DE60020184T2 - Eingebetteter Heterostruktur für Laser und lichtemittierenden Dioden - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterlaserdioden und insbesondere kantenemittierende Halbleiterlaser.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Blaue Laserdioden (LDen) haben das Potential die Speicherkapazität optischer Platten auf Speicherdichten zu erhöhen, die über denjenigen liegen, die momentan bei auf roten Laserdioden basierenden CD-Systemen verfügbar sind. Eine erhöhte Speicherkapazität eröffnet neue Märkte für CDs beim Vertrieb von Filmen.
  • Eine Klasse im Blauen emittierender Elemente basiert auf Nitridfilmen der III–V Gruppe, wie beispielsweise auf Saphirsubstraten gewachsenen GaN-Epitaxieschichten. Zur Herstellung eines Lasers wird eine Stegstruktur (ridge structure) aufgebaut, mit der eine geeignete optische Kavität mit parallelen Spiegeln an den Enden der Kavität bereitgestellt werden kann. Die Laserkavität wird typischerweise durch Einfügen einer aktiven Verstärkungsschicht zwischen zwei Schichten aus GaN, die zur Ausbildung von n-Typ und p-Typ Halbleitern entsprechend dotiert sind, hergestellt. Die GaN-Schichten sind so aufgebaut, daß sie durch Abscheiden der verschiedenen Schichten einen Wellenleiter bilden und durch darauffolgendes Ätzen des Stapels eine Stegstruktur bilden, deren vertikale Wände den Wellenleiter liefern. Die Enden des Wellenleiters bilden Spiegel, die das im aktiven Bereich erzeugte Licht hin und her reflektieren. In auf GaN basierenden Laserdioden werden die Spiegel typischerweise durch Spalten (Cleaven) oder Ätzen der Enden des Wellenleiters zur Ausbildung der reflektierenden Oberfläche des Spiegels hergestellt.
  • Die oben erläuterte Stegstruktur umfaßt zwei Probleme. Erstens weist die Struktur eine geringe Wärmeableitung auf. Die im aktiven Bereich erzeugte Wärme muß entweder durch das Substrat oder die Wände der Stegstruktur abgegeben werden. Der Weg zum Substrat ist durch die Breite der Stegstruktur beschränkt. Somit ist das Abführen von Wärme durch Übertragen der Wärme auf das Substrat, das sich typischerweise in einem thermischen Kontakt mit einem Kühlkörper befindet, schwierig.
  • Das zweite bei als Steg strukturierten Vorrichtungen auftretende Problem besteht in den hohen Spannungen, die zum Betreiben der Vorrichtungen notwendig sind. Bei dem p-Kontakt handelt es sich typischerweise um einen ohmschen Kontakt auf der Oberseite des Stegs. Der Widerstand dieses Kontakts muß zum Betreiben der Vorrichtung überwunden werden. Um diesen Widerstand zu verringern muß der Kontakt eine so große Fläche wie möglich aufweisen. Jedoch ist die verfügbare Fläche durch die Fläche auf der Oberseite des Trägers begrenzt.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 627 799 A1 beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer Struktur, die eine aktive Schicht umfaßt, die einen Graben überdeckt, der eine Hüllschicht aufweist. Im Graben tritt keine Lichtführung unter Verwendung des Brechungsindex auf. Des weiteren befinden sich die elektrischen Kontakte auf beiden Seiten des Substrats und es wird keine dielektrische Struktur beschrieben.
  • Patent Abstracts of Japan JP 62213187 offenbart eine Lichtführungsschicht, bei der Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes verwendet werden. Die europäische Patentanmeldung EP 0 851 542 A2 beschreibt die Verwendung dielektrischer Schichten in herkömmlichen Blockschichtstrukturen in einer Halbleitervorrichtung.
  • Patent Abstracts of Japan JP 0412751 , IEEE Journ. Sel. Top. Quant. El., Vol. 4, Nr. 3, 05/06 1998, Seiten 483 bis 489, und Jpn. J Appl. Phys., Vol. 38, Nr. 3A, Seiten 226–229 zeigen die Verwendung eines lateralen Wachstums in lichtaussendenden Halbleitervorrichtungen. Die Veröffentlichung MRS Internet J Nitride Semicond. Res. 4S1, G3.38(1999) beschreibt eine verringerte Dislokationsdichte im Kristall aufgrund einer Nukleierungsprävention auf GaN und SiO2.
  • In Patent Abstracts of Japan, Offenlegungsnummer 60 235485, wird eine Halbleiterlaservorrichtung beschrieben, bei der ein Substrat einen vertieften Abschnitt zu einer dünnen Filmschicht aufweist, wobei der Abschnitt eine Doppelheterostruktur umfaßt und einen abgeschrägten Abschnitt aufweist.
  • Allgemein ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte kantenemittierende Laserdiode bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine effiziente Laserdiode bereitzustellen, die mit einem kostengünstigen Prozeß hergestellt werden kann.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den begleitenden Zeichnungen.
  • Abriß der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Laserdiode, die in einem Graben in einer Weise hergestellt ist, daß das Material im Graben als ein Wellenleiter dient. Die Laserdiode umfaßt eine erste Kontaktschicht, die aus einem ersten Halbleitermaterial eines ersten Ladungsträgertyps aufgebaut ist, wobei das erste Halbleitermaterial einen ersten Brechungsindex umfaßt. Die erste Kontaktschicht weist darin einen Graben auf, wobei der Graben eine Bodenoberfläche und Seitenwände aufweist. Der Graben weist eine Schicht aus einem zweiten Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps auf der Bodenoberfläche auf. Das zweite Halbleitermaterial weist einen zweiten Brechungsindex auf, wobei der zweite Brechungsindex zumindest ein Prozent größer ist als der erste Brechungsindex. Der Laser umfaßt ebenfalls eine erste dielektrische Schicht, die die erste Schicht in den Bereichen außerhalb des Grabens überdeckt, und eine erste Hüllschicht, die aus einem dritten Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps aufgebaut ist. Die erste Hüllschicht überlagert die Schicht aus dem zweiten Halbleitermaterial. Eine aktive Schicht zur Erzeugung von Licht durch eine Rekombination von Löchern und Elektronen überlagert die erste Hüllschicht. Eine zweite Hüllschicht, die aus einem vierten Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps aufgebaut ist, überlagert die aktive Schicht. Eine zweite Kontaktschicht aus einem fünften Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps überlagert die zweite Hüllschicht. Eine erste und zweite Elektrode gewährleisten elektrische Verbindungen mit der ersten und zweiten Kontaktschicht. Des weiteren überlagert die erste Hüllschicht die erste dielektrische Schicht. Alternativ umfaßt die aktive Schicht eine Schicht im Graben, wodurch die Bodenoberfläche des Grabens und eine der Wände mit einer Schicht eines Beschichtungsmaterials überdeckt sind, auf dem das zweite Halbleitermaterial nicht nukleiert.
  • In beiden dieser alternativen Lösungen sind die aktive Schicht und der Wellenleiter, die im Graben vorliegen, lediglich durch eine Hüllschicht getrennt. Da sich die aktive Schicht nahe am Wellenleiter befindet kann eine hohe Lichteffizienz erreicht werden. Des weiteren kann diese Struktur ohne eine aufwendige Ausrichtung der aktiven Schicht relativ zum Graben bereitgestellt werden, wodurch niedrige Herstellungskosten erreicht werden können.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Bodenoberfläche des Grabens und eine der Wände des Grabens mit einem elektrisch leitenden Beschichtungsmaterial überdeckt, auf dem das zweite Halbleitermaterial nicht nukleiert. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist besonders gut zur Herstellung von Laserdioden geeignet, die auf Materialsystemen der Gruppe III–V basieren, wie beispielsweise GaN.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 und 2 sind Ansichten im Querschnitt einer typischen Laserdiode des Stands der Technik in zwei unterschiedlichen Herstellungsstadien derselben.
  • 3–6 sind Ansichten im Querschnitt durch einen auf GaN basierenden Laser gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Stadien des Herstellungsprozesses.
  • 7 ist eine Ansicht im Querschnitt einer Laserdiode gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die aktive Schicht durch den Graben abgegrenzt ist, der zur Ausbildung des Wellenleiters verwendet wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 1 und 2 einfacher verständlich, die die Herstellung einer typischen Laserdiode 100 des Stands der Technik darstellen. Im folgenden wird auf 1 Bezug genommen, bei der es sich um eine Ansicht im Querschnitt der als ersten Schritt auf einem Saphirsubstrat 8 bei der Herstellung einer LD 100 abgeschiedenen Schichten handelt. Eine AIN-Schicht wird durch metall-organische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) abgelagert. AIN wird als Puffermaterial bevorzugt, da auf einer AIN-Schicht ein dünner, aus einem GaN-Einkristall bestehender Film ausgebildet werden kann.
  • Nach einer Ablagerung der AIN-Pufferschicht 9 wird eine n-Typ-GaN-Schicht 10 abgelagert. Der lichtaussendende Teil der Schicht, die aus auf GaN basierenden Hüllschichten 11 und einer auf GaN basierenden aktiven Schicht 12 gebildet ist, und eine p-Typ GaN-Schicht 13 werden auf der Schicht 10 abgelagert. Die Hüllschichten bilden die oberen und unteren Wände des Laserwellenleiters. Mit Bezugnahme auf 2 werden die Schichten dann geätzt, um die Seitenwände des Wellenleiters herzustellen und um den n-Typ Kontakt freizulegen, wie bei 101 gezeigt ist. Die freigelegte Fläche wird zur Herstellung einer Verbindung verwendet, die den Kathodenanschluß der LD bildet. Der positive Anschluß wird auf einer p-Typ-Schicht 13 abgelagert. Wie oben erläutert wurde, ist die für den p-Typ-Kontakt verfügbare beschränkte Fläche für einen minimalen Widerstand am Kontakt verantwortlich, wodurch wiederum die Betriebsspannung der Vorrichtung erhöht wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann die Notwendigkeit einer Stegstruktur zur Definition des Lichtleiters vermieden werden, indem ein Teil des Lasers in einen Graben versenkt wird, der in ein Material mit einem im wesentlichen unterschiedlichen Brechungsindex als dem des Materials, aus dem der aktive Bereich hergestellt ist, geschnitten wird. Der Teil der Vorrichtung im Graben bildet einen Seitenwellenleiter, dessen Einfluß sich über den Graben hinaus erstreckt, womit der notwendige Einschluß des Lichts gewährleistet werden kann. Zusätzlich kann mit der Grabenstruktur der vorliegenden Erfindung ein Mittel zum Wachstum von GaN-Schichten bereitgestellt werden, die ein sehr niedriges Niveau an Defekten aufweisen, wodurch zusätzliche Vorteile erzielt werden können. Schließlich wird durch den Grabenaufbau der vorliegenden Erfindung ein sich selbst ausrichtendes Herstellungssystem mit lediglich einem einzigen kritischen Maskenschritt bereitgestellt.
  • Die Art und Weise, auf die mit der vorliegenden Erfindung Vorteile erzielt werden können, wird einfacher mit Bezugnahme auf 3–6 verständlich, wobei es sich um Ansichten im Querschnitt durch einen auf GaN basierenden Laser 200 gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Stadien im Herstellungsprozeß handelt. Zunächst wird auf 3 Bezug genommen. Der Laser 200 wird auf einem Saphirsubstrat 210 hergestellt, auf dem eine Pufferschicht 212 aus AIN und eine Basisschicht 213 aus GaN epitaktisch aufgewachsen wurden. Eine Schicht aus AlGaN wird auf die Oberseite der Schicht 213 aufgewachsen, wie bei 214 gezeigt ist und ein Graben 216 wird in die Schicht 214 geätzt. Das Ätzen des Grabens 216 ist der einzige Präzisionsmaskierungsschritt im Herstellungsprozeß. Der Graben 214 definiert den Ort des Lasers auf dem Substrat.
  • Wie für den Fachmann verständlich ist, liegt in der GaN-Schicht 213 ein beträchtliches Niveau an Defekten vor, die aus der Gitterfehlanpassung zwischen Saphir und GaN resultieren. Selbst wenn eine Pufferschicht 212 verwendet wird, wird durch dieses Niveau an Defekten die Leistungsfähigkeit eines auf einer GaN-Schicht 213 hergestellten Lasers vermindert. Auch die AlGaN-Schicht weist ein unerwünschtes Niveau an Defekten auf, die aus den Defekten in der GaN-Schicht 213 resultieren.
  • Ein Verfahren zur Reduzierung der Defektdichte besteht darin, epitaktisch eine zusätzliche auf GaN basierende Schicht aufzuwachsen, indem eine bestehende GaN-Oberfläche über ein Material ausgedehnt wird, auf dem GaN nicht nukleiert. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Technik verwendet, um einen im wesentlichen defektfreien Bereich bereitzustellen, auf dem der Laser hergestellt wird. Zusätzlich wirkt dieser Bereich als der seitliche Wellenleiter des Lasers.
  • Wieder mit Bezugnahme auf 3 wird eine Schicht aus einem Material, auf dem GaN nicht nukleiert, auf dem Boden und einer Wand des Grabens 216 abgelagert, wie bei 217 gezeigt ist. Das bevorzugte Material ist aus Gründen, die in Einzelheiten im nachfolgenden erläutert werden, ebenfalls ein elektrischer Leiter. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird TiN für diesen Zweck verwendet. Die TiN-Schicht wird mittels einer herkömmlichen Schattenablagerungstechnik abgelagert. Zusätzlich wird eine dielektrische Schicht 215 wie beispielsweise SiO2 auf der oberen Oberfläche einer AlGaN-Schicht 214 abgelagert. Man beachte, daß GaN auch nicht auf SiO2 nukleiert.
  • Das Substrat wird dann in einer Abscheidungskammer angeordnet und GaN wird epitaktisch im Graben 216 durch Erweitern der Wand des Grabens aufgewachsen, wie durch den Pfeil 218 gezeigt ist. Jegliche Dislokationen im von der Wand aus aufgewachsenen Material sind lateral. Eine derartige Dislokation ist in 4 bei 219 gezeigt, bei der es sich um eine Ansicht im Querschnitt eines Lasers 200 nach dem erweiternden Aufwachsen der GaN-Schicht handelt. Die obere Oberfläche 236 der GaN-Schicht ist im wesentlichen defektfrei. Somit sind auch alle neuen Schichten, die von dieser Oberfläche ausgehend aufgewachsen werden, ebenfalls im wesentlichen defektfrei. Zusätzlich sind auch alle ausgehend von dieser Schicht aufgewachsenen Schichten, die sich über die SiO2-Schicht hinaus erstrecken, ebenfalls defektfrei, da GaN nicht auf SiO2 nukleiert.
  • Im folgenden wird auf 5 Bezug genommen. Nach dem Aufwachsen der GaN-Schicht 220 durch Erweitern der Wand des Grabens, werden zusätzliche zur Vervollständigung des Lasers benötigte Schichten aufgewachsen. Bei der ersten Schicht handelt es sich um eine n-Typ Hüllschicht 221, die aus einer n-AlGaN-Unterschicht und einer n-GaN-Unterschicht bestehen, die auf die obere Oberfläche von 236 aus GaN im Graben aufgewachsen werden. Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die einzelnen Unterschichten, die die Hüllschichten bilden, als eine einzelne Schicht gezeigt. Die Hüllschicht wird über die SiO2-Schicht 215 hinaus aufgewachsen. Die aktive Schicht 222 wird dann über die Hüllschicht aufgewachsen. Eine p-Typ-Hüllschicht 223, die aus einer p-GaN-Unterschicht und einer p-AlGaN-Unterschicht besteht, wird über die aktive Schicht aufgewachsen. Eine p-GaN-Schicht 224 wird dann über die p-Hüllschicht aufgewachsen. Schließlich wird eine p-ohmsche Kontaktschicht 225 auf die Schicht 224 abgeschieden.
  • Nachdem die verschiedenen oben erläuterten Schichten abgelagert wurden, wird der Stapel unter Verwendung von herkömmlichen fotolithographischen Techniken zur Maskierung bis zur GaN-Schicht 213 zurückgeätzt. Für diesen Ätzschritt wird entweder ein chemisches Naßätzen oder ein reaktives Ionenätzen verwendet. Die n-ohmschen Kontakte 226 werden dann, wie in 6 gezeigt ist, abgelagert.
  • Wie oben angegeben, handelt es sich bei dem zur Beschichtung der Wände des Grabens 216 verwendeten Material vorzugsweise um einen elektrischen Leiter. Während die Vorrichtung auch noch funktioniert, wenn ein Isolator verwendet wird, können derartige Ausführungsformen jedoch unter einer Strom-Überlastung (Crowding) entlang der Wand des Grabens leiden, die nicht isoliert ist. Somit wird ein Leiter bevorzugt.
  • Man beachte, daß die SiO2-Schicht 215 eine Stromeingrenzung für die Vorrichtung gewährleistet. Somit muß die Vorrichtung nicht geätzt werden, um die Stromeingrenzung sicherzustellen. Im Ergebnis kann ein größerer p-Kontakt verwendet werden, wodurch der Widerstand des p-Kontaktes reduziert werden kann. Wie oben angegeben, stellt der Widerstand des p-Kontaktes bei Vorrichtungen des Stands der Technik ein beträchtliches Problem dar.
  • Des weiteren ist zu beachten, daß die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Materials im Graben 220 und der umgebenden Schicht 214, aus der der Graben geätzt wird, die norma lerweise durch die Ränder einer herkömmlichen Stegstruktur gewährleistete Lichtleitung sicherstellt. Eine Differenz des Brechungsindex von 1 % oder mehr stellt die notwendige Lichtführung sicher, selbst wenn ein beträchtlicher Teil der Vorrichtung außerhalb des Grabens hergestellt ist. Das Material im Graben muß einen Brechungsindex aufweisen, der größer ist als der des Materials, in das der Graben geschnitten wird. Dementsprechend kann eine viel größere Stegstruktur verwendet werden. Somit wird die für den p-Kontakt zur Verfügung stehende Fläche gegenüber Vorrichtungen des Stands der Technik weiter vergrößert.
  • Ein erfindungsgemäßer Laser erfordert keine kritischen Maskenausrichtungsschritte beim Herstellungsprozeß. Die Position der Maske für den Graben bestimmt die Position des Lasers auf dem Chip. Die Ausrichtung der letzten Maske zum Ätzen des Stapels relativ zum Graben ist nicht kritisch. Die beim Stapelätzen übrig bleibenden Kanten dienen nicht länger als Wellenleiter und somit sind die Positionen dieser Ätzungen im Verhältnis zum Graben nicht kritisch, falls vorausgesetzt ist, daß ein ausreichender Abstand zwischen dem Graben und den Rändern besteht, so daß die durch den Graben gewährleistete Lichtleitung den Lichtleitungsprozeß dominiert.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befand sich lediglich ein Teil der n-Hüllschicht im Graben selbst. Es können jedoch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei welchen andere Schichten im Graben eingegrenzt sind, durch Erhöhen der Dicke der dielektrischen SiO2-Schicht hergestellt werden, so daß diese Schichten durch die Seiten der dielektrischen Schicht eingegrenzt sind. Eine derartige Ausführungsform ist in 7 gezeigt, bei der es sich um eine Ansicht im Querschnitt eines Lasers 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt. Der Laser 300 unterscheidet sich vom Laser 200 darin, daß eine wesentliche dickere dielektrische Schicht 335 anstelle der Schicht 215 verwendet wird. Diese dickere Schicht ermöglicht, daß die gesamte n-Hüllschicht 321, die aktive Schicht 322 und ein Teil der p-Hüllschicht 323 im Graben gewachsen werden können. Die restlichen Schichten und Herstellungsschritte sind dieselben, wie oben mit Bezugnahme auf den Laser 200 erläutert wurde. Diese Schichten, die derselben Funktion dienen, wie die in 3–6 gezeigten Schichten, wurden in 7 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Durch Herstellen eines größeren Teils der Schichten im Graben wird eine stärkere Lichtleitung durch den Graben sichergestellt. Man beachte, daß die Vorrichtung 300 auch durch Abscheiden der in den 3–6 gezeigten dielektrischen Schicht in der Weise, daß die dielektrische Schicht den oberen Teil des Grabens 218 auf beiden Seitenwänden über lappt, aufgebaut werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform ist keine dicke dielektrische Schicht erforderlich, da das Dielektrikum im oberen Teil des Grabens durch die Überlappung sichergestellt wird.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde eine n-GaN-Schicht im Graben verwendet. Für den Fachmann ist jedoch aus der vorhergehenden Erläuterung verständlich, daß ebenso Ausführungsformen konstruiert werden können, bei welchen die p-Typ-Schichten in einem Graben in einem p-Typ-Material mit einem gegenüber den im Graben gewachsenen Schichten unterschiedlichen Brechungsindex abgeschieden werden.
  • Des weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls auf Laserdioden angewandt werden, die aus anderen Materialsystemen aufgebaut sind. Während andere Materialsysteme möglicherweise nicht von allen Vorteilen der vorliegenden Erfindung profitieren, gewährleistet das Nichtvorhandensein kritischer Maskierungsschritte einen beträchtlichen Vorteil in anderen Laserdiodensystemen.
  • Verschiedene Abwandlungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der vorhergehenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung lediglich durch den Umfang der folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims (10)

  1. Laserdiode (200), umfassend: eine erste Kontaktschicht (214), die ein erstes Halbleitermaterial eines ersten Ladungsträgertyps umfaßt, wobei das erste Halbleitermaterial einen ersten Brechungsindex, die erste Kontaktschicht (214) einen darin ausgebildeten Graben (216), der Graben (216) eine Bodenoberfläche und Seitenwände (217), der Graben (216) eine Schicht (220) aus einem zweiten Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps auf dem Boden desselben, das zweite Halbleitermaterial einen zweiten Brechungsindex aufweist und der zweite Brechungsindex zumindest ein Prozent größer ist als der erste Brechungsindex; eine erste dielektrische Schicht (215), die die erste Schicht (214) in den Bereichen außerhalb des Grabens (216) überdeckt; eine erste Hüllschicht (221), die ein drittes Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps aufweist, wobei die erste Hüllschicht (221) die Schicht aus dem zweiten Halbleitermaterial (220) überlagert; eine aktive Schicht (222) zur Erzeugung von Licht durch eine Rekombination von Löchern und Elektronen, wobei die aktive Schicht (222) die erste Hüllschicht überlagert; eine zweite Hüllschicht (223), die ein viertes Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps aufweist, wobei die zweite Hüllschicht (223) die aktive Schicht (222) überlagert; eine zweite Kontaktschicht aus einem fünften Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps, wobei die zweite Kontaktschicht die zweite Hüllschicht (223) überlagert; eine erste elektrisch mit der ersten Kontaktschicht (214) verbundene Elektrode (226); und eine zweite elektrisch mit der zweiten Kontaktschicht verbundene Elektrode (225), dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (215) ein Material umfaßt, auf dem das dritte Halbleitermaterial nicht nukleiert und wobei die erste Hüllschicht (221) die erste dielektrische Schicht (215) überlagert.
  2. Laserdiode (200), umfassend: eine erste Kontaktschicht (214), die ein erstes Halbleitermaterial eines ersten Ladungsträgertyps umfaßt, wobei das erste Halbleitermaterial einen ersten Brechungsindex, die erste Kontaktschicht (214) einen darin ausgebildeten Graben (216), der Graben (216) eine Bodenoberfläche und Seitenwände (217), der Graben (216) eine Schicht (220) aus einem zweiten Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps auf dem Boden desselben, das zweite Halbleitermaterial einen zweiten Brechungsindex aufweist und der zweite Brechungsindex zumindest ein Prozent größer ist als der erste Brechungsindex; eine erste dielektrische Schicht (215), die die erste Schicht (214) in den Bereichen außerhalb des Grabens (216) überdecket; eine erste Hüllschicht (221), die eine drittes Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps umfaßt, wobei die erste Hüllschicht (221) die Schicht aus dem zweiten Halbleitermaterial (220) überlagert; eine aktive Schicht (222) zur Erzeugung von Licht durch eine Rekombination von Löchern und Elektronen, wobei die aktive Schicht (222) die erste Hüllschicht (221) überlagert; eine zweite Hüllschicht (223), die ein viertes Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps aufweist, wobei die zweite Hüllschicht (223) die aktive Schicht (222) überlagert; eine zweite Kontaktschicht aus einem fünften Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps, wobei die zweite Kontaktschicht die zweite Hüllschicht (223) überlagert; einen erste elektrisch mit der ersten Kontaktschicht (214) verbundene Elektrode (226); und eine zweite elektrisch mit der zweiten Kontaktschicht verbundene Elektrode (225), dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (215) ein Material aufweist, auf dem das dritte Halbleitermaterial nicht nukleiert, und wobei die Bodenoberfläche des Grabens (216) und eine der Wände des Grabens (216) mit einer Schicht (217) aus einem Beschichtungsmaterial bedeckt sind, auf dem das zweite Halbleitermaterial nicht nukleiert und die aktive Schicht im Graben eine Schicht (322) aufweist.
  3. Laserdiode (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Halbleitermaterial ein Element der Gruppe III und Stickstoff umfassen.
  4. Laserdiode (200) nach Anspruch 3, wobei das Element der Gruppe III Ga ist.
  5. Laserdiode (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Beschichtungsmaterial ein elektrischer Leiter ist.
  6. Laserdiode (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Beschichtungsmaterial Titaniumnitrid ist.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode (200), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Abscheiden einer ersten Kontaktschicht (214), umfassend ein erstes Halbleitermaterial eines ersten Ladungsträgertyps, wobei das erste Halbleitermaterial einen ersten Brechungsindex aufweist; Ausbilden eines Grabens (216) in der ersten Kontaktschicht (214), wobei der Graben (216) eine Bodenoberfläche und Seitenwände (217) aufweist; Beschichten des Bodens und einer der Seitenwände des Grabens (216) mit einer Schicht (217) aus einem Beschichtungsmaterial, auf dem ein zweites Halbleitermaterial nicht nukleiert, wobei das zweite Halbleitermaterial einen zweiten Brechungsindex aufweist, der zumindest ein Prozent größer ist als der erste Brechungsindex; Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht (215), die die erste Schicht in den Bereichen außerhalb des Grabens (216) überdeckt; Aufwachsen einer Schicht (220) aus dem zweiten Halbleitermaterial im Graben (216) durch Erweitern einer der Wände des Grabens (216), die nicht mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet ist; Abscheiden einer ersten Hüllschicht (221), die eine drittes Halbleitermaterial des ersten Ladungsträgertyps aufweist, wobei die dielektrische Schicht (215) ein Material aufweist, auf dem das dritte Halbleitermaterial nicht nukleiert, wobei die erste Hüllschicht (221) die Schicht (220) des zweiten Halbleitermaterials überlagert; Abscheiden einer aktiven Schicht (222) zur Erzeugung von Licht durch eine Rekombination von Löchern und Elektronen, wobei die aktive Schicht (222) der ersten Hüllschicht (221) überlagert; Abscheiden einer zweiten Hüllschicht (223), die ein viertes Halbleitermaterial des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps umfaßt, wobei die zweite Hüllschicht (223) die aktive Schicht (222) überlagert; und Abscheiden einer zweiten Kontaktschicht (224) eines fünften Halbleitermaterials des zum ersten Ladungsträgertyp entgegengesetzten Ladungsträgertyps, wobei die zweite Kontaktschicht (224) die zweite Hüllschicht (223) überlagert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Beschichtungsmaterial ein elektrischer Leiter ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Beschichtungsmaterial Titaniumnitrid ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste Hüllschicht (221) die dielektrische Schicht (215) überlagert.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3996408B2 (ja) * 2002-02-28 2007-10-24 ローム株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
US6724795B2 (en) * 2002-05-10 2004-04-20 Bookham Technology, Plc Semiconductor laser
US20090233414A1 (en) * 2005-10-20 2009-09-17 Shah Pankaj B Method for fabricating group III-nitride high electron mobility transistors (HEMTs)
US7848379B2 (en) * 2006-01-25 2010-12-07 Sensor Electronic Technology, Inc. LED-based optical pumping for laser light generation
US8064493B2 (en) * 2009-06-12 2011-11-22 Binoptics Corporation Surface emitting photonic device
US9190560B2 (en) 2010-05-18 2015-11-17 Agency For Science Technology And Research Method of forming a light emitting diode structure and a light diode structure
KR101678967B1 (ko) * 2010-10-07 2016-11-24 삼성전자 주식회사 반도체 기판의 도광층 형성방법
US9917414B2 (en) * 2015-07-15 2018-03-13 International Business Machines Corporation Monolithic nanophotonic device on a semiconductor substrate
US9728483B2 (en) * 2015-12-09 2017-08-08 Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc Method of forming an integrated circuit with heat-mitigating diamond-filled channels
CN114825031B (zh) * 2022-06-24 2022-09-23 度亘激光技术（苏州）有限公司 半导体激光器及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60235485A (ja) 1984-05-08 1985-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レ−ザ装置の製造方法
JPS62213187A (ja) 1986-03-14 1987-09-19 Toshiba Corp 半導体発光素子およびその製造方法
JPS62212187A (ja) 1986-03-14 1987-09-18 Hiromu Matsushita コピ−した粉末トナ−を多種の素材に転写する方法
JPH04127521A (ja) 1990-09-19 1992-04-28 Fujitsu Ltd 半導体基板の製造方法
EP0627799B1 (de) 1993-06-04 1997-10-08 Sharp Kabushiki Kaisha Lichtmittierende Halbleitervorrichtung mit einer dritten Begrenzungsschicht
JP3060973B2 (ja) 1996-12-24 2000-07-10 日本電気株式会社 選択成長法を用いた窒化ガリウム系半導体レーザの製造方法及び窒化ガリウム系半導体レーザ
EP2234142A1 (de) 1997-04-11 2010-09-29 Nichia Corporation Nitridhalbleitersubstrat

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Publication number Publication date
US6849474B2 (en) 2005-02-01
US20020075925A1 (en) 2002-06-20
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EP1037344A1 (de) 2000-09-20
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US6327288B1 (en) 2001-12-04

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