschritte: Bereitstellen eines eine Hauptfläche aufweisenden Substrats, Anordnen einer ersten Wellenleiterschicht an der Hauptfläche des Substrats, wobei die erste Wellenleiterschicht einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, Anordnen einer aktiven Schicht auf die erste Wellenleiterschicht, wobei die aktive Schicht dazu ausgebildet ist, elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination zu generieren, Anordnen einer zweiten Wellenleiterschicht an einer der ersten Wellenleiterschicht abgewandten Seite der aktiven Schicht, wobei die zweite Wellenleiterschicht einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, Formen von zueinander periodisch angeordneten Zonen in der ersten Wellenleiterschicht oder in der zweiten Wellenleiterschicht, wobei die Zonen einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterscheidet und mit dieser Wellenleiterschicht einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, und wobei eine Periodizität der Zonenanordnung von zumindest einem Zwischenbereich der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht unterbrochen wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen einer Ablöseschicht auf die Hauptfläche des Substrats, wobei die erste Wellenleiterschicht an einer dem Substrat abgewandten Seite der Ablöseschicht angeordnet wird. Die Ablöseschicht (engl.: „release layer“) wird vor dem Formen der ersten Wellenleiterschicht auf dem Substrat aufgetragen. Mittels der Ablöseschicht kann in einem späteren Prozessschritt das Substrat entfernt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen eines Trägers an eine der aktiven Schicht abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht. Der Träger kann eine weiteres Halbleitersubstrat oder eine Leiterplatte umfassen. Der Träger dient unter anderem dazu, den Schichtaufbau zu drehen, um diesen von der anderen Seite mittels einer Rückseiten-Prozessierung zu behandeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Ablösen des Substrats entlang der Ablöseschicht. Bevorzugt erfolgt dies nach dem Drehen des Schichtaufbaus auf den Träger. Die Ablöseschicht ist dazu eingerichtet durch ein Ätzverfahren entfernt zu werden, wodurch sich das Substrat vom übrigen Schichtaufbau löst. Dadurch ist es möglich, die erste Wellenleiterschicht freizulegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Zonen durch Trockenätzung von Gräben oder Hohlräumen in die erste Wellenleiterschicht bzw. die zweite Wellenleiterschicht geformt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein nasschemisches Ätzen, das dazu vorgesehen ist, durch die Trockenätzung entstandene Ätzschäden in der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht um die Zonen zu reduzieren.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren eine Temperung, die dazu vorgesehen ist, durch die Trockenätzung entstandene Ätzschäden in der die Zonen einbettenden Wellenleiterschicht um die Zonen zu reduzieren. Durch die Reduzierung der Ätzschäden kann die elektrische Leitfähigkeit der jeweiligen Wellenleiterschicht, in die die Ätzgräben eingebracht wurden, erhöht werden, um eine homogenere Stromdichte des Treiberstroms zu erzielen.
  • Weitere Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens ergeben sich für den geübten Leser aus den oben beschriebenen Ausführungsformen für die Laseranordnung. Die vorherige und nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Laseranordnung, das optoelektronische System und die Herstellung der Laseranordnung.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
    • 1 bis 2 zeigen Laseranordnungen im Querschnitt gemäß Ausführungsbeispielen.
    • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Bandstruktur.
    • 4 bis 20 zeigen Laseranordnungen im Querschnitt gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
    • 21 bis 24 zeigen Laseranordnungen in der Aufsicht gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
    • 25 zeigt ein beispielhaftes Interferenzmuster einer abgestrahlten elektromagnetischen Welle im Fernfeld.
    • 26 zeigt eine Laseranordnungen in der Aufsicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 27 zeigt eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In Verbindung mit der 1 ist eine Laseranordnung 10 gezeigt. Insbesondere formt die Laseranordnung einen sogenannten oberflächenemittierenden Photonischer-Kristall-Laser, PCSEL. Im Folgenden kann die Laseranordnung 10 deshalb auch Laser oder PCSEL genannt werden. Die Laseranordnung 10 kann ein Halbleitermaterial aufweisen.
  • Die Laseranordnung 10 weist eine aktive Schicht 50 auf, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung durch Ladungsträgerrekombination zu generieren. Die aktive Schicht 50 kann ein Halbleitermaterial aufweisen. Die aktive Schicht 50 weist eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf. Die aktive Schicht 50 weist eine Haupterstreckungsebene auf, die in lateralen Richtungen x, y verläuft. In einer transversalen Richtung z, die senkrecht auf der Haupterstreckungsebene steht, weist die aktive Schicht 50 eine Dicke auf. Die ersten Hauptfläche und zweite Hauptfläche verlaufen parallel zu den lateralen Richtungen x, y. Die aktive Schicht 50 kann durch eine Mehrzahl von Schichten (nicht gezeigt) gebildet sein. Insbesondere kann die aktive Schicht 50 zumindest einen Quantentopf bilden, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, unter Anlegen eines Treiberstroms elektromagnetische Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren. Beispielsweise ist der zumindest eine Quantentopf ein 2D-Quantentopf, der durch eine dünne Zwischenschicht eines ersten Materials umgeben von Barriereschichten eines zweiten Materials gebildet wird. Die Barriereschichten weisen eine größere Bandlücke als die Zwischenschicht auf.
  • Die aktive Schicht 50 ist zwischen einer ersten Wellenleiterschicht 30 und einer zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet. Das kann bedeuten, dass die aktive Schicht 50 in direktem Kontakt zu den Wellenleiterschichten 30, 40 steht. Die erste Wellenleiterschicht 30 ist an oder auf der ersten Hauptfläche der aktiven Schicht 50 angeordnet. Die zweite Wellenleiterschicht 40 ist an oder auf der zweiten Hauptfläche der aktiven Schicht 50 angeordnet. Es ist auch möglich dass sich zwischen der aktiven Schicht 50 und den jeweiligen Wellenleiterschichten 30, 40 Zwischenschichten befinden (nicht gezeigt in 1). Die erste Wellenleiterschicht 30 ist elektrisch kontaktierbar und weist einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Zum Beispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ. Die erste Wellenleiterschicht 30 kann deshalb mit einem Dotierstoff des n-Typs (z.B. Silizium (Si)) dotiert sein. Die zweite Wellenleiterschicht 40 ist ebenfalls elektrisch kontaktierbar und weist einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Der zweite Leitfähigkeitstyp ist dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt. Zum Beispiel ist der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ. Die zweite Wellenleiterschicht 40 kann deshalb mit einem Dotierstoff des p-Typs (z.B. Magnesium (Mg)) dotiert sein.
  • Die Laseranordnung 10 weist ferner zueinander periodisch angeordnete Zonen 60 auf, die in der ersten Wellenleiterschicht 30 oder in der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel nach 1 sind die Zonen 60 in der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet. Die Zonen 60 weisen einen Brechungsindex auf, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen 60 einbettenden Wellenleiterschicht 30, 40 unterscheidet. Somit bilden die Zonen 60 mit dieser Wellenleiterschicht 30, 40 einen zweidimensionalen photonischen Kristall. Wie gezeigt können die Zonen 60 beispielsweise durch Ausnehmungen in der entsprechenden Wellenleiterschicht 30, 40 definiert sein. Im gezeigten Beispiel werden die Zonen 60 durch Gräben geformt, die sich von einer der aktiven Schicht 50 abgewandten Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht 40 bis in die zweite Wellenleiterschicht 40 hinein erstrecken. Die Zonen 60 können deshalb, wie gezeigt, Luft oder Gas als Material umfassen. Es ist aber auch möglich, dass die Zonen 60 ein anderes Material umfassen, z.B. ein Oxid. Beispielsweise können die Gräben mit dem anderen Material aufgefüllt werden. Die Zonen 60 können nachträglich in die zweite Wellenleiterschicht 40 eingebracht worden sein. Das kann bedeuten, dass die zweite Wellenleiterschicht 40 zunächst als kontinuierliche Schicht, ein Halbleitermaterial aufweisend, geformt wird. Die Zonen 60 können durch Materialveränderung, Materialentfernung oder Materialersetzung in der zweiten Wellenleiterschicht 40 geformt sein. Ein Brechungsindexunterschied zwischen den Zonen 60 und der entsprechenden Wellenleiterschicht 30, 40 (hier die zweite Wellenleiterschicht 40) kann groß sein.
  • Die Zonen 60 können matrixförmig angeordnet sein oder sich - in einer Aufsicht (siehe zum Beispiel 21) - auf Schnittpunkten eines Gitters befinden. Das Gitter kann aus einer Basis mit mehreren Elementen bestehen. Eine Gitterperiode kann so gewählt werden, dass sie mit einer Wellenlänge der von der aktiven Schicht 50 generierten Strahlung im Wesentlichen übereinstimmt, oder ein ganzzahliges oder nicht-ganzzahliges Vielfaches davon darstellt. In transversaler Richtung z sind die Zonen 60 von der aktiven Schicht 50 beabstandet. Ein Abstand der Zonen 60 zu der aktiven Schicht 50 kann für alle Zonen 60 gleich sein, oder auch variieren. Das heißt, dass eine Tiefe der die Zonen 60 bildenden Gräben unterschiedlich sein kann. In einer Aufsicht (siehe 21) können die Zonen 60 ein kreisförmiges oder elliptisches Profil haben. Es ist aber auch möglich, dass die Zonen 60 ein anderes Profil, z.B. polygonales, insbesondere drei- oder viereckiges, Profil aufweisen. Es kann ferner sein, dass wenigstens zwei Zonen 60 unterschiedliche Profile aufweisen. Die Tiefe der Zonen 60 in transversaler Richtung z und das Profil der Zonen 60 in lateralen Richtungen x, y wirkt sich auf ein Modenprofil des photonischen Kristalls aus.
  • Wenn die Zonen 60 nachträglich in die zweite Wellenleiterschicht 40 durch Formung von Gräben eingebracht werden, kann dies beispielsweise durch ein Ätzverfahren bewerkstelligt werden. Die Gräben können mittels Elektronenstrahl-Lithografie, Nanopräge-Lithografie, UV/DUV/EUV-Lithografie und/oder Trockenätzung geformt werden. Der Ätzprozess kann die Wellenleiterschicht 40 beschädigen, insbesondere können Kristalldefekte rund um die Ätzung auftreten. Solche Kristalldefekte sind in 1 mittels eines Punktmusters um die Zonen 60 dargestellt. Die Kristalldefekte können die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Wellenleiterschicht 40 zumindest in den geschädigten Bereichen verschlechtern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die durch die Trockenätzung entstandenen Ätzschäden in der die Zonen 60 einbettenden Wellenleiterschicht 30, 40 um die Zonen 60 durch nasschemisches Ätzen und/oder einer Temperung reduziert. Beispielsweise werden die geschädigten Bereiche mit Kaliumhydroxid (KOH) weggeätzt oder mit hohen Prozesstemperaturen ausgeheilt. Alternativ erfolgt keine Behebung der Kristalldefekte, da die Laseranordnung 10 über defektfreie Bereiche verfügt, wie im Folgenden beschrieben wird.
  • Die Laseranordnung 10 weist zumindest einen Zwischenbereich 70 in der zweiten Wellenleiterschicht 40 auf, in dem keine Zonen 60 angeordnet sind, d.h. an dem keine Grabenätzung durchgeführt wird. Das bedeutet, dass eine Periodizität der Zonenanordnung von dem zumindest einen Zwischenbereich 70 der die Zonen 60 einbettenden Wellenleiterschicht 30, 40 unterbrochen wird. In lateralen Richtungen x, y ist der Zwischenbereich 70 neben den Zonen 60 angeordnet, bzw. ist von den Zonen 60 umgeben. Mit anderen Worten bildet der zumindest eine Zwischenbereich 70 einen Defekt des photonischen Kristalls. In lateralen Richtungen x, y ist der zumindest eine Zwischenbereich 70 breiter als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Zonen 60 innerhalb der periodischen Zonenanordnung. Mit anderen Worten wird im Zwischenbereich 70 der zweiten Wellenleiterschicht 40 die Anordnung der Zonen 60 ausgesetzt, so dass zumindest dieser Zwischenbereich 70 eine intakte Kristallstruktur aufweist. Die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Wellenleiterschicht 40 kann somit verbessert werden. Der Zwischenbereich 70 beeinflusst die optischen Eigenschaften des photonischen Kristalls nur wenig. Der Zwischenbereich 70 kann also als defektfreie Treiberstrom-Zuleitung zur aktiven Schicht 50 dienen.
  • Die Laseranordnung 10 nach 1 weist ferner ein Substrat 20 auf, das an der der aktiven Schicht 50 abgewandten Oberfläche der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten ist die erste Wellenleiterschicht 30 zwischen der aktiven Schicht 50 und dem Substrat 20 angeordnet. Das Substrat 20 kann ein Halbleitersubstrat sein. Das Substrat 20 kann dotiert sein, und insbesondere den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die erste Wellenleiterschicht 30 aufweisen (den ersten Leitfähigkeitstyp). Das Substrat 20 kann als Startmaterial in einem Herstellungsprozess für die Laseranordnung 10 dienen. Das kann bedeuten, dass das Substrat 20 am Ende des Herstellungsprozesses wieder entfernt wird. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat 20 als Mantelschicht für die Laseranordnung 10 dient und eine Grenzfläche mit der ersten Wellenleiterschicht 30 bildet. Dazu kann die Mantelschicht, d.h. das Substrat 20, einen niedrigeren Brechungsindex als die erste Wellenleiterschicht 30 aufweisen, so dass eine lateral laufende optische Welle an der Grenzfläche zwischen der ersten Wellenleiterschicht 30 und der Mantelschicht reflektiert, insbesondere totalreflektiert.
  • Wie oben erwähnt kann die Laseranordnung 10 ein Halbleitermaterial umfassen. Insbesondere kann die aktive Schicht 50, die erste und zweite Wellenleiterschicht 30, 40 und das Substrat 20 (falls vorhanden) ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial aus dem AlInGaN-System umfassen.
  • In Verbindung mit der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 darin, dass zwischen der aktiven Schicht 50 und der zweiten Wellenleiterschicht 40 eine Akkumulationsschicht 80 angeordnet ist. Die Akkumulationsschicht 80 ist so ausgelegt ist, dass sie in lateralen Richtungen x, y eine Akkumulation von elektrisch positiven Ladungsträgern bereitstellt. Die Akkumulationsschicht 80 kann durch einen Heteroübergang gebildet sein. Aufgrund von Piezofeldern bildet sich an diesem Übergang eine Ansammlung von Löchern oder ein „Löchergas“, welches dank einer höheren lateralen Mobilität der Ladungsträger zu einer Stromaufweitung beitragen kann. Die Stromaufweitung ist in 2 durch nach außen gerichtete Pfeile dargestellt. Die Stromaufweitung erfolgt in transversaler Richtung z unterhalb des Zwischenbereichs 70.
  • 3 zeigt schematisch den Effekt der Akkumulationsschicht 80 anhand eines Bänderdiagramms. Aufgetragen ist die Energie „E“ über die Position „pos“ entlang eines Heteroübergangs. Im Halbleiter bilden sich ein Valenzband VB und ein Leitungsband LB aus. Am Heteroübergang, d.h. am Übergang von einer Schicht mit hoher Bandlücke auf eine Schicht mit geringer Bandlücke entstehen Potentialbarrieren für Elektronen bzw. Löcher. 3 zeigt ferner die Quasi-Ferminiveaus EF e, EF h für Elektronen und Löcher. Durch die Akkumulationsschicht 80 verschieben sich diese, so dass sich in Bereichen, wo die Quasi-Ferminiveaus EF e, EF h außerhalb der Bandlücke liegen, Ladungsträgeransammlungen ergeben. Auf diese Weise akkumulieren am Übergang elektrisch positive Ladungsträger (Löcher), d.h. es bildet sich ein zweidimensionales Löchergas aus.
  • In Verbindung mit der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Zonen 60 komplett in der zweiten Wellenleiterschicht 40 eingebettet. Das heißt, dass sich die Zonen 60 nicht bis zur Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht 40 erstrecken, sondern von dieser umschlossen sind. In diesem Fall können die Zonen 60 beispielsweise durch Hohlräume bzw. abgeschlossene Bereiche in der zweiten Wellenleiterschicht 40 gebildet sein. Eine solche Anordnung kann beispielsweise mittels „Regrowth“-Verfahren hergestellt werden. Ausgehend vom Ausführungsbeispiel nach 1 kann beispielsweise eine weitere Wellenleiterschicht 40` auf die strukturierte Wellenleiterschicht aufgewachsen werden. Die weitere Wellenleiterschicht 40` und die strukturierte Wellenleiterschicht bilden zusammen die zweite Wellenleiterschicht 40. Die weitere Wellenleiterschicht 40` hat ebenfalls den zweiten Leitfähigkeitstyp. Das kann bedeuten, dass die weitere Wellenleiterschicht 40` p-GaN umfasst, welches epitaktisch auf die strukturierte Wellenleiterschicht abgeschieden wird. Eine Prozesstemperatur des „Regrowth“-Prozesses kann hoch sein, aber niedriger als eine Prozesstemperatur beim Aufwachsen der aktiven Schicht 50.
  • In Verbindung mit der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. Hier weist die Laseranordnung zusätzlich eine Stromverteilungsschicht 90 auf, die auf der zweiten Wellenleitschicht 40 (bzw. 40`) angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die zweite Wellenleiterschicht 40 zwischen der Stromverteilungsschicht 90 und der aktiven Schicht 50 angeordnet. Die Stromverteilungsschicht 90 ist dazu vorgesehen, einen Treiberstrom in lateralen Richtungen x, y zu verteilen. Die Stromverteilung erfolgt hier in transversaler Richtung z über dem Zwischenbereich 70. Die Ladungsträgermobilität, insbesondere die der Löcher, kann in der zweiten Wellenleiterschicht 40 (zum Beispiel p-GaN) eingeschränkt sein und mithilfe der Stromverteilungsschicht 90 verbessert werden. Zum Beispiel umfasst die Stromverteilungsschicht 90 ein transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder besteht daraus.
  • In Verbindung mit der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. Die Laseranordnung 10 umfasst ferner eine erste Kontaktschicht 100, die an der der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Kontaktschicht 100 auf dem Substrat 20 angeordnet, und zwar auf der der ersten Wellenleiterschicht 30 abgewandten Seite des Substrats 20. Die erste Kontaktschicht 100 bedeckt das Substrat 20 ganzflächig. Die erste Kontaktschicht 100 ist dazu vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zur ersten Wellenleiterschicht 30 bereitzustellen. Insbesondere wird über die erste Kontaktschicht 100 und die erste Wellenleiterschicht 30 ein Treiberstrom für die aktive Schicht 50 bereitgestellt.
  • Die Laseranordnung 10 umfasst ferner eine zweite Kontaktschicht 110, die an der der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet ist. In lateralen Richtung x, y ist die zweite Kontaktschicht 110 neben der Stromverteilungsschicht 90 angeordnet und umschließt diese in lateralen Richtungen x, y. Die zweite Kontaktschicht 110 kann in direktem Kontakt mit der Stromverteilungsschicht 90 sein. Die zweite Kontaktschicht 110 kann in direktem Kontakt mit der zweiten Wellenleiterschicht 40 sein, oder alternativ durch eine dielektrische Zwischenschicht (nicht gezeigt) von dieser beabstandet sein. Es ist auch möglich, dass die zweite Kontaktschicht 110 zwar im direktem Kontakt mit der zweiten Wellenleiterschicht 40 ist, eine Grenzfläche aber dergestalt bearbeitet ist, das ein direkter elektrischer Kontakt reduziert ist. Beispielsweise wird die Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht 40 mittels reaktivem Ionenätzen kristallgeschädigt, so dass ein elektrischer Widerstand erhöht wird. Die zweite Kontaktschicht 110 ist dazu vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zur zweiten Wellenleiterschicht 40 bereitzustellen. Bevorzugt wird eine elektrische Verbindung über die Stromverteilungsschicht 90 bereitgestellt. Die erste und zweite Kontaktschicht 100, 110 können ein hochdotiertes Halbleitermaterial und/oder ein Metall aufweisen. Die erste und zweite Kontaktschicht 100, 110 umfassen bevorzugt ein Metall, wie Ag, Pt, Au, Pd, Ti, oder bestehen daraus.
  • Die erste oder die zweite Kontaktschicht 100, 110 formt eine Apertur 210, die dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung aus der Laseranordnung 10 auszukoppeln. Im Ausführungsbeispiel nach 6 formt die zweite Kontaktschicht eine solche Apertur 210. Die ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung ist durch einen nach oben gerichteten Pfeil illustriert. Das bedeutet, dass elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht 50 abgewandten Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht 40 ausgekoppelt wird. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Laseranordnung 10 also einen sogenannten „Top-Emitter“, da sie elektromagnetische Strahlung in eine die Aufwachsrichtung umfassende Richtung (die transversale Richtung z) abstrahlt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Spiegelschicht 120 an der der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet. Die Spiegelschicht 120 ist zwischen dem Substrat 20 und der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet. In einem Herstellungsprozess kann die Spiegelschicht 120 vor der ersten Wellenleiterschicht 30 auf dem Substrat 20 abgeschieden werden. Die Spiegelschicht 120 kann als Bragg-Spiegel (engl: „distributed Bragg reflector“, DBR) ausgebildet sein. Die Spiegelschicht 120 kann einen Schichtstapel aus alternierenden dünnen Schichten unterschiedlicher Brechungsindices umfassen. Die von der Spiegelschicht 120 umfassten Schichten können epitaktisch aufgewachsen sein (sog. „epi-DBR“). Die Spiegelschicht 120 reflektiert vom photonischen Kristall gestreutes Licht, damit dieses hauptsächlich über die Apertur 210 abgestrahlt wird.
  • In Verbindung mit der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Laseranordnung 10 einen sogenannten „Bottom-Emitter“, da sie elektromagnetische Strahlung entgegen der Aufwachsrichtung (entgegen der transversalen Richtung z) abstrahlt. Die ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung ist durch einen nach unten gerichteten Pfeil illustriert. Das bedeutet, dass elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht 50 abgewandten Oberfläche der ersten Wellenleiterschicht 30 ausgekoppelt wird. Im Ausführungsbeispiel nach 7 formt die erste Kontaktschicht 100 die Apertur 210. Die Spiegelschicht 120 ist hier an der der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet. Die Spiegelschicht 120 kann auf der Stromverteilungsschicht 90 angeordnet sein. Die Spiegelschicht 120 kann als epi-DBR ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Spiegelschicht 120 dielektrische und/oder metallische Schichten umfassen oder aus diesen bestehen. Teile der zweiten Kontaktschicht 110 können die Spiegelschicht 120 bedecken, wie in gezeigt. In anderen Worten kann die Spiegelschicht 120 zwischen der Stromverteilungsschicht 90 und der zweiten Kontaktschicht 110 angeordnet sein. Die Spiegelschicht 120 reflektiert vom photonischen Kristall gestreutes Licht, damit dieses hauptsächlich über die Apertur 210 abgestrahlt wird.
  • In Verbindung mit der 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10. Ähnlich zum Ausführungsbeispiel nach 6 ist die Laseranordnung 10 als Top-Emitter ausgeführt. Anstelle der mittels „Regrowth“-Verfahren gebildeten weiteren Wellenleiterschicht 40`, wird die Stromverteilungsschicht 90 direkt auf die strukturierte zweite Wellenleiterschicht 40 aufgebracht. Das kann bedeuten, dass die Stromverteilungsschicht 90 die die Zonen 60 bildendenden Gräben in der zweiten Wellenleiterschicht 40 verschließt und diese bedeckt. Die Stromverteilungsschicht 90, die beispielsweise ITO umfasst oder daraus besteht, kann mittels Sputterverfahren abgeschieden werden. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach 6 kann die Stromverteilungsschicht 90 in transversaler Richtung z eine höhere Dicke aufweisen.
  • In Verbindung mit der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 gezeigt. Ähnlich zum Ausführungsbeispiel nach 7 zeigt 9 eine als Bottom-Emitter ausgebildete Laseranordnung 10, wobei die mittels „Regrowth“-Verfahren gebildete weitere Wellenleiterschicht 40` wie in 8 durch die Stromverteilungsschicht 90 ersetzt ist.
  • 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10. Die Stromverteilungsschicht 90 umfasst hier eine Tunnelkontaktschicht 130 oder ist als solche ausgebildet. Die Tunnelkontaktschicht 130 ist direkt auf die strukturierte zweite Wellenleiterschicht 40 aufgebracht. Das kann bedeuten, dass die Tunnelkontaktschicht 130 die die Zonen 60 bildendenden Gräben in der zweiten Wellenleiterschicht 40 verschließt und diese bedeckt. Die Tunnelkontaktschicht 130 kann einen Schichtstapel aus einer dünnen Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps (z.B. n-Typ) und einer dünnen Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps (z.B. p-Typ) umfassen, wobei letztere zwischen der zweiten Wellenleiterschicht 40 und der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Die Tunnelkontaktschicht 130 formt auf diese Weise eine Tunneldiode (engl.: „tunnel junction“).
  • In 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Laseranordnung 10 mit Tunnelkontaktschicht 130 gezeigt. Die Laseranordnung 10 umfasst hier weiterhin eine dritte Wellenleiterschicht 140, die auf der Tunnelkontaktschicht 130 angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die oben erwähnte dünne Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ist also der dritten Wellenleiterschicht 140 zugewandt. Zum Beispiel weist die dritte Wellenleiterschicht 140 n-GaN auf. Die Zonen 60 erstrecken sich in diesem Beispiel durch die dritte Wellenleiterschicht 140 und die Tunnelkontaktschicht 130 bis in die zweite Wellenleiterschicht 40. Mit anderen Worten befindet sich die Tunnelkontaktschicht 130 in transversaler Richtung z auf gleicher Höhe mit den Zonen 60, welche den photonischen Kristall bilden. Die Zonen 60 erstecken sich weiterhin bis in die dritte Wellenleiterschicht 140. Das bedeutet, dass die Zonen 60 von der zweiten Wellenleiterschicht 40, der Tunnelkontaktschicht 130 und der dritten Wellenleiterschicht 140 definiert werden.
  • In 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Laseranordnung 10 mit Tunnelkontaktschicht 130 gezeigt. In diesem Beispiel ist die Tunnelkontaktschicht 130 in transversaler Richtung z über den Zonen 60 angeordnet. Die Zonen 60 sind, wie in 5, vollständig in der zweiten Wellenleiterschicht 40 eingebettet. Die Tunnelkontaktschicht 130 ist auf der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet. Die dritte Wellenleiterschicht 140 ist auf der Tunnelkontaktschicht 130 angeordnet. Wie in 10 bis 12 gezeigt kann die Tunnelkontaktschicht 130 als Überwachsungsschicht (engl.: „overgrow“) der Zonen 60 dienen, oder in die Zonen 60 eingearbeitet sein, oder oberhalb der Zonen 60 angeordnet und von diesen beabstandet sein.
  • 13 zeigt eine Weiterentwicklung der Laseranordnung 10 nach 10, bei der die Tunnelkontaktschicht 130 als „overgrow“-Schicht auf den Zonen 60 angeordnet ist. Auf der Tunnelkontaktschicht 130 ist die dritte Wellenleiterschicht 140 angeordnet. Auf der dritten Wellenleiterschicht ist eine weitere Stromverteilungsschicht 160 angeordnet. Das bedeutet, dass die dritte Wellenleiterschicht 140 zwischen der Tunnelkontaktschicht 130 und der weiteren Stromverteilungsschicht 160 angeordnet ist. Die weitere Stromverteilungsschicht 160 hat die gleiche Wirkung wie die Stromverteilungsschicht 90 aus 6 und kann ebenfalls ein transparent leitfähiges Oxid umfassen oder daraus bestehen. Zwischen dem Substrat 20 und der ersten Wellenleiterschicht 30 befindet sich wiederum eine Spiegelschicht 120. Auf der der Spiegelschicht 120 abgewandten Oberfläche des Substrats 20 ist die erste Kontaktschicht 100 ganzflächig angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 110 ist auf bzw. über der dritten Wellenleiterschicht 140 angeordnet und formt eine Apertur 210. Die zweite Kontaktschicht 110 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, einen elektrischen Kontakt über die weitere Stromverteilungsschicht 160 bereitzustellen. Zwischen der zweiten Kontaktschicht 110 und der dritten Wellenleiterschicht 140 ist eine dielektrische Schicht 150 angeordnet, die auch eine kristallgeschädigte Oberflächenschicht der dritten Wellenleiterschicht 140 sein kann. Auf diese Weise wird ein elektrischer Widerstand erhöht und die elektrische Verbindung wird bevorzugt über die weitere Stromverteilungsschicht 160 bereitgestellt.
  • 14 zeigt die Laseranordnung 10 nach 13 als Bottom-Emitter. Alle gezeigten Merkmale wurden in Verbindung mit bereits diskutierten Ausführungsbeispielen (siehe insbesondere 7) erläutert. 15 zeigt ein Zwischenprodukt der Laseranordnung 10 innerhalb des Herstellungsprozesses. Der schraffierte Bereich kann wahlweise den Teil 40` der zweiten Wellenleiterschicht 40, die Stromverteilungsschicht 90 oder die dritte Wellenleiterschicht 140 (zusammen mit der Tunnelkontaktschicht 130), oder eine Kombination daraus, darstellen, wie oben ausgeführt. Im Folgenden kann dieser Bereich auch Mittelschicht genannt werden. Auf der Mittelschicht ist die Spiegelschicht 120 angeordnet. Die zweite Kontaktschicht 110 bedeckt die Spiegelschicht 120 vollständig. Die Spiegelschicht 120 kann als DBR-Spiegel mit dielektrischen und/oder metallischen Schichten ausgebildet sein. Alternativ, falls keine Stromverteilungsschicht 90 aus TCO verwendet wird, kann die Spiegelschicht auch als epi-DBR ausgebildet sein. Zwischen der ersten Wellenleiterschicht 30 und dem Substrat 20 kann optional eine weitere Spiegelschicht 120 angeordnet sein, diese kann aber auch weggelassen werden. Auf der der ersten Wellenleiterschicht 30 zugewandten Oberfläche des Substrats 20 ist eine Ablöseschicht 170 (engl.: „release layer“) angeordnet. Die Ablöseschicht 170 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, das Substrat 20 in einem nachfolgenden Prozessschritt abzulösen. Dazu kann, wie in 16 zu sehen, ein Träger 180 an oder über einer der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordnet werden. Nach Anbringen des Trägers 180 wird die Laseranordnung 10 auf den Träger 180 gedreht, um das Substrat 20 entlang der Ablöseschicht 170 abzulösen.
  • 16 zeigt die Laseranordnung 10 gemäß 15 nach der Ablösung des Substrats 20. Der Träger 180 ist in diesem Beispiel auf der zweiten Kontaktschicht 110 angeordnet. Nachdem das Substrat 20 zusammen mit der Ablöseschicht 170 abgelöst worden ist kann optional eine antireflektierende Schicht 190 auf der der aktiven Schicht 50 abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet werden, wie in 16 zu sehen. Die antireflektierende Schicht 190 kann strukturiert sein. Des Weiteren wird die erste Kontaktschicht 100 bevorzugt direkt auf der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnet und strukturiert, um eine Apertur 210 zu formen. Durch das Entfernen des Substrats 20 kann ein elektrischer Kontakt zur ersten Wellenleiterschicht 30 und/oder die Abstrahlcharakteristik einer als Bottom-Emitter ausgebildeten Laseranordnung 10 verbessert werden.
  • 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Laseranordnung 10 mit abgelösten Substrat 20, wobei die Laseranordnung 10 als Top-Emitter ausgebildet ist. In diesem Fall kann die erste Kontaktschicht 100 eine auf der ersten Wellenleiterschicht 30 angeordnete Spiegelschicht 120 vollständig bedecken. Elektromagnetische Strahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel über den Träger 180 abgestrahlt, der auf der Mittelschicht angeordnet ist. Die zweite Kontaktschicht 110 kann in diesem Fall auf dem Träger 180 angeordnet sein und eine Apertur 210 formen und einen elektrischen Kontakt herzustellen. Der Träger ist in diesem Fall elektrisch leitfähig.
  • 18 und 19 zeigen einen möglichen Herstellungsprozess der Laseranordnung, bei dem die Zonen 60 nicht in der zweiten Wellenleiterschicht 40, sondern in der ersten Wellenleiterschicht 30 realisiert werden. Insbesondere wird dieser Herstellungsprozess mit der Ablösung des Substrats 20, wie oben beschrieben, kombiniert, da hierdurch die erste Wellenleiterschicht 30 freigelegt werden kann (siehe 18). Nach Aufbringen des Trägers 180 und Ablösen des Substrats 20 werden in die freigelegte erste Wellenleiterschicht 30 die zueinander periodisch angeordneten Zonen 60 eingebracht, wieder beispielsweise mittels Elektronenstrahl-Lithografie, Nanopräge-Lithografie, UV/DUV/EUV-Lithografie und/oder Trockenätzung (siehe 19). Die Zonen 60 weisen in diesem Beispiel einen Brechungsindex auf, der sich von einem Brechungsindex der ersten Wellenleiterschicht 30 unterscheidet. Somit bilden die Zonen 60 mit der ersten Wellenleiterschicht 30 einen zweidimensionalen photonischen Kristall. Die erste Wellenleiterschicht 30 umfasst einen Zwischenbereich 70, der die Periodizität der Zonenanordnung unterbricht. Auf die auf diese Weise strukturierte erste Wellenleiterschicht 30 kann eine Deckschicht 200 angeordnet werden, die die Zonen 60 bedeckt. Die Deckschicht 200 kann zum Beispiel ein transparent leitfähiges Oxid (z.B. Indiumzinnoxid) umfassen oder daraus bestehen. Des Weiteren kann die Deckschicht 200 auch als antireflektierende Schicht (engl.: „antireflective coating“, ARC) ausgebildet sein. Auf der Deckschicht 200 ist, wie in 19 zu sehen, die erste Kontaktschicht 100 angeordnet und definiert die Apertur 210, über die elektromagnetische Strahlung abgestrahlt wird.
  • 20 zeigt eine Weiterentwicklung der Laseranordnung 10 nach 19. Hier sind die über der zweiten Wellenleiterschicht 40 angeordneten Schichten, insbesondere der Träger 180 und die zweite Kontaktschicht 110, in lateralen Richtungen x, y breiter ausgeführt, so dass diese in einer Aufsicht seitlich zumindest über die aktive Schicht 50 und die erste Wellenleiterschicht 30 hinausragen. Dies dient dazu, die zweite Wellenleiterschicht 40 von der gleichen Seite wie die erste Wellenleiterschicht 30 zu kontaktieren und somit die elektrische Kontaktierung eines Gesamtaufbaus zu erleichtern. Zwischen der zweiten Kontaktschicht 110 und der zweiten Wellenleiterschicht 40 befindet sich die Mittelschicht, wobei es sich bei der Mittelschicht, wie oben ausgeführt, um den Teil 40` der zweiten Wellenleiterschicht 40, der Stromverteilungsschicht 90 oder einer dritten Wellenleiterschicht 140 handeln kann. Die Mittelschicht besitzt daher elektrische Leitfähigkeit. Die Mittelschicht ragt in einer Aufsicht seitlich ebenfalls zumindest über die aktive Schicht 50 und die erste Wellenleiterschicht 30 hinaus. Auf der Mittelschicht sind auf einer der aktiven Schicht 50 zugewandten Seite der seitlich herausragenden Bereiche Kontaktflächen 110` angeordnet, über welche die zweite Wellenleiterschicht 40 kontaktiert werden kann.
  • 21 zeigt eine Aufsicht auf die Apertur 210, die, wie angedeutet, entweder von der ersten Kontaktschicht 100 oder von der zweiten Kontaktschicht 110 gebildet wird, je nachdem ob die Laseranordnung 10 als Top- oder Bottom-Emitter ausgebildet ist. Die Apertur 210 nach 21 ist kreisförmig ausgebildet. Weiterhin ist zu sehen, dass die Zonen 60 rasterförmig angeordnet sind, d.h. sich auf Schnittpunkten eines Gitters befinden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Laseranordnung 10 eine Vielzahl von Zwischenbereichen 70 der die Zonen 60 einbettenden Wellenleiterschicht 30 bzw. 40 auf, wobei die Zwischenbereiche 70 in lateralen Richtungen x, y regelmäßig verteilt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Zwischenbereiche 70 in lateralen Richtungen x, y zufällig verteilt sind. Wie in 22 zu sehen ist es ebenfalls möglich, dass die Zwischenbereiche 70 radial nach außen hin, d.h. in Richtung des Aperturrandes, abnehmend verteilt sind.
  • Wie in 23 zu sehen, kann die Apertur 210 auch kreisförmig sein, wobei die die Apertur 210 bildende Kontaktschicht 100 bzw. 110 zumindest einen Steg 111 umfasst, der sich von einem Rand der Apertur 210 radial in Richtung Mittelpunkt der Apertur 210 erstreckt. Der Steg 111 verbessert somit die elektrische Kontaktierung, da ein Treiberstrom nicht nur aus einem peripheren Bereich, sondern auch zentral über dem Abstrahlbereich eingespeist werden kann. Im gezeigten Beispiel weist die jeweilige Kontaktschicht 100, 110 eine Vielzahl von Stegen auf, die sich wagenradartig über die Apertur 210 erstrecken. Dabei können die Stege an den Zwischenbereichen 70 der die Zonen 60 einbettenden Wellenleiterschicht 30, 40 ausgerichtet ist. Dass kann insbesondere bedeuten, dass in der Aufsicht die Stege 111 die Zwischenbereiche 70 zumindest teilweise bedecken. Die Stege 111 können außerdem auf einer der jeweiligen Wellenleiterschicht 30, 40 zugewandten Seite verspiegelt sein, um abzustrahlendes Licht, das von den Stegen 111 blockiert wird, in den Wellenleiter 30, 40 zurück zu reflektieren und somit weiterhin nutzbar zu machen.
  • 24 zeigt weiterhin, dass sich die Stege 111 nur über einen peripheren Bereich der Apertur 210 erstrecken können, und ein zentraler Bereich der Apertur 210 somit frei von Stegen 111 ist. Auf diese Weise kann eine Strahlintensität des abgestrahlten Lichts im zentralen Bereich erhöht und gleichzeitig ein verbesserter elektrischer Kontakt bereitgestellt werden.
  • 25 zeigt ein mögliches Modenprofil der emittierten Strahlung im Nahfeld der Laseranordnung 10. Hierbei handelt es sich um ein Interferenzmuster einer von der Grundmodenemission verschiedenen Strahlungsemission. Das Modenprofil umfasst mehrere Knotenbereiche. Wie in 26 zu sehen können die Stege 111 auch so angeordnet sein, dass sie in bestimmten Knotenbereichen einer im Betrieb der Laseranordnung 10 emittierten elektromagnetischen Welle liegen (die Knotenbereiche des Modenprofils aus 25 sind in 26 durch Kreise illustriert). Auf diese Weise ist es möglich, dass die Stege 111 Teile der emittierten Welle abschatten, so dass bei Nicht-Grundmodenemission gezielt das Interferenzmuster im Fernfeld zum Beispiel möglichst engwinklig wird.
  • Wie in 27 angedeutet kann die Laseranordnung 10 in einem optoelektronischen System 300 integriert sein. Das optoelektronische System 100 kann ein System sein, in dem üblicherweise ein VCSEL (engl.: „vertical cavity surface emitting laser“) oder ein EEL (engl.: „edge emitting laser“) zum Einsatz kommt. Die Kontaktschichten 100, 110 der Laseranordnung 10 können mittels Drahtverbindungen oder Flip-Chip-Montage mit einer Leiterplatte oder Platine des optoelektronischen Systems 300 verbunden sein. Das optoelektronische System 300 kann weitere optische und/oder elektronische Komponenten aufweisen, wie beispielsweise optische Filter, Linsen, Photodetektoren und/oder integrierte Schaltkreise.
  • 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.
    Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Laseranordnung
    20
    Substrat
    30
    erste Wellenleiterschicht
    40
    zweite Wellenleiterschicht
    50
    aktive Schicht
    60
    Zonen
    70
    Zwischenbereich
    80
    Akkumulationsschicht
    90
    Stromverteilungsschicht
    100
    erste Kontaktschicht
    110
    zweite Kontaktschicht
    111
    Steg
    120
    Spiegelschicht
    130
    Tunnelkontaktschicht
    140
    dritte Wellenleiterschicht
    150
    dielektrische Schicht
    160
    weitere Stromverteilungsschicht
    170
    Ablöseschicht
    180
    Träger
    190
    antireflektierende Schicht
    200
    Deckschicht
    210
    Apertur
    300
    optoelektronisches System
    LB
    Leitungsband
    VB
    Valenzband
    EFe, EFh
    Quasi-Ferminiveaus für Elektronen und Löcher
    x,y
    laterale Richtungen
    z
    transversale Richtung

Claims (20)

  1. Laseranordnung (10), aufweisend: - eine elektrisch kontaktierbare erste Wellenleiterschicht (30), die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, - eine zweite Wellenleiterschicht (40), die einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, - eine aktive Schicht (50) zur Generierung elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination, wobei die aktive Schicht (50) zwischen der ersten Wellenleiterschicht (30) und der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet ist, - zueinander periodisch angeordnete Zonen (60), die in der ersten Wellenleiterschicht (30) oder in der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet sind, wobei die Zonen (60) einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) unterscheidet und mit dieser Wellenleiterschicht (30, 40) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, wobei - eine Periodizität der Zonenanordnung von zumindest einem Zwischenbereich (70) der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) unterbrochen wird.
  2. Laseranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei in lateraler Richtung (x, y) der zumindest eine Zwischenbereich (70) breiter ist als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Zonen (60) innerhalb der periodischen Zonenanordnung.
  3. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Zonen (60) durch Gräben oder Hohlräume in der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) definiert sind.
  4. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste elektrische Leitfähigkeitstyp n-Typ ist, und die Zonen (60) in der ersten Wellenleiterschicht (30) angeordnet sind.
  5. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite elektrische Leitfähigkeitstyp p-Typ ist, und die Zonen (60) in der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet sind.
  6. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner eine Akkumulationsschicht (80) aufweist, die zwischen der aktiven Schicht (50) und der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet und so ausgelegt ist, dass sie in lateralen Richtungen (x, y) eine Akkumulation von elektrisch positiven Ladungsträgern bereitstellt.
  7. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend eine erste Kontaktschicht (100), die an der der aktiven Schicht (50) abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht (30) angeordnet und dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Kontakt zur ersten Wellenleiterschicht (30) bereitzustellen, und eine zweite Kontaktschicht (110), die an der der aktiven Schicht (50) abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet und dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Kontakt zur zweiten Wellenleiterschicht (40) bereitzustellen, wobei die erste oder die zweite Kontaktschicht (100, 110) eine Apertur (210) formt, die dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung aus der Laseranordnung (10) auszukoppeln.
  8. Laseranordnung (10) nach Anspruch 7, weiterhin aufweisend eine zwischen der zweiten Kontaktschicht (110) und der zweiten Wellenleitschicht (40) angeordnete dielektrische und/oder kristallgeschädigte Schicht (150).
  9. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend eine Stromverteilungsschicht (90), die auf der zweiten Wellenleitschicht (40) angeordnet und dazu vorgesehen ist, einen Treiberstrom in lateralen Richtungen (x, y) zu verteilen.
  10. Laseranordnung (10) nach Anspruch 9, wobei die Stromverteilungsschicht eine Tunnelkontaktschicht (130) umfasst, und die Laseranordnung (10) weiterhin eine dritte Wellenleiterschicht (140) umfasst, die auf der Tunnelkontaktschicht (130) angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  11. Laseranordnung (10) nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend eine weitere Stromverteilungsschicht (160), die auf der dritten Wellenleitschicht (140) angeordnet und dazu vorgesehen ist, den Treiberstrom in lateralen Richtungen (x, y) zu verteilen.
  12. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin aufweisend eine Spiegelschicht (120), die - an der der aktiven Schicht (50) abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht (40) angeordnet ist, wobei elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht (50) abgewandten Oberfläche der ersten Wellenleiterschicht (30) ausgekoppelt wird, oder - an der der aktiven Schicht (50) abgewandten Seite der ersten Wellenleiterschicht (30) angeordnet ist, wobei elektromagnetische Strahlung über eine der aktiven Schicht (50) abgewandten Oberfläche der zweiten Wellenleiterschicht (40) ausgekoppelt wird.
  13. Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiterhin aufweisend eine Vielzahl von Zwischenbereichen (70) der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40), wobei in lateralen Richtungen (x, y) die Zwischenbereiche (70) regelmäßig verteilt sind, oder zufällig verteilt sind, oder radial nach außen hin abnehmend verteilt sind.
  14. Laseranordnung (10) nach Anspruch 7, wobei, in einer Aufsicht, die Apertur (210) kreisförmig ist und die die Apertur (210) bildende Kontaktschicht (100, 110) zumindest einen Steg (111) umfasst, der sich von einem Rand der Apertur (210) radial in Richtung Mittelpunkt der Apertur (210) erstreckt.
  15. Laseranordnung (10) nach Anspruch 13, wobei der zumindest einen Steg (111) so angeordnet ist, dass er in einem Knotenbereich einer im Betrieb der Laseranordnung (10) emittierten elektromagnetischen Welle liegt, und/oder dass er an dem zumindest einen Zwischenbereich (70) der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) ausgerichtet ist.
  16. Optoelektronisches System (300) aufweisend eine Laseranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Laseranordnung (10), aufweisend: - Bereitstellen eines eine Hauptfläche aufweisenden Substrats (20), - Anordnen einer ersten Wellenleiterschicht (30) an der Hauptfläche des Substrats (20), wobei die erste Wellenleiterschicht (30) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, - Anordnen einer aktiven Schicht (50) auf die erste Wellenleiterschicht (30), wobei die aktive Schicht (50) dazu ausgebildet ist, elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination zu generieren, - Anordnen einer zweiten Wellenleiterschicht (40) an einer der ersten Wellenleiterschicht (30) abgewandten Seite der aktiven Schicht (50), wobei die zweite Wellenleiterschicht (40) einen zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, - Formen von zueinander periodisch angeordneten Zonen (60) in der ersten Wellenleiterschicht (30) oder in der zweiten Wellenleiterschicht (40), wobei die Zonen (60) einen Brechungsindex aufweisen, der sich von einem Brechungsindex der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) unterscheidet und mit dieser Wellenleiterschicht (30, 40) einen zweidimensionalen photonischen Kristall bilden, und wobei eine Periodizität der Zonenanordnung von zumindest einem Zwischenbereich (70) der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) unterbrochen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, weiterhin aufweisend - Anordnen einer Ablöseschicht (170) auf die Hauptfläche des Substrats (20), wobei die erste Wellenleiterschicht (30) an einer dem Substrat (20) abgewandten Seite der Ablöseschicht (170) angeordnet wird, - Anordnen eines Trägers (180) an eine der aktiven Schicht (50) abgewandten Seite der zweiten Wellenleiterschicht (40), und - Ablösen des Substrats (20) entlang der Ablöseschicht (170) .
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die Zonen (60) durch Trockenätzung von Gräben oder Hohlräumen in die erste Wellenleiterschicht (30) bzw. die zweite Wellenleiterschicht (40) geformt werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend, - nasschemisches Ätzen, das dazu vorgesehen ist, durch die Trockenätzung entstandene Ätzschäden in der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) um die Zonen (60) zu reduzieren, und/oder - Temperung, die dazu vorgesehen ist, durch die Trockenätzung entstandene Ätzschäden in der die Zonen (60) einbettenden Wellenleiterschicht (30, 40) um die Zonen zu reduzieren.
DE102022105668.6A 2022-03-10 2022-03-10 Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung Pending DE102022105668A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022105668.6A DE102022105668A1 (de) 2022-03-10 2022-03-10 Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung
PCT/EP2023/052046 WO2023169739A1 (de) 2022-03-10 2023-01-27 Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022105668.6A DE102022105668A1 (de) 2022-03-10 2022-03-10 Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022105668A1 true DE102022105668A1 (de) 2023-09-14

Family

ID=85132938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022105668.6A Pending DE102022105668A1 (de) 2022-03-10 2022-03-10 Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022105668A1 (de)
WO (1) WO2023169739A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070201527A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Vertical cavity surface emitting laser
JP2007234721A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Canon Inc 垂直共振器型面発光レーザ
JP2009206157A (ja) 2008-02-26 2009-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法
US20200403376A1 (en) 2018-03-15 2020-12-24 Trumpf Photonic Components Gmbh Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6711200B1 (en) * 1999-09-07 2004-03-23 California Institute Of Technology Tuneable photonic crystal lasers and a method of fabricating the same
US8080480B2 (en) * 2007-09-28 2011-12-20 Samsung Led Co., Ltd. Method of forming fine patterns and manufacturing semiconductor light emitting device using the same
JP2010219307A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Seiko Epson Corp 光源装置、プロジェクター
US9991669B2 (en) * 2016-07-25 2018-06-05 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same
TWM603189U (zh) * 2019-06-19 2020-10-21 智林企業股份有限公司 倒晶式之電激發光子晶體面射型雷射元件
TW202119719A (zh) * 2019-11-13 2021-05-16 光環科技股份有限公司 具混合光柵結構的面射型雷射元件與製法
JPWO2021186965A1 (de) * 2020-03-16 2021-09-23

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070201527A1 (en) 2006-02-28 2007-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Vertical cavity surface emitting laser
JP2007234721A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Canon Inc 垂直共振器型面発光レーザ
JP2009206157A (ja) 2008-02-26 2009-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子およびその製造方法
US20200403376A1 (en) 2018-03-15 2020-12-24 Trumpf Photonic Components Gmbh Vertical cavity surface emitting laser device with integrated tunnel junction

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023169739A1 (de) 2023-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1630915A2 (de) Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit einer Quantentopfstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2248235B1 (de) Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines kantenemittierenden halbleiterlasers
DE102016014938B4 (de) Lichtemittervorrichtung, basierend auf einem photonischen Kristall mit säulen- oder wandförmigen Halbleiterelementen, und Verfahren zu deren Betrieb und Herstellung
DE102009054564A1 (de) Laserdiodenanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiodenanordnung
DE112006002919T5 (de) Photonische Aufbauten für die effiziente Lichtextraktion und -wandlung in Mehrfarben-LEDs
DE112016002493B4 (de) Lichtemittierendes Halbleiterbauelement, lichtemittierendes Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements
DE102015120778B4 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
WO2018108970A2 (de) Laservorrichtung, basierend auf einem photonischen kristall mit säulen- oder wandförmigen halbleiterelementen, und verfahren zu deren betrieb und herstellung
EP1605562A2 (de) Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaser-Vorrichtung
DE102011075502A1 (de) Breitstreifen-Diodenlaser mit hoher Effizienz und geringer Fernfelddivergenz
DE10223540A1 (de) Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung
DE112020002694T5 (de) Lichtemittierendes element und verfahren zum herstellen eines arrays aus lichtemittierenden elementen
WO2020156775A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung von laserstrahlung
DE102022105668A1 (de) Laseranordnung, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung einer laseranordnung
WO2021239407A1 (de) Halbleiterlaser mit horizontalem und vertikalem laserelement, lidar-system und verfahren zur herstellung
DE102012110613A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102021214311A1 (de) Oberflächenemittierender photonischer-kristall-laser, optoelektronisches system und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden photonischer-kristall-lasers
DE112020006452T5 (de) Lichtemissionselement, verfahren zum herstellen desselben und lichtemissionselementarray
EP2313934B1 (de) Herstellungsverfahren für einen iii-v basierten indium- haltigen optoelektronischen halbleiterchip und entsprechender chip
DE102021127523A1 (de) Oberflächenemittierender photonischer-kristall-laser und verfahren zur herstellung eines solchen
EP0830717B1 (de) Oberflächenemittierende laserdiode
DE102021128854A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden halbleiterlasers
DE102022107530A1 (de) Oberflächenemittierende halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer oberflächenemittierenden halbleiterlaserdiode
WO2022248301A1 (de) Optoelektronisches bauelement und laser
DE102021102277A1 (de) Oberflächenemittierender halbleiterlaser und verfahren zur herstellung eines oberflächenemittierenden halbleiterlasers

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01S0005200000

Ipc: H01S0005180000

R163 Identified publications notified